Величина подачи при черновой обработке зависит от материала, обрабатываемой заготовки материала режущей части фрезы. Не последнее значение имеет мощность и жесткость привода подачи станка, жесткости самого станка, приспособления, детали и закрепления фрезы, а также углов заточки фрезы.
При чистовой обработке подачу следует выбирать, руководствуясь классом чистоты поверхности, обозначенной на чертеже детали.
Основной исходной величиной при выборе подачи для чернового фрезерования является подача на один зуб фрезы Sz. Для торцовых фрез на выбор величины подачи на один зуб фрезы оказывает влияние способ установки фрезы относительно заготовки, что обусловливает величину угла встречи зуба фрезы с заготовкой и толщину срезаемой стружки при входе и выходе зуба фрезы из контакта с заготовкой. Установлено, что для торцовой фрезы, оснащенной пластинками из твердого сплава, наиболее благоприятные условия врезания зуба в заготовку достигаются при расположении фрезы относительно заготовки, как показано на рис. 1, б, т. е. при смещении фрезы относительно заготовки на величину С=(0,03÷0,05) D. Такое смещение оси фрезы даст возможность увеличить подачу на зуб против подачи при симметричном фрезеровании (рис. 1, а) чугуна и стали в 2 раза и более.
Рис. 1. Установка заготовки относительно оси фрезы при обработке стали и чугуна: а - симметрично; б - смещением
На рис. 2 даны рекомендуемые подачи при черновом фрезеровании торцовыми фрезами, оснащенными пластинками из твердого сплава, для этих двух случаев.
Помимо расположения фрезы относительно оси симметрии заготовки, при торцовом фрезеровании твердосплавными фрезами на величину подачи влияет главный угол в плане φ. Подачи, приведенные в на рис. 2, рассчитаны на фрезы, имеющие угол φ=60÷45°. Уменьшение угла в плане φ до 30° позволяет увеличить подачу в 1,5 раза, а увеличение угла φ до 90° требует снижения подачи на 30%.
Подачи при обработке жаропрочных сталей следует выбирать в пределах 0,1-0,35 мм/зуб. Приведенные значения подач рассчитаны для работы стандартными фрезами. При работе нестандартными фрезами с увеличенным числом зубьев значения подач следует уменьшать на 15-25%. В первоначальный период работы фрезы до износа 0,2-0,3 мм чистота обработанной поверхности при чистовом фрезеровании снижается примерно на один класс.
Величины подачи при чистовой обработке твердосплавными фрезами, приведенные на рис. 2, даются на один оборот фрезы, так как подачи на один зуб получаются слишком малыми. Подачи даются в зависимости от класса чистовой обработанной поверхности по ГОСТ 2789-59.
Рис. 2. Рекомендуемые подачи при обработке плоскостей торцовыми фрезами, оснащенными пластинками из твердого сплава
На рис. 3 приведены рекомендуемые подачи для цилиндрических фрез с пластинками из твердого сплава при обработке стали и чугуна за один переход. Приведенные значения подач обеспечивают шероховатость обработанной поверхности в пределах ∇6-∇7 классов чистоты. При этом фрезерование по подаче при сравнении с фрезерованием против подачи дает во всех случаях лучшую чистоту обработанной поверхности. Применение верхних пределов значений подач, приводимых в таблице не приводит к ухудшению чистоты обработанной поверхности. Работать по стали c Sz<15 мм не рекомендуется.
Рис. 3. Рекомендуемые подачи при фрезеровании плоскостей цилиндрическими фрезами с пластинками из твердого сплава
На рис. 4 приведены рекомендуемые подачи для твердосплавных концевых фрез с коронками и винтовыми пластинками при обработке стали и чугуна за один переход. Верхние пределы подачи при черновом фрезеровании следует применять при работе на мощных станках малой ширине фрезерования, нижние - при большой ширине фрезерования и на станках средней мощности. Приведенные значения подач обеспечивают получение шероховатости обработанной поверхности в пределах ∇5-∇6.
Рис. 4. Рекомендуемые подачи при обработке плоскостей и уступов твердосплавными концевыми фрезами
На рис. 5 приведены рекомендуемые подачи для дисковых трехсторонних фрез с пластинками из твердых сплавов при обработке стали и чугуна за один переход. Верхние пределы подач применять для пазов меньшей ширины, нижние - для пазов большей ширины. Приведенные значения подач обеспечивают получение шероховатости поверхностей в пределах ∇6-∇7 классов чистоты.
Рис. 5. Рекомендуемые подачи при обработке твердосплавными дисковыми трехсторонними фрезами
На рис. 6 приведены рекомендуемые подачи на один зуб фрезы при черновом фрезеровании плоскостей цилиндрическими, торцовыми и дисковыми трехсторонними фрезами из быстрорежущей стали Р18. Большие значения подач брать для меньшей глубины резания и ширины обработки, меньшие - для больших значений глубины и ширины. При фрезеровании жаропрочных сталей брать те же подачи, что и для стали, но не выше 0,3 мм/зуб.
Рис. 6. Рекомендуемые подачи при черновом фрезеровании плоскостей фрезами из быстрорежущей стали Р18
На рис. 7 приведены подачи при чистовом фрезеровании плоскостей цилиндрическими фрезами из быстрорежущей стали Р18. Подачи даны для жесткой системы станок - приспособление - инструмент - деталь.
Рис. 7. Рекомендуемые подачи при чистовом фрезеровании плоскостей фрезами из быстрорежущей стали Р18
На рис. 8 приведены подачи при чистовом фрезеровании плоскостей торцовыми и дисковыми трехсторонними фрезами из быстрорежущей стали Р18. Подачи даны для жесткой системы станок - приспособление - инструмент - деталь при обработке со вспомогательным углом в плане φ1=2°. Для фрез φ1=0 подачи можно увеличить на 50-80%.
Рис. 8. Рекомендуемые подачи при чистовом фрезеровании плоскостей торцовыми и дисковыми трехсторонними фрезами из быстрорежущей стали Р18
На рис. 9 приведены подачи при фрезеровании плоскостей за один переход концевыми фрезами из быстрорежущей стали Р18. Приведенные подачи рассчитаны для обработки плоскостей с механической подачей. В случае обработки криволинейных поверхностей с ручной подачей приведены значения подач следует уменьшить на 20-30%.
Ввиду малых значений подач на один зуб фрезы, получающихся при чистовом фрезеровании, на рис. 7 и 8 приведены подачи на один оборот фрезы.
Рис. 9. Рекомендуемые подачи при чистовом фрезеровании плоскостей концевыми фрезами из быстрорежущей стали Р18
Число оборотов фрезы и минутная подача при фрезеровании
В карте режимов резания, выбранной фрезеровщиком для заданных условий обработки, приведены число оборотов и минутная подача, соответствующие выбранной скорости резания при заданном диаметре фрезы, числу ее зубьев и величине подачи на один зуб.
Определенные по карте число оборотов фрезы и минутная подача могут отличаться от имеющихся у станка чисел оборотов шпинделя и минутных подач стола. Поэтому фрезеровщику приходится выбрать число оборотов и минутную подачу из имеющихся на станке; рекомендуется выбирать ближайшую меньшую ступень чисел оборотов и подач, чтобы фактические режимы резания не превышали выбранных по карте во избежание преждевременного затупления фрезы.
В случае применения поправочных коэффициентов на скорость резания в зависимости от измененных условий фрезерования против принятых в карте (другой период стойкости, другие механические свойства обрабатываемого металла и состояние поверхности заготовки, другая ширина фрезерования, другой угол в плане φ, черновая или чистовая обработка) соответственно изменяются число оборотов фрезы и минутная подача.
Нередко вследствие вибраций, возникающих в процессе резания, приходится уменьшать число оборотов фрезы по сравнению со скоростью резания, назначенной по картам. В этих случаях следует уменьшать на одну ступень число оборотов и одновременно уменьшить на одну ступень минутную подачу; при таком изменении режима дрожание и вибрации обычно исчезают. При скоростном фрезеровании для борьбы с вибрацией рекомендуется применять маховики на шпинделе или ставить фрезы с неравным шагом ножей.
Установление режима резания
После выбора и корректирования по фактическим (паспортным) данным станка числа оборотов и минутной подачи устанавливают фактическую скорость резания и фактическую подачу на один зуб фрезы.
Вместе с заданной шириной фрезерования и установленной глубиной резания скорректированные подачи на зуб, скорость резания и минутная подача составляют режим резания.
Диапазоны регулирования подач и частота вращения шпинделя
Основой для определения параметров технической характеристики станка являются режимы резания при фрезеровании. При их назначении, когда происходит проектирование станков, обычно ориентируются на среднестатистические значения скоростей резания и подач, установившиеся в промышленности для каждого сочетания обрабатываемого материала и материала режущей части инструмента.
Подача на зуб является одной из величин, с помощью которой находят значение расчетной минутной подачи:
Sм = Sz zn мм/мин, (1)
где n - частота вращения шпинделя, об/мин.
Рис. 10. Допустимые подачи на зуб для торцовых фрез при симметричном фрезеровании
Наибольшая подача на зуб, допускаемая твердосплавными фрезами при обработке сплошных поверхностей и продолжительной работе без выкрашивания и скалывания режущих кромок, зависит от прочности твердого сплава, толщины ее пластинки, величины износа режущей кромки, от твердости обрабатываемого материала, также влияет скорость резания при фрезеровании. Максимальные величины подач на зуб, допускаемые прочностью пластин твердосплавных фрез при обработке заготовок из стали и чугуна, приведены в таблице на рис. 10, а средние значения этих подач - на рис. 11.
Рис. 11. Рекомендуемые подачи на зуб фрезы при обработке сплошных поверхностей при черновом фрезеровании
При обработке торцовой фрезой узких поверхностей при симметричной схеме подачу на зуб, рекомендуемую для сплошных поверхностей, необходимо снижать в 1,5-2 раза, что приведет к уменьшению производительности. Такие поверхности следует фрезеровать по несимметричной схеме (рис. 12). В этом случае расчетное значение подачи определяется из формулы:
Sz = α / (sinф sinφ) мм/зуб, (2)
где α - толщина среза, мм/зуб; ф - угол контакта; φ - угол в плане.
Рис. 12. Элементы резания при работе торцовой фрезой
Из сказанного следует, что, не увеличивая допустимой толщины среза, можно добиться увеличения минутной подачи за счет смещенного резания. Эти пути наиболее доступны и просты. Однако при смещенном расположении фрезы длина резания увеличивается, поэтому такой метод может повысить производительность лишь при большой длине обрабатываемой поверхности.
При перемещении центра фрезы по окружности (например, при обработке деталей на карусельно-фрезерных станках) расчет ведется, исходя из подачи, приведенной к среднему диаметру фрезерования Dср (рис. 13):
Sz = αDср / (sinф sinφ (Dср - R cosф)) мм/зуб (3).
Рис. 13. Элементы резания при работе торцовой фрезой при круговой подаче стола
Расчетное значение подачи на зуб при фрезеровании цилиндрическими фрезами определяется по формуле:
Sz = α / 2√t/Dф, мм/зуб (4)
а угол контакта -
ф = 115 √t/Dф (5)
В формулах (2-4) величина среза α заменяется средним значением подачи на зуб, взятым из рис. 4. Особенно важно назначать большие подачи на зуб при резании, цилиндрическими, дисковыми и концевыми фрезами. В этих случаях подача меньше 0,15 мм/зуб вызывает быстрый износ фрез. Поэтому эффективное применение твердого сплава при резании цилиндрическими фрезами требует работы с большими подачами и создания мощного станка с жесткой системой СПИД.
Минимальная подача на зуб определяется созданием условий для нормального резания - толщина сечения среза должна быть больше радиуса округления режущей кромки зуба Фрезы. Для зуба из твердого сплава минимальная подача не должна быть меньше 0,05 мм/зуб, а для фрезы из быстрорежущей стали - 0,04 мм/зуб.
При чистовых операциях подача на зуб назначается в соответствии с требуемой величиной шероховатости обрабатываемой поверхности. Чистовые торцовые фрезы должны иметь специальные зачистные зубья с дополнительной горизонтальной режущей кромкой, формирующей профиль обработанной поверхности. При отсутствии таких зубьев профиль поверхности формирует один из наиболее выступающих зубьев фрезы. Для получения высокого класса чистоты поверхности подача на оборот должна быть меньше длины дополнительной режущей кромки зуба фрезы.
При цилиндрическом фрезерований размер гребешков определяется биением фрезы, которое складывается из радиального биения зубьев относительно посадочного диаметра фрезы и биения посадочного диаметра оправки относительно теоретической оси шпинделя. Высота гребешков на обработанной поверхности зависит также от величины подачи на оборот.
Вычисленное значение минутной подачи корректируется по стандартному ряду подач и принимается за расчетное; после чего определяется фактическая величина подачи на зуб. Для станков с круговой подачей стола расчет ведется по значению минутной подачи на среднем диаметре фрезерования Dср, а затем пересчитывается на диаметр D1, указанный в паспорте станка.
Диапазон регулирования назначается таким образом, чтобы расчетное значение минутной подачи находилось в середине, что дает возможность вводить необходимые коррективы при испытании станка на заводе и внедрении его у заказчика. Общий диапазон подач должен иметь не менее семи ступеней.
Расчетная частота вращения шпинделя привода главного движения специального станка определяется по формуле:
nр = 1000v/πDф об/мин (6)
где v - скорость резания, м/мин.
Диаметр фрезы принимается по инструментальной схеме. Скорость резания для обработки широко применяющихся конструкционных материалов можно принимать по рис. 14.
Рис. 14. Средние значения скоростей резания при обработке конструкционных материалов
Поправочные коэффициенты на измененные условия обработки, а также скорость резания при обработке других марок материалов приведены на рис. 15 и 16.
Рис. 15. Поправочные коэффициенты на скорость и мощность резания, в зависимости от марки материала
Частота вращения шпинделя, вычисленная по формуле (6), корректируется по ближайшей из стандартного ряда для принятого знаменателя прогрессии; после чего подсчитывается фактическое значение скорости резания:
Vф = πDф n/1000
Диапазон регулирования устанавливается аналогично диапазону подач, а количество ступеней частот вращения шпинделя принимается равным трем-пяти.
Рис. 16. Поправочные коэффициенты на скорость резания: А - в зависимости от характера заготовки и состояния ее поверхности; Б - в зависимости от марки материала режущей части фрезы
При обосновании выбора диапазона подач расчет минимальных минутных подач производится из условия работы с минимальной подачей на зуб, а максимальных - с максимальной. Минимальные подачи соответствуют обработке плоскостей при которой применяется малая концевая фреза из быстрорежущей стали и обработке глубоких пазов где применяется быстрорежущая дисковая фреза по металлу максимального диаметра. В соответствии с этим
Sм min = Sz min z min n шп мм/мин. (1)
Максимальные значения минутных подач определяются из условия черновой и получистовой обработки чугуна и мягких сталей твердосплавными торцовыми фрезами. Именно эти случаи характеризуются возможностью применения больших значений подач на зуб при высоких скоростях резания. Поэтому
Sм max = Sz max z max n шп мм/мин. (2)
Диапазон изменения частот вращения шпинделя фрезерного станка общего назначения должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечить возможность выполнения операций с рациональными режимами. Имея сведения про обрабатываемый материал и режущий инструмент, можно назначить режимы резания, определяющие пределы диапазонов изменения частот вращения шпинделя. Наименьшая частота вращения шпинделя находится из условий обработки труднообрабатываемых материалов при которых диаметр фрезы максимальный, а наибольшая - легкообрабатываемых материалов фрезами минимального диаметра:
n шп min = (1000Vmin/πDфmax) об/мин (3)
n шп max = (1000Vmax/πDфmax) об/мин (3)
Таким образом, диапазон регулирования
Rn = (n шп max / n шп min) = (Vmax/Vmin)(Dф max/Dф min) (4)
Обычно для фрезерных станков общего назначения Rn находится в пределах 20-100.
При большом разнообразии инструментов и обрабатываемых материалов диапазоны частот вращения шпинделя и минутных подач иногда получаются очень широкими. Поэтому, выполняя конструирование станков, необходимо помнить положения о целесообразности создания отдельных модификаций, для обработки легких сплавов и труднообрабатываемых материалов.
Рис. 17. Вероятность использования частот вращения шпинделя фрезерных станков в серийном, мелкосерийном и единичных производствах, %
В связи с этим и на основе анализа вероятности использования частот вращения шпинделя и значения подач при промышленной эксплуатации станков на заводах различных отраслей промышленности становится очевидным, что целесообразно использовать частоты вращения шпинделя для станков общего назначения в интервале 50-1000 об/мин, а значения минутных подач - в интервале 25-800 мм/мин, что позволяет производить обработку стальных и чугунных деталей, а также деталей из цветных сплавов (рис. 17 и 18).
Рис. 18. Вероятность использования минутных подач на консольно-фрезерных станках в серийном, мелкосерийном и единичном производствах, %
