Силы резания и мощность при фрезеровании

Процесс фрезерования

Фрезерование - это технологическая операция, связанная с обработкой поверхности с помощью фрез.

При процессе фрезерования вращается в основном фреза, а подача идет в прямолинейном и перпендикулярном направлениях по отношению к фрезе, т.е. к её оси. На столе фрезерного станка закрепляется тисками заготовка.

Функции фрезы отличаются от функций инструментов с множеством лезвий, имеющихся у сверлильных станков.

За счет перпендикулярной подачи относительно оси вращения фрезы каждый её зуб касается обрабатываемой детали, но делает при этом только малую часть своего оборота. Одновременно работают несколько зубьев фрезы, хотя может работать и только один зуб. Фреза имеет много зубьев, каждый из них находится в работе короткий период времени. За время основной части оборота происходит охлаждение фрезы, что гарантирует, в свою очередь, продолжительный срок службы самой фрезы и эффективность процесса обработки фрезерованием.

Геометрическая структура каждого режущего зуба фрезы сходна с видом резца. Процесс фрезерования имеет, однако, свою специфическую особенность: характер контакта зубьев фрезы с поверхностью детали прерывистый, который благоприятно влияет на процесс с точки зрения уменьшения действия выделяющегося при фрезеровании тепла на режущую кромку инструмента и обуславливает не такое спокойное и плавное течение процесса, как при точении.

По форме своего зуба фрезы подразделяются на:

· фрезы, оснащённые остроконечными зубьями;

· фрезы, имеющие затылованные зубья.

У фрез первого вида режущий профиль зубьев состоит из прямых линий, зубья затачивают по задней грани, а затылованные зубья фрез затачивают, наоборот, по передней грани. При переточке профиль зуба у фрезы с затылованными зубьями сохраняется, что является большим преимуществом перед фрезами с остроконечными зубьями, которые используются для фрезеровки на больших скоростях и поэтому изготавливаются из твердых сплавов.

Для обработки поверхности фрезерованием применяются и цилиндрические фрезы, когда стол станка движется навстречу фрезе (встречное фрезерование) или перемещается в том же направлении, что фреза (попутное фрезерование). Стружка в виде запятой снимается при этих способах каждым зубом фрезы. При встречном фрезеровании толщина стружки постепенно увеличивается, а при попутном, наоборот, уменьшается при резании. Встречное фрезерование способствует плавному увеличению нагрузки на зуб, что является преимуществом, а недостатком этого метода является попытка фрезы оторвать деталь от поверхности стола. Попутное фрезерование все делает наоборот, так что и выбор метода обусловлен конкретными условиями работы.

Показатели резания при фрезеровании

Скоростью резания является окружная скорость вращения фрезы.

V = πD·n/1000, м/мин,

где D – Ø фрезы, мм,
n – число оборотов, совершаемое фрезой / мин

Подача – перемещение обрабатываемой детали вдоль оси фрезы за единицу времени.

S_m = S_z·z·n, мм/мин,

где z – количество зубьев фрезы,
n – число оборотов, совершаемое фрезой / мин

Глубина резания – слой металла, который снимает фрез за 1 свой проход;

Ширина фрезерования – длина поверхности, контактирующая с фрезой в перпендикулярном направлению подачи направлении.

Толщина стружки – снимаемая каждым зубом фрезы величина.

Силы резания и мощность при фрезеровании

В процессе резания на каждый зуб фрезы действует определенное усилие, направления и величины которого различаются, в зависимости от характера фрезеровки и направления подачи. При фрезеровании торцов фрезой, при встречной подаче силу резания P, действующую на зуб фрезы, можно разделить на две составляющие величины: касательную P_z и радиальную P_y. По радиальной силе P_y рассчитывают на изгиб оправку, на которую посажена фреза. Суммарное значение P_zопределяется как сумма усилий, действующих на зубья:

P_zсум = P_z1 + P_z2 + P_z3кГ

Крутящий момент при фрезеровании:

M = P_z·D/2кГ мм,

где D – Ø фрезы,

Мощность при фрезеровании:

N = M·n/974000 Квт,

где M– крутящий момент,
n – число оборотов, совершаемое фрезой за 1 мин.

Основные типы фрез

Фреза - это инструмент фрезерного станка, предназначенный для резания и имеющий несколько зубьев. Зуб представляет собой не что иное, как резец для снятия стружки.

Резание при операции фрезерования отличается, однако, от процессов резания на точильном станке или сверлильном. У фрезы, как мы упоминали выше, зубья во время резания участвуют в работе не все, а попеременно. Продолжительность службы фрезы тем самым увеличивается, а эффективность процесса обработки фрезерованием повышается.

На рисунке ниже отображено множество фрез, которые различаются по разным признакам и особенностям:

· по их применению,

· по форме зубьев,

· по направлению зубьев,

· по их исполнению,

· по виду их крепления на фрезерном станке и т. п.

По конструктивному исполнению фрезы могут быть:

1. цельные,

2. напайные,

3. наборные,

4. фрезерные головки на базе сменных зубьев.

1. Цельные фрезы, это позиции 1, 2, 4 и 7 на рисунке. Они представляют собой цельную деталь из высококачественного материала, предназначенного для изготовления фрез и другого режущего инвентаря.

2. На напайные фрезы идет обычная недорогая конструкционная сталь. На верхнюю часть зуба или резца напаивается кусочек или пластина из высококачественного металла.

3. Наборная фреза, это позиция 3 на нашем рисунке. Она представляет собой корпус круглой формы из легированной конструкционной стали, куда вставлены зубья и закреплены клином или штифтом конической формы. Для заточки наборная фреза не разбирается, а обрабатывается в собранном состоянии.

4. Фрезерные головки, на нашем рисунке это позиция 15. Головка оснащается быстросменными зубьями, обычными резцами. Для заточки фрезерную головку можно не разбирать, а обрабатывать в собранном состоянии, а можно затачивать зубья по отдельности, а затем крепить в корпус.

По типу крепления различают фрезы:

1. насадные

2. хвостовые

3. торцовые

Насадные фрезы, позиции 1, 3, 4 и 7 на нашем рисунке, это фрезы с отверстием и шпоночным пазом, они крепятся непосредственно на шпиндельной оправке.

Хвостовые фрезы, позиции 6 и 9, являются продолжением хвостовой части (конической или цилиндрической) и представляют собой вместе с хвостовой частью цельную деталь.

Торцовые фрезы, позиция 15, крепятся на торце вала с помощью болтов.

По сфере применения фрезы делят на следующие основные типы:

· для обработки плоскости,

· прорезные (поз.5),

· пазовые (позиции 4, 9 и 6),

· угловые (позиции 7 и 8),

· фасонные (позиция 10),

· для нарезки зубьев (позиции 11, 12 и 16),

· для нарезания резьбы (позиции 14 и 13) и

· специальные.

Фрезерные станки

Основные виды фрезерных станков:

1) станки общего назначения: горизонтально–фрезерные, универсально–фрезерные и вертикально–фрезерные.
2) станки определенного назначения и специализированные.

Горизонтально–фрезерные станки оснащены станиной, по которой в вертикальном направлении перемещается консоль с направляющими, по которым, в свою очередь, параллельно оси шпинделя ездят поперечные салазки. Стол с коробкой скоростей и коробкой подач перемещается в направлении, перпендикулярном оси шпинделя.

В оправке крепятся фрезы. Хвостовые фрезы вставляются в шпиндель и центрируются коническим гнездом.

Стол универсально–фрезерного станка, в отличие от горизонтально–фрезерного, может быть развёрнут в горизонтальной плоскости на 45 градусов. Так что направление подачи стола может изменяться по отношению к оси шпинделя от 45 до 90 градусов, что требуется при фрезеровании спиралей.

У вертикально–фрезерных станков шпиндель стоит вертикально, в остальном они такие же, как и горизонтально-фрезерные.

Столы продольно–фрезерных станков могут перемещаться только в горизонтальной плоскости, расположенной перпендикулярно осям вертикальных или горизонтальных шпинделей, наличие которых позволяет обрабатывать детали с нескольких сторон одновременно. Обработка деталей выполняется фрезами, контактирующими со шпинделями. Стол не выдвигается и не перемещается в поперечном направлении, и инструменты устанавливаются с помощью выдвижения шпинделей по их оси и перемещения шпиндельных бабок по направляющим.

У карусельно–фрезерных станков, используемых для непрерывной обработки плоских поверхностей, столы круглые больших диаметров, детали снимаются при продолжении вращения стола.

Назначение барабанно–фрезерных станков то же самое, что карусельно–фрезерных. Отличие состоит в том, что на барабанно–фрезерных станках обрабатываются одновременно с двух сторон параллельные плоскости. Внутри станины этих станков вращается барабан, на который ставят подлежащие обработке детали и снимают готовые. Фрезы находятся в шпиндельных бабках, каждая пара фрез делает последовательно сначала черновое, затем чистовое фрезерование. У этих станков хорошая жесткость и высокая производительность.

Фрезерными специализированными станками обрабатывают, главным образом, крупные детали в массовых производствах.

Оснастка фрезерных станков

Среди имеющихся для фрезерных станков приспособлений различают универсальные, нормализованные испециальные. Они подразделяются, в свою очередь, на одноместные и многоместные, среди которых есть неподвижные, подвижные и поворотные, для непрерывного фрезерования.

Известные всем нам делительные головки, машинные тиски, вращающиеся столы, угловые столы, поворотные столы относятся к универсальным фрезерным приспособлениям.

Машинные тиски снабжаются, как правило, обычным ручным винтовым зажимом (эксцентриковым или пневматическим) для установки на них деталей.

Чаще всего используются пневматические тиски с резиновой диафрагмой. Обрабатываемая деталь зажимается между губками. С поступлением воздуха в камеру тисков диафрагма перемещается вместе с диском и штоком, причем шток поворачивает коленчатый рычаг, и обрабатываемая деталь закрепляется с усилием в 900 кг при давлении воздуха в 4 атм.

Делительные головки изменяют угол положения детали по отношению к фрезе и подразделяются на простые, универсальные и оптические. Существует три метода деления делительными головками: непосредственный, простой и дифференциальный. Непосредственный метод заключает в себе просто поворот шпинделя головки (делительной) на заданный угол. Для этой цели подходят простые и универсальные головки.

Области использования для универсальных делительных головок весьма разнообразны:

1. для периодического поворачивания обрабатываемой детали на определенные заданные углы

2. для непрерывного вращения обрабатываемой детали при фрезеровании спиралей

3. для придания обрабатываемой детали заданного углового положения относительно плоскости стола на станке

При необходимости соблюдения точного поворота обрабатываемой детали на нужный угол (допустимая погрешность макс. 0,25’) используют оптические делительные головки, снабжённые лимбом. За шкалой лимба ведётся наблюдение через окуляр оптической системы внутри делительной головки.

В случае необходимости вращения обрабатываемой детали в горизонтальной плоскости находится применение вращающимся универсальным столам. В движение такие столы приводятся вручную или механическим способом.

Чтобы расположить деталь по отношению к плоскости самого стола фрезерного станка под определенным углом, отдают приоритет угловым столам.

Поворотные столы выбирают для позиционной обработки.

Консольно-фрезерный станок

· основание в виде коробки, где расположены коробка скоростей и блок управления коробкой скоростей;

· узел шпинделя;

· хобот;

· подвеска;

· шпиндельные фрезерные оправки;

· консоль;

· салазки;

· стол, куда устанавливают деталь на обработку;

· плита основания.

Бесконсольно-фрезерные станки подразделяют:

· на вертикальные и

· горизонтальные.

Бесконсольно- фрезерные станки вертикального типа служат для осуществления операций на деталях довольно крупного размера. Фрезерование выполняется на высокой скорости при автоматическом цикле управления. Автоматический цикл осуществляет:

· рабочую подачу,

· обратный ход на высокой скорости и

· стоп.

На современных бесконсольно-фрезерных станках фреза от поверхности детали отводится автоматически с целью её защиты. Процесс фрезерования выполняется на этих станках на высокой скорости, в чем их большая ценность. Станок обрабатывает корпусные детали, имеющие большой припуск на обработку. Стол вертикального движения не имеет, только поперечное и продольное движения. Вертикально перемещается бабка шпинделя. Сам шпиндель стоит вертикально и имеет большое число оборотов, до 1250 оборотов в минуту, так что фрезерование происходит на очень высокой скорости.

Фрезерный станок с ЧПУ

Фрезерные станки с ЧПУ являются станками с автоматической системой управления. Автоматика перемещает стол и управляет скоростью шпинделя. Иногда шпиндель располагают на каретке или салазках, что способствует его перемещению в направлении по оси и по вертикали. На станке такого типа с ЧПУ серийно обрабатывают детали с высокопрецизионной обработкой поверхности в трехмерном пространстве. Например, деталей для авиационной или энергетической промышленности, как лопастей пропеллеров самолетов и вертолётов, лопастей турбин и больших промышленных вентиляторов.

Говоря о копировально-фрезерных станках, сразу появляется мысль о копировании, создании копии или воспроизведении чего-либо, повторении под копирку. Поэтому копировально-фрезерными станками и создают на детали неплоскую поверхность, обрабатывая при этом криволинейные поверхности матриц, пуансонов, используемых впоследствии для штампования деталей из листовой стали. При этом полученная форма как бы скопировала заданный образец, став на него похожей. При обработке фреза перекладывает профиль копира на обрабатываемую деталь.

Если на фрезерный станок с ЧПУ установить автоматический сменщик режущего инструмента, то станок будет выполнять функции обрабатывающего центра, делая при этом множество обрабатывающих действий в режиме автоматики.

Числовое программное управление способствует выполнению сложнейших технологических действий по обработке деталей в режиме автоматики. В действиях оператора нет необходимости в процессе работы. В системе управления загружены программы для разных обрабатывающих действий. Программа обработки выбирается до начала процесса. Выбор программы осуществляет оператор с поста управления. С этого же поста можно управлять станком в ручном режиме и отключить станок при возникновении аварийной ситуации. Визуальная система отображает все выполняемые станком действия, оператор следит за выполнением операций на экране дисплея.

На фрезерном станке с ЧПУ обрабатывают детали из чугуна, стали, а также из сплавов легких металлов. На данном оборудовании выполняется обработка корпусных деталей с полным комплексом операций в 3-х координатах (X, Y, Z) в базовом исполнении станка и по четырем-пяти координатам - в опциональной версии станка с ЧПУ, разработанного в свете последних мировых технологий, необходимых для мелкосерийных и единичных производств.

Предлагаемые станки оснащёны системой ЧПУ, графическим экраном, что гарантирует высокоточное исполнение команд. Сервоприводы, оснащённые цифровым управлением, гарантируют точное и быстрое перемещение по трем осям.

Оптимальные технические характеристики станка позволяют осуществить при одной настройке много операций: по фрезерованию, растачиванию, сверлению, нарезанию резьбы. Оборудование стола и суппорта, выполненное из специального чугуна высокой прочности, имеющее высокую жесткость и устойчивость к вибрациям, а также конструктивное исполнение мощного шпинделя и автоматизированная система подачи СОЖ в зону резания способствуют росту высокой популярности станка.

Базовая комплектация фрезерного станка с ЧПУ:

1. Система с ЧПУ Siemens;

2. Защитный кожух;

3. Автоматизированная система охлаждения;

4. Сепаратор масла и СОЖ;

5. Автоматизированная система смазки;

6. Монтажные болты для установки на фундамент;

7. Теплообменник электрического шкафа;

8. Сигнализация;

9. Документация на русском языке.

Фрезерные станки с ЧПУ представляют собой оборудование, соответствующее высокому уровню современных техногенных решений, с помощью которых достигается прецизионное качество обработки деталей при высокой плодотворной отдаче.

Процесс фрезерования

Фрезерование - это технологическая операция, связанная с обработкой поверхности с помощью фрез.

При процессе фрезерования вращается в основном фреза, а подача идет в прямолинейном и перпендикулярном направлениях по отношению к фрезе, т.е. к её оси. На столе фрезерного станка закрепляется тисками заготовка.

Функции фрезы отличаются от функций инструментов с множеством лезвий, имеющихся у сверлильных станков.

За счет перпендикулярной подачи относительно оси вращения фрезы каждый её зуб касается обрабатываемой детали, но делает при этом только малую часть своего оборота. Одновременно работают несколько зубьев фрезы, хотя может работать и только один зуб. Фреза имеет много зубьев, каждый из них находится в работе короткий период времени. За время основной части оборота происходит охлаждение фрезы, что гарантирует, в свою очередь, продолжительный срок службы самой фрезы и эффективность процесса обработки фрезерованием.

Геометрическая структура каждого режущего зуба фрезы сходна с видом резца. Процесс фрезерования имеет, однако, свою специфическую особенность: характер контакта зубьев фрезы с поверхностью детали прерывистый, который благоприятно влияет на процесс с точки зрения уменьшения действия выделяющегося при фрезеровании тепла на режущую кромку инструмента и обуславливает не такое спокойное и плавное течение процесса, как при точении.

По форме своего зуба фрезы подразделяются на:

· фрезы, оснащённые остроконечными зубьями;

· фрезы, имеющие затылованные зубья.

У фрез первого вида режущий профиль зубьев состоит из прямых линий, зубья затачивают по задней грани, а затылованные зубья фрез затачивают, наоборот, по передней грани. При переточке профиль зуба у фрезы с затылованными зубьями сохраняется, что является большим преимуществом перед фрезами с остроконечными зубьями, которые используются для фрезеровки на больших скоростях и поэтому изготавливаются из твердых сплавов.

Для обработки поверхности фрезерованием применяются и цилиндрические фрезы, когда стол станка движется навстречу фрезе (встречное фрезерование) или перемещается в том же направлении, что фреза (попутное фрезерование). Стружка в виде запятой снимается при этих способах каждым зубом фрезы. При встречном фрезеровании толщина стружки постепенно увеличивается, а при попутном, наоборот, уменьшается при резании. Встречное фрезерование способствует плавному увеличению нагрузки на зуб, что является преимуществом, а недостатком этого метода является попытка фрезы оторвать деталь от поверхности стола. Попутное фрезерование все делает наоборот, так что и выбор метода обусловлен конкретными условиями работы.

Показатели резания при фрезеровании

Скоростью резания является окружная скорость вращения фрезы.

V = πD·n/1000, м/мин,

где D – Ø фрезы, мм,
n – число оборотов, совершаемое фрезой / мин

Подача – перемещение обрабатываемой детали вдоль оси фрезы за единицу времени.

S_m = S_z·z·n, мм/мин,

где z – количество зубьев фрезы,
n – число оборотов, совершаемое фрезой / мин

Глубина резания – слой металла, который снимает фрез за 1 свой проход;

Ширина фрезерования – длина поверхности, контактирующая с фрезой в перпендикулярном направлению подачи направлении.

Толщина стружки – снимаемая каждым зубом фрезы величина.

Силы резания и мощность при фрезеровании

В процессе резания на каждый зуб фрезы действует определенное усилие, направления и величины которого различаются, в зависимости от характера фрезеровки и направления подачи. При фрезеровании торцов фрезой, при встречной подаче силу резания P, действующую на зуб фрезы, можно разделить на две составляющие величины: касательную P_z и радиальную P_y. По радиальной силе P_y рассчитывают на изгиб оправку, на которую посажена фреза. Суммарное значение P_zопределяется как сумма усилий, действующих на зубья:

P_zсум = P_z1 + P_z2 + P_z3кГ

Крутящий момент при фрезеровании:

M = P_z·D/2кГ мм,

где D – Ø фрезы,

Мощность при фрезеровании:

N = M·n/974000 Квт,

где M– крутящий момент,
n – число оборотов, совершаемое фрезой за 1 мин.

Основные типы фрез

Фреза - это инструмент фрезерного станка, предназначенный для резания и имеющий несколько зубьев. Зуб представляет собой не что иное, как резец для снятия стружки.

Резание при операции фрезерования отличается, однако, от процессов резания на точильном станке или сверлильном. У фрезы, как мы упоминали выше, зубья во время резания участвуют в работе не все, а попеременно. Продолжительность службы фрезы тем самым увеличивается, а эффективность процесса обработки фрезерованием повышается.

На рисунке ниже отображено множество фрез, которые различаются по разным признакам и особенностям:

· по их применению,

· по форме зубьев,

· по направлению зубьев,

· по их исполнению,

· по виду их крепления на фрезерном станке и т. п.

По конструктивному исполнению фрезы могут быть:

1. цельные,

2. напайные,

3. наборные,

4. фрезерные головки на базе сменных зубьев.

1. Цельные фрезы, это позиции 1, 2, 4 и 7 на рисунке. Они представляют собой цельную деталь из высококачественного материала, предназначенного для изготовления фрез и другого режущего инвентаря.

2. На напайные фрезы идет обычная недорогая конструкционная сталь. На верхнюю часть зуба или резца напаивается кусочек или пластина из высококачественного металла.

3. Наборная фреза, это позиция 3 на нашем рисунке. Она представляет собой корпус круглой формы из легированной конструкционной стали, куда вставлены зубья и закреплены клином или штифтом конической формы. Для заточки наборная фреза не разбирается, а обрабатывается в собранном состоянии.

4. Фрезерные головки, на нашем рисунке это позиция 15. Головка оснащается быстросменными зубьями, обычными резцами. Для заточки фрезерную головку можно не разбирать, а обрабатывать в собранном состоянии, а можно затачивать зубья по отдельности, а затем крепить в корпус.

По типу крепления различают фрезы:

1. насадные

2. хвостовые

3. торцовые

Насадные фрезы, позиции 1, 3, 4 и 7 на нашем рисунке, это фрезы с отверстием и шпоночным пазом, они крепятся непосредственно на шпиндельной оправке.

Хвостовые фрезы, позиции 6 и 9, являются продолжением хвостовой части (конической или цилиндрической) и представляют собой вместе с хвостовой частью цельную деталь.

Торцовые фрезы, позиция 15, крепятся на торце вала с помощью болтов.

По сфере применения фрезы делят на следующие основные типы:

· для обработки плоскости,

· прорезные (поз.5),

· пазовые (позиции 4, 9 и 6),

· угловые (позиции 7 и 8),

· фасонные (позиция 10),

· для нарезки зубьев (позиции 11, 12 и 16),

· для нарезания резьбы (позиции 14 и 13) и

· специальные.