Дослідження конструкції і геометрії фрез

Ціль роботи: вивчити основні конструкції і геометрію фрез і їх призначення.

Завдання: Вивчити конструкцію і геометрію, виконати виміри і розрахунки геометричних параметрів фрези.

 

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

 

Фрезерування є одним з високопродуктивних і розповсюджених методів обробки металів різанням. Різальним інструментом при фрезеруванні є фреза. Фреза - багатозубий інструмент, що представляє собою тіло обертання, на утворюючій поверхні якого (а у торцевих фрез і на торці) є ріжучі зуби.

Застосування фрез у машинобудуванні має більш ніж столітню історію, розроблено багато конструктивних варіантів цього інструмента. Фрези становлять більш 20% у номенклатурі металорізального інструменту, що випускається інструментальною промисловістю, і серед усіх видів лезвійних інструментів фрези виділяються найбільшою різноманітністю.

Їх розрізняють:

По місцю розташування ріжучих зубів на вихідному циліндрі - торцеві, циліндричні, тристоронні (див. рис.1 а,б).

По способу закріплення на верстаті - насадні і хвостові або кінцеві (див. рис.1 б.в).

По характеру виконуваної роботи - шпонкові, кутові, фасонні, для Т-образних пазів, пазові, відрізні, різьбові, зуборізальні і т.д.

По способу розташування зуба на циліндрі - прямозубі, із гвинтовим зубом, з різноспрямованими зубами (див. рис.1 д,г,в).

По виду задньої поверхні - гострі або плоскозаточені, звичайні, із криволінійною спинкою, з ламаною спинкою і затиловані (див. рис.2 а,б,в,г).

По виду інструментального матеріалу зубів - швидкорізальні й твердосплавні.

По способу закріплення ріжучого елемента - цільні, із припаяними пластинками, з механічним кріпленням і т.д. (див. рис.1 а,б).

По виду хвостовика для кріплення фрези в шпинделі із циліндричним або конічним хвостовиком (див. рис.1 в,г).

По розміру зуба - із дрібним або великим зубом.
Велика різноманітність поверхонь, які можуть бути оброблені методом фрезерування обумовлює застосування фрез відповідного типу, так:

Циліндричні фрези - для обробки площин, паралельних осі обертання фрези (див. рис. 1 б).

Торцеві фрези - для обробки відкритих, особливо довгих і широких площин, перпендикулярних до осі фрези (див. рис.1а).

Кінцеві фрези - для фрезерування площин, уступів, пазів і криволінійних контурів по розмітці або копіру (див. рис.1 в,г).

Дискові фрези - для фрезерування уступів, пазів, лисок і інших площин. Дискові фрези, що мають зуби тільки на циліндричній поверхні (пазові фрези), використовують для фрезерування точних шпонкових канавок і пазів. Прорізні й відрізні фрези застосують для разрезки заготовок, тонкостінних труб, для нарізування шліців у головках гвинтів і ін. Фасонні фрези служать для фрезерування стандартних фасонних поверхонь напівкруглих, опуклих, увігнутих, а також стружкових канавок різальних інструмент. Звичайно фасонні фрези мають затилований, по архимедової спіралі, зуб (див. рис.1 ж,з).

Цільні фрези можуть мати гострі або затиловані зуби (див. рис.2 а,б,в,г). Звичайно гострі зуби застосовують для дрібнозубих фрез, із криволінійною спинкою - для крупнозубих фрез, з ламаною спинкою для фрез, використуємих при важких роботах. Зуб уважається дрібним, якщо Z > 1,5 і крупним, якщо Z < 1,5 .

Тут Z - число зубів фрези, а D - діаметр фрези.

Якщо задня поверхня зуба має спеціальну форму, наприклад, затилована по архімедової спіралі, то такий зуб називається затилованим. Фрези із затилованими зубами застосовують для обробки фасонних поверхонь. Затиловані зуби заточуються тільки по передній поверхні для збереження сталості профілю зуба, а гострі - по задній поверхні.

Основні елементи зубів циліндричних і торцевих фрез указані на рис.3 а,б. Геометрія ріжучої частини фрези характеризується наступними параметрами:

· Н - висота зуба;

· f - ширина задньої поверхні;

· f₁ - ширина спинки;

· γ - головний передній кут;

· α - головний задній кут;

· λ - кут нахилу головної ріжучої кромки;

·
ω - кут нахилу зуба;

· φ - головний кут у плані кутової кромки;

· φ₁ - допоміжний кут у плані;

· φ₀ - головний кут у плані перехідної кромки;

· t - окружний крок зубів.

На рис. 4 а,б показані геометричні елементи ріжучої частини фрези.

Головний передній кут γ - виміряється в площині, нормальної до головної ріжучої кромки і минаючої через дану точку. У циліндричних фрез зі швидкорізальних сталей величина головного переднього кута коливається в межах 10 ÷ 20, у торцевих і дискових фрез, оснащених пластинками із твердого сплаву, γ = +5 ÷ -10°.

Іноді передній кут задають у площині, нормальній осі фрези, так званий поперечний кут γ'. Для переходу від кута γ' до кута γ користуються наступними формулами:

для торцевих фрез tg γ = tg γ' * sin φ + tg ω * cos φ;

для циліндричних фрез tg γ = tg γ' * cos φ.

В цих формулах: ω - кут нахилу зубів фрези до осі фрези; φ- головний кут у плані.

Головний задній кут α - виміряється в площині, нормальної до осі фрези. Він укладений між дотичною до задньої поверхні зуба фрези в розглянутій точці головної ріжучої кромки і дотичній до окружності обертання даної точки. Іноді задній кут задається в нормальному перетині до головної ріжучої кромки - нормальний задній кут, α_н. Кути α і α_н зв'язані між собою наступними співвідношеннями:

для головної ріжучої кромки торцевих фрез tg α =

для циліндричних фрез tg α= tg α_н * cos ω

 

У фрез зі швидкорізальних сталей величина головного заднього кута коливається в межах 12 ÷ 30° (залежно від типу фрези), у торцевих фрез з твердосплавними пластинками α = 6 ÷ 15°; у дискових фрез α = 20 ÷ 25° при обробці стали і α = 10 ÷ 15° при обробці чавуну.

Кут нахилу зубів ω - служить для зменшення вібрації, збільшення плавності роботи фрези і для створення сходу напрямку стружки. Звичайно кут нахилу зуба вибирають в інтервалі 10 ÷ 55° залежно від типу фрези.

Окружний крок зубів t - величина цього кута залежить від числа зубів фрези і розраховується по формулі

t = 360°/Z

Торцеві фрези характеризуються також кутами в плані φ, φ₁, φ₀ і кутами нахилу головної ріжучої кромки λ.

Головний кут у плані кутової кромки φ - кут між проекцією головної ріжучої кромки на осьову площину, що проходить через розглянуту крапку кромки і торцевою площиною. Головний кут у плані впливає на товщину і ширину зрізу, співвідношення складових сил, що діють на фрезу, стійкість фрези, якість обробленої поверхні. Чим менше цей кут, тем менше товщина зрізу і навантаження на одиницю довжини ріжучої кромки, вище стійкості фрези, чистіше оброблена поверхня, але більше осьова складова сил різання. Тому φ = 10 ÷ 30° використовують при достатній жорсткості системи СНІД. Малий кут утрудняє роботу з великою глибиною різання, тому що необхідно збільшувати довжину ріжучої кромки і тому фрези з φ < 30° застосовують при глибині різання 3 - 4 мм. При фрезеруванні на прохід звичайно φ = 60°.

Допоміжний кут у плані φ₁ - кут між проекцією допоміжної ріжучої кромки на осьову площину кромки, що проходить через розглянуту точку, і торцевою площиною. Він служить для зменшення тертя допоміжної ріжучої кромки о оброблену поверхню і вибирається в межах 2 ÷ 10° для торцевих фрез і 2 ÷ 5° для дискових тристоронніх фрез.

Головний кут у плані перехідної кромки φ₀ - кут між проекцією перехідної кромки на осьову площину, що проходить через розглянуту точку, і торцевою площиною. Для зміцнення вершини зуба фрези в торцевих твердосплавних фрез під цим кутом звичайно робиться перехідна кромка h = 1 ÷ 2 мм. Величина кута φ₀ звичайно рівна 1/2 величини кута φ.

Кут нахилу головної ріжучої кромки λ – кут між головною ріжучою кромкою і проекцією її на осьову площину, що проходить через вершину кута між головною і допоміжною ріжучою кромками, виміряється в поздовжній площині, що проходить через дану точку ріжучої кромки. Кут λ впливає на міцність і стійкість зуба, позитивне значення кута λ сприяє більш плавному входу зуба в заготовку і виходу з неї. У торцевих твердосплавних фрез кут λ робиться в межах від 0° до +15⁰, а у циліндричних, кінцевих і дискових фрез кут λ дорівнює куту нахилу гвинтового зуба, тобто λ = ω.

Значення геометричних і конструктивних параметрів для різних фрез і умов обробки наведені в довідниках по режимах фрезерування, у довідниках технолога, фрезерувальника, інструментальника і т.д.

 

Хід роботи

 

1. Користуючись інструкцією і додатковою літературою [1], [2], [3], [4] вивчити конструкцію й геометрію виданої фрези.

2. Виконати ескіз фрези й указати на ньому основні елементи, поверхні й кромки фрези.

3. Виміряти величини конструктивних параметрів фрези.

4. Усвідомити геометричні параметри ріжучої частини фрези, виписати межі виміру кутів α, γ, φ, φ₁, φ₀, λ, ω, t.

5. За допомогою інструментального кутоміра виміряти кути α, γ.

6. По відбитках, отриманих за допомогою копіювального паперу, виміряти транспортирним кутоміром кути t, ω.

7. За допомогою універсального кутоміра виміряти кути φ, φ₁, φ₀, λ.

8. Скласти звіт за формою I.

Ф О Р MA I

1. Ціль роботи.

2. Завдання.

3.
Таблиця виміру конструктивних параметрів фрези (табл.1).

 

4. Таблиця виміру геометричних параметрів ріжучої частини фрези (табл.2).

Таблиця 2.

Найменування позначення кута фрези	Межі виміру у стандартних фрез	Результати виміру

 

5. Висновок.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ РОБІТ

 

Однієї зі складових частин розробки технологічних процесів є встановлення режимів різання і визначення норми часу на виконання заданої роботи.

Технологічний час залежить від правильного вибору режимів різання: глибини, подачі і швидкості різання. Факторами, що впливають на вибір режимів різання, є: матеріал, форма і твердість оброблюваної заготовки, вид інструменту і матеріал ріжучої частини, надійність закріплення заготовки на верстаті, потужність верстата.

Прийнятий режим різання повинен повністю задовольняти технологічним вимогам відносно заданої шорсткості поверхні і точності обробки.

Режими різання, для різних методів обробки, можуть бути визначені:

· розрахунковим методом, з використанням довідкових даних і емпіричних формул по видах обробки;

· табличним методом, з використанням довідкових даних і відповідних нормативів (таблиць) по видах обробки.

Відстань між оброблюваною і обробленою поверхнею, обмірюване в перпендикулярному напрямку до останньої, називається глибиною різання t (виміряється в міліметрах). Глибину різання вибирають виходячи з того, що вигідніше працювати з можливо меншим числом проходів. Тому якщо дозволяють потужність верстата і твердість системи верстат — пристосування — інструмент — деталь, припуск на чорнову обробку слід знімати за один прохід.

Якщо ж потужність верстата або жорсткість системи недостатня, то припуск знімають за два-три проходи.

При чистовій обробці глибину різання вибирають залежно від шорсткості поверхні і жорсткості системи.

Обраний режим різання коректується за паспортним даними верстата, а також перевіряється по потужності електродвигуна.

Для здійснення на верстаті процесу різання необхідно, щоб потужність електродвигуна N_CTбула більше або, у крайньому випадку, дорівнювала потужності, затрачуваній на різання N_РЕЗ.

Допускається при короткочасному процесі різання перевантаження електродвигуна верстата до 20 % його номінальної потужності, при короткочасності до 1 хв перевантаження електродвигуна допускається до 50 %.

Потужність, затрачувана на різання, розрахунковим методом, визначається по формулі:

N_РЕЗ =

де Р_Z — тангенціальна сила різання;

V — швидкість різання.

Величина P_Z, розрахунковим методом, визначається по формулі:

Р_Z = C_P * t * S^0,75

де С_р — коефіцієнт, що залежить від оброблюваного металу й величини кутів заточення різця;

t — глибина різання, мм;

S — подача інструмента, мм, на один оборот шпинделя.

Послідовність вибору режимів різання залежить від методу обробки.

При токарної обробки за вихідні дані приймають фізико-механічні властивості оброблюваного матеріалу, припуск і характер обробки (чорнова або чистова), по яких визначають глибину різання t і необхідне число проходів. Далі вибирають матеріал різця, і геометричні параметри його ріжучої частини з урахуванням форми обробленої поверхні; визначають подачу S і коректують її по паспорту верстата; призначають період стійкості Т різця; вибирають швидкість різання V і; розраховують рекомендовану частоту обертання n шпинделя верстата (з урахуванням діаметра d деталі) і уточнюють її по паспорту верстата; по прийнятій частоті обертання шпинделя уточнюють швидкості різання і перевіряють обраний режим по потужності різання:

N_РЕЗ ≤ N_ШП = 1,2 * N_ДВ * η

де N_ДВ і η — відповідно, потужність двигуна і КПД верстата.

Величина переміщення інструмента щодо оброблюваної деталі або цієї деталі щодо інструмента в напрямку руху подачі за певний відрізок часу за один оборот деталі або інструмента, за один робочій хід інструмента називається подачею S (виміряється на один оборот оброблюваної деталі або за один робочій хід, або на один зуб інструмента, у міліметрах або міліметрах у хвилину). Подача може бути поздовжньої — уздовж осі оброблюваної деталі, поперечної — поперек цієї осі, похилої - під кутом до цієї осі, вертикальної або круговий.

Подача також вибирається виходячи з того, що для зменшення технологічного часу, незалежно від виду різального інструменту, завжди вигідніше працювати з максимальною подачею.

При чорновій обробці подачу вибирають по відповідних до таблиць режимів різання (нормативам).

При чистовій обробці подачі вибирають залежно від виду обробки шорсткості поверхні і оброблюваного матеріалу.

Величина переміщення ріжучої кромки в одиницю часу щодо оброблюваної поверхні називається швидкістю різання v [виміряється в метрах у хвилину або в метрах у секунду (при шліфуванні)]. Швидкість різання призначається по відповідних таблиць режимів різання залежно від глибини різання і подачі.

Швидкість різання залежить від механічних властивостей і марки оброблюваного матеріалу, виду інструмента і ріжучої його частини, величини подачі, форми, поверхні деталі і інших факторів.

Швидкість різання при обертовому русі визначається по формулі

V =

де D — діаметр оброблюваної деталі, мм;

n — число оборотів у хвилину.

Для свердління прийнятий наступний порядок визначення режимів різання: по глибині і діаметру оброблюваного отвору вибирають серію свердла, а залежно від фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу — форму заточення ріжучої частини свердла і геометричні параметри заточення; по нормативах і з урахуванням необхідної точності обробки і характеристики системи верстат — пристосування — інструмент — деталь приймають групу подач Sі коректують подачу відповідно до паспорта верстата; призначають середній період стійкості свердла; визначають швидкість різання V і коректують її по паспорту верстата. Знайдена осьова сила і потужність різання не повинні перевищувати, відповідно, припустимого зусилля подачі верстата і потужності двигуна.

Призначення режимів різання при зенкерованії ірозгортанніпочинають із визначення на підставі необхідних точності і шорсткості обробленої поверхні місця зенкера або розгорнення в наборі послідовно працюючих інструментів і глибини різання t. Після цього уточнюють конструктивно-геометричні параметри зенкера або розгорнення (відповідно до фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу), вибирають групу подач із урахуванням наступної обробки отвору і по його діаметру визначають подачу S, знаходять технологічну швидкість різання.

Для фрезерування параметри режимів різання визначають у такій послідовності: по глибині і ширині фрезерування, а також на підставі паспортних даних верстата вибирають конструктивні параметри фрези; враховуючи фізико-механічні властивості оброблюваного матеріалу, підбирають матеріал інструмента, призначають геометричні параметри фрези і вибирають фрезу по стандарту. Далі визначають подачу на зуб S_z(з урахуванням способу кріплення і вильоту фрези, числа її зубів і необхідної шорсткості обробленої поверхні), швидкість різання V, частоту обертання n шпинделя і хвилинну подачу S_M.

При виборі режимів різання слід мати у виду, що нормативні матеріали передбачають тільки середні значення глибин різання, подач і швидкостей різання. Тому в практиці ці середні значення можуть бути збільшені або зменшені.

Послідовність розрахунків режимів різання для розглянутих видів обробки табличним (нормативним) методом повинна відповідати методикам приведеним у таблицях додатка Г. Посилання на нормативні матеріали в цих таблицях виконані стосовно до довідкової літератури [3].

Дані по типажу і геометрії різального інструменту можна приймати по даним проведених лабораторних робіт або за даними довідкової літератури [3], [4].

Паспортні дані верстатів (вибірково), на яких передбачається обробка поверхонь, знаходяться також у додатку Г.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4