Теоретические основы пазового фрезерования

Пазовое фрезерование осуществляется на сверлильно-фрезерных (пазовальных) станках. Оно применяется при выборке фасонных пазов, шиповых гнезд, при скульптурно-резьбовых работах и фасонной обработке поверхностей деталей. В качестве режущего инструмента при пазовом фрезеровании обычно используются одно-, двух- и трехрезцовые концевые фрезы, консольно закрепленные в станке. Режущие элементы концевых фрез располагаются по боковой и торцевой поверхности (рисунок 7.1).

    Режущие кромки фрез, расположенные вдоль образующей цилиндра, называются главными.

    Схема пазового фрезерования представлена на рисунке 7.2. Процесс резания при пазовом фрезеровании разделяется на углубление фрезы при осевой подаче Vs ос (сверление и перемещение ее или обрабатываемой детали в заданном направлении перпендикулярно к оси фрезы) и при боковой (радиальной подаче) Vs бок (процесс фрезерования) (рисунок 7.4). Поэтому режущие элементы фрезы должны располагаться как на боковой поверхности, так и на торце фрезы.

    При пазовом фрезеровании наблюдается встречная подача при входе резца в древесину (рисунок 7.2) для угла встречи (0 < y < 90 ⁰) и попутная – при выходе резца для 90 ⁰ < y < 180 ⁰. Поэтому при выходе резца из древесины наблюдается затягивание заготовки, подача возрастает, резец срезает более толстую стружку. При двух и многорезцовой фрезе затягивание древесины выходящим резцом (резцами) компенсируется подпором, который создает входящий резец (резцы).

    Чем больше диаметр фрезы, тем больше резцов она может иметь. Рекомендуемые диаметры резания концевых затылованных пазовых фрез следующие: однорезцовых – 5 - 16 мм; двухрезцовых – 5 - 25 мм; трехрезцовых – 16 - 30 мм.

    Чтобы улучшить условия резания, боковую режущую кромку иногда выполняют по винтовой линии с углом наклона 10 - 15 ^0. Для фрезы, представленной на рисунке 7.1 этот угол равен 0. Ориентировочное значение номинальных углов следующие:

задний угол a = 8 - 10 ⁰;

угол заострения b = 55 - 65 ⁰;

передний угол g = 15 - 25 ⁰;

угол резания d = a + b;

угол поднутрения торцовой режущей кромки l ³ 2⁰;

задний угол торцового лезвия a = 20 - 25 ⁰.

Рисунок 7.1 – Однорезцовая концевая фреза: 1- торцевая режущая кромка, 2- главная режущая кромка, 3- канавка, 4- хвостовик, 5- передняя поверхность, 6- задняя поверхность

При попутной подаче целесообразно использовать однорезцовые фрезы для получения наибольшей подачи на оборот при постоянном давлении. Это достигается благодаря лучшим численным значениям угловых параметров и большей прочностью фрезы. При механизированной подаче целесообразно использовать (для улучшения качества фрезерования и увеличения производительности) двух и трехрезцовые фрезы.

        

Рисунок 7.2 – Фрезерование цилиндрическое пазовое

 

При глубоком фрезеровании гнезда шириной до 10 мм целесообразно производить выборку однорезцовыми фрезами; до 15 мм – двухрезцовыми и свыше 15 мм – трехрезцовыми.

    Длина пазовых концевых фрез должна быть не более чем требуется для обработки соответствующей глубины гнезда, т.к. упругий отжим фрезы, приводящий к разбивке гнезда, зависит от длины консольной части фрезы.

    Общая длина фрезы Lф складывается из длины рабочей части lр, длины хвостовой части lх и длины шейки фрезы lш (рисунке 7.1). Хвостовик концевой фрезы в зависимости от конструкции крепежного приспособления имеет цилиндрическую или коническую форму. Длина рабочей части фрезы lр колеблется в зависимости от глубины гнезда в пределах lр = (3 - 8) ^.D. В зависимости от глубины гнезда t рабочая длина фрезы lр = t + (10-15) мм. Длина хвостовика фрезы lх = 40-50 мм, длина шейки фрезы lш = 10-15 мм, сердцевина фрезы С = (0,25-0,4) ^. D.

    Выборка продольных гнезд на станке СВПА-2 концевыми пазовыми фрезами осуществляется при одновременном действии: вращательном, периодическом качательном фрезы и осевом обрабатываемой заготовки.

    Концевые пазовые фрезы являются мерным инструментом, в связи с чем срок их службы определяется минимальным диаметром в пределах допусков на точность обработки гнезд. Допуск на износ фрез имеет незначительные величины (в пределах DR = 0,1-0,15 мм). С увеличением заднего угла количество переточек (в пределах допуска на износ фрезы) значительно сокращается. В связи со сравнительно малым сроком службы концевых фрез целесообразно применять их с пластинками из твердого сплава.

    Траектория относительного движения главной режущей кромки (бокового лезвия) фрезы представляет собой циклоиду. При высоких боковых (радиальных) подачах на резец у фрез малого диаметра углы движения приобретают значения порядка 4-8^0. Учитывая упругое восстановление древесины, деформированной задней поверхностью резца и возникающее в связи с этим трение этой поверхности о древесину, рабочий кинематический задний угол a_р не должен быть меньше 1-2 ⁰.

    Рабочим кинематическим задним углом будет угол a_р, т.е. угол между плоскостью резания Рпк и касательной к задней поверхности резца. Угол движения a_д появляется с возникновением Vsбок.

     Изучая процесс пазового фрезерования, необходимо также учитывать углы движения при резании торцевыми режущими кромками.

    Скорость движения при осевой подаче Vs_ос, м/мин, определяется по продолжительности рабочего хода стола и величине хода по формуле:

                                 Vs_ос = (60 Lx) / (1000 Тр.х.),                      (1)

 

где Lх – длина рабочего хода стола, мм;

Тр.х. – продолжительность рабочего хода стола, с.

    Подача на двойной ход инструмента, S_{2х ос}, мм, определяется:

                             S_{2х ос} = (1000 Vs ос) / n_бок,                             (2)

 

где n_бок – частота бокового движения, дв.ход/мин.

    Значение n_бок берется по шкале или определяется самостоятельно студентами.

    За один цикл относительное перемещение шпинделя составляет 4А, где А – амплитуда качания шпинделя (рисунок 7.3), мм:

                                   А = 0,5 (L – D),                                          (3)

 

где L – длина гнезда (паза), мм;

D – диаметр фрезерования, мм.

    Средняя скорость движения при боковой подаче, Vs_{бок ср}, м/мин, равна:

                          Vs_{бок ср} = (4А ^. n_бок)/1000.                                    (4)

 

    Средняя подача на резец при боковом движении, Sz_{бок ср}, мм, составит:

                         Sz _{бок ср}  = (1000 Vs_{бок ср})/(z ^. n),                           (5)

 

где z – число резцов фрезы, шт;

n – частота вращения фрезы, мин^-1.

 

    Средняя подача на оборот при боковом движении, So _{бок ср}, мм:

         So _{бок ср} = Sz _{бок ср} ^. z = 1000 Vs _{бок ср} /n.                (6)

 

    Ширина срезаемого слоя, b_max, мм:

b_max=(1000 Vs _ос)/n_бок = S_2х.ос; b_min=0, b_ср = b_max/2 = S_2х.ос/2. (7)

                       

    Длина срезаемого слоя (стружки) при боковой подаче, l_бок, мм:

                               l_бок = 0,5 p D                                        (8)

 

        

Рисунок 7.3 - Формирование гнезда на станке СВПА-2

 

Площадь боковой поверхности срезаемого слоя (стружки) при боковой подаче, f_бок, мм²:

                                      f_бок = Sz _{бок ср} ^. D                                    (9)

    

    Средняя толщина срезаемого слоя (стружки) при боковой подаче, а_бок.ср, мм:

                           а_бок.ср = Sz _{бок ср} ^. sin q_ср,                        (10)

где q_ср» 45 ⁰.

 

    С другой стороны:

                              а_ср = f_бок/l_бок.                               (11)

Задний угол движения, a_д, град:

                             a_д = arctg (Vs _{бок ср} /60 V),                      (12)

 

где V – скорость главного движения резания главной режущей кромки, м/с:

                            V = (π D n)/60 ^.1000,                        (13)

 

Рабочий кинематический задний угол, a_р, град:

                           a_р = a - a_д.                               (14)

 

    Угол отклонения шпинделя при качении от направления перемещения стола, a_ш, град:

                        a_ш = arcsin (A/R_ш),                          (15)

 

где R_ш – расстояние от центра качения шпинделя до торца фрезы, мм.

    Глубина кинематических неровностей на торцовых стенках гнезда, y_ст, мм:

                        у_ст = S_2х.ос  ^. tg a_ш.                           (16)

 

    Стрела вогнутости гнезда, у_дна, мм:

                      у_дна = L²/(8 ^.R_ш).                             (17)

    Силы и мощность резания при фрезеровании гнезд (пазов) на сверлильно-пазовальных станках рассчитывают отдельно для главных и вспомогательных кромок фрезы. Силовые расчеты для главных режущих кромок производят по методике продольно-торцового фрезерования, исходя из угла встречи y_ср» 45 ⁰, средней толщины срезаемого слоя (стружки) а_ср.бок и средней ширины стружки b_ср.

    Главная (касательная) составляющая силы резания Рх _бок, Н:

                 Рх _бок = K ^. D ^. b_ср ^. Vs _{бок ср} / 60 V,            (18)

 

где К – удельная сила резания, Н/мм²:

                           К = К_т ^. а_п ^. а_r,                                             (19)

 

где К_т   – табличное значение удельной силы резания (таблица 7.1);

   а_п – поправочный коэффициент на породу древесины (таблица 7.2);

   а_r - поправочный коэффициент на затупление (таблица 7.3).

   ПРИМЕЧАНИЕ: поправочный коэффициент на влажность древесины не учтен, т.к. при выполнении работы используется древесина с относительной влажностью W = 10 -15 %, для которой а_w = 1.

    Радиальная составляющая силы резания, Рz _бок, Н:

                       Рz_.бок = m ^. Рх _бок,                             (20)

 

где m – переходной множитель (таблица 7.1).

    Мощность резания, N, Вт, составляет:

                                N = Рх _бок ^. V.                                  (21)

    Силы и мощность резания торцевыми лезвиями рассчитывают дополнительно по методике поперечного сверления. Ввиду малости ими можно пренебречь.

Таблица 7.1 - Значения К_т при y = 45 ⁰, W = 10-15 % и множителя m для

                   продольно-торцевого фрезерования

аср.бок.,мм	Кт, Н/мм^2	m, для резцов
		острых	тупых
0,1	44,6	-0,12	+0,380
0,2	31,0	-0,18	+0,210
0,3	25,0	-0,22	+0,120
0,4	22,0	-0,24	+0,070
0,5	20,0	-0,25	+0,040
0,6	19,0	-0,26	+0,020
0,7	18,5	-0,27	+0,014
0,8	18,0	-0,28	+0,012
0,9	17,6	-0,28	+0,010
1,0	17,2	-0,29	+0,008
1,1	16,9	-0,30	+0,007
1,2	16,6	-0,31	+0,006
1,3	16,4	-0,32	+0,005
1,4	16,2	-0,33	+0,004
1,5	16,1	-0,33	+0,003
1,6	16,0	-0,34	+0,003
1,7	15,9	-0,34	+0,002
1,8	15,8	-0,35	+0,002
1,9	15,7	-0,35	+0,001
2,0	15,6	-0,36	+0,001

 

Таблица 7.2 - Значения коэффициента а_п

Порода	ап	Порода	ап
Липа	0,8	Лиственница	1,1
Осина	0,85	Береза	1,2-1,3
Ель	0,9-1,0	Бук	1,3-1,5
Сосна	1,0	Дуб	1,5-1,6
Ольха	1,05	Ясень	1,5-2,0

                                                                                                    

Таблица 7.3 - Значение коэффициента а_r в зависимости от продолжитель-

                   ности работы фрезы

Т, час	0	0,5	1	2	3	4	5	6
аr	1,0	1,14	1,24	1,4	1,55	1,65	1,78	1,85

Порядок выполнения работы

Работа выполняется на сверлильно-пазовальном станке СВПА-2 в следующей последовательности:

    а) Изучить теоретическую часть работы, изложенную в лекциях и настоящем методическом указании.

б) С участием преподавателя или учебного мастера ознакомиться с конструктивными особенностями инструмента для пазового фрезерования.

в) Произвести осмотр обрабатываемых заготовок: определить породу древесины, наличие трещин, сколов, разнотолщинности и пр.

г) Отрегулировать положение стола на требуемую высоту и глубину фрезерования.

д) Произвести фрезерование заготовок на заданные размеры паза.

е) После выполнения фрезерования необходимо произвести необходимые замеры заготовок и приступить к выполнению расчетной части работы.

ж) Составить схемы и выполнить необходимые расчеты по формулам 1-21.

з) По результатам выполненной работы сделать соответствующие выводы и оформить отчет по выполненной работе.

    7.3. Отчет по лабораторной работе

    Отчет по лабораторной работе включает:

    а) Рисунок 7.1 – Конструкция концевой фрезы.

    б) Рисунок 7.4 – Формирование гнезда на станке СВПА-2.

    в) Расчеты по формулам 1-21.

    г) Выводы по результатам работы.

 

    7.4 Контрольные вопросы

    а) Каково технологическое назначение пазового фрезерования?

    б) Расскажите о процессе пазового фрезерования.

    в) Расскажите о конструкции концевых фрез.

    г) Какие факторы обусловливают высоту кинематических неровностей при пазовом фрезеровании?

    д) От каких параметров зависит угол движения и каким образом он влияет на процесс фрезерования?

 

Список рекомендуемой литературы

 

1. Амалицкий, В.В. Деревообрабатывающие станки и инструменты [Текст]: учеб. для сред. проф. образования по специальности 250403 "Технология деревообраб." / В. В. Амалицкий, В. В. Амалицкий. - 5-е изд., стер. - М.: Академия, 2009. - 400 с.

2. Амалицкий, В.В. Оборудование отрасли [Текст]: учеб. для вузов по специальности 260200 (250403) "Технология деревообраб." / В. В. Амалицкий, В. В. Амалицкий; МГУЛ. - М., 2006. - 583 с.

3. Глебов, И.Т. Резание древесины [Текст]: учеб. пособие для вузов по направлению подгот. дипломир. специалиста 250400 "Технология лесозаготов. и деревоперераб. пр-в" по специальности 250403 / И. Т. Глебов. - СПб.: Лань, 2010. - 254 с.

4. Любченко, В.И. Резание древесины и дереворежущий инструмент [Текст]: учеб. пособие для вузов по специальности 150405 "Машины и оборудование лесного комплекса", 220301 "Автоматизация технол. процессов", 250403 "Технология деревообраб." / В. И. Любченко, В. Г. Суханов, В. В. Кишенков; МГУЛ. - М., 2007. - 91 с.

5. 6.2.4 Коротков, В.И. Деревообрабатывающие станки [Текст]: учеб. для нач. проф. образования / В. И. Коротков. - М.: Академия, 2009. - 300 с.

Шевелева Елена Викторовна