Тема 16, 17. Обробка матеріалів циліндричними та торцевими фрезами.

Тема 18. Конструювання фрез. Високопродуктивні фрези.

1. Фрезерування, типи фрез.

Фрезерування - один із найпоширеніших видів обробки, в умовах багатосерійного виробництва поступається лише протягуванню. Основні рухи процесу: швидкісне обертання фрези навколо її осі й поступовий рух подавання, яке може бути прямолінійним, обертальним або гвинтовим. Відповідно оброблюються – площини, канавки, пази; поверхні обертання; гвинтові поверхні, стружечці канавки інструментів, западини косозубих колес. Розрізняють чорнове, напівчистове і чистове фрезерування.

Класифікація фрез:

• за розташуванням зубців на вихідному циліндрі – циліндричні, торцеві, дискові, трьохбічного різання, кінцеві;

• за способом закріплення – кінцеві (з конічним та циліндричним хвостовиком) та насадні;

• за видом зубців – прямозубі, з гвинтовим зубом, подвоєні, з різнонаправленим зубом;

• за видом задньої поверхні – плоско заточені, затиловані;

• за видом оброблюємої поверхні – кутові, шпонкові, для Т- образних пазів, різьбові, зубонарізні;

• за видом різального матеріалу – швидкорізальні і твердосплавні; з надтвердих матеріалів;

• за конструкцією – суцільні й зборні;

• за розміром зубців – мілко зубі, великозубі;

• за способом кріплення різальних елементів: з напаяними пластинками, з рифленими вставками, з механічним кріпленням.

Пласкозаточені зубці використовуються у фрез загального призначення, мають високу тривкість і переточуються по передній поверхні й мають постійну висоту.

а) циліндрична фреза

Попутне Зустрічне

б) види циліндричного фрезерування

в) торцева фреза г) дискова фреза

д) кінцева фреза е) шпонкова фреза

Рисунок 1 – Види фрез.

Зустрічне фрезерування використовується при чорновій обробці – зуб фрези працює з-під корки, навантаж зростає від mіn = 0 до max

(рис.1,б), на виході зуб вібрує, поверхня отримується шорстка.

Попутне фрезерування - при чистовій обробці, навантаження зменшується від max до mіn, фреза притискає заготованку до столу, вібрує менше – поверхня досить точна.

Перевага використання фасонних фрез сильно проявляється при обробці заготованок великої довжини і посередньої ширини фрезеруємої поверхні. Фасонні фрези збірної конструкції утворюють необхідний профіль із сукупності простих окремих елементів.

Фрези з механічним кріпленням багатогранних непереточуюмих пластин із твердого сплаву забезпечують підвищення тривкості інструменту.

Набори фрез (групи фрез, підібраних за профілем і розмірами і закріплених на загальній оправці) дозволяють одночасну обробку ряду поверхонь однієї або декількох заготованок.

Тема 19. Розрахунок та табличне визначення режимів різання при фрезеруванні. Аналітичний розрахунок режимів різання при певному виді фрезерування.

Конфігурація обробляємої поверхні і вид обладнання визначають тип фрези, що використовується [1, с. 282, рис. 3]. Її розміри визначаються розмірами обробляємої поверхні і глибиною зрізаємого шару. Діаметр фрези для скорочення основного технологічного часу і витрат інструментального матеріалу обирають по можливості найменшої величини, враховуючи при цьому жорсткість технологічної системи, схему різання, форму і розміри оброблює заготовки.

При торцевому фрезеруванні для досягнення продуктивних режимів різання діаметр фрези D має бути більший за ширину фрезерування В, тобто D= (1,25... 1,5)В, а при обробці сталевих заготованок обов’язковим є їх несиметричне розташування відносно фази: для заготованок з конструкційних вуглецевих і легованих сталей - їх зсувають в напрямку врізання зуба фрези (див. рисунок 1а) чім забезпечують початок різання при рисій товщині зрізаємого шару; для заготованок з жаротривких та корозійно тривких сталей – зсув заготованки в бік виходу зуба фрези із різання з min виходу зуба фрези із різання (рисунок 1б), чім забезпечено вихід зуба із різання з min можливою товщиною зрізаємого шару. Не виконання цих правил призводить до різкого зниження тривкості інструмента.

Рисунок 1 – Розташування сталевої заготованки при торцевому фрезеруванні відносно фрези:

L1) врізання зуба при зміщенні с₁= (0,03....0,05)D_ф;

L2) вихід зуба фрези при с₂= 0.

При фрезеруванні розрізняють такі режими різання як глибина різання t, подавання Sм й Sz, швидкістьV, частоту обертання n, силу різання Pz і Ру, обертальний момент Мкр, потужність Ne, основний час То.

Порядок визначення режимів різання:

1. Визначити, відповідно вихідних даних, схему різання, обладнання, інструменти і його геометричні параметри (Dф, L, Z, основні кути.

2. Глибина різання t визначається в залежності від виду фрезерування [1, с. 282, рис.. 3].

3. Визначити величину подавання S, якщо при фрезеруванні розрізняють подавання на один зуб фрези Sz [мм/зуб], подавання на один оберт фрези S [мм/об], та хвилинне подавання Sм [мм/хв]:

Sм = S * n = Sz * Z * n,

n – чистота обертання фрези, об/хв;

Z - число зубців фрези.

При чорновому фрезеруванні вихідною є Sz; при чистовому – S, по якій далі визначають Sz = S / z. Рекомендовані величини. Рекомендовані величини подавання для різних фрез і умов різання наведені у т. 33-38 [1, с. 283-286].

4. Визначити швидкість різання V [м/хв]:

, де

Сv і значення показників ступіні наведені в т. 39 [1, с.286];

Т – період тривкості фрези [1, с.287, т.40];

Кv – загальний поправочний коефіцієнт, що враховує дійсні умови обробки (якість обробляємого матеріалу Кмv, стан поверхні заготованки К nv, матеріал інструменту Kuv), див. т.1-6 [1, с.261-263]:

Kv = Kмv * Knv * Kuv

5. Визначити частоту обертання і перевірити дійсну швидкість різання:

[об/хв];

n_д - за паспортом верстата, найближча менша,

[м/хв].

6. Визначити силу різання Рz, [Н] (головна складова):

,

де Сv і показники ступеня в ф [1, с.291, т.401];

Кмр – поправочний коефіцієнт на якість обробки для сталі і чавуна в [1, с.264, т.9], для мідних сплавів [1, с.265, т.10].

7. Обертаючий момент Мкр [Нм]:

8. Визначити потужність різання і перевірити можливість обробки за паспортом верстата:

[кВт],

N шпинделя = Nq* η [кВт],

де Nq – потужність верстата , кВт;

η – ККД, η = 0,8... 0,85;

Nе ≤ N шпинделя

9. Основний час обробки,:

де – L довжина шляху обробки з урахуванням врізання і перебігу, мм;

і – кількість робочих ходів.

Приклад рішення:

1.

Деталь: вал.

Матеріал: сталь 45, σ_т = 610 мПа, маса m = 2,5 кг

Обробка шпонкового пазу в= 16 мм, ℓ₁=40 мм, h=6 мм

Обладнання: верстат шпонково-фрезерний 692Р

Інструмент: фреза шпонкова із швидкорізальної сталі Р6М5 (Мо=5%, W=6%) з конічним хвостовиком по ГОСТ 9140-71, з параметрами:

Dф = 16 мм = в, z = 2, γ = 10º,α = 20º, α ₁= 8º,φ₁ =5-6º [, с.475, т.12-15].

L = 150

2. Глибина різання при фрезеруванні шпонкового пазу маятниковим подаванням на кожний хід канавки приймається t = 0,4 мм при в = 16 мм на один подвійний хід, що складає частину глибини шпонкового пазу .

3. Подавання на зуб фрези [1, с.286, т.38]:

Sz = 0,25 мм / зуб, при фрезеруванні сталі σ_т < 750 мПа подавання зменшують на 20-40% (примітка до таблиці 38), тоді Sz = 0,24 мм/зуб; на один оберт: S = Sz * Z = 0,24 * 2 = 0,48 мм / об.

4. Швидкість різання:

,

де Т = 80 хв [1, с.290, т.40],

Cu = 12; q = 0,3; х = 0,3; у = 0,25; u = 0; р = 0; m = 0,26

Обрано по [1, с.286, т.39] при фрезеруванні сталей (σ_т = 750 мПа) шпонкового двох перовою фрезою із Р6М5 з охолодженням;

Кmv = Кr (750 / σ_т)ⁿ_v= 1* (750/610)^0,9= 1,18 [1, с.261, т.11];

Кnv = 1 – без корки [1, с.263, т.5];

Кuv = 1 – [1, с.263, т.6],

тоді Кv = Кuv * К nv * Кmv = 1,18*1*1= 1,18

(м / хв).

5. Частота обертання фрези:

[хв ^-1],

коректуємо за паспортом верстата:

n_д = 400 [хв ^-1].

Дійсна швидкість різання:

[ м / хв]

6. Сила різання:

,

де Ср = 68,2; х = 0,86; у = 0,72; u = 1; q = 0,86; w = 0; по [1, с.291, т.41],

Кр = Кmр = (σ_т / 750)ⁿ = (610 / 750)^0,3 = 0,94 [1, с.264, т.9],

[4]

7. Обертаючий момент:

[Нм],

8. Потужність різання:

[Квт]

За паспортом верстата:

N шпінд = Nq * η = 2,2 * 0,8 = 1,76 кВт

Nе ≤ N шпінд; 0,142 кВт < 1,76 кВт;

умова виконання – обробка можлива.

9. Основний час обробки:

Розділ 5. РІЗЬБОНАРІЗАННЯ.

Тема 20. Нарізання різьби різцем.

Тема 21. Нарізання різьби мітчиком та плашкою.

Тема 22. Нарізання різьби гребінками та дисковими фрезами.

Тема 23. Конструкція різьбонарізних інструментів.

1. В техніці використовуються різні типи різьб. По формі профілю вони бувають трикутні, трапецеїдальні, прямокутні, радіусні і т.д. Різьби бувають одно – і багато західні; зовнішні і внутрішні; праві і ліві. Вимоги до різьбових деталей: масовість, підвищена якість з’єднань.

Існує два метода (дві схеми) нарізання різьб. Перша відповідає процесу точіння – де інструмент відносно заготованки виконує гвинтовий рух, ось якого співпадає з віссю різьби, параметри рівні. Вихідна інструментальна поверхня співпадає з поверхню деталі. Так працює різьбовий фасонний різець. В момент останнього проходу їх різальна кромка розташовується на гвинтовій поверхні різьби. Щоб зменшити число робочих проходів – використовують різьбові гребінки, яка представляє в собі декілька об’єднаних в одну конструкцію, різців. Бувають, як і різці, стержневі, призматичні круглі. Та мають калібруючи частину з 4-6 однотипних зубців.

а) стержневий б) круглий

Рисунок 1 – Різьбові різці.

а) стержнева б) кругла

Рисунок 2 – Різьбові гребінки.

На верстаті можна встановити декілька гребінок і збільшити цим сумарну довжину різальних кромок.

Інструменти, у яких в єдину конструкцію поєднано декілька гребінок, називають мітчиками і плашками, які відповідно використовуються для обробки внутрішніх і зовнішніх поверхонь з різьбою.

Мітчики мають робочу частину, яка виконує утворення профілю різьби і має кут в плані φ, завдяки чому робота різання розподіляється на всю різальну частину. Калібруюча частина зачищує нарізаєму різьбу і направляє мітчик при роботі. Хвостовик існує для закріплення мітчика і передачі обертального моменту на верстаті.

Рисунок 3 - Мітчик.

Кругла плашка призначена для нарізання зовнішніх різьб невисокої точності за один прохід. Робоча частина плашки має з обох торців різальну (збірну) частину, що дає можливість нарізати різьбу з різних боків. На різальній частині є кут в плані φ. Для правильного напрямку різання – калібруюча частина. Не має хвостовика і закріплюється по зовнішньому діаметру в плашкодержателі.

Рисунок 4 – Кругла плашка.

З метою підвищення продуктивності (тому, що при обробці мітчиками і плашками необхідно згвинчувати інструмент з деталі) використовують збірні “мітчики і плашки”, які називають різьбонарізними голівками. Вони, після обробки, виводяться із зчеплення з заготовкою і інструмент швидко відводиться. Використовуються на верстатах-автоматах. Поділяються (по розташуванню і конструкції гребінок) на головки з пластинками тангенційно встановленими гребінками і голівки з круглими гребінками. Нарізають внутрішні і зовнішні різьби.

Використовуються в багатосерійному і масовому виробництві.

Схема різьбофрезерування включає швидке обертання інструмента навколо його осі і повільний гвинтовий рух подавання, вісь якого співпадає з віссю деталі. Вихідна інструментальна поверхня є огинаючою при обертанні поверхні різьби навколо інструменту. Вісь інструмента відносно різьби може займати різні положення. За токою схемою працюють: дискові різьбові фрези (трапецоідальні різьби з великим кроком), торцові фрези (для крупногабаритних різьб), гребінчасті фрези (фреза і деталь обертаються навколо своїх осей, фреза за один оберт деталі зміщується вдоль її осі на крок різьби).

Рисунок 5 – Обробка різьб фрезами.

Для фрезерування різьб великої довжини використовують вихревий метод нарізання дисковими фрезами, які представляють собою збірний інструмент, в кільцевому корпусі якою закреплені різці.

За схемами, аналогічними фрезеруванню, виконують шліфування різьб однониточними або багатониточними кругами.

Обробку одно – і багатозахідних різьб можна виконувати методом обкатки – обкаточними різцями – висока продуктивність, обробка крупних різьб за один прохід, простота.