Режимы Резания При Фрезеровании

Режим резания при фрезеровании, отвечающий экономической стойкости режущего инструмента, называется рациональным. При его выборе руководствуются нормативными таблицами и исходными данными: чертежом детали, родом и размерами заготовки, типом, материалом и размерами фрезы, паспортными сведениями о станке.

Используя эти данные, назначают элементы режима резания в следующем порядке.

• Принимают наибольшую возможную ширину фрезерования В, при которой можно обрабатывать поверхность за наименьшее число проходов.
• Выбирают глубину резания t в зависимости от величины припуска, жесткости заготовки и точности обработки. Если условия позволяют, весь припуск следует срезать за один проход. Точные поверхности обрабатывают вначале предварительно, а затем окончательно. Чистовой проход в этом случае выполняют с небольшой глубиной резания 0,5...1,5 мм.
• Подачу на зуб фрезы Sz, выбирают из нормативных таблиц в зависимости от типа фрезы, твердости обрабатываемого материала, ширины фрезерования, глубины резания и требуемой шероховатости поверхности.
• По таблице (см. Стойкость фрезы, рис. 1) выбирают рекомендуемую стойкость фрезы Т.
• Принимают скорость резания о из нормативных таблиц в зависимости от типа и материала фрезы, обрабатываемого материала, ширины фрезерования и глубины резания. Такие таблицы составлены для определенных условий работы. Поэтому, если действительные условия резания отличаются от нормативных, выбранную из таблицы скорость резания vт надо умножить на поправочные коэффициенты K₁, K₂, K₃, учитывающие соответственно фактическую ширину фрезерования или глубину резания, твердость материала заготовки и стойкость фрезы.
  Зная скорость резания, определяют частоту вращения фрезы из формулы:
  n=320(v/D)
  и подбирают ближайшее меньшее значение или большее (если оно не превышает 5 % расчетного) по станку.
• По принятой частоте вращения подсчитывают действительную скорость резания
  v=Dn/320
• По формуле определяют минутную подачу:
  S_М=S_zZ_n,
  которая принимается ближайшей из имеющихся на станке.
• Проверяют режим резания для чернового фрезерования по допустимой мощности или крутящему моменту на шпинделе станка по формулам:
  N_рез=(P_zv)/(60*102)≤Nшп; М_рез=(PzD)/(2*1000)≤Mшп

Рекомендуемые значения подачи на зуб фрезы и скорости резания для обработки наиболее распространенных материалов (сталей и серых чугунов) приведены в таблицах на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Подача на зуб фрезы Sz при фрезеровании, мм/зуб

Рис. 2. Скорость резания v при фрезеровании. Примечания: 1. Обработка стали быстрорежущими фрезами предусмотрена с применением СОЖ - эмульсия. 2. При обработке уступов и пазов концевыми фрезами, оснащенными твердым сплавом, табличные скорости необходимо увеличивать в 5..6 раз (при фрезеровании стали) и в 3...4 раза (для чугуна).

Назначение рационального режима резания при работе на фрезерных станках заключается в выборе наиболее выгодного сочетания скорости резания, подачи и глубины срезаемого слоя, обеспечивающих в данных условиях с учетом использования режущих свойств инструмента скоростных и мощностных возможностей станка наибольшую производительность труда и наименьшую себестоимость операции.

Для уменьшения основного времени фрезерования необходимо работать с возможно большей технологически допустимой минутной подачей фрезы, и возможно меньшим количеством проходов, т. е. с наибольшей глубиной резания. При этом должны быть наиболее полно использованы режущая способность и размерная стойкость инструмента, учтены жесткость станка и приспособления для обеспечения заданной точности и чистоты поверхности детали и прочность кинематических звеньев привода шпинделя и стола.

На обрабатываемой резанием заготовке различают следующие поверхности (рис. 3): обрабатываемую ОП, которую полностью или частично удаляют в процессе резания; обработанную ПО, которую получают после обработки; резания R, которая образуется режущей кромкой инструмента при движении резания. Поверхность резания является переходной между обрабатываемой и обработанной, расстояние между которыми определяет величину припуска.

Рис. 3. Поверхности плоскости при точении (а) и фрезеровании (б)

При фрезеровании заготовка и режущий инструмент совершают определенные взаимосвязанные движения - главное движение резания Dr и движение подачи Ds. При фрезеровании главным является вращательное движение режущего инструмента с наибольшей скоростью. Движение подачи - прямолинейное поступательное (вращательное или криволинейное) движение заготовки. Скорость его меньше скорости главного движения, а назначение - распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. Подача при фрезеровании может быть непрерывной или прерывистой, происходящим в перерывах процесса резания. В зависимости от направления движения заготовки различают продольную, поперечную, вертикальную, круговую и другие виды подачи.

Режим резания совокупность значений скорости резания, подачи и глубины. Чтобы в каждом конкретном случае правильно установить заданный режим резания, необходимо определить составляющие его параметры.

Скорость главного движения резания v - скорость перемещения рассматриваемой точки режущей кромки или заготовки при главном движении. При фрезеровании - это скорость перемещения точки режущей кромки, наиболее удаленной от оси вращения. Рассматриваемый параметр зависит от диаметра фрезы и частоты ее вращения. За один оборот инструмента точка А режущей кромки (рис. 3, б) пройдет путь, равный длине окружности с=πDmax. А за 1 мин она пройдет путь, равный произведению лD на частоту вращения фрезы.

Скорость главного движения определяют по формуле:

v = πDn/1000, м/мин,

или в системе СИ

v = πDn/60000, м/с,

где π=3,14; D - наибольший диаметр фрезы, мм; n - частота вращения, об/мин.

По значению скорости главного движения резания можно определить частоту вращения фрезы (шпинделя станка):

n = 1000v/(πD), об/мин.

Если, например, скорость главного движения резания принята по нормативам равной 55 м/мин, а диаметр фрезы 100 мм, то частота вращения шпинделя

n = (1000•55)/(3,14•100) ≈ 175 об/мин.

При отсутствии на станке такого значения частоты принимают ближайшее меньшее значение n (например, 160 об/мин). Тогда действительная скорость главного движения резания будет равна:

v = (3,14•100•160)/1000 ≈ 50 м/мин.

Если же принять ближайшее большее значение частоты вращения шпинделя, то скорость главного движения резания превысит расчетную, что повлечет за собой снижение стойкости инструмента.

Определить частоту вращения шпинделя (фрезы) по скорости резания и диаметру фрезы особенно просто по номограмме (рис. 4). Для этого из точки, соответствующей заданной скорости главного движения резания (50 м/мин, рис. 4), проводят горизонтальную линию, а из точки, соответствующей диаметру фрезы (100 мм, рис. 4), вертикальную. Точка пересечения этих линий и определяет частоту вращения шпинделя (фрезы).

Рис. 4. Номограмма для определения скорости резания

Движение подачи DS применительно к фрезерованию - это движение стола станка с заготовкой относительно режущего инструмента. Скорость движения подачи и, всегда меньше скорости главного движения резания.

Подача S - величина перемещения стола с заготовкой относительно режущего инструмента в единицу времени. При фрезеровании (рис. 5) различают три вида подач:

• минутная подача S_м (мм/мин) - величина перемещения стола с заготовкой за 1 мин;
• подача на оборот S_o (мм/об) - величина перемещения стола с заготовкой за один оборот фрезы;
• подача на зуб S_z (мм/зуб), которая равна перемещению стола с заготовкой за время поворота фрезы на угловой шаг зубьев. Последний вид подачи является исходным для расчета S_o и S_м:

S_o = S_zz;

S_м = S_zzn = S_on

Подача оказывает влияние на многие показатели: производительность, шероховатость обработанной поверхности, характер стружкообразования, силу резания, мощность фрезерования и др.

Если по нормативам подача на зуб принята равной 0,04 мм/зуб, то величины подач на оборот и минутной для фрезы с числом зубьев z=5 при частоте ее вращения 160 об/мин определяются: S_o=0,04•5=0,20 мм/об; S_м=0,2•160-32 мм/мин.

На лимбе привода подач станка следует установить ближайшее меньшее значение минутной, подачи.

Рис. 5. Подача при фрезеровании

Глубина фрезерования t - это расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное в направлении, перпендикулярном оси фрезы, а ширина фрезерования В - расстояние между ними, измеренное в направлении, параллельном оси инструмента.

При цилиндрическом фрезеровании зуб фрезы снимает стружку переменной толщины от 0 до α_max. Толщина срезаемого слоя α_i определяется разностью между нормалью ОБ (рис. 6, а) и радиусом фрезы r.

Ширина срезаемого слоя b (рис. 6, б) равна длине соприкосновения главной режущей кромки инструмента с обрабатываемой заготовкой: b=Bcosω. При фрезеровании прямозубой цилиндрической фрезой (ω=0°) b=B.

Площадь f срезаемого одним зубом слоя равна:

f = ab, мм2.

Толщина срезаемого слоя зависит от положения зуба на участке контакта, следовательно, его площадь - величина переменная.

Максимальное значение fmax для одного зуба:

f_max = α_maxb, мм2

а некоторое среднее

f_cp = α_cpb, мм2

При фрезеровании резание часто осуществляется одновременно несколькими зубьями. Число одновременно работающих зубьев і прямозубых фрез можно определить по формуле:

i = ψ/α,

где ψ - угол контакта фрезы; α - угол между двумя соседними зубьями (α=360/z, где z - количество зубьев фрезы).

Если угол контакта для каждого зуба фрезы в данный момент времени соответственно равен ψ1; ψ2; ψ3 и т. д., то площадь срезаемого слоя будет составлять:

для первого зуба f1 = bS_z sin ψ1,

для второго зуба f2 = bS_z sin ψ2 и т. д.

Суммарная площадь срезаемого слоя, снимаемая всеми зубьями в данный момент времени, будет соответствовать

fΣ=f1+f2+...+ fn=bS_z(sin ψ1 + sin ψ2 + + sin ψn).

Рассмотренные параметры а, b, f могут быть определены для торцовых фрез, а также для других видов фрез и условий их работы. В итоге это позволяет устанавливать объем срезаемого слоя материала за одну минуту (объемную производительность) и по этому показателю сравнивать эффективность работы фрез различных конструктивных решений.

Процесс резания при фрезеровании является прерывистым, так как рабочий ход зуба инструмента чередуется с холостым ходом. Это обусловливает определенный подход к назначению режимов резания, углов заточки зубьев фрез, выбору инструментального материала. При фрезеровании периодически повторяется нагревание и охлаждение рабочих поверхностей зубьев фрезы, происходит активное взаимодействие нагретых элементов фрезы с охлаждающей средой, механические напряжения циклически воздействуют на материал инструмента, наблюдаются интенсивные вибрации элементов технологической системы.

Рис. 6. Элементы срезаемого слоя при фрезеровании

Процесс фрезерования можно представить следующей схемой (рис. 7, а). Врезание режущего клина 1 в заготовку 2 начинается в точке А с некоторым ударом. С этого момента рабочие поверхности клина (зуб фрезы) находятся под воздействием силовой и тепловой нагрузок. В инструменте и в заготовке возникают механические и температурные напряжения. Величина этих напряжений зависит от изменения толщины срезаемого слоя t, характера воздействия стружки на переднюю поверхность (lк•B) и трения клина (участок h) задней поверхностью и т. д.

При холостом ходе после перехода инструментом точки Б резание прекращается, силовые нагрузки на клин становятся равными нулю.

При фрезеровании закономерность изменения толщины снимаемого слоя (а следовательно, и нагрузки на зубья фрезы) может быть различной. При встречном фрезеровании толщина может изменяться от нуля до αmax (рис. 7, б), при попутном - от αmax до нуля (рис. 7, в), при симметричном - равномерно (рис. 7, г).

Указанное явление носит название неравномерности фрезерования. Оно определяет неравномерную нагрузку на станок, инструмент, обрабатываемую заготовку, приспособление, что является крайне нежелательным как в отношении точности обработки, так и в отношении стойкости инструмента, долговечности и надежности работы систем станка и т. д.

Кроме того, периодически повторяющиеся циклы нагрев - охлаждение инструмента ведут к появлению трещин на зубьях фрез, выкрашиванию кромок и т. п. Поэтому при работах на фрезерных станках стремятся обеспечивать максимально возможную равномерность фрезерования. Это достаточно просто достигается использованием фрез с винтовыми канавками при ширине фрезерования, равной осевому шагу фрезы.

Рис. 7. Схема резания при фрезеровании