Фрезы

Фрезы

Фреза – многолезвийный режущий инструмент, выполненный в виде тела вращения, на образующей которого и (или) на торце расположены зубья. Предназначены для обработки плоскостей, пазов, прорезей, уступов, фасонных и винтовых поверхностей, нарезания резьб и т.д.

Точность обработки – 7…9 квалитеты.

Шероховатость обработанной поверхности - R_a =1,25 мкм.

Главное движение при фрезеровании – вращение фрезы.

1. Классификация фрез

1.1. По расположению зубьев

а) цилиндрические;

Рекомендуемые материалы

б) торцовые;

в) угловые;

г) фасонные;

д) дисковые двух- и трехсторонние;

е) концевые;

ж,з) шпоночные

 

1.2. По направлению зубьев

• С прямыми зубьями (Рис.1,д)

• С косыми зубьями (Рис.1,б)

• С винтовыми зубьями (Рис.2)

1.3. По конструкции

• Цельные, изготовленные из одного куска быстрорежущей стали (Рис.2).

• Составные, состоящие из отдельных цельных частей, в том числе фрезы  комплектные

• Сборные, оснащены режущей частью в виде ножей из быстрорежущей стали, многогранными и круглыми пластинками из твердых сплавов или из сверхтвердых или керамических материалов. 

1.4. По способу крепления на станке

• Хвостовые с цилиндрическим или коническим хвостовиком;

• Насадные,  с  посадочным отверстием.

1.5. По конструкции зубьев

• Незатылованные – с прямолинейной образующей задней поверхности (Рис.1,и).

• Затылованные – с криволинейной образующей задней поверхности (Рис.1,к).

2. Незатылованные фрезы

Незатылованные фрезы перетачиваются преимущественно по задней поверхности.

Незатылованные зубья широко применяются для фрез общего назначения.

Достоинства незатылованных фрез:

• Высокая стойкость (в 1,5…3 раза выше, чем у затылованных).

• Простота изготовления.

• Повышенная чистота обработанной поверхности.

2.1. Конструктивные параметры

• Диаметр фрезы d_a

Наружные диаметры стандартизованы. Размерные ряды диаметров фрез составлены по геометрической прогрессии со знаменателем φ = 1,26; 1,58, равным знаменателю ряда частоты вращения шпинделя фрезерных станков. Это обеспечивает неизменность скорости резания при применении фрез любого диаметра.

Уменьшение  наружного диаметра способствует снижению машинного времени обработки. Однако при этом может снижаться жесткость оправки и прочность фрезы в сечении между окружностью впадин и посадочным отверстием.

От диаметра фрезы зависят:

- отвод тепла,

- толщина стружки,

- число зубьев,

- диаметр посадочного отверстия.

• Диаметр посадочного отверстия D₀ зависит от наружного диаметра и округляется до стандартного значения (16; 22; 27; 32; 40; 50 и 60 мм).

Для фрез  с мелкими зубьями для чистовой обработки диаметры оправок могут быть меньше, чем для фрез  с крупными зубьями.

Для фрез, оснащенных твердым сплавом, и для обработки труднообрабатываемых материалов диаметры оправок должны быть большими.

• Диаметр окружности впадин d₁

• Число зубьев выбирают из условия равномерности фрезерования с учетом эффективной мощности оборудования. Увеличение числа зубьев ведет к улучшению качества обработки, но растут энергозатраты на фрезерование, снижаются число возможных переточек фрезы,  прочность зуба, размеры стружечной канавки, растут эксплуатационные затраты. 

2.2. Геометрия

• Передний угол γ зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала и режущей и прочностной характеристики инструментального материала.

• Задний угол a зависит от максимальной толщины срезаемого слоя a_max

С увеличением заднего угла  возрастает износ режущей кромки в радиальном направлении, а от величины радиального износа зависит точность обработки.  Для фрез из твердого сплава для получения малой шероховатости обрабатываемой поверхности задний угол рекомендуется 5…8^0.

• Угол наклона зубьев ω

- Улучшает равномерность фрезерования (ω= 10…15⁰).

- Влияет на направление схода стружки.

- Позволяет получить положительные передние углы на торцовых зубьях дисковых двух- и трехсторонних фрез.

- Повышает стойкость фрезы вследствие увеличения кинематических передних углов. При этом можно уменьшить инструментальный передний угол в нормальном сечении и повысить прочность зуба, что позволяет увеличить в 1,5…2 раза подачу на зуб.

Направление угла наклона зуба ω выбирают так, чтобы осевая составляющая силы резания была направлена в сторону шпинделя.

2.3. Форма зубьев

Форма зубьев должна обеспечивать

- прочность зуба,

- достаточное пространство для размещения стружки,

- допускать максимально возможное число переточек.

Существует три основные формы незатылованных зубьев: трапецеидальная форма, параболическая форма и с двойной спинкой зуба

(Рис. )

• Трапецеидальная форма проста в изготовлении, но зуб ослаблен. Применяется для фрез с мелким зубом. Угол тела зуба h = 47…52⁰ (для концевых и прорезных – 30…40⁰) . Угол стружечной канавки υ =  h +e. Фаска  f = 0,5…2 мм. Радиус закругления дна впадины r =0,5…2 мм. Высота зуба  h = 0,5…0,65 окружного шага зубьев.

• Параболическая форма обеспечивает повышенную  прочность зуба на изгиб. Для изготовления требуются специальные фрезы. Применяется для фрез  с малым числом зубьев.

• Форма зуба с двойной спинкой по прочности близка к параболической, но проще в изготовлении. Спинка образуется двойным фрезерованием угловой фрезой. Наиболее распространена.

3. Типы фрез

3.1. Цилиндрические фрезы

Применяются на горизонтально-фрезерных станках для обработки плоскостей.

Фрезы с прямыми зубьями используются только для обработки узких плоскостей.   Винтовой зуб повышает плавность работы, однако в этом  случае возникают осевые усилия. Применение сдвоенных цилиндрических фрез  с разнонаправленными винтовыми зубьями позволяет уравновесить осевые усилия, действующие на фрезы, в процессе резания. В месте стыка фрез предусматривается перекрытие режущих кромок одной фрезы режущими кромками другой для устранения недообработанных участков.

Цилиндрические фрезы с винтовыми пластинками из твердого сплава дают хорошие результаты при обработке жаропрочных и коррозионно-стойких сталей и сплавов (по сравнению с быстрорежущи-ми фрезами обеспечивают повышение производитель-ности   с одновременным повышением стойкости ), но сложны в изготовлении. Стыки между напаянными пластинами оформляются в виде стружкоделителей и должны располагаться в шахматном порядке.

3.2. Торцовые фрезы

Применяются при обработке плоскостей и уступов на вертикально-фрезерных станках.  Кроме торцовых режущих кромок имеет режущие кромки на образующей тела вращения. 

Достоинства торцовых фрез:

• Большой угол контакта, зависящий от диаметра фрезы и ширины фрезерования, обеспечивает равномерность фрезерования.

• Высокая  производительность

• Проще оснастить твердым сплавом

• Угол в плане φ может изменяться в широких пределах (45⁰…90⁰). Его уменьшение обеспечивает виброустойчивость процесса и способствует повышению точности обработки.

3.3. Концевые фрезы

Применяются для обработки пазов, уступов, прямоугольных пазов и т.д.

Концевые фрезы выполняют с цилиндрическим (диаметром 3…20 мм) хвостовиком или с конусом Морзе с резьбовым отверстием  для затяжного болта.

Концевые фрезы выпускают с нормальным или крупным зубом. Для повышения равномерности фрезерования у фрез  с крупным зубом рекомендуется больший угол наклона винтовых канавок.

Для снижения вибраций рекомендуется делать неравномерный окружной шаг зубьев.

• При обработке пазов и уступов (Рис.) направление винтовых канавок противоположно направлению вращения, что обеспечивает лучший отвод стружки и положительный передний угол на торцовых зубьях.

 

                                                                                                                       

                   

• При обработке плоскостей (Рис. ) направление канавок совпадает с направлением вращения. В этом случае осевая составляющая силы резания направлена к шпинделю станка, а сход стружки обеспечивается от шпинделя.

Для чернового фрезерования широких поверхностей и пазов с большими припусками предназначены концевые обдирочные  (кукурузные) фрезы, зубья которых снабжены стружкораздели-тельными  канавками, расположенными в шахматном порядке, обеспечивающими  разделение стружки по ширине и способствующими гашению вибраций.

3.4. Шпоночные фрезы

Особенность работы –фрезерование в несколько проходов, как в одну, так и в другую сторону, в конце каждого прохода осуществляется вертикальная подача.

Для обеспечения жесткости длину режущей части делают равной трем наружным диаметрам при диаметре сердцевины до 0,3 диаметра фрезы. Канавки прямые или винтовые. Два зуба, один из торцовых зубьев делают равным половине диаметра фрезы, а второй стачивают у оси.                              

3.5. Дисковые и пазовые фрезы

Предназначены для фрезерования пазов и канавок

• Прорезные (шлицевые) и отрезные (пилы) фрезы  применяют для разрезки заготовок.

Для уменьшения трения по боковым сторонам выполняют угол φ' = 15…30'

• Пазовые фрезы имеют зубья только на цилиндрической поверхности. Для уменьшения трения на торцах выполняется вспомогательный угол  в плане φ₁ = 1…2°.Для увеличения размерной стойкости на боковых сторонах оставляют фаски f =1…2 мм. Применяются для обработки неглубоких пазов.

Недостаток  - быстро теряют размер по ширине. Для сохранения размера применяют составные фрезы, регулируемые по ширине с помощью прокладок. Для перекрытия режущих кромок обе половинки соединяют в замок.

• Дисковые двух- и трехсторонние фрезы имеют главные режущие кромки на поверхности цилиндра и вспомогательные - на одном или обоих торцах. Для получения положительных передних углов на торцовых режущих кромках зубья выполняют с углом наклона ω= 10…15°. У трехсторонних фрез зубья делают разнонаправленными.

3.6. угловые фрезы

• Одноугловые с одной образующей, расположенной под углом к оси фрезы.

• Двуугловые с двумя образующими, расположенными под одинаковыми или различными углами к оси фрезы.

3.7. Т-образные фрезы

3.8. сборные фрезы

Оснащаются  режущими элементами, перетачиваемыми в сборе или вне фрезы, или неперетачиваемыми пластинками.

• Особенности фрез с перетачиваемыми ножами:

- Возможность создания оптимальной с точки зрения эксплуатации геометрической формы и размеров.

- Точность взаимного расположения режущих элементов различных зубьев определяется качеством заточки и установки.

• Особенности фрез с неперетачиваемыми режущими элементами:

- Фиксированное расположение пластин в корпусе фрезы.

- Геометрические параметры   постоянны и определяются конструкцией фрезы.

- Точность взаимного расположения режущих элементов определяется точностью исполнения базовых поверхностей корпуса и сменных пластин.

Наиболее простым и надежным способом крепления зубьев фрез из быстрорежущих сталей является применение рифлений, обеспечивающих компактность крепления, а значит и возможность размещения большого числа зубьев. Применяется для цилиндрических, торцовых и дисковых двух- и трехсторонних фрез.

Варианты крепления:

а) клиновые нож и паз, рифления в осевом направлении. Регулировка возможна только в радиальном направлении;

б,в)  крепление клином позволяет производить регулировку размера и в осевом и в  радиальном направлении;

г) нож двойной клиновидности позволяет производить одновременное регулирование в осевом и радиальном направлениях.

4. Твердосплавные фрезы

Обеспечивают повышение производительности труда и возможность обработки труднообрабатываемых  материалов.

Могут быть:

• монолитными (дисковые и концевые мелкоразмерные фрезы),

• составными (концевые фрезы с коронками или винтовыми пластинками, цилиндрические с винтовыми пластинками),

• сборными.

Сборные фрезы с многогранными неперетачиваемыми пластинами

• обладают высокой прочностью и надежностью,

• не требуют переточек,

• обеспечивают многократное использование корпусов

Широко распространены два типа сборных торцовых фрез  с многогранными пластинами:

• закрепление пластин непосредственно в корпусе;

• закрепление в корпусе сменных ножей с неперетачиваемыми пластинами.

Конструкция установки и крепления многогранной неперетачиваемой пластины в корпусе фрезы должна обеспечивать:

• прочное и жесткое крепление пластины;

• точную установку пластины относительно торцовой опорной поверхности и оси фрезы .

Это достигается  повышенной точностью изготовления пластин и корпуса фрезы, а также введением регулирования.

4.1. Система обозначения по ISO насадных фрез

4.2. Система обозначения по ISO концевых фрез

•

5.

5.1. Плунжерные фрезы

Плунжерное фрезерование самый быстрый способ снятия больших объемов металла. Подача инструмента в осуществляется в осевом направлении.

Метод применяется для фрезерования глубоких карманов и наружного фрезерования вдоль высоких ребер

• Рабочий ход фрезы заканчивается вертикальным отводом и повторным позиционированием на требуемую ширину захвата для следующего врезания.

•    Позволяет быстро снимать металл без длинных продольных холостых ходов, характерных для торцового фрезерования

•    Повышенная жесткость при движении по оси Z  позволяет срезать больше металла при той же подаче, что увеличивает скорость снятия металла.

Твердосплавные фрезы PLUGER

Форма пластины такова, что результирующая сила   резания направлена вдоль оси шпинделя. Это обеспечивает высокую жесткость системы и позволяет работать на больших вылетах - снижаются вибрации.

5.2. CoroMill – фреза для черновой обработки

В одном инструменте объединены торцовая и плунжерная фрезы

Главный угол в плане, равный 10⁰, позволяет:

•   работать с большой продольной подачей при  малой глубине;

• работать с осевой подачей при большой радиальной глубине резания на черновых операциях.

 Основная составляющая силы резания направлена по оси фрезы, обеспечивая стабильную обработку без вибраций и больших изгибающих моментов.

С помощью винтовой интерполяции можно обрабатывать отверстия большого диаметра в сплошном металле.

   Достоинства

•   высокая производительность,

•    Возможность применения маломощного оборудования

Варианты плунжерного и торцового фрезерования с винтовой интерполяцией

5.3. Твердосплавные фрезы fееd

 Предназначены для фрезерования при больших подачах  - sz до 3,5 мм/зуб – для высокоскоростной обработки

Треугольные пластинки с большим радиусом режущей кромки, позволяют работать с большой подачей.

5.4. Торцовые фрезы

• С тангенциальным расположением пластин в форме бабочки

 

 Пластины с винтовым креплением соответствуют по форме посадочным местам на фрезе. Имеют положительные передние углы и оптимальные стружколомы. Снижают силы резания. Обеспечивают высокое качество обработки. Имеют четыре режущие кромки с каждой стороны.

• Фрезы с круглыми пластинками

       Применяются

• для торцевого и профильного фрезерования,

• для фрезерования полостей с врезанием или винтовой интерполяцией.  

Обработка возможна на высоких скоростях. Можно применять для труднообрабатываемых материалов (нержавеющие и закаленные стали, жаропрочные сплавы, титан). Потребляют меньшую мощность и могут использоваться на небольших и маломощных станках. Главный угол в плане меняется  от 0⁰ до 45⁰ с изменением глубины резания. Толщина стружки также меняется с глубиной резания. Минимальная толщина стружки на торце фрезы. Применяются при черновой обработке, однако при правильно выбранных режимах могут обеспечить низкую шероховатость обработанной поверхности

•    Твердосплавные фрезы ROUND с зубчатыми режущими кромками

 

•  Круглые пластинки с зубчатой режущей кромкой обеспечивают эффективное дробление стружки, что способствует улучшению  стружки даже из глубоких карманов.

•     Зубцы на режущей кромке пластины совпадают с контуром корпуса фрезы, что повышает надежность инструмента

5.5. концевые фрезы HELY

Применяются для обработки уступов, могут использоваться для получения больших углублений методом интерполяции.

- Крепление пластины двумя винтами обеспечивает высокую жесткость крепления, что необходимо при высоких скоростях резания и больших подачах

- Длинная острая винтовая режущая кромка

3.

4.

6. Наборы фрез

Наборы фрез применяют для обработки деталей, имеющих несколько поверхностей с прямолинейными или криволинейными образующими. Обработка всех поверхностей производится одновременно, что обеспечивает повышение производительности и точности обработки.

Набор представляет собой группу фрез, подобранных по профилю и размерам обрабатываемых поверхностей, закрепленных на одной оправке. Точность взаимного расположения фрез на оправке и соблюдение требуемого расстояния между ними обеспечивается установочными кольцами. Кольца могут быть регулируемые и нерегулируемые. Необходимо обеспечить также перекрытие зубьев фрез по ширине набора.

Плавная работа набора обеспечивается расположением зубьев так, чтобы зубья соседней фрезы располагались напротив впадины предыдущей, для чего шпоночные пазы располагаются под разными углами относительно вершины зуба фрезы.

Направление зубьев фрез следует выбирать так, чтобы за счет их разнонаправленности компенсировать осевую силу, либо обеспечить ее направление в сторону шпинделя.

7. Фасонные фрезы

- Фасонные фрезы имеют сложную форму режущих кромок, которая зависит от формы и размеров обрабатываемой поверхности, кинематики резания и расположения фрезы относительно детали.

- Фасонными фрезами обрабатываются поверхности с прямолинейной направляющей, винтовые поверхности, тела вращения.

- Фасонные фрезы обеспечивают высокую производительность.

6.1. Незатылованные фрезы

Имеют более рациональную геометрию, вследствие чего стойкость их выше, чем у затылованных фрез. Перетачивают по задней поверхности на специальных приспособлениях по копиру.

• На копировально-фрезерных станках применяют конические концевые фрезы с  закругленной вершиной. При их изготовлении необходимо обеспечить наличие режущих кромок на оси фрезы, поэтому концевую часть копирных фрез конструируют так, чтобы свести к центру два, в крайнем случае, четыре зуба, остальные зубья до центра не доходят.

6.2. Затылованные фрезы

Затылованные фрезы применяются для обработки деталей фасонного профиля и имеют форму задней поверхности, обеспечивающие постоянство профиля режущей кромки при переточках. Переточка – простая операция, так как производится по передней поверхности. Однако при переточке с передней поверхности удаляется слой металла в 4…5 раз больший, чем при переточке незатылованных фрез  по задней поверхности. Затылованные фрезы имеют меньшее число зубьев, что снижает их производительность и качество обработки.

6.2.1. Условие затылования

Кривые затылования должны обеспечить получение положительных задних углов в любой точке режущего лезвия и неизменность профиля после переточки. Для сохранения размеров профиля режущей кромки при переточках необходимо  постоянство передних и задних углов. Если постоянство переднего угла  обеспечивается самой заточкой, то сохранение  заднего угла обеспечивает форма задней поверхности.

Кривой с постоянным углом давления (угол давления кривой β – это угол между касательной к кривой и радиусом-вектором, проведенным в точку касания, β = 90⁰ - α) является  логарифмическая спираль, однако она не технологична.

В качестве кривых для затылования , как правило, используют архимедову спираль, у которой приращение радиуса-вектора прямо пропорционально приращению полярного угла

                       

Изменение угла давления, а следовательно и заднего угла фрезы с задней поверхностью, выполненной по архимедовой спирали, при переточках невелико. Что обеспечивает фактическое сохранение размеров профиля .

                

6.2.2. Виды затылования

Применяют три способа затылования:

• Радиальное - затыловочному  резцу сообщается равномерное поступательное перемещение в радиальном направлении при одновременном равномерном вращении затылуемой фрезы;

• Угловое - суппорт затыловочного станка перемещается вдоль оси станка по копиру, а резец совершает возвратно-поступательное движение под углом τ к оси фрезы;

• Осевое – затыловочный резец перемещается параллельно оси фрезы.

Поступательное перемещение затыловочному резцу задается кулачком.

 

6.2.3. Геометрия

• Передний угол принимают равным нулю, чтобы профиль фрезы соответствовал профиля обрабатываемой детали.

• Задний угол на вершине получают путем затылования.

Величина затылования  К – падение архимедовой спирали в пределах углового шага,  измеренное в радиальном направлении.

 

 

Задний угол на вершине α принимают равным 10…12⁰. Значение К округляют до значения стандартного ряда.

• Задние углы на боковых режущих кромках

Для сохранения профиля при переточках все точки режущей кромки затылуются на одну и ту же величину К, что ведет к увеличению радиальных задних углов   фрезы по мере уменьшения  диаметра d_x  

Задний угол α_х – в нормальном сечении зависит от угла

наклона касательной к профилю фрезы φ_x., его определяют по формуле

                                                     

                                                         или   

Нормальная работа фрезы возможна только при   α_х > 2⁰ , что выполнимо при

 φ_x > 5⁰.

6.2.4. Угловое затылование фрез

В тех случаях, когда затылованные фрезы имеют участки режущей кромки с  углами профиля φ_x менее 5⁰  и значительную разность максимального и минимального диаметров для повышения стойкости фрезы рекомендуется не радиальное, а угловое затылование.

Затыловочный резец перемещается под углом τ к оси фрезы на величину  затылования К, при этом осевая составляющая затылования К_о, а радиальная - К_р

Фактическая величина радиального затылования К_рф  равна сумме радиальных составляющих  К_р и К_ор, где  К_ор – радиальная составляющая осевого затылования  . 

Зная величину углового затылования К, можно определить задний угол в нормальном сечении в любой точке режущей кромки по формуле:

где φ_x – угол профиля, а D_x  - диаметр фрезы в рассматриваемой точке

6.2.5. Конструктивные параметры затылованных фрез

• Диаметр посадочного отверстия

где h – глубина фрезерования;   В – ширина фрезерования. Значение D₀ округляют до ближайшего стандартного размера.

• Наружный диаметр фрезы

• Число зубьев фрезы

где А – коэффициент, для чистовых фрез A= 1,3…1,8 и для черновых фрез   А =1,8…2,5. Значение z округляют до ближайшего целого (лучше четного) значения.

• Радиус закругления дна впадины

где    ψ – угол, обеспечивающий отвод затыловочного резца ,

• Угол стружечной канавки

где   μ = 15…20⁰ – угол, обеспечивающий прочность предельно переточенного зуба.

6.2.6. Фасонные фрезы с положительным передним углом

6.2.7. Затылованные фрезы со шлифованным профилем

У фрез с нешлифованным профилем возникают погрешности профиля после термической обработки, т.к. происходят деформации и зубьев и корпуса. На задней поверхности имеется обезуглероженный слой. Это ведет к снижению точности и стойкости фрезы.

"12 Зубчатые передачи" - тут тоже много полезного для Вас.

В тех случаях, когда требуется высокая точность профиля, применяются фрезы со шлифованным профилем.

Прошлифовать зуб по всей ширине невозможно – из-за врезания круга в следующий зуб. Уменьшение диаметра шлифовального круга менее 80 мм ведет к снижению его стойкости.

На нешлифованной части зуба остается так называемая седловина, которая при переточках фрезы начинает касаться обработанной поверхности.

Для устранения седловины фрезы подвергают двойному затылованию при К₁=(1,2…1,5)К.

Двойное затылование может выполняться раздельно(со сменой кулачка), либо одним кулачком с двумя участками спада К и К₁.