Фрезы

Режущими элементами фрезы являются зубья. От рационального конструктивного выполнения зубьев зависит эффективная работа фрезы. Поэтому, для того чтобы разобраться в основах фрезерования, важно понять принципы работы основных типов фрез, знать их преимущества и недостатки, представлять, как можно их рационально использовать и усовершенствовать. На фиг. 1 показаны основные, наиболее употребительные типы фрез.

Основные типы фрез

Фиг.  1. Основные типы фрез:

а — цилиндрическая,   б — пазовая,   в — прорезная,   г — торцовая, д — дисковая, е — концевая.

На фрезерных станках чаще всего обрабатывают плоские поверхности деталей, используя цилиндрические (фиг. 1, a) и торцовые (фиг. 1, г) фрезы. Торцовая фреза в отличие от цилиндрической имеет зубья не только на цилиндрической, но и на торцовой поверхности корпуса. Другие типы фрез работают принципиально так же, как цилиндрические или торцовые. Пазовая фреза (фиг. 1, б) имеет зубья только на цилиндрической поверхности и поэтому работает примерно так же, как цилиндрическая фреза. Похожа на нее и прорезная фреза (фиг. 1, в), предназначенная для обработки узких пазов. А вот дисковая фреза (фиг. 1, д) хотя и близка на первый взгляд к пазовой, но имеет зубья не только на цилиндрической поверхности, но и на торцовой. Поэтому принцип ее работы такой же, как и торцовой фрезы. К этой группе фрез относятся и концевые фрезы (фиг. 1, е)они тоже имеют зубья на торцовой поверхности. Концевые фрезы можно применять для самых разнообразных работ. Ими фрезеруют пазы, шпоночные канавки, вертикальные уступы и узкие плоскости, фасонные поверхности (в копировальных приспособлениях) и др.

 Существуют и другие типы фрез: угловые, специальные шпоночные и разного рода фасонные, в том числе фрезы для обработки зубчатых колес, резьб, фрезы для Т-образных пазов и т. д.
Рассматрим работу двух основных типов фрез — цилиндрической и торцовой.

Цилиндрическая фреза обрабатывает поверхность детали режущими зубьями, расположенными на цилиндрической поверхности инструмента, торцовая — зубьями, расположенными по торцу (фиг. 2).

Элементы режущей части фрезы

Фиг. 2. Элементы режущей части фрезы:

а и в — соответственно цилиндрической и торцовой,  б — зуб торцовой  фрезы.

Зуб цилиндрической фрезы представляет собой резец с одной (главной) режущей кромкой. Зуб имеет переднюю поверхность, по которой сходит срезаемая стружка, заднюю поверхность, обращенную к обработанной поверхности, и режущую кромку. Если рассечь зуб фрезы плоскостью, идущей перпендикулярно к главной режущей кромке, мы увидим передний угол   γ   и   задний   угол   α.

 Зуб торцовой фрезы по форме напоминает обычный проходной токарный резец и имеет две режущие кромки: главную режущую кромку, расположенную на цилиндрической поверхности фрезы, и вспомогательную — на торцовой поверхности. Поэтому у зуба торцовой фрезы мы найдем главную и вспомогательную задние поверхности, а также   главный α  и вспомогательный α1, задние углы.

Главная режущая кромка расположена под углом к направлению подачи. Этот угол так же, как и у токарного резца, называется главным углом в плаке φ1, а угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением  подачи  называется вспомогательным углом в плане φ2

 Для увеличения прочности зуба торцовой фрезы вершину зуба часто закругляют или делают переходную режущую кромку (фиг. 2, б), так же, как у токарных резцов. Переходная режущая кромка образует с направлением подачи угол φ0.

Часть других фрез для обработки плоских поверхностей похожа на цилиндрические, но имеет еще так называемые торцовые зубья. У хвостовых фрез эти зубья нужны для того, чтобы фреза могла обрабатывать поверхности, расположенные под прямым углом друг к другу, т. е. торцовые зубья у хвостовых фрез являются вспомогательными режущими кромками. Главная режущая кромка расположена на цилиндрической поверхности фрезы, и главный угол в плане равен 90°.

 У фрезы для обработки Т-образных пазов вспомогательные режущие кромки имеются на обоих торцах фрезы, так как обе вершины зуба участвуют в работе. Таким образом, вспомогательные режущие кромки отсутствуют только у тех фрез (цилиндрических фрез), у которых вершины зубьев не находятся в работе.

На фиг. 3 показаны схемы работы цилиндрической (слева) и торцовой фрез. При вращении фрезы и движении детали режущие зубья поочередно врезаются в деталь и снимают стружку, образуя обработанную поверхность. Кратчайшее расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностью — это глубина резания (t, мм).

Ширину обрабатываемой поверхности при фрезеровании называют шириной фрезерования (В, мм). При фрезеровании цилиндрической фрезой ширина фрезерования измеряется в направлении, параллельном оси фрезы, а торцовой фрезой — в направлении, перпендикулярном оси фрезы. Процесс фрезерования происходит при вращении фрезы, определяющем скорость резания, и при перемещении, фрезы относительно детали, определяющем подачу.

Элементы срезаемого слоя при фрезеровании

Фиг: 3. Элементы срезаемого слоя при фрезеровании:

а — цилиндрической фрезой против направления подачи и при  «попутном»   фрезеровании,   б — торцовой  фрезой   с   углом   φ <90°,  в — торцовой   фрезой   с  углом   ф=90°,   г — торцовой   фрезой  с подачей,   превышающей   глубину   резания.

Скоростью резания υ при фрезеровании называют длину пути в метрах, которую проходит режущая кромка зуба фрезы в 1 мин.

Скорость резания легко определить, зная диаметр фрезы и число ее оборотов в минуту.   За один оборот фрезы режущая кромка зуба пройдет путь, равный длине окружности диаметром D (D — диаметр фрезы). Длина окружности l примерно в 3,14 раза больше диаметра: l = πD, где π = 3,14.

Для того, чтобы определить длину пути Lпройденного режущей кромкой зуба за несколько оборотов фрезы, достаточно умножить длину окружности l на число оборотов фрезы п: L l-n πDn.

Так как диаметр фрезы обозначается в мм, а число оборотов фрезы в об/мин, то мы получим из этой формулы скорость резания в мм/мин. Практически скорость резания принято определять в м/мин, поэтому полученное значение скорости резания нужно разделить на 1000.

При фрезеровании различают три вида подачи: подачу па зуб, подачу на оборот и минутную подачу.

Подачей на зуб называют расстояние (в мм), на которое перемещается обрабатываемая деталь за время поворота фрезы на один шаг, т. е. между двумя соседними зубьями (см. фиг. 3).

Подачей на оборот называют расстояние (в мм), на которое перемещается обрабатываемая деталь .за время одного полного оборота фрезы. Подача на оборот измеряется в мм/об и равняется подаче на зуб, умноженной на число зубьев фрезы.

Минутной подачей называют расстояние (в мм), на которое перемещается обрабатываемая деталь за 1 мин. Чтобы подсчитать минутную подачу, нужно умножить подачу на оборот на число оборотов фрезы в минуту.

Зная минутную подачу, легко подсчитать время, нужное для фрезерования детали. Для этого достаточно разделить длину пути, который должна пройти деталь по отношению к фрезе, на минутную подачу. Таким образом, по величине минутной подачи можно судить о производительности обработки.

В процессе резания каждый зуб фрезы срезает с обрабатываемой детали слой металла толщиной а и шириной, б (фиг. 3). При цилиндрическом фрезеровании толщина срезаемого слоя сильно изменяется с момента врезания зуба до момента его выхода из металла — за время контакта зуба фрезы с деталью, зависящее от величины угла контакта. Угол контакта характеризует длину пути зуба фрезы в металле за каждый ее оборот. Изменение толщины срезаемого слоя в пределах угла контакта оказывает большое влияние на процесс резания. Шероховатость обработанной поверхности увеличивается, возрастает износ фрезы.

При фрезеровании против направления подачи (фиг. 3, а) зуб фрезы должен врезаться в обрабатываемый металл в точке А. Толщина срезаемого слоя в этом месте равна нулю и постепенно возрастает по направлению к точке Б.

Известно, что режущая кромка инструмента имеет мельчайшие зазубрины и радиус округления. По мере износа инструмента радиус округления режущей кромки увеличивается. Установлено, что при нормальной заточке цилиндрической фрезы радиус округления режущей кромки равен примерно 30 мк (микронам), после 100 мин работы фрезы увеличивается до 40 мк, а после 300 мин работы фрезы достигает 60 мк.

Это означает, что зуб фрезы сразу же после заточки не может срезать слой металла толщиной меньше 30 мк, так как при меньшей толщине срезаемого слоя зуб будет скользить по детали, сминая поверхностный слой. Вот почему зуб цилиндрической фрезы при встречном фрезеровании вступает в работу в неблагоприятных условиях. Перемещаясь от точки А к точке Б (фиг. 3, а), зуб начинает резать металл тогда, когда толщина срезаемого слоя становится больше, чем радиус округления режущей кромки. Только с этого момента начинается образование стружки.

Скольжение зуба в момент врезания вызывает усиленный износ зуба по задней поверхности, прогиб оправки и часто приводит к появлению вибраций. Вибрации (дрожание) обрабатываемой детали и частей станка затрудняют работу на станке.

По-другому работает зуб фрезы при так называемом попутном фрезеровании, когда направление подачи и вращения фрезы совпадают. В этом случае зуб движется в направлении от точки Б, где толщина срезаемого слоя наибольшая, к точке А, где она уменьшается до нуля (фиг. 3, а). Стружка начинает образовываться сейчас же, как только зуб фрезы войдет в контакт с обрабатываемой деталью.

При попутном фрезеровании процесс резания протекает спокойнее, уменьшается износ фрез. Но не на всяком фрезерном станке можно работать с попутной подачей. Обычно не применяют также попутное фрезерование по корке (черновое фрезерование литья или поковок). В этом случае зуб врезается в деталь со стороны корки и быстро затупляется.

Торцовая фреза работает в более благоприятных условиях. Если фрезерование симметричное, т. е. ось фрезы перемещается по середине обрабатываемой поверхности, а диаметр фрезы значительно больше ширины этой поверхности, зуб торцовой фрезы на всей длине пути резания срезает стружку почти одинаковой толщины. Благодаря этому торцовое фрезерование происходит более равномерно, чем цилиндрическое, и вибрации появляются реже.

При чистовом фрезеровании вспомогательный угол в плане иногда затачивают очень малым или равным нулю. При этом вспомогательная режущая кромка будет зачищать неровности, остающиеся после прохода главной режущей кромки. Шероховатость обработанной поверхности улучшается. Вот почему при чистовом фрезеровании плоскостей стремятся применять торцовые фрезы, у которых один или несколько зубьев являются зачистными и не имеют вспомогательного угла в плане. Но при снятии малых припусков срезаемый слой металла может быть расположен вдоль режущей кромки параллельно обрабатываемой поверхности (фиг. 3, г), а главная режущая кромка находиться на торце фрезы. Такая схема резания позволяет получать высокую производительность. Подача здесь определяется шириной срезаемого слоя и может достигать больших значений.

Комментарии запрещены.