12.3.Методы фрезерования

Различают встречное и попутное фрезерование. При встречном фрезеровании вектор скорости в точку входа фрезы в точку направлен противоположно вектору скорости. Зуб фрезы начинает работать в точке с минимальной толщиной срезаемого слоя (рис. 12.3).

;

Рис. 12.104. Встречное фрезерование

Нагрузка на зуб подается постепенно. Но т.к. в любой вершине зуба и сама режущая кромка зуба имеет радиус закругления при вершине , и вначале отрицательный, то зуб не будет резать, а только мнет материал. Т.е. может быть наклеп. Он начинает врезаться в материал при минимальной толщине среза.

Сила , идущая по радиусу, возрастает и стремиться отжать зуб. Внедрение зуба в металл проходит при толщине среза больше . Зуб, работая, сильно изнашивается, стойкость фрезы понижена, ухудшается чистота обработанной поверхности.

При попутном фрезеровании вектор скорости в точке совпадает с вектором скорости подачи, т.е резание начинается с наибольшей толщины срезаемого слоя и сразу подвергается максимальной нагрузке (рис. 12.4).

Рис. 12.105. Попутное фрезерование

Попутное фрезерование не рекомендуется применять при обработке заготовок с коркой. Если на поверхности нет твердой корки, то этот метод имеет преимущества:

1.Стойкость фрезы увеличивается в 2-3 раза, т.к. уменьшается скольжение зуба и общее трение по задней поверхности. Особенно при обработке материалов, склонных к наклепу.

2.Снижается шероховатость поверхности (примерно на один класс) и точность обработанной поверхности увеличивается, т.к. заготовка прижимается к столу силой резания . Уменьшается вибрация.

3.Снижается мощность резания, но метод попутного фрезерования можно проводить лишь на станках с повышенной жесткостью в направлении подачи и имеющих устройство регулирования осевого зазора между болтом и гайкой в пределах 0,1-0,15 мм.

Машинное (технологическое) время обработки определяется по формуле

Рис. 12.106. Определение основного машинного времени

Для симметричного торцевого фрезерования: .

Для несимметричного фрезерования: .

Основное машинное время: .

.

Для уменьшения машинного времени необходимо уменьшить , диаметр фрезы, увеличить число зубьев и .

12.4.Силы резания при фрезеровании

Силы резания при фрезеровании достигают весьма больших значений, и требуются значительные мощности при эксплуатации фрезерных, особенно многошпиндельных станков.

Рис. 12.107. Схема действия сил резания при цилиндрическом фрезеровании

Для снятия стружки с поверхности заготовки необходимо со стороны режущего зуба фрезы приложить силу , преодолевающую сопротивление обрабатываемого материала. Это сила может быть разложена на две составляющие силы:

• окружную силу , касательную к траектории движения точки режущей кромки. Она производит основную работу в процессе фрезерования. По ней рассчитывают крутящий момент на шпинделе и эффективную мощность. Производят расчет на прочность механизмов главного движения;

• радиальную силу , направленную по радиусу. Она действует на опоры шпинделя станка, создает дополнительный момент трения, изгибает оправку, на которую крепится фреза.

Силу можно разложить на действующие со стороны станка силы: горизонтально составляющую и вертикальную . Горизонтально составляющая нагружает механизм подачи станка и элементы крепления заготовки. При встречном фрезеровании: и . При попутном фрезеровании: и .

Сила разделяется на вертикальную составляющую , перпендикулярной обработанной поверхности. При фрезеровании по подаче сила будет иметь одно направление вниз, и воздействие фрезы таково, что она прижимает деталь к станку, уменьшая при этом вибрации.

При встречном фрезеровании сила меняет знак, что вызывает вибрации. Но лучше, когда направлена вниз.

У фрез с винтовыми зубьями действует осевая сила :

Сила действует на упорные подшипники шпинделя станка, на крепление заготовки и элементы механизма подачи станка.

Окружная сила производит основную работу резания. Поэтому в экспериментах при резании цилиндрическими фрезами определяют в основном окружную силу и для нее даются экспериментальные формулы во всех справочниках по расчету режима резания.

Для цилиндрического, концевого фрезерования:

.

При обработке стали, ковкого чугуна, бронзы, чугуна формула принимает вид:

.

Значение для стали, 30 – для чугуна, 22 – для бронзы.

Значение крутящего момента определяется по формуле .

Мощность резания при фрезеровании: , .

При фрезеровании экспериментальные исследования показывают, что при фрезеровании мощности подачи составляет приблизительно 15% эффективной мощности от мощности резания: .

Экспериментальные формулы эффективная мощность резания для цилиндрической, дисковой, концевой быстрорежущей фрезы:

,

.

Значение для стали, 1,54 – для ковкого серого чугуна, 1,5 – для быстрорежущей стали.

Анализ приведенных сил: наибольшее влияние на силу и мощность оказывают глубина резания, подача на зуб при постоянной скорости резания.

С уменьшением силы увеличивается диаметр за счет того, что уменьшается толщина срезаемого слоя. Увеличение числа зубьев приводит к увеличению силы резания и мощности. За счет того, что при увеличении число зубьев пропорционально увеличивается числу зубьев, находящихся в контакте и участвующих в работе одновременно. Увеличение переднего угла уменьшается ила резания и мощность.

С увеличением ширины фрезерования сила и мощность увеличиваются, т.к. увеличивается число зубьев. Причем увеличивается суммарное сечение среза. За счет этого увеличивается работа резания, увеличивается количество тепла, выделяемого в процессе работы.

С увеличением угла уменьшаются сила, мощность. Это приводит к уменьшению деформации. Через увеличение угла увеличивается действительный угол .