Билет №18
1. Фрезерная обработка деталей. Основные параметры обработки, режущий инструмент. Оборудование, приспособления.
Фрезерование — один из высокопроизводительных и распространенных методов обработки поверхностей заготовок многолезвийным режущим инструментом — фрезой.
Технологический метод формообразования поверхностей фрезерованием характеризуется главным вращательным движением инструмента и обычно поступательным движением подачи. Подачей может быть и вращательное движение заготовки вокруг оси вращающегося стола или барабана (карусельно-фрезерные и барабанно-фрезерные станки).
На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Особенность процесса фрезерования — прерывистость резания каждым зубом фрезы. Зуб фрезы находится в контакте с заготовкой и выполняет работу резания только на некоторой части оборота, а затем продолжает движение, не касаясь заготовки, до следующего врезания. На рисунке 1 показаны схемы фрезерования плоскости цилиндрической (а) и торцовой (б) фрезами. При цилиндрическом фрезеровании плоскостей работу выполняют зубья, расположенные на цилиндрической поверхности фрезы. При торцовом фрезеровании плоскостей в работе участвуют зубья, расположенные на цилиндрической и торцовой поверхностях фрезы.
1 — заготовка; 2 — фреза
Рисунок 1 – Схемы фрезерования цилиндрической (а) и торцовой (б) фрезами, против подачи (б) и по подаче (г):
Цилиндрическое и торцовое фрезерование в зависимости от направления вращения фрезы и направления подачи заготовки можно осуществлять двумя способами[1]:
1) против подачи (встречное фрезерование), когда направление подачи противоположно направлению вращения фрезы (рисунок 1, е);
2) по подаче (попутное фрезерование), когда направления подачи и вращения фрезы совпадают (рисунок 1, г).
При фрезеровании против подачи нагрузка на зуб фрезы возрастает от нуля до максимума, при этом сила, действующая на заготовку, стремится оторвать ее от стола, что приводит к вибрациям и увеличению шероховатости обработанной поверхности. Преимуществом фрезерования против подачи является работа зубьев фрезы «из-под корки», т. е. фреза подходит к твердому поверхностному слою снизу и отрывает стружку при подходе к точке В. Недостатком является наличие начального скольжения зуба по наклепанной поверхности, образованной предыдущим зубом, что вызывает повышенный износ фрезы.
При фрезеровании по подаче зуб фрезы сразу начинает срезать слой максимальной толщины и подвергается максимальной нагрузке. Это исключает начальное проскальзывание зуба, уменьшает износ фрезы и шероховатость обработанной поверхности. Сила, действующая на заготовку, прижимает ее к столу станка, что уменьшает вибрации.
2 Режимы и силы резания
К режиму резания при фрезеровании относят скорость резания v, подачу s, глубину резания t, ширину фрезерования В.
Скорость резания, т. е. окружная скорость вращения фрезы, м/мин,
v= πDn/1000 , (1)
где D — диаметр фрезы, мм; п — частота вращения фрезы, об/мин.
Подача — величина перемещения обрабатываемой заготовки в минуту (SM, мм/мин) за время углового поворота фрезы на один зуб (SZ, мм/зуб) или за время одного оборота фрезы (S0, мм/об).
Эти подачи связаны между собой зависимостями;
Sм = S0n = Szzn, (2)
где z — число зубьев фрезы. Глубина резания t (мм) и ширина фрезерования В (мм) показаны на рисунке 1.
В процессе фрезерования каждый зуб фрезы преодолевает силу сопротивления металла резанию. Фреза должна преодолеть суммарные силы резания, которые складываются из сил, действующих на зубья, находящиеся в контакте с заготовкой. При фрезеровании цилиндрической фрезой с прямыми зубьями равнодействующую сил резания R, приложенную к фрезе в некоторой точке A, можно разложить на окружную составляющую силу Р, касательную к траектории движения точки режущей кромки, и радиальную составляющую силу Ру, направленную по радиусу. Силу R можно. также разложить на горизонтальную Рн и вертикальную Рv составляющие (рисунок 2, а). У фрез с винтовыми зубьями в осевом направлении действует еще осевая сила Р0 (рисунок 2, б). Чем больше угол наклона винтовых канавок ω, тем больше сила Р0. При больших значениях силы Р0 применяют две фрезы с разными направлениями наклона зубьев. В этом случае осевые силы направлены в разные стороны и взаимно уравновешиваются [1].
Рисунок 2 – Силы резания при работе цилиндрической фрезой
По окружной составляющей силе Р определяют эффективную мощность Nв и производят расчет механизма коробки скоростей на прочность. Радиальная составляющая сила Ру действует на опоры шпинделя станка и изгибает оправку, на которой крепят фрезу. Горизонтальная составляющая сила Рн действует на механизм подачи станка и элементы крепления заготовки; осевая сила Р0 — на подшипники шпинделя станка и механизм поперечной подачи стола; вертикальная составляющая сила Рv, — на механизм вертикальной подачи стола. В зависимости от способа фрезерования (против подачи или по подаче) направление и величина сил изменяются.
Сила резания, Н
,
(3)
где
— постоянный коэффициент, зависящий
от свойств обрабатываемого материала,
типа фрезы и ее геометрии;
,
и
— показатели степени, также зависящие
от механических характеристик
обрабатываемого материала, типа и
геометрии фрезы. Значения
,
,
и
приводятся в справочниках по выбору
параметров режимов резания.
Зная крутящий
момент
фрезы и частоту ее вращения, можно
определить мощность
,
(4)
В целях обеспечения эффективной мощности на шпинделе необходимо, чтобы электродвигатель станка обладал большей мощностью, так как часть ее расходуется на трение в подшипниках, зубчатых передачах, направляющих и др.
Потери на трение
характеризуются коэффициентом
полезного действия станка
.
Для фрезерных станков общего назначения
.
Таким образом, на полезную работу, т.е.
на работу фрезерования расходуется
75—85 % мощности электродвигателя.
Для определения
эффективной мощности
,
которую можно использовать на резание,
следует мощность электродвигателя
умножить на КПД станка, т. е.
.
(5)
Для расчета потребной
мощности электродвигателя станка
по эффективной мощности необходимо
эффективную мощность
разделить на КПД станка, т. е.
.
(6)