Обработка заготовок на фрезерных станках. Фрезерование - процесс обработки резанием, при котором режущий инструмент - фреза - совершает главное вращательное движение V. Процесс фрезерования Классификация видов фрезерования

Фрезерование - это лезвийная обработка с главным вращательным движением резания, сообщаемым инструменту и имеющим постоянный радиус траектории, а также хотя бы одно движение подачи, направленное перпендикулярно оси главного движения.

Фрезерование является производительным и универсальным технологическим способом механической обработки заготовок резанием. В машиностроении фрезерованием обрабатывают плоскости, уступы, канавки прямоугольного и профильного сечения, пазы, фасонные поверхности и т.д. Фрезерование также используют для разрезания катаных прутков, резьбо- и зубофрезерования (эти процессы в данной книге не рассматриваются).

Для обработки плоских и фасонных поверхностей на фрезерных станках применяют фрезы - многозубый (многолезвийный) инструмент. Каждый зуб фрезы представляет собой простейший резец.

Назначение фрез . Основные типы фрез приведены на рис. 2.17. Для обработки открытых плоскостей на горизонтально-фрезерных станках применяют фрезы цилиндрические цельные (рис. 2.17, а) и сборные с вставными ножами (рис. 2.17, б).

Рис. 2.17. Основные типы фрез:
а, б - цилиндрические; в, г, д - торцовые; е, ж - концевые; з - шпоночные; и - дисковые двух- и трехсторонние; к - прорезные и отрезные; л - угловые; м - фасонные; А - насадные фрезы, имеющие цилиндрические или конические отверстия; Т - торцовые базы крепления фрез; П - фрезы с продольными и поперечными шпоночными пазами; К и Ц - концевые фрезы с коническими и цилиндрическими хвостовиками

Для высокопроизводительной обработки сплошных и прерывистых плоскостей на вертикально-фрезерных и специальных станках используют торцовые фрезерные головки (рис. 2.17, в), оснащенные твердосплавными ножами.

Обработку сопряженных плоскостей, расположенных на разных уровнях, параллельных или наклонных (грани куба, шестигранники, скосы, уступы и т.п.), производят торцовыми насадными фрезами цельными (рис. 2.17, г) и с вставными ножами (рис. 2.17, д).

Фрезерование пазов и уступов осуществляют концевыми (рис. 2.17, е, ж), шпоночными (рис. 2.17, з) и дисковыми (рис. 2.17, и) фрезами. Для обработки полуоткрытых плоскостей, канавок и для копировальных работ широко применяются концевые фрезы (см. рис. 2.17, е). Для обработки закрытых шпоночных канавок применяют шпоночные фрезы (см. рис. 2.17, з).

Прорезку шлицев и узких щелей производят отрезными (рис. 2.17, к) и шлицевыми фрезами.

Угловые фрезы (рис. 2.17, л) применяют для фрезерования прямых и винтовых канавок между зубьями при изготовлении фрез, разверток, зенкеров и других инструментов. Фрезерование фасонных поверхностей производят фасонными фрезами (рис. 2.17, м).

При классификации фрез, кроме назначения, учитывают их конструкцию; способ их закрепления на станке; конструкцию зубьев; расположение зубьев относительно оси; направление зубьев.

Существуют следующие конструкции фрез : цельные; составные, (например, с припаянными или приклеенными режущими элементами); сборные (например, оснащенные многогранными пластинами из твердого сплава); наборные (наборы фрез), состоящие из нескольких отдельных стандартных или специальных фрез и предназначенные для одновременной обработки нескольких поверхностей.

Закрепление фрез на станках . Соединительными частями - базами крепления - у фрез могут служить цилиндрические отверстия с продольными или поперечными шпоночными пазами, конусные и цилиндрические хвостовики (см. рис. 2.17).

Цилиндрические, дисковые, торцовые насадные, угловые и фасонные фрезы закрепляют на фрезерных оправках (см. гл. 5). Для уменьшения биения фрезерной оправки опорные торцы фрез должны быть строго параллельны друг другу и перпендикулярны оси фрезы. Отклонение опорных торцовых поверхностей от оси фрезы не должно превышать 0,04...0,05 мм. Вращение фрезам, закрепленным на оправке, передается продольной или торцовой шпонкой.

Торцовые насадные фрезы с мелким зубом крепят на укороченных оправках при помощи винта, а с крупным зубом и вставными ножами - на специальных оправках.

Концевые и шпоночные фрезы диаметром до 20 мм, для которых базой крепления служит цилиндрический хвостовик, закрепляют на концевых оправках при помощи цангового зажима. Концевые, торцовые и шпоночные фрезы диаметром свыше 200 мм, для которых базой крепления является конический хвостовик, устанавливают в шпинделе станка непосредственно или при помощи переходных конусных втулок. Затяжка конического хвостовика в коническом гнезде шпинделя производится винтом (см. гл. 5).

Торцовые фрезерные головки (см. рис. 2.17, в) крепят непосредственно на шпинделе станка. Базовое отверстие, шпоночный паз и отверстие для крепежных винтов выполняют согласно размерам передних концов шпинделей фрезерных станков.

Зубья фрезы могут быть острозаточенными (рис. 2.18, а) и затылованными (рис. 2.19, а). Острозаточенные зубья затачивают по задней поверхности под задним углом α (см. рис. 2.18, линии Т-Т). Эти зубья просты в изготовлении и обеспечивают высокую чистоту обработанной поверхности. Недостатками остроконечных зубьев являются уменьшение высоты зуба и потеря размеров профиля после переточки.

Рис. 2.18. Формы зубьев острозаточенных фрез:
а - острозаточенная; б - с прямой спинкой; в - с двухугловой спинкой; г - с криволинейной спинкой (парабола); α - задний угол; γ - передний угол; Н - высота зуба; ε - угловой шаг зубьев; Т-Т - линия заточки

Применяются три типа острозаточенных зубьев: с прямой спинкой (рис. 2.18, б), двухугловой спинкой (рис. 2.18, в) и криволинейной спинкой (рис. 2.18, г). Зубья с прямой спинкой характерны для мелкозубых фрез, допускающих 6...8 переточек зубьев и предназначенных для легких работ.

Зубья с двухугловой спинкой распространены у фрез с крупными зубьями, предназначенных для тяжелых работ. Спинка зуба, образованная двумя поверхностями, строится так, чтобы зуб имел форму, близкую к параболе. Фрезы с зубьями такого типа при большой прочности зуба имеют больший объем канавки.

Зубья с криволинейной спинкой, выполненной по параболе, обладают равной прочностью во всех сечениях, что позволяет увеличить высоту зуба, а следовательно, повысить число переточек и увеличить объем канавки.

У затылованных фрез с задней поверхностью, образованной по спирали Архимеда (см. рис. 2.19, а), заточка ведется по передней поверхности (линия Т-Т). Зуб у этих фрез сохраняется неизменным по форме (рис. 2.19, б) и размерам фасонного профиля при всех переточках до полного использования фрезы. Затылованный зуб применяется главным образом у фасонных фрез.

Рис. 2.19. Затылованная фреза:
а - с задней поверхностью, образованной по спирали Архимеда; б - конструктивные элементы; D o - диаметр посадочного отверстия; D - наружный диаметр; H - высота зуба; h 1 - высота профиля; k - величина падения затылка; Т-Т - линия заточки; α - угол заточки фрезы

По расположению зубьев относительно оси различают: фрезы цилиндрические с зубьями, расположенными на поверхности цилиндра (см. рис. 2.17, а и б); фрезы торцовые с зубьями, расположенными на торце цилиндра (см. рис. 2.17, г и д); фрезы угловые с зубьями, расположенными на конусе (см. рис. 2.17, л); фрезы фасонные с зубьями, расположенными на поверхности с фасонной образующей (см. рис. 2.17, м) (с выпуклым и вогнутым профилем). Некоторые типы фрез имеют зубья как на цилиндрической, так и на торцовой поверхности, например дисковые двух- и трехсторонние (см. рис. 2.17, и и к), концевые (см. рис. 2.17, е), шпоночные (см. рис. 2.17, з).

По направлению зубьев фрезы могут быть: прямозубыми (см. рис. 2.17, и и к); косозубыми (см. рис. 2.17, м) и с винтовым зубом (см. рис. 2.17, а). Угол наклона винтового зуба служит для обеспечения спокойного (без вибраций) фрезерования.

При осуществлении фрезерования применяются две схемы:

• встречное фрезерование (рис. 2.20, а). Направления движения подачи D s и скорости фрезы v - встречные. Резание начинается в точке 1 (нулевая толщина срезаемого слоя) и заканчивается в точке 2 (наибольшая толщина срезаемого слоя);
• попутное фрезерование (рис. 2.20, б). Направление движения подачи D s совпадает с направлением скорости v фрезы. Резание начинается в точке 2 (наибольшая толщина срезаемого слоя) и заканчивается в точке 1 (нулевая толщина срезаемого слоя).

Рис. 2.20. Схемы фрезерования:
а - встречное фрезерование; б - попутное фрезерование; Dr - направление движения резания; Ds - направление движения подачи; 1 - точка с нулевой величиной срезаемого слоя; 2 - точка с наибольшей толщиной срезаемого слоя; v - скорость резания; t - глубина резания; φ - угол зоны резания; с - ширина стружки

При работе по первой схеме резания врезание затруднено, так как происходит скольжение зуба и большое выделение тепла, что ускоряет затупление фрезы. При работе по второй схеме обеспечивается более высокое качество обработанной поверхности и медленное затупление фрезы. Однако работа происходит толчками (в момент врезания зуба в металл), поэтому попутное фрезерование возможно только на специально приспособленных для этих целей станках.

Геометрические параметры фрез выбираются в зависимости от следующих факторов: материала заготовки и режущей части фрезы, ее конструкции, условий фрезерования. Передний γ и задний α углы резания образуются заточкой фрез (рис. 2.21).

Рис. 2.21. Геометрические параметры режущей части цилиндрической фрезы:
γ - передний угол; α - задний угол; β - угол заострения; δ - угол резания

Наличие переднего угла у облегчает врезание инструмента и отделение стружки. При увеличении переднего угла улучшаются условия работы инструмента, уменьшается усилие резания, повышается его стойкость.

Однако слишком большой передний угол ослабляет тело режущего инструмента, прилегающее к лезвию, и оно будет легко выкрашиваться и ломаться. Отвод тепла в этом случае ухудшается. На основании этого для каждого инструмента рекомендуются вполне определенные значения переднего угла.

При малых углах α повышается трение, возрастают силы резания и температура резания, задние поверхности инструмента быстро изнашиваются и его стойкость снижается. При очень больших значениях углов α уменьшается прочность инструмента, ухудшается отвод тепла. Угол между передней и задней поверхностями лезвия фрезы называют углом заострения β в секущей плоскости.

Контрольные вопросы

1. Какие поверхности обрабатывают фрезерованием?
2. По каким признакам классифицируют фрезы?
3. Какие факторы влияют на выбор геометрических параметров фрезы?
4. Опишите две схемы фрезерования.
5. Чем отличаются затылованные фрезы от острозаточенных?

Страница 11 из 31

Глава IV

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПОНЯТИЯ О ТЕОРИИ РЕЗАНИЯ

§ 10. ЭЛЕМЕНТЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ

В процессе фрезерования зубья фрезы при ее вращении последовательно один за другим врезаются в надвигающуюся заготовку и снимают стружку, осуществляя резание. Элементами резания при фрезеровании являются ширина фрезерования, глубина фрезерования, скорость резания и подача.

Ширина и глубина фрезерования

Шириной фрезерования называют ширину обрабатываемой поверхности в миллиметрах (рис. 52). Ширина фрезерования обозначается через В. Глубиной резания при фрезеровании, или глубиной фрезерования , или часто глубиной срезаемого слоя, называют толщину (в миллиметрах) слоя металла, снимаемого с поверхности заготовки фрезой за один проход, как это показано на рис. 52. Глубина фрезерования обозначается через t. Глубина фрезерования измеряется как расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями. Весь слой металла, который необходимо удалить при фрезеровании, называется, как указывалось выше, припуском на обработку. Глубина фрезерования зависит от припуска на обработку и мощности станка. Если припуск велик, обработку производят в несколько переходов. При этом последний переход производят с небольшой глубиной резания для получения более чистой поверхности обработки. Такой переход называют чистовым фрезерованием в отличие от чернового, или предварительного фрезерования, которое производят с большей глубиной фрезерования. При небольшом припуске на обработку фрезерование производят обычно с одного прохода. На рис. 53 показана ширина В и глубина фрезерования t при обработке основными видами фрез.

Скорость резания

Главным движением при фрезеровании является вращение фрезы. В процессе фрезерования фреза вращается с определенным числом оборотов, которое устанавливается при настройке станка; однако для характеристики вращения фрезы принимают не число ее оборотов, а так называемую скорость резания. Скоростью резания при фрезеровании называют путь, который проходят в одну минуту наиболее отдаленные от оси точки режущей кромки зуба фрезы. Скорость резания обозначается через υ. Обозначим диаметр фрезы через D и предположим, что фреза делает один оборот в минуту. В этом случае режущая кромка зуба фрезы пройдет в минуту путь, равный длине окружности диаметра D мм , т. е. πD миллиметров. В действительности фреза делает больше одного оборота в минуту. Предположим, что фреза делает n оборотов в минуту, тогда режущая кромка каждого зуба фрезы пройдет в одну минуту путь, равный πDn мм . Следовательно, скорость резания при фрезеровании равна πDn мм/мин . Обычно скорость резания при фрезеровании выражают в метрах в минуту, для чего необходимо полученное выражение скорости в мм/мин разделить на 1000. Тогда формула скорости резания при фрезеровании примет вид: Из формулы (1) следует, что чем больше диаметр D фрезы, тем больше скорость резания при данном числе оборотов, и чем больше число оборотов n шпинделя, тем больше скорость резания при данном диаметре фрезы. Пример 1 . Фреза диаметром 100 мм делает 140 об/мин. Определить скорость резания. В данном случае D = 100 мм ; n = 140 об/мин . По формуле (1) имеем: На производстве часто приходится решать обратную задачу: по заданной скорости резания υ определить число оборотов фрезы n или ее диаметр D . Для этой цели применяют формулы: Пример 2 . Обработку предложено производить при скорости резания 33 м/мин . Фреза имеет диаметр 100 мм . Сколько оборотов надо дать фрезе? В данном случае υ = 33 м/мин ; D = 100 мм . По формуле (2а) имеем: или Пример 3. Скорость резания составляет 33 м/мин . Число оборотов фрезы составляет 105 об/мин . Определить диаметр фрезы, которую надо применить для данной обработки. В данном случае υ = 33 м/мин ; n = 105 об/мин . По формуле (26) получаем: или Не всегда на станке можно установить число оборотов шпинделя в минуту, которое точно соответствует полученному по формуле (2а). Также не всегда удается подобрать фрезу точно того диаметра, (который получается по формуле (26). В этих случаях берут ближайшее меньшее число оборотов шпинделя в минуту из имеющихся на станке и фрезу с ближайшим меньшим диаметрам из имеющихся в кладовой.
Для определения числа оборотов шпинделя при заданной скорости резания и выбранном диаметре фрезы можно пользоваться графиками. На графике рис. 54 указаны располагаемые числа оборотов шпинделя консольно-фрезерных станков второго и третьего размеров (6М82, 6М82Г и 6М12П, 6М83, 6М83Г и 6М13П), изображенные в виде лучей, вследствие чего такие графики называют лучевыми диаграммами . На горизонтальной оси отложены диаметры фрез в мм , а по вертикальной оси - скорости резания в м/мин . Пользование графиком поясняется следующими примерами. Пример 4 . Определить число оборотов шпинделя консольно-фрезерного станка 6М82Г при обработке стали цилиндрической фрезой из быстрорежущей стали диаметром 63 мм , если задана скорость резания υ = 27 м/мин . По графику на рис. 54 от точки, соответствующей скорости резания 27 м/мин , проводим горизонтальную линию до пересечения с вертикальной линией, проведенной от точки, соответствующей диаметру фрезы 63 мм n = 125 и n = 160. Принимаем меньшее число оборотов n = 125 об/мин . Пример 5 . Определить число оборотов шпинделя консольно-фрезерно-го станка 6М13П при обработке чугуна торцовой фрезой диаметром 160 мм , оснащенной твердым сплавом, если задана скорость резания υ = 90 м/мин . По графику на рис. 54 от точки, соответствующей скорости резания 90 м/мин , проводим горизонтальную линию до пересечения с вертикальной линией, проведенной от точки, соответствующей диаметру фрезы в 160 мм . Искомое число оборотов шпинделя лежит между n = 160 и n = 200. Принимаем меньшее число оборотов n = 160 об/мин . Такую лучевую диаграмму нетрудно вычертить самому для станка другой модели и размера. Применение лучевой диаграммы упрощает подбор числа оборотов шпинделя станка и позволяет обходиться без применения формулы (2а).

Подача

Движение подачи при фрезеровании выполняется либо вручную, либо механизмом станка. Оно может быть осуществлено перемещением стола станка в продольном направлении, перемещением салазок в поперечном направлении и перемещением консоли в вертикальном направлении. У бесконсольных вертикально-фрезерных станков крестовой стол имеет продольное и поперечное перемещения, а вертикальное перемещение получает шпиндельная головка. При работе на продольно-фрезерных станках продольное перемещение имеет стол, а поперечные и вертикальные перемещения получают шпиндельные головки. При работе на круглом поворотном столе на вертикально-фрезерных станках, на карусельно- и барабанно-фрезерных станках имеет место круговая подача стола. При фрезеровании различают: подачу в одну минуту - перемещение стола в миллиметрах за 1 мин.; обозначается s и выражается в мм/мин ; подачу на один оборот фрезы - перемещение стола в миллиметрах за полный оборот фрезы; обозначается s 0 и выражается в мм/об ; подачу на один зуб фрезы - перемещение стола в миллиметpax за время, когда фреза повернется на часть оборота, соответствующую расстоянию от одного зуба до другого (на один шаг); обозначается s зy6 и выражается в мм/зуб . Часто подачу на один зуб фрезы обозначают s z . На практике пользуются всеми тремя значениями подачи. Они связаны между собой простыми зависимостями: (4) (5) где z - число зубьев фрезы. Пример 6 . Фреза с 10 зубьями делает 200 об/мин при подаче 300 мм/мин . Определить подачу на один оборот фрезы и на один зуб. В данном случае s = 300 мм/мин ; n =200 об/мин и z =10. Подставляя известные величины, получаем: Главное движение, или вращение фрезы, и движение подачи могут быть направлены навстречу друг другу - встречное фрезерование, называемое обычно фрезерованием против подачи , или в одном направлении - попутное фрезерование, называемое обычно фрезерованием по подаче .

Понятие о режиме резания при фрезеровании

Скорость резания, подача, глубина и ширина резания не могут выбираться произвольно фрезеровщиком по собственному усмотрению, так как это может вызвать преждевременное затупление фрезы, перегрузку и даже поломку отдельных узлов станка, нечистую поверхность обработки и т. д. Все перечисленные выше элементы резания находятся в тесной зависимости друг от друга. Например, с увеличением скорости резания необходимо уменьшать подачу на зуб и снижать глубину резания, фрезерование с большой шириной резания требует уменьшения скорости резания и подачи, фрезерование с большой глубиной резания (черновую обработку) производят с меньшей скоростью резания, чем чистовую обработку, и т. д. Кроме того, назначение скорости резания зависит от материала фрезы и материала заготовки. Фреза из быстрорежущей стали, как уже знаем, допускает большие скорости резания, чем из углеродистой стали; в свою очередь скорость резания для твердосплавной фрезы может быть в 4-5 раз выше, чем для быстрорежущей. Легкие сплавы можно фрезеровать со значительно большей скоростью резания, чем чугун. Чем тверже (крепче) стальная заготовка, тем меньше должна быть скорость резания. Совокупность всех перечисленных выше элементов (скорость резания, подача, глубина и ширина фрезерования) в правиль-ном взаимном сочетании составляет режим резания при фрезеровании, или, сокращенно, режим фрезерования . Наука о резании металлов установила рациональные скорости резания и подачи при заданных глубине резания и ширине фрезерования при обработке различных металлов и сплавов для углеродистых, быстрорежущих и твердосплавных фрез, поэтому назначение режима фрезерования производится на научном основании по соответствующим таблицам, так называемым нормативам режимов резания.

а max

а max

Различают встречное фрезерование при подаче заготовки навстречу вращению фрезы (рис. 84, в ) и попутное при совпадении направлений вращения фрезы и подачи (рис. 84, г ).

При встречном фрезеровании зуб постепенно врезается в металл,
и нагрузка увеличивается от нуля до максимального значения. Такой метод применяют при черновой обработке деталей, имеющих твердую поверхностную корку, так как зуб работает из-под корки. При этом усилия резания стремятся оторвать заготовку от поверхности стола, что при больших сечениях стружки приводит к вибрациям, ухудшению качества обработки.

При попутном фрезеровании зуб фрезы сразу подвергается максимальной нагрузке, заготовка прижимается к поверхности стола, что обеспечивает более высокое качество обработанной поверхности, повышает стойкость режущего инструмента.

Основные работы, выполняемые на фрезерных станках,

И применяемый инструмент

Горизонтальные плоскости обрабатывают цилиндрическими фрезами (рис. 85, а ) на горизонтально-фрезерных станках либо торцевыми фрезами (рис. 85, б , в ) на вертикально-фрезерных и продольно-фрезерных станках.

Вертикальные плоскости обрабатывают на горизонтально-фрезерных станках торцевыми или дисковыми фрезами, на продольно-фрезерных - торцевыми и на вертикально-фрезерных - концевыми фрезами (рис. 85, в , г , д ).

Наклонные плоскости и скосы обрабатывают на горизонтально-фрезер-ных станках угловыми фрезами (рис. 85, е ) или на вертикально-фрезерных станках с поворотной головкой - торцевыми (рис. 85, ж ). При этом шпиндельную головку с закрепленной в ней фрезой поворачивают на необходимый угол.

Прямоугольные пазы и уступы фрезеруют дисковыми фрезами на горизонтально-фрезерных или концевыми - на вертикально-фрезерных станках (рис. 85, з , и ).

Пазы Т-образные и типа «ласточкин хвост» фрезеруют на вертикально-фрезерном станке в два прохода. Ранее прорезают прямоугольный паз цилиндрической концевой фрезой, а затем окончательно обрабатывают паз фрезой соответствующего профиля (рис. 85, к , л ).

а б в г д

В

В

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V a

S

S

S

В

е ж з и

п р с

1

2

3

4

Шпоночные пазы открытые обрабатывают на горизонтально-фрезерных станках дисковыми фрезами (рис. 85, о ), а закрытые -
на вертикально-фрезерных станках концевыми (рис. 85, м ) или специальными шпоночными фрезами.

Фасонные поверхности обрабатывают фасонными фрезами соответствующего профиля (рис. 85, п , р ), преимущественно на горизонтально-фрезерных станках, а сложные пространственные фасонные поверхности - на специальных копировально-фрезерных станках.Сложные поверхности , представляющие собой сочетания горизонтальных, вертикальных и наклонных плоскостей, а иногда и криволинейных поверхностей, часто фрезеруют набором фрез 1 , 2 , 3 , 4 на горизонтально- и продольно-фрезерных станках (рис. 85, с ).

Фрезерные станки

Существует много типов фрезерных станков: 1) консольно-фрезер-ные; 2) продольно-фрезерные; 3) фрезерные станки непрерывного действия; 4) шпоночно-фрезерные; 5) резьбофрезерные; 6) копировально-фрезерные; 7) специальныеи др.

Консольно-фрезерные станки имеют стол, на котором устанавливается приспособление с заготовкой, размещенный на консольной балке (консоли). Консоль может перемещаться по вертикальным направляющим станины. На этих станках можно выполнять разнообразные фрезерные работы.

Консольно-фрезерные станки подразделяют на горизонтально-фрезер-ные, универсально-фрезерные, вертикально-фрезерные, универсальные. У горизонтально-фрезерного станка ось шпинделя расположена горизонтально, поэтому на нем могут быть закреплены только дисковые или цилиндрические фрезы.

Вертикально-фрезерный станок устроен аналогично горизонтально-фрезерному, но ось шпинделя у него расположена вертикально. Фрезерование на этих станках осуществляется торцевыми и концевыми фрезами.

Практическое занятие 1,2. Основы металлообработки

План занятия:

1. Особенности процесса фрезерования

Существуют различные виды механической обработки: точение, фрезерование, сверление, строгание и т.д. Несмотря на конструкционные отличия станков и особенности технологий, управляющие программы для фрезерных, токарных, электроэрозионных, деревообрабатывающих и других станков с ЧПУ создаются по одному принципу.

Процесс фрезерования заключается в срезании с заготовки лишнего слоя материала для получения детали требуемой формы, размеров и шерохо­ватости обработанных поверхностей. При этом на станке осуществляется перемещение инструмента (фрезы) относительно заготовки или перемещение заготовки относительно инструмента.

Для осуществления процесса резания необходимо иметь два движения - главное и движение подачи . При фрезеровании главным движением является вращение инструмента, а движением подачи является поступательное движение заготовки. В процессе резания происходит образование новых поверхностей путем деформирования и отделения поверхностных слоев с образованием стружки.

При обработке различают встречное и попутное фрезерование. Попутное фрезерование или фрезерование по подаче - способ, при котором направления движения заготовки и вектора скорости резания совпадают. При этом толщина стружки на входе зуба в резание максимальна и уменьшается до нулевого значения на выходе. При попутном фрезеровании условия входа пластины в резание более благоприятные. Удается избежать высоких температур в зоне резания и минимизировать склонность материала заготовки к упрочнению. Большая толщина стружки является в данном случае преиму­ществом. Силы резания прижимают заготовку к столу станка, а пластины - в гнезда корпуса, способствуя их надежному креплению. Попутное фрезерование является предпочтительным при условии, что жесткость оборудования, крепления и сам обрабатываемый материал позволяют применять данный метод.

Встречное фрезерование, которое иногда называют традиционным, наблюдается, когда скорости резания и движение подачи заготовки направлены в противоположные стороны. При врезании толщина стружки равна нулю, на выходе - максимальна. В случае встречного фрезерования, когда пластина начинает работу со стружкой нулевой толщины, возникают высокие силы трения, отжимающие фрезу и заготовку друг от друга. В начальный момент врезания зуба процесс резания больше напоминает выглаживание, с сопутствующими ему высокими температурами и повышенным трением. Зачастую это грозит нежелательным упрочнением поверхностного слоя детали. На выходе из-за большой толщины стружки в результате внезапной разгрузки зубья фрезы испытывают динамический удар, приводящий к выкрашиванию и значительному снижению стойкости.

На толщину срезаемого слоя при фрезеровании влияет главный угол в плане, который измеряется между главной режущей кромкой пластины и обрабатываемой поверхностью. Уменьшение угла в плане ведет к образованию более тонкой стружки для данного диапазона подач. Уменьшение толщины стружки происходит из-за распределения одного и того же объема снимаемого металла на большей длине режущей кромки. При меньшем угле в плане режущая кромка постепенно входит в работу и выходит из нее. Это уменьшает радиальную составляющую силы резания и защищает режущую кромку от возможных поломок. С другой стороны, неблагоприятным фактором является увеличение осевой составляющей силы резания, что вызывает ухудшение шероховатости поверхности тонкостенных деталей.

При угле в плане 90° сила резания направлена радиально в соответствии с направлением подачи. Основная область применения таких фрез - обработка прямоугольных уступов.

При работе фрезой с углом в плане 45° осевые и радиальные силы резания практически одинаковы и потребляемая мощность невысока. Это фрезы универсального применения. Особенно они рекомендуются для обработки материалов, дающих элементную стружку и склонных к выкрашиванию при значительных радиальных усилиях на выходе инструмента. При врезании инструмента меньше нагрузка на режущую кромку и меньше склонность к вибрациям при закреплении в приспособлениях с небольшими усилиями зажима. Меньшая толщина срезаемого слоя при угле в плане 45° позволяет увеличивать минутную подачу стола, т.е. повысить производительность об работки.

Фрезы с углом в плане 10° рекомендуются для продольного фрезерования с большими подачами и плунжерного фрезерования, когда характерны небольшие толщины стружки и высокие скоростные параметры. Преимуществом обработки такими фрезами являются низкие радиальные усилия резания. А также преобладание осевой составляющей силы резания, как при радиальном, так и при осевом направлении подачи, что уменьшает склонность к вибрациям и предоставляет большие возможности для увеличения скоростей снятия материала.

У фрез с круглыми пластинами главный угол в плане меняется от 0 до 90° в зависимости от глубины резания. Эти фрезы имеют очень прочную режущую кромку и могут работать при больших подачах, поскольку образуют довольно тонкую стружку на большой длине режущей кромки. Фрезы с круглыми пластинами рекомендуется применять для обработки труднообрабатываемых материалов, таких как титан и жаропрочные сплавы. Направление сил резания меняется вдоль радиуса пластины, поэтому направление суммарной нагрузки зависит от глубины резания. Современная геометрия круглых пластин делает их более универсальными, обеспечивая стабильность процесса резания, меньшую потребляемую мощность и, соответственно, меньшие требования к жесткости оборудования. В настоящее время эти фрезы широко используются для снятия больших объемов металла.

При цилиндрическом фрезеровании ось фрезы параллельна обрабатываемой поверхности; работа осуществляется зубьями, расположенными на цилиндрической поверхности фрезы. При торцовом фрезеровании ось фрезы перпендикулярна к обрабо­танной поверхности; в работе участвуют зубья, расположенные как на торцовой, так и на цилиндрической поверхности фрезы. Торцовое и цилиндрическое фрезерование можно выполнять дву­мя способами: встречным фрезерованием, когда направление по­дачи s противоположно направлению вращения фрезы (рис. 97, а), и попутным фрезерованием (рис. 97,6), когда направление подачи s совпадает с направлением вращения фрезы.

Рис. 97. Схемы встречного (а) и попутного (б) фрезерования

При встречном фрезеровании нагрузка на зуб фрезы увели­чивается постепенно, резание начинается в точке 1 и заканчи­вается в точке 2 с наибольшей толщиной аmax срезаемого слоя (рис. 97, а).

При попутном фрезеровании зуб начинает резание со слоя наибольшей толщины, поэтому в момент входа зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой наблюдается явление удара. При встречном фрезеровании процесс резания происходит спокойнее, так как толщина срезанного слоя возрастает плавно и, следова­тельно, нагрузка на станок возрастает постепенно. Попутное фрезерование следует выполнять на станках, имеющих достаточ­ную жесткость и виброустойчивость, и главным образом при отсутствии зазора

При обработке заготовок с черной поверхностью (по корке)
попутное фрезерование применять не следует, так как при вре­зании зуба фрезы в твердую корку происходит преждевременный износ и выход из строя фрезы. При фрезеровании за­готовок с предварительно
обработанными поверхнос­тями попутное фрезерование
предпочтительнее встречно­го, что объясняется следую­щим. При попутном фрезе­ровании заготовка прижи­мается к столу, а стол к направляющим, благодаря чему повышается жесткость инструмента и качество обработанной поверхности. При встреч­ном же фрезеровании фреза стремится оторвать заготовку от поверхности стола.

Как при попутном, так и при встречном фрезеровании мож­но работать при движении стола в обоих направлениях, что позволяет выполнять черновое и чистовое фрезерование за одну операцию.

Для фрезерования заготовку устанавливают и закрепляют на столе станка. В единичном и мелкосерийном производстве для этого применяют универсальные приспособления (машинные тис­ки, прижимные планки и т. д.), а в серийном и массовом - специальные приспособления. На рис. 98 показаны схемы фрезерования поверхностей на универсальных фрезерных станках.

При фрезеровании на горизонтально-фрезерных станках, как правило, используют продольную Sпр и реже поперечную Sп и вертикальную S B подачи. На вертикально-фрезерных станках ис­пользуют продольную и поперечную подачи в зависимости от пространственного расположения обрабатываемой поверхности, а вертикальную подачу практически не используют. Вертикаль­ные поверхности на горизонтально-фрезерных станках (рис. 98, а) обрабатывают торцовыми насадными фрезами или фрезерными головками, а на вертикально-фрезерных (рис. 98, г) - концевыми фрезами.

Горизонтальные поверхности обрабатывают цилиндрическими фрезами на горизонтально-фрезерных станках (рис. 98,6) и торцовыми насадными фрезами на вертикально-фрезерных стан­ках (рис. 98, в).

Узкие наклонные поверхности на горизонтально-фрезерных станках получают угловой фрезой (рис. 98, д). Широкие на­клонные поверхности удобнее обрабатывать на вертикально-фре­зерных станках с поворотной шпиндельной головкой (рис. 98, е) торцовой насадкой или концевой фрезами. Уступы и прямоуголь­ные пазы на горизонтально-фрезерных станках обрабатывают соответственно дисковыми двухсторонними (рис. 98, ж) и трех­сторонними (рис. 98,е), а на вертикально-фрезерных станках - концевыми (рис. 98, з, к) фрезами. Фасонные поверхности об­рабатывают фасонными фрезами (рис. 98, л). Пазы типа «лас­точкин хвост» и «Т-образные» обрабатывают на вертикально-фрезерных станках: сначала фрезеруют прямоугольный паз кон­цевой фрезой, а затем концевой угловой (рис. 98, м) или Т-образной фрезой (рис. 98, р).

На горизонтально-фрезерных станках шпоночные пазы обра­батывают дисковыми фрезами (рис. 98, о), а на вертикально-фрезерных- концевыми или шпоночными фрезами (рис. 98, n). Одновременную обработку нескольких поверхностей выполняют набором фрез (рис. 98, и).

Рис. 98. Схемы фрезерования поверхностей.

Рис. 99. Схемы фрезерования:

а - на продольно-фрезерном станке, б -на карусельно-фрезерном станке; 1- стол, 2-заготовка, 3 - фреза, 4 - фрезерная головка; I - зона загрузки, II - зона обработки; в - на барабанно-фрезерном станке; 1 - барабан, 2, 3. 4, 5-фрезы, 6 - заготовка

На продольно-фрезерных станках торцовыми и насадными фрезами обрабатывают вертикальные, горизонтальные, наклонные поверхности, уступы и пазы. Можно вести одновременную обработку нескольких поверхностей (рис. 99, а). Для обработки пазов используют соответствующие угловые и концевые фрезы. На карусельно-фрезерных станках обработку горизонтальных по­верхностей (в основном торцовыми насадными фрезами) ведут при непрерывном вращении стола (рис. 99,6). Одна фреза вы­полняет черновую обработку в размер А 1 , вторая - окончатель­ную обработку в размер А 2 . У барабанно-фрезерных станков стол-барабан имеет горизонтальную ось вращения; фрезы верх­них фрезерных головок выполняют предварительную обработку (рис. 99,в) в размер А 1 , а фрезы нижних головок - оконча­тельную обработку в размер А 2 . Вертикальные поверхности об­рабатывают торцовыми насадными фрезами со вставными ножа­ми, а сложные фасонные поверхности - на копировально-фрезерных станках.

Шлифование.

Обработку резанием, выполняе­мую множеством абразивных зерен, называют абразивной. Шлифовани­ем называют резание металлов аб­разивными кругами. Шлифоваль­ный круг 1 (рис. 100) -пористое тело, состоящее из большого числа абразивных зерен 3, скрепленных между собой связкой 5. Между связкой и зернами расположены поры 4. Зерна шлифовального круга образованы из материалов высокой твердости, которые на­зывают абразивными. На режущих поверх­ностях круга зерна расположены беспоря­дочно на некотором расстоянии друг от друга и выступают на различную высоту. Поэтому все зерна ра­ботают неодинаково. Число зерен достига­ет десятков и сотен тысяч. Круг 1, вра­щаясь вокруг своей оси при перемещении заготовки 2, снимает тонкий слой металла
(стружку) вершинами абразивных зерен.

Рис. 100. Схема плоского шлифования

Съем стружки огром­ным числом беспоря­дочно расположенных зерен приводит к ее сильному измельчению и большому расходу энергии. Шлифоваль­ные круги различают по виду абразивного материала, зернистос­ти, связке, твердости, структуре (строению), структуре (строению), форме и размерам. Шлифованием обрабатывают гладкие и сту­пенчатые валы, сложные коленчатые валы, шлицевальные валы, кольца и длинные трубы, зубчатые колеса, направляющие ста­нины, плоские поверхности и отверстия корпусных деталей и т. д.

Шлифование выполняют на шлифовальных станках различ­ного назначения. На рис. 101 показаны основные узлы шлифо­вального станка. Шлифовальный круг 1 устанавливают и закреп­ляют на шпинделе шлифовальной бабки 3, которая может пе­ремещаться относительно станины 6 в продольном или попе­речном направлении с помощью стола 5 или суппорта. Заго­товку 2 закрепляют в патроне 9 шпиндельной бабки 8 (рис. 101, б) или в центрах 10 шпиндельной бабки 8 и задней бабки 4 (рис. 101, а).

Круг и заготовка 2 приводятся в движения электрическими или гидравлическими приводами, управляемыми оператором по­средством пульта или панели 7.

Рис.101. Основные узлы круглошлифовального (а) и внутришлифовального (б) станка

Для осуществления шлифования необходимо, чтобы заготовка и шлифовальный круг имели определенные относительные движения без которых резание невозможно. При шлифовании главным движением резания является вращение инструмента (рис. 102), а движения подачи (они могут быть различными) сообщаются заготовке или инструменту. Различают шлифование периферией круга и торцом круга; в первом случае режущей частью является наружная поверхность круга, образующая ко­торой параллельна оси его вращения, а во втором случае - торец круга.

Рис.102. Схемы основных видов шлифования.

В зависимости от расположения и формы обрабатываемой поверхности заготовки 2 шлифование подразделяют на следую­щие виды: наружное (рис. 102, а, б, в), когда обрабатывается наружная поверхность заготовки; внутреннее (рис. 102, г), когда обрабатывается внутренняя поверхность заготовки; плос­кое (рис. 102, д,е), когда обрабатывается плоская поверхность; профильное, когда обрабатывается поверхность, образующая которой представляет собой кривую или ломаную линию.

Шлифование поверхности вращения называют круглым шли­фованием, сферической поверхности - сферошлифованием, бо­ковых поверхностей зубьев зубчатых колес - зубошлифованием, боковых сторон и впадин профиля резьбы - резьбошлифованием, шлицевых поверхностей - шлицешлифованием.

Различают также шлифование в центрах (если заготовку крепят в центрах) и в патроне (если заготовку крепят в патро­не). В машиностроении наиболее часто применяют круглое (наружное и внутреннее) и плоское шлифование.

Круглое наружное шлифование (рис. 102, а) осуществляют сочетанием следующих движений: вращение шлифовального кру­га 1 (главное движение V к резания), вращение шлифуемой заготовки 2 вокруг своей оси (круговая подача V з), прямоли­нейное возвратно-поступательное перемещение заготовки или шлифовального круга вдоль своей оси (продольная подача Sпр); поперечное перемещение шлифовального круга на заготовку (или наоборот) (поперечная подача Sn) или подача на глу­бину резания). При шлифовании с продольной подачей Sпp по­перечная подача Sп осуществляется периодически (в конце каж­дого двойного или одинарного хода стола станка). При круглом наружном шлифовани методом врезания (рис. 102, б) высота круга равна или больше длины шлифуемой заготовки, поэтому нет необходимости в продольной подаче, а поперечная подача производится непрерывно в течение обработки. При бесцентро­вом наружном шлифовании (рис. 102, в) заготовку 2 устанав­ливают на опорном ноже между шлифующим рабочим 1 и подающим (ведущим) 4 кругами. Вращением круга 4 заготовке 2 сообщается вращение (Vз) и подача Sпp, для получения по­следней круг 4 устанавливают под небольшим углом α к оси круга1.

Круглое внутреннее шлифование осуществляют продольной подачей Snp шлифовального круга (или заготовки) и врезанием. Для круглого внутреннего шлифования с продольной подачей (рис. 102, г) необходимы те же движения, что и при круглом наружном шлифовании. Применяют внутреннее врезное и внут­реннее бесцентровое шлифование; в последнем случае заготовку не закрепляют.

Плоское шлифование осуществляют периферией (рис. 102, д) и торцом (рис. 102, е) круга.

Скорость резания при шлифовании превосходит скорость резания при лезвийной обработке и составляет 25-35 м/с (обычное шлифование), 35-60 м/с (скоростное шлифование) и свыше 60 м/с (высокоскоростное шлифование). При шлифо­вании скорость резания значительно превосходит скорость по­дачи.