Сущность процесса фрезерования

Фрезерование является одним из наиболее распространенных и высокопроизводительных способов обработки деталей резанием в машиностроении. Фрезерованием обрабатываются: горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости на различных по размерам и форме заготовках; уступы и пазы (наружные и внутренние); канавки прямоугольного и профильного сечения, расположенные в плоскости и пространственные (винтовые на спиральных сверлах, прямые и винтовке зубчатые венцы на колесах, прямые и винтовые шлицевые канавки, резьбовые поверхности и т.п.); узкие и глубокие прорези; шлицы на головках шурупов и винтов; фасонные поверхности различных профилей с прямолинейными образующими; а также производится разрезка сортового проката на мерные заготовки.

Фрезерование осуществляется многозубым цилиндрическим инструментом, на цилиндрической или торцевой поверхности которого находятся (нарезаны или вставлены) режущие зубья. Такие инструменты называются фрезами.

Процесс фрезерования основан на сочетании двух одновременно действующих равномерных движений резания - вращательного (главное движение) и поступательного (движение подачи). Вращательное движение выполняется режущим инструментом, а поступательное движение подачи обычно сообщается заготовке (иногда фрезе).

Процесс фрезерования имеет существенные отличия от обработки металлов точением. Эти отличия в основном заключаются в следующем:

а) зубья фрезы работают не беспрерывно, а периодически; т.е. имеет место прерывистая работа. При вращении фрезы каждый зуб находится в зацеплении с обрабатываемой поверхностью заготовки незначительную часть своего оборота вокруг оси фрезы, а в. остальное время не работает и охлаждается. Благодаря этому у зубьев фрезы довольно высокая стойкость (время работы между переточками). Этому еще способствует и то, что тело фрезы обычно массивное и хорошо отводит тепло. Однако в результате прерывистости врезания каждого зуба работа происходит с ударами, что приводит к вибрации, повышенному износу зубьев и ухудшает точность размеров и параметры шероховатости обработанных поверхностей;

б) в результате сочетания вращения фрезы и поступательного движения заготовки толщина среза имеет переменную величину, которая постоянно меняется от нуля до определенного максимума. При врезании зуба в металл методом встречного фрезерования имеет место скольжение зуба фрезы по обработанной поверхности, что повышает его износ;

в) в процессе резания на зуб фрезы действуют переменные силы, также меняющиеся от нуля до максимума. Кроме того постоянно меняется количество зубьев, находящихся в зацеплении с обрабатываемой заготовкой. Поэтому суммарная нагрузка на фрезу и фрезерную оправку все время меняет свою величину.

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что для получения более качественных поверхностей необходимо стремиться к увеличению числа зубьев фрезы, так как это приводит к увеличению числа одновременно работающих зубьев. Поэтому при чистовой обработке применяют фрезы с мелкими зубьями, а при черновой - с крупными. Для этой же цели рекомендуется применять не прямозубовые фрезы, а фрезы с винтовыми канавками.

При фрезеровании основными режимными параметрами являются скорость, подача, глубина и ширина.

Скорость резания - скорость точек наружного диаметра фрезы

(скорость отделения стружки)

(м/мин),

гдеD - наружный диаметр фрезы, мм;

n - число оборотов фрезы, об/мин.

Подачей называется относительное перемещение обрабатываемой заготовки перпендикулярно, оси вращения фрезы. Подача при фрезеровании может определяться следующими величинами:

подача на один зуб фрезы: S_z мм/зуб. Эта величина используется при теоретических исследованиях и расчете режимов резания при фрезеровании;

подач на один оборот фрезы: S_o = S_z· z мм/об, где z - число зубьев фрезы по её окружности;

подача в минуту: S = S_o · n = S_z· z · n, мм/мин. Эта величина используется в производственных условиях при наладке фрезерных станков, потому что у большинства фрезерных станков отсутствует кинематическая связь между вращающимся шпинделем и механизмом подачи, который имеет свой привод.

Глубиной резания при фрезеровании называется слой металла, срезаемый за один проход фрезы (t). Глубина фрезерования всегда (кроме торцового фрезерования) измеряется в плоскости вращения фрезы (т.е. в плоскости, перпендикулярной оси фрезы) перпендикулярно направлению подачи (рис.52).

Шириной фрезерования называется размер слоя металла, снимаемого по ширине за один проход фрезы (В) (рис.54). Ширина фрезерования В может быть меньше длины режущей части фрезы (при фрезеровании цилиндрическими (а), концевыми (б) и шпоночными (ж) фрезами), а также может быть равна длине режущей части фрезы (при фрезеровании дисковыми (г), Т-образными (д), отрезными (е) и прорезными фрезами).

Ширина фрезерования всегда (кроме торцового фрезерования) измеряется вдоль оси фрезы (перпендикулярно глубине фрезерования).

Основное технологическое время при фрезеровании определяется по формуле:

, мин,

где l - размер обрабатываемой поверхности в направлении подачи;

l₁ - длина пути врезания фрезы в заготовку;

l ₂ - перебег фразы в конце фрезерования.

Величину пути врезания и перебега определяют по нормативам в зависимости, от типа фрезы, глубины резания и диаметра фрезы.

Различают два способа фрезерования - встречное и попутное (в зависимости от направления вращения фрезы и направления подачи заготовки).

Встречное фрезерование (против подачи). Направление вращения фрезы и перемещение заготовки не совпадают (рис.52а).

При встречном фрезеровании нагрузка на зуб возрастает от нуля до максимума, при этом сила, действующая на заготовку, стремится оторвать ее от стола, что приводит к вибрациям и увеличений шероховатости обработанной поверхности. Преимуществом встречного фрезерования является работа зубьев фрезы " из-под корки", т.е. фреза подходят к твердому поверхностному слою снизу в т. А и отрывает стружку при подходе к т. В. Недостатком этого способа является наличие начального скольжения зуба по наклепанной поверхности, образованной предыдущим зубом, что вызывает повышенный износ фрезы.

Попутное фрезерование (по подаче). Направление вращения фрезы совпадает с направлением перемещения заготовки (рис.526).

При попутном фрезеровании зуб фрезы сразу начинает срезать слой максимальной толщины и подвергается максимальной нагрузке. Это исключает начальное проскальзывание зуба, ум уменьшает износ фрезы и шероховатость обработанной поверхности. Сила, действующая на заготовку, прижимает ее к столу станка, что уменьшает вибрацию.