Элементы и геометрия фрез

Осевая сила может сдвинуть фрезу вдоль оправки, поэтому часто применяют набор из двух фрез с разным направлением зубьев или одну шевронную фрезу. В этом случае осевые силы уравновешивают друг друга.

Силы резания

В процессе работы фреза должна преодолеть суммарные силы резания, действующие на каждый зуб, находящийся в контакте с заготовкой. При фрезеровании цилиндрической прямозубой фрезой (рис. 10.45, а) равнодействующую силу резания Р можно разложить на окружную составляющую Рz, касательную к траектории движения зуба, и на радиальную составляющую Ру, направленную по радиусу. Силу Р можно также разложить на вертикальную Рв и горизонтальную Рг составляющие. При фрезеровании цилиндрическими косозубыми фрезами в осевом направлении действует осевая сила Ро (рис. 10.45, б), причем чем больше угол наклона винтовых канавок фрезы ω, тем она больше.

Окружная сила Pz производит основную работу резания, по ней определяют эффективную мощность N и рассчитывают детали и узлы механизма главного движения (коробки скоростей) на прочность.

 

Рис. 10.45. Силы резания при фрезеровании: а – разложение силы резания Р на составляющие; б – осевая сила Ро; Рх, Ру, Pz – составляющие силы резания на координатные оси; Рв, Рг – соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие силы резания; ω – угол наклона зуба фрезы

Радиальная сила Ру = (0,6–0,8)Рг действует на подшипники шпинделя и изгибает оправку, на которой устанавливается фреза. Осевая сила Ро = (0,35– 0,55)Рz действует на подшипники шпинделя и механизм поперечной подачи станка. Горизонтальная Рг и вертикальная Рв силы действуют на механизмы продольной и вертикальной подач станка. Окружную силу, Н, рассчитывают по эмпирической формуле

где CP – коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и услоия обработки; Sz – подача на зуб, мм/зуб; t – глубина резания, мм; В – ширина резания, мм; Dф – диаметр фрезы, мм; ХР, YP, q – показатели степени (берутся из справочной литературы).

Крутящий момент М и эффективную мощность N рассчитывают по формулам

M = P_zD_ф / 2000; N = Mn / (1000·60),

где n – число оборотов шпинделя станка, об/мин.

На рис. 10.46, а показана цельная цилиндрическая косозубая фреза, состоящая из корпуса 2 и режущих зубьев 7. Зуб фрезы имеет переднюю 3 и заднюю 6 поверхности, спинку 7, ленточку 5 и главную режущую кромку 4.

Ржущее лезвие зуба торцевой фрезы (рис. 10.46, б) имеет более сложную форму. Торцевая фреза состоит из главной режущей кромки 4, переходной кромки 8 и вспомогательной кромки 9.

Фрезы общего назначения выполняются с острозаточенной задней поверхностью и затылованные. Спинка острозаточенного зуба может быть одноугловой, двухугловой (сечение А–А) и криволинейной. Одноугловая форма наиболее проста в изготовлении и применяется для торцевых и фасонных фрез, фрез с малым числом зубьев. Двухугловая форма обеспечивает большую прочность зуба, применяется для дисковых и твердосплавных фрез.

Спинка затылованного зуба очерчена дугой окружности. Криволинейная форма обеспечивает наивысшую прочность зуба и применяется для концевых фрез. Высота зуба h и форма впадины между зубьями, особенно радиус впадины r, – важные параметры фрезы, влияющие на прочность зуба. Для размещения стружки необходимо соблюдать условие

 

Рис. 10.46. Углы заточки фрез: а – цилиндрических; б – торцевых; 1 – режущий зуб; 2 – корпус фрезы; 3 – передняя поверхность; 4 – главная режущая кромка; 5 – ленточка; 6 – задняя поверхность; 7 – спинка зуба; 8 – переходная кромка; 9 – вспомогательная кромка; f – фаска; h – высота зуба; r – радиус впадины между зубьями; α, γ, φ – углы резания; Dф − диаметр фрезы; ω − угол наклона зуба фрезы

Стандартные фрезы выполняются с нормальным (мелким) и крупным зубом. Фрезы с нормальным зубом предназначены для работы с облегченными режимами резания. Благодаря большому числу зубьев производительность их выше, чем у фрез с крупным зубом, которые применяются при обработке глубоких пазов, уступов и плоскостей в заготовках из алюминиевых и медных сплавов, при обработке стальных заготовок на нежестких станках.

Передний угол γ, измеряемый в сечении А–А, перпендикулярном главной режущей кромке, влияет на деформации срезаемого слоя и прочность режущего лезвия. Чем больше этот угол, тем меньше деформации срезаемого слоя, меньше силы резания и ниже температура, но уменьшается и прочность зуба. Главный задний угол α измеряется в плоскости, перпендикулярной оси фрезы. Для фрез он принимается несколько большим, чем для токарных резцов (для фрез условия трения и изнашивания на задней поверхности хуже). При толщине срезаемого слоя до 0,08 мм α = 18–20°, при толщине срезаемого слоя более 0,08 мм α = 12–15°. Главный угол в плане φ влияет на ширину и толщину срезаемого слоя, на соотношение составляющих силы резания, на прочность вершины зуба. С уменьшением этого угла увеличивается активная длина главной режущей кромки, уменьшается толщина срезаемого слоя, повышается стойкость фрезы. Если оставить стойкость неизменной, можно повысить скорость резания и величину подачи на зуб.

Фрезы с малыми углами φ рекомендуется применять при работе на станках повышенной жесткости при небольшой глубине срезаемого слоя.

Концевые, дисковые и пазовые фрезы выполняются с постоянным углом φ, равным 90 или 60°, поэтому упрочнить режущую кромку можно за счет заточки переходной режущей кромки (фаски f) под углом φ, равным 45 или 30°. Выполнение зубьев по винтовой линии под углом ω обеспечивает плавность врезания зуба и равномерность фрезерования. При этом увеличивается фактический передний угол, измеряемый в направлении схода стружки, что облегчает процесс резания, не уменьшая прочности зуба.

Например, увеличение угла наклона винтовой канавки (угла наклона зубьев) ω с 10 до 60° увеличивает стойкость фрезы в 3–5 раз.