Фрезерование плоских поверхностей

ОБРАБОТКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ЛЕКЦИЯ № 18

Процесс фрезерования основан на сочетании главного движения – вращения фрезы и поступательного движения — перемещения заготовки. При фрезеровании используют специальное оборудование и технологиче­скую оснастку.

По классификации металлорежущего оборудования фрезерные станки относятся к шестой группе, которая разделяется на десять типов. Нулевой тип – резервный, к первому относят вертикально-фрезерные консольные станки, ко второму типу – копировальные и гравировальные, к пятому — вер­тикально-фрезерные бесконсольные, к шестому – продольные, к седьмому – консольные широкоуниверсальные, к восьмому – горизонтально-фрезер­ные консольные, к девятому – разные.

Обычно фрезерование предполагает относительно большие силы реза­ния, резко изменяющиеся по величине, поэтому к жесткости оборудования предъявляют повышенные требования.

На фрезерных станках можно обрабатывать плоскости и тела вращения, резьбы, фасонные криволинейные, винтовые поверхности, прорезать, отре­зать заготовки, подрезать торцы, и выполнять различные другие операции различной сложности.

Существуют понятия разрезание, отрезание, прорезание и подрезание заготовок. Разрезают обычно прокат, (абразивными кругами, ножовками) на фрезерно-отрезных станках, разрезку проводят дисковыми пилами, осна­щенными твердосплавными пластинами.

Затем от частей, разрезанного проката на универсально-фрезерных станках, отрезают заготовки нужного размера для конкретных деталей. В этих заготовках прорезают канавки, пазы и др.

Для этих операций при фрезеровании используют прорезные и отрезные фрезы. Уступы, пазы и проушины обрабатывают дисковыми или кольцевы­ми фрезами.

Подрезание торцов заготовок (валов) обычно сопровождается их зацен­тровкой на фрезерно-центровальных станках, позволяющих при одном ус- танове произвести обработку торцов и зацентровку.

Продольные фрезерно-расточные станки предназначены для фрезерова­ния, расточки, сверления, резьбо-нарезания и других работ. Фрезерные стан­ки позволяют, в частности, проводить последовательную обработку отвер­стий, резьбового профиля, торцевых поверхно­стей и канавок.

Различают консольные и бесконсольные станки.

У консольных станков стол расположен на подъемном кронштейне (консоли), а у бесконсольных, стол перемещается на неподвижной станине.

К оборудованию непрерывного действия относятся карусельные и бара­банные станки.

  а б в

Рис. 18.1. Схемы обработки заготовок на продольно-фрезерных станках

Вертикально-фрезерные, горизонтально-фрезерные и продольно-фре­зерные станки можно отнести к универсальному оборудованию; шлице-фре- зерные, карусельно-фрезерные, копировально-фрезерные – к специализи­рованному оборудованию.

Фрезерные станки с ЧПУ обычно оснащены дискретной системой, ко­торая задает размеры по координатам в пределах 0,01 мм и инструменталь­ным магазином с 6-24 инструментами.

Станки с ЧПУ изготавливают с вертикальным и горизонтальным распо­ложением шпинделя, консольные и бесконсольные – с одновременным уп-равлением по трем координатам.

На фрезерных станках с ЧПУ обработку можно вести как при попутной, так и при встречной подаче. Автоматическая смена инструмента и измене­ние скорости вращения шпинделя, наличие возможностей наряду с фрезеро­ванием проводить сверление, зенкерование, развертывание и растачивание значительно расширяют технологические возможности таких станков.

Основой технологической оснасткой является инструмент.

Фреза – лезвийный инструмент с вращательным главным движением резания без изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с од­ним движением подачи, направление которого совпадает с осью вращения.

По технологическому признаку фрезы разделяют для обработки плоско­стей, шлицев, шпонок, зубчатых, резьбовых, фасонных поверхностей, тел вращения и др.

По конструктивным признакам фрезы отличаются расположением зубьев (торцевые, дисковые, угловые и др.), т. е. режущие зубья могут быть располо­жены на цилиндрической или торцевой поверхности фрезы; направлением зубьев (прямые, наклонные, винтовые и др.); конструкцией зубьев (острозаточенные, затылованные); конструкцией корпуса (цельные, сборные и др.); спо­собом крепления (насадные, концевые и др.) и материалом режущей части фрезы.

Большое распространение получили концевые фрезы, обладающие ши­рокими технологическими возможностями. Они могут иметь сложную фор­му рабочего профиля, что позволяет обрабатывать ими различные поверх-

ности (рис. 18.2). Форма рабочей поверхности концевых борфрез бывает цилиндрической (рис. 18.2, а, б, в), цилиндрической закругленной (рис. 18.2, г), шаровой (рис. 18.2, д), конической (рис. 18.2, е, ж, з), факелообразной за­кругленной (рис. 18.2, и), факелообразной острой (рис. 18.2, к) и овальной (рис. 18.2, л, м).

Названные фрезы выполняют как со стружколомами, так и без них. Угол заострения конических фрез в большинстве случаев составляет 14°, 25°, 30°, 45°, 60° или 90°.

Концевые борфрезы обычно применяют при обработке плоских поверх­ностей, галтелей, непрямолинейных сварных швов, фасок, сложных профилей и криволинейных профилей в сложнодоступных местах.

а б в г

д е ж з

и

к л м

Рис. 18.2. Формы рабочего профиля концевых фрез

При снятии больших припусков, а, следовательно, повышении нагрузок на инструмент применение борфрез нецелесообразно, в этом случае исполь-

зуют цельные или сборные концевые фрезы. Концевые фрезы мож­но изготавливать целиком из быстроре­жущей стали или из твердого сплава, с напайными винтовыми или закругленными пласти­нами. Такие фрезы могут работать с подачей в радиальном или осевом и радиальном направлениях. Широкое применение приобретают кон­цевые фрезы с механическим креплением неперетачиваемых пластин, например, для снятия фасок. Твердо-

сплав­ные неперетачиваемые пластины на кон­цевых фрезах могут иметь различную форму, например круглую или закругленную, такие фрезы целесообразно использовать для работы по копиру.

Режущие элементы дисковых фрез расположены на внешней цилиндри­ческой поверхности или торцевых поверхностях. Они предназначены для обработки канавок, пазов и других углублений (рис. 18.3).

Рис. 18.3.Схемы дисковых трехсто­ронних фрез:

а – прямозубая фреза; б— фреза с разно­направленными зубьями;

в — обработка паза фрезой с разнонаправленными зубьями

Выпускают односторонние, двусторонние и трехсторонние дисковые фрезы, т. е. режущие кромки на них располагаются соответственно только на цилиндрической (односторонние), на цилиндрической части и на, одном из торцов (двусторонние), на цилиндрической части и обоих торцах (трех­сторонние). Твердосплавные режущие элементы закрепляются в корпусе фрезы механическим способом.

Обработку поверхностей фрезерованием проводят не только на специ­альных фрезерных станках, но и на других видах оборудования.

Торцевое фрезерование в основном обеспечивает многостороннюю обра­ботку плоскостей корпусных заготовок. В торцевых фрезах соотношение рабо­чего диаметра к его длине равно 4:6. Стандартные фрезы имеют диаметр от 60 до 600 мм, что позволяет проводить обработку значительных по ширине плос­костей заготовок за одни проход.

Торцевые фрезерные головки изго­тавливают со смежными режущими элементами из быстрорежущей стали, твердого сплава или минералокерамики. Крепление режущих элементов осуще­ствляется различными способами. Наи­более простое и надежное крепление обеспечивается при установке неперетачиваемых пластин. Принципиальным отличием способов крепления можно считать наличие или отсутствие систе­мы регулирования положения режущих элементов на корпусе инструмента (рис. 18.4, а). Нерегулируемые системы режущих элементов выполняют по мо­дульному принципу (рис. 18.4, б).

Современное машиностроительное производство требует высокой про­изводительности и хорошего качества обработки при снижении количества операций. Это можно достигнуть применением комбинирован­ного инструмента (например, фреза – зенкер).

В то же время необходимо уменьшать время на наладку инструмента, что достигается путем обработки заготовок набором фрез, и позволяет обеспечить допуск на заданную ширину обработки в пределах ±0,025 мм.

Конструкция механического крепления пластин должна обеспечивать высокую точность и долговечность корпуса, жесткое и беззазорное крепление пластин, создавая условия беспрепятствен­ного схода стружки, легкую и быструю их смену.

Рис. 18.4. Схемы крепления неперетачиваемых пластин на насадной торцевой фрезе:

а — схема регулируемой конструкции; б — модульной конструкции

При оценке процесса фрезерования требует­ся учитывать направление вращения фрезы и подачи, распределение усилий резания и режи­мов обработки. Торцевые фрезы с винтовыми твердосплавными механически жестко закреп­ленными четырехгранными неперетачиваемыми пластинами обеспечивают фрезерование чугуна со скоростью 1...2 м/с и подачей от 1 до 0,6 мм/зуб.

В последнее время все более широкое применение находит процесс вихревого фрезерования валов и резьб. При вихревом фрезеровании инструмент устанавливается в кольцеобразной державке, которая закрепляется в специальном роторном устройстве и совершает вращательное движение. Режущие кромки инструмен­та направлены внутрь державки. Подача может производиться параллельно оси вращения вихревого контура, в радиаль­ном направлении и по окружности. Обычно подача осуществляется в ради­альном направлении.

Применение дисковых фрез, осна­щенных твердосплавными пластинами, не имеет принципиальных отличий по конструкции от обычного инструмента (кроме того, что режущие кромки инст­румента направлены внутрь). При изготовлении коленчатых валов вместо токарной обработки перед шлифованием возможно применение вихревого фрезерования коренных и шатунных шеек.

При круглом наружном фрезеровании фреза имеет форму диска диа­метром 600... 1100 мм, на котором по внешней стороне размещены твердо­сплавные неперетачиваемые пластины. При обработке шейки коленчатого вала фреза, вращаясь, подается до момента достижения заданного размера, затем начинает вращаться вал, за одни оборот которого происходит фрезе­рование его шейки (рис. 18.5). Главное движение совершает фреза.

При вихревом (внутреннем, охватывающем) фрезеровании фреза тоже имеет форму кольца (диска), но режущие твердосплавные пластины располо­жены внутри диска, наружный диаметр которого равен 800... 1000 мм. В этом случае зубья фрезы располагаются на внутренней поверхности ее корпуса.

Следует учитывать, что профиль фрезы соответствует негативной форме шейки коленчатого вала, следовательно, этот инструмент может быть использо­ван для конкретного размера вала. При вихревом фрезеровании вал не

Рис. 18.5. Схема наружного фрезе­рования Рис. 18.6.Схема вихревого фрезерования

вала: 1 — обрабатываемая шейка вала; вала: 1 – фреза; 2 – обрабатываемая шейка

2 — фреза вала

вращает­ся и главное (вращательное) движение выполняет инструмент (рис. 18.6).

Во время обработки фреза эксцен­трично вращается, совершая планетар­ное движение вокруг неподвижной шейки вала. Вихревое фрезерование по

сравнению с наружным имеет боль­шую производительность, обеспечива­ет плавность работы и стойкость инст­румента.

Фрезерование цилиндрическими фрезами можно выполнять в условиях, когда их вращение и направление подачи совпадают (попутное фрезерова­ние). В этом случае толщина срезаемого слоя постепенно уменьшается от h_max до нуля (рис. 18.7, а). Если фреза вращается против направления подачи (встречное фрезерование), то толщина среза увеличивается от нуля до h_max (рис. 18.7, б).

При фрезеровании большое влияние на точность обработки оказывают силы резания. При работе прямозубой цилиндрической фрезой равнодейcт- вующую силу резания R можно разложить на окружную (тангенциальную) Р_: и радиальную Р_у составляющие. Окружная сила оказывает влияние на эффективную мощность резания. Радиальная составляющая отжимает фрезу от заготовки.

Рис. 18.7. Схемы резания при цилиндрическом фрезеровании:

а — попутное фрезерование; б — встречное фрезерование

Равнодействующую силу R можно разложить также на две взаимно-перпендикулярные составляющие — горизонтальную P_h и вертикальную Р_v.

Горизонтальная составляющая сила оказывает влияние на механизм крепле­ния заготовки и подачи стола. При встречном фрезеровании она наоборот стремится отжать (приподнять) заготовку и стол станка (рис. 18.7, б). При попутном фрезеровании вертикальная составляющая сила прижимает заго­товку и стол к направляющим станка (рис. 18.7, а).

Одной из особенностей фрезерования является то, что зуб фрезы вос­принимает ударную нагрузку, срезает неравномерный слой стружки, нахо­дясь в контакте с обрабатываемой заготовкой сотые доли секунды. Необхо­димо создавать условия резания такими, чтобы в работе находилось одновременно несколько зубьев, тогда вход и выход зубьев не будет сопровож­даться значительными колебаниями усилий резания, что позволит повысить качество обработанной поверхности и стойкость инструмента. Винтовое расположение зубьев способствует обеспечению равномерной и более плав­ной работы фрезы.

Дата добавления: 2014-01-07