Фрезы

Фрезы являются одним из самых распространенных видов инструмента. Предназначены они для черновой, получистовой и чистовой обработки простых и фасонных поверхностей. Фрезами, оснащенными минералокерамикой и сверхтвердыми материалами, можно обрабатывать закаленные стали (до НRС_э 60), исключая при этом шлифование.

Промышленностью выпускается широкая номенклатура фрез, которую можно подразделить на две группы: фрезы цельные и фрезы сборные.

По конструкции зубьев они делятся на фрезы с остроконечными (острозаточенными) зубьями и фрезы с затылованными зубьями.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ФРЕЗ С ОСТРОЗАТОЧЕННЫМИ ЗУБЬЯМИ

Все типы фрез имеют много общего в оформлении конструктивных элементов. К общим конструктивным элементам относятся: диаметр фрезы, посадочные размеры, число зубьев, углы тела зуба и впадины, форма зуба и углы режущей части зуба фрезы.

Диаметр фрезы - важный конструктивный элемент. От диаметра фрезы зависят отвод теплоты, толщина стружки, число и форма режущих зубьев и диаметр посадочного отверстия под оправку. При выборе диаметра фрезы необходимо учитывать толщину тела фрезы. Для этого пользуются зависимостью

D₁ = (l,6 ¸2,5)d,

где D₁ - диаметр окружности впадин между зубьями, мм; d - диаметр отверстия фрезы, мм.

Рекомендуемые материалы

Размерный ряд диаметров фрез стандартизован и состоит из следующих значений: для торцовых, дисковых, концевых и цилиндрических фрез - 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0; 16,0; 20,0; 25,0; 32,0; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0; 100,0; 125,0; 160,0; 200,0; 250,0; 320,0; 400,0; 500,0; 630,0; 800,0 и 1000,0 мм, для прорезных и отрезных фрез - 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 25,0; 40,0; 62,0; 100,0; 160,0; 250,0; 400,0; 630,0 и 1000,0 мм.

Посадочные размеры. Для насадных фрез к посадочным размерам можно отнести диаметр отверстия, шпоночную канавку и выточки.

Посадочные размеры фрез, мм:

Для фрез с мелкими зубьями, предназначенных 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.

Фрезы, оснащенные твердым сплавом, больших диаметров (250 - 630 мм, кроме отверстия диаметром 600 мм), снабжаются еще выточками для посадки на шпиндель станка. Фрезы изготовляют в двух вариантах: с диаметром выточки 128,57 мм для всего диапазона диаметров и с диаметром выточки 221,44 мм для фрез диаметром 400 - 630 мм.

Число зубьев фрезы (рис. 1) влияет на процесс резания. При выборе числа зубьев фрезы необходимо соблюдать условие равномерности фрезерования. Для фрез с прямыми зубьями (рис. 1, а) это условие обеспечивается, если одновременно работают не менее двух зубьев, т. е.

Рис.1. Условие равномерного фрезерования для цилиндрических фрез с прямыми(а) и винтовыми зубьями

Здесь x = j /e - коэффициент равномерности, где j - угол контакта, определяемый в зависимости от наружного радиуса фрезы R и глубины резания e - угол, соответствующий шагу зубьев, т. е.

e = 360о/z; cosj = 1 – t/R

При малой глубине резания, заданных D и z, не всегда можно добиться равномерности фрезерования. Для цилиндрических фрез (в том числе и концевых) с зубьями, расположенными на периферии по винтовой, равномерность зависит от угла наклона винтовых канавок w и ширины фрезерования В (рис. 1,б).

Процесс фрезерования будет равномерным при условии, если величина В кратна осевому шагу фрезы

где с - целое число.

Рис.2.Углы тела зуба и впадины фрезы

Углы тела зуба и впадины. Прочность зуба и пространство для размещения стружки характеризуются углами h и d (рис. 2, а).

Для остроконечных монолитных фрез угол h не должен быть меньше 47-52° и только в исключительных случаях он выполняется в пределах 30 - 40°, например для фрез концевых и прорезных.

Угол впадины d для большинства фрез равен углу рабочей фрезы, кроме фрез с винтовыми зубьями. Выбор угла d зависит от диаметра фрезы, числа, формы и размеров зубьев. Для сокращения номенклатуры фрез установлен размерный ряд на угол d в пределах 45-100° через каждые 5°. Углы d и h связаны друг с другом:

h = d - e

где e = 360^о/z.

Это соотношение справедливо и для режущих зубьев, снабженных передними углами.

Для фрез с винтовыми зубьями угол h  определяется в плоскости NN, перпендикулярной к винтовым зубьям (рис. 2,б).

В этом случае

h = d - e_i

где e_i-  угол, соответствующий шагу зубьев при приведенном их количестве, т. е.

e_i = 360°/z_i

Приведенное количество зубьев z_i, есть то число, которое имеет фреза с радиусом R_i, соответствующим радиусу кривизны эллипса в направлении малой его оси

Так как z_i = 2pR_i/S_N, где s_n = 2Rj/z cosw - шаг зубьев в нормальном сечении, то z_i=z/cos2w.

Во избежание поломки зубьев угол h должен быть не менее приведенных выше значений.

Форма зубьев и впадин. Число зубьев фрезы влияет на форму, размеры зуба и впадины.

Форма зубьев и впадин должна обеспечивать прочность зубьев, получение достаточного пространства для размещения стружки, гарантировать лучший отвод стружки из зоны резания и допускать максимально возможное количество переточек.

Для остроконечных фрез наиболее распространенной является первая форма в виде трапеции (рис.3, а). Принимается в основном для фрез, работающих на чистовых операциях. Затачивание производится по задней поверхности. Высота зуба h принимается равной 0,5 - 0,65 окружного шага; радиус у дна впадины r = 0,5¸2,0 мм.

Для фрез с крупными зубьями принимается вторая или третья (рис.3,6,б, в) форма. Высота зуба h =0,3 ¸ 0,45 окружного шага; r =0,4¸0,75h (больший коэффициент обычно принимается для фрез малого диаметра). Однако выбор его ограничивается высотой зуба и прямолинейным участком l, характеризующим возможное количество переточек при условии сохранения принятого переднего угла g.

Рис. 3. Формы остроконечных зубьев

Спинка зуба (см. рис.3, в) выполняется по дуге окружности радиусом .R =0,3 ¸0,45D. При выборе его необходимо, чтобы касательная в точке А сопряжения ее с ленточкой f проводилась под углом a₁ на 10-15° больше, чем задний угол a.

Форма зуба (см. рис.3,б) имеет спинку, выполненную под двумя углами: a - задний угол, a₁=20-30° - угол среза спинки. Высота зуба h и радиус округления r выбираются в тех же пределах, что и для зуба третьей формы.

В зависимости от размеров зуба фаску f выполняют равной 1-2 мм, а дополнительную величину затылка F определяют графическим путем.

Углы режущей части зуба. Выбор оптимальных углов режущих элементов фрез зависит главным образом от назначения фрезы, свойств обрабатываемого материала и технологических условий обработки.

Задний угол предназначен для устранения трения задней поверхности зуба об обрабатываемую поверхность в процессе резания.

Главный угол a и вспомогательный угол a₁ (см. рис.3) задают в нормальном сечении к оси цилиндрической или угловой фрезы.

Задний угол в нормальном сечении на винтовых зубьях определяется по формуле

tga_N = tga/cosw.

Задний угол на фасках прорезных и дисковых фрез в сечении, параллельном фаске, определяется по формуле

tga_N =tgasinj,

где j - угол фаски.

Для фрез с мелкими зубьями (снятие небольших припусков) задний угол принимается равным 16°, для фрез с крупным зубом - 12°, для фрез дисковых, прорезных (шлицевых) - до 30°.

Для получения высокого класса чистоты обрабатываемой поверхности рекомендуется для фрез из твердого сплава задний угол выбирать в пределах 5-8°.

Кроме главной режущей кромки некоторые типы фрез имеют еще и вспомогательную. Задний угол a₁ на вспо-могательной кромке принимается в пределах 4-8°.

Для концевых фрез выбор угла a₁ связан с углом в плане j₁ вспомогательно- режущей кромки. Если фреза снабжена торцовыми зубьями с j₁ = l°30', то a₁ в этом случае берется равным 6—10°. При отсутствии торцовых зубьев угол j₁  увеличивается до 8°, а угол a₁ = 0, так как угол j₁ частично выполняет роль угла a₁.

Передний угол предназначен для уменьшения нагрузки на режущую кромку в процессе резания. Он выбирается в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала и характеристики материала инструмента. Значения передних углов в нормальном сечении приведены в табл.1.

Для фрез с винтовым зубом выбор переднего угла g связан с углом наклона режущих зубьев w. С увеличением угла наклона зубьев разница между фактическим передним углом g_ф и углом в нормальном сечении g_N резко возрастает. Ее можно определить по формуле

Угол g_N можно выбирать незначительным для фрез с w =40 – 60^o. При этом фактический передний угол g_ф окажется достаточно большим (см. табл.2) при минимально допустимом ослаблении режущей кромки, что особенно важно при конструировании фрез для обработки высокопрочных материалов.

Угол в плане j определяет соотношение между толщиной и шириной снимаемого слоя металла в зависимости от подачи и глубины резания, а угол j₁ влияет на качество обрабатываемой поверхности.

В табл.3 приведены углы в плане для фрез основных типов.

Торцевые фрезы с D ³ 150 мм для грубой обработки с t< 3 мм: j = 20-30^о, j₁ = 2-3^о

Торцевые фрезы для обработки взаимноперепендикулярных плоскостей, пазов и канавок. Фаска f_o = 0,5-1,5 мм в зависимости от D

Угол наклона режущей кромки l расположен между вектором скорости v в данной точке и нормалью N к главной режущей кромке в той же точке и измеряется в плоскости резания.

Угол l принимается положительным, если вектор скорости находится справа от нормали, и отрицательным, если вектор скорости располагается слева от нормали.

Углом l снабжаются все фрезы с угловой режущей кромкой (торцовые, дисковые, трех- и двусторонние). Для цилиндрических фрез с винтовыми или наклонными зубьями угол наклона w является углом l. Угол l способствует упрочнению зуба. При l, больше нуля первоначальный контакт зуба и заготовки удаляется от вершины зуба и тем самым предохраняет от сколов наиболее ослабленное место. Для фрез с пластинами твердого сплава l выбирается в пределах 12-15°, а для быстрорежущих фрез угол l может быть уменьшен до 10°.

Угол наклона винтовых зубьев w способствует улучшению условий работы фрезы, увеличению ее стойкости и влияет на направление схода стружки. С увеличением угла наклона w от 10 до 60° стойкость фрезы возрастает от 3 до 5 раз.

В зависимости от направления винтовых зубьев и вращения фрезы (правое или левое) в процессе резания возникает осевая сила Р_о, действующая на опору шпинделя станка и обрабатываемую деталь. Направление винтовых зубьев фрез, приведенных на рис.4, а и б, при правом вращении фрезы должно быть правое, а при левом - левое. Направление винтовых зубьев фрез, приведенных на рис.4, в и г, при левом вращении фрезы должно быть правое, а при правом - левое.

При выборе больших величин w необходимо учитывать направление отвода стружки и конфигурацию обрабатываемой поверхности. Например, при фрезеровании закрытых пазов и уступов (см. рис.4, а и б) фрезой с левым наклоном зубьев при левом направлении стружка направляется к торцу фрезы (рис.4, е), защемляется и пакетируется между зубьями, что приводит к поломке инструмента. Для устранения этого явления необходимо, например, при левом вращении фрезы зубья выполнять с правым наклоном.

В табл.4 приведены рекомендуемые углы наклона зубьев для различных типов фрез.

Лекция "Химическое равновесие в гетерогенных процессах. Правило фаз Гиббса-Коновалова. Константа равновесия для гетерогенной реакции" также может быть Вам полезна.

Цилиндр. Насад.                45-60

-«-         концевые               30-60

-«-         мелкозубые           25-30

Дисковые 2-х и 3-х строр. 15-20

Торцовые мелкозубые        25-30

Детали с резьбой имеют широкое распространение в промышленности. Существует ряд способов образования резьб:нарезание резцами, резьбовыми фрезами, метчиками, плашками, резобонарезными гребенками, накатка резьбонакатными роликами, шлифованием, протяжкой, прошивкой и т. д. Каждый способ предусматривает использование определенного вида инструмента и имеет определенную область применения. Одним из самых распространенных видов резьбонарезного инструмента являются метчики, плашки и резьбонарезные гребенки.