Контрольні питання:

1. Класифікація свердлильних верстатів.

2. Які інструменти використовують на свердлильних верстатах?

3. Які матеріали використовують для виготовлення свердел, мітчиків, зенкерів, розверток?

4. Які елементи визначають режими різання при свердлінні?

5. Від чого залежить вибір швидкості різання при свердлінні?

6. Як вибирають величину подачі при свердлінні, зенкеруванні, різьбонарізанні?

7. Який інструмент використовується на свердлильному верстаті для досягнення найвищої точності обробки отворів?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

Оброблення матеріалів на фрезерних верстатах Мета роботи

Ознайомитися з класифікацією фрезерних верстатів, їх конструктивними особливостями та технологічними можливостями, інструментами та пристосуваннями, які використовують при фрезерній обробці. Вивчити будову і принцип роботи універсального вертикально-фрезерного верстата. Навчитися налагоджувати верстат на заданий режим різання і визначати основний (технологічний) час при фрезеруванні.

Короткі теоретичні відомості

Фрезерування – вид обробки матеріалів різанням за допомогою багатолезового інструмента – фрези. Головним рухом при фрезеруванні є обертання фрези. Рух подач здійснюється поступальним переміщенням заготовки зі столом верстата. Залежно від напрямку переміщення стола розрізняють такі подачі: поздовжня (вліво-вправо), поперечна (до себе - від себе), вертикальна (вверх – вниз). Фрезерування – високопродуктивний метод обробки, з допомогою якого обробляють плоскі поверхні (горизонтальні, вертикальні та нахилені), пази, впадини, канавки, а також фасонні поверхні.

Залежно від конструкції й призначення, фрези бувають різних типів. За конструкцією фрези бувають суцільні (як правило, зі швидкоріжучої сталі) і збірні. Останні виготовляють із конструкційної сталі, а вставні ножі – з швидкоріжучої сталі, твердих сплавів або мінералокераміки. Рифлені ножі закріплюють затягуванням у клинових пазах. Твердосплавні пластини паяють твердими припоями (латунними) або закріплюють механічно.

Залежно від способу закріплення на верстаті розрізняють фрези насадні (мають отвір і встановлюють на оправці) і кінцеві з конічними або циліндричними хвостовиками.

Циліндричні фрези мають зуби тільки на циліндричній поверхні і використовують для обробки площин (рис. 5.1, а, б, в). Великі фрези виготовляють із вставними ножами з швидкоріжучої сталі (рис. 5.1, б). Для фрезерування широких площин використовують блоки з різнонаправленими зубами (рис. 5.1, в) для компенсації осьових зусиль. Торцеві фрези із зубами на торці і циліндричній частині використовують для обробки площин. Їх виготовляють суцільними (рис. 5.1, г) і зі вставними зубами (рис. 5.1, д).

Кінцеві фрези (рис. 5.1, е) використовують для обробки пазів, площин, фасонних поверхонь. Звичайно їх виготовляють зварними: ріжуча частина – з швидкоріжучої сталі, а хвостовик – з вуглецевої.

Дискові фрези (рис. 5.1, ж) використовують при обробці прямолінійних пазів, канавок і площин. Виготовляють їх суцільними зі швидкоріжучої сталі й зі вставними ножами. Відрізні й шліцові фрези (рис. 5.1, и) – дискові фрези малої товщини, призначені для відрізання матеріалів і прорізання вузьких канавок, наприклад, у головках гвинтів.

Кутові фрези (рис. 5.1, к) із зубами на конічній поверхні використовують для прорізання канавок кутового профілю при виготовлені фрез, зенкерів, розверток.

Фасонні фрези (рис. 5.1, л) використовують для обробки деталей складного, частіше криволінійного профілю. Контур ріжучого леза зуба повинен відповідати профілю оброблюваної поверхні. Пальцевою фрезою, показаною на рис. 6.1, м нарізають зуби крупномодульних зубчастих коліс.

Рис. 5.1. Типи фрез

На рис. 5.2 зображені схеми горизонтально-фрезерного і вертикально-фрезерного верстатів.

а	б
Рис. 5.2. Горизонтально-фрезерний (а) та вертикально-фрезерний (б) верстати

Основними вузлами верстатів є нижня плита 1, станина 2, електродвигун із клинопасовою передачею 3, коробка швидкостей 4, хобот 5, горизонтальний (вертикальний) шпиндель 6, цапфа 7 для закріплення оправки з фрезою, стіл для встановлення оброблюваної деталі 8, полозки 9, консоль 10, коробка подач 11.

Найпоширеніші варіанти встановлення фрез на фрезерних верстатах показані на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Закріплення інструментів на горизонтально-фрезерному (а) та вертикально-фрезерному (б) верстатах

На горизонтально-фрезерному верстаті (рис. 5.3, а) фрезу 5 разом з набором розпірних втулок 4 і 6 затискають гайкою 10 на оправці 3, яка закріплюється в шпинделі верстата 2 за допомогою гвинта 1. Протилежний кінець оправки фіксують у латунній втулці 7, яка закріплена в цапфі за допомогою гайки8 і контргайки 9.

На вертикально-фрезерному верстаті (рис. 5.3, б) фреза 4 встановлюється на конусну оправку 1 з пазами 2 і шпонкою 3 і закріплюється торцевим гвинтом. Оправка з фрезою фіксується в шпинделі верстата аналогічно, як в горизонтально-фрезерному верстаті.

На фрезерних верстатах обробляють різноманітні поверхні (рис. 5.4).

Горизонтальні площини обробляють циліндричними фрезами (рис. 5.4, а) на горизонтально-фрезерних верстатах або торцевими фрезами (рис. 5.4, б, в) на вертикально-фрезерних верстатах. У більшості випадків продуктивнішою є обробка торцевими фрезами, кріплення яких в шпинделі має вищу жорсткість, кількість зубів, які працюють одночасно, більша, ніж в циліндричних фрез і тому вони працюють плавніше. Найпродуктивнішою є обробка площин торцевими фрезами зі вставними ножами з твердого сплаву.

Вертикальні площини обробляють на горизонтально-фрезерних верстатах торцевими або дисковими тристоронніми фрезами і на вертикально-фрезерних – кінцевими фрезами (рис. 5.4, в, г, д).

Нахилені площини обробляють на горизонтально-фрезерних верстатах кутовими фрезами (рис. 5.4, е) або на вертикально-фрезерних верстатах з поворотною головкою – торцевими фрезами (рис. 5.4, ж). При цьому шпиндельну головку повертають на необхідний кут.

Прямокутні пази і уступи фрезерують дисковими фрезами на горизонтально-фрезерних (рис. 5.4, и) або кінцевими на вертикально-фрезерних верстатах (рис. 5.4, к).

Пази Т-подібні і типу «Ластівчин хвіст» фрезерують на вертикально-фрезерному верстаті за два проходи. Попередньо прорізають прямокутний паз циліндричною кінцевою фрезою (рис. 5.4, к), а потім остаточно обробляють паз фрезою відповідного профілю (рис. 5.4, л).

Рис. 5.4. Приклади поверхонь, які обробляють на фрезерних верстатах

Шпонкові пази відкриті обробляють на горизонтально-фрезерних верстатах дисковими фрезами (рис. 5.4, п), а закриті на вертикально-фрезерних верстатах кінцевими (рис. 5.4, н) або спеціальними шпонковими фрезами (рис. 5.4, о).

Фасонні поверхні обробляють фасонними фрезами відповідного профілю (рис. 5.4, р, с) переважно на горизонтально-фрезерних верстатах, а складні просторові фасонні поверхні – на спеціальних копірувально-фрезерних верстатах.

Складні поверхні, які поєднують горизонтальні, вертикальні і нахилені площини, а інколи і криволінійні поверхні, часто фрезерують набором фрез на горизонтально-фрезерних верстатах (рис. 5.4, т).

Режим різання при фрезеруванні визначається швидкістю різання V, м/хв, подачею S і глибиною різання t, мм.

Швидкість різання V – колова швидкість найвіддаленішої від осі обертання точки ріжучого леза фрези:

V =Dn/1000, м/хв, (5.1)

де D – діаметр фрези, мм; n – частота обертання фрези, об/хв.

Подача – прямолінійне або обертове переміщення заготовки відносно осі фрези.

При фрезеруванні розрізняють хвилинну подачу S_х – переміщення оброблюваної деталі, мм/хв; подачу на оберт S_о – переміщення деталі за один оберт фрези, мм/об; подачу на зуб S_z – переміщення деталі при повороті фрези на один кутовий крок зубів, мм/зуб.

Згадані подачі взаємопов’язані між собою такими залежностями:

S_х = S_on = S_znz, (5.2)

де n – частота обертання фрези, об/хв; z – кількість зубів фрези.

Хвилинна подача визначає продуктивність обробки, подача на зуб характеризує інтенсивність навантаження на зуб і, відповідно, стійкість фрези.

Залежно від напряму обертання фрези і напряму подачі розрізняють зустрічне фрезерування при подачі заготовки на зустріч обертанню фрези і попутне при співпаднні напрямків обертання фрези і подачі (рис. 5.5). При чорновій обробці доцільно використовувати зустрічне фрезерування, а при чистовій – попутне.

Рис. 5.5. Схеми фрезерування: а – горизонтальне; б – вертикальне; в – зустрічне; г – попутне

Глибина різання t , мм – товщина шару матеріалу, який знімається фрезою за один прохід, виміряна перпендикулярно до оброблюваної поверхні.

Ширина фрезерування В – довжина поверхні контакту фрези з оброблюваною заготовкою, виміряна в напрямі, перпендикулярному напрямку подачі.

Товщина зрізуваного шару при фрезеруванні – товщина шару металу, що зрізається одним зубом фрези, виміряна в радіальному напрямку. Ця величина є змінною (від 0 до максимуму при зустрічному фрезеруванні й навпаки при попутному). Для вирівнювання навантажень, які виникають при цьому на механізмах верстата, використовують фрези з гвинтовими зубами.

Від правильного вибору елементів режиму різання залежить продуктивність обробки, точність і шорсткість обробленої поверхні, необхідна потужність верстата. Визначаючи оптимальний режим різання, розраховують глибину різання, потім – найбільшу технологічно допустиму подачу і лише за отриманими значеннями t і S – швидкість різання V.

Глибину різання t вибирають залежно від величини припуску на обробку, необхідних точності і шорсткості поверхні, потужності верстата. Для зменшення часу чорнової обробки намагаються зняти припуск за один прохід, а якщо це не можливо, то за мінімальне їх число. Як правило, при фрезеруванні відливок і поковок, покритих твердою окалиною, глибина різання не повинна перевищувати 2 мм.

Подачу S при чорновому фрезеруванні вибирають максимально допустимою з метою зменшення основного часу. При чистовому фрезеруванні величина подачі залежить від заданої шорсткості поверхні. Величини подач із врахуванням міцності зубів фрези, їх стійкості, властивостей оброблюваного матеріалу, заданої шорсткості обробленої поверхні приводяться в нормативних довідниках і знаходяться в межах 0,04 – 0,5 мм/зуб.

Швидкість різання V залежить від матеріалу заготовки, матеріалу фрези, її діаметра, періоду стійкості фрези, глибини різання, подачі і ширини фрезерування. Її визначають аналітично (за формулою) або за довідковими таблицями.

Продуктивність обробки Q при фрезеруванні визначають кількістю деталей, які виготовляють за певний період часу Т (місяць, зміну, годину):

Q = Т/Т_к, (5.3)

де Т_к – час обробки однієї деталі, хв.

Головним складником часу обробки деталі є основний технологічний час Т_о, хв, який витрачається на безпосередню зміну стану заготовки (форми, розмірів). Його визначають за формулою

Т_о = Li/S_х, (5.4)

де L – розрахункова довжина заготовки, мм; i – число проходів фрези.

Розрахункова довжина заготовки

L = l₁+l+l₂, (5.5)

де l₁ – довжина шляху врізання фрези, мм; l – фактична довжина фрезерування оброблюваної поверхні, мм; l₂ – перебіг фрези, мм.

Довжину шляху врізання l₁, фактичну довжину фрезерування оброблюваної поверхні l та перебігу фрези l₂, мм, визначають при фрезеруванні, виходячи із траєкторії руху центра фрези. Практично це легко визначити, викресливши ескіз обробки (операційний ескіз).