Цилиндрические и дисковые фрезы.

Особенностью конструкций этих фрез является расположение главных режущих кромок на цилинд­ре, ось которого совпадает с осью вращения инструмента, параллельной обрабатываемой поверхности. У цилиндрических фрез нет вспомога­тельных режущих кромок, и они работают в условиях свободного реза­ния. Зубья дисковых фрез, наоборот, на одном или обоих торцах снаб­жены вспомогательными режущими кромками. Причем, в отличие от цилиндрических фрез, их диаметр значительно больше длины фрезы. Оба типа фрез, как правило, насадные, с отверстием и шпоночными па­зами для крепления на оправках.

Для снижения колебаний сил резания и вибраций зубья цилиндри­ческих фрез часто делают винтовыми. При этом возникает нежелатель­ная осевая составляющая силы резания. Однако условия отвода стружки из зоны резания фрез с винтовыми зубьями значительно лучше, чем фрез с прямыми зубьями.

GamePark RU

Из теории резания металлов известно, что при наличии винтовых зубьев можно обеспечить равномерное фрезерование, если будет вы­держано соотношение

B /Px = C ,

где В — ширина фрезерования; Рх осевой шаг между зубьями, Px = πd/z tgω ; С — заданное целое число; d — диаметр фрезы; z — число зубьев фрезы; ω — угол наклона зубьев к оси фрезы.

Из уравнения следует, что для обеспечения более равномерной работы фрезы, снижения вибраций и шероховатости обработанной по­верхности при выборе фрезы желательно брать такую конструкцию, у которой число зубьев будет совпадать или максимально приближаться к расчетному значению, найденному на основании уравнения:

z = Cπd tgω/B

На практике, когда конструктору неизвестны условия работы фре­зы, руководствуются следующей эмпирической формулой, полученной из опыта эксплуатации цилиндрических фрез:

где m — коэффициент, зависящий от конструкции фрезы и условий ее работы (m=2 — для чистовых фрез с мелким зубом и ω = 15…20˚; m = 1,5 — для фрез с крупным зубом и ω до 30˚).

Фрезы с мелким зубом изготавливают диаметром 40…90 мм. При малом угле ω осевые усилия небольшие, форма зуба трапециевидная, углы γ = 15˚, α = 16˚.

Фрезы с крупным зубом имеют меньшее число зубьев. Угол ω у них может доходить до 45˚, форма зуба усиленная или параболическая с высотой H=(0,3…0,4)πd/z .

При обработке сталей средней твердости углы γ = 15…16˚, α =10…14˚. Из-за больших осевых уси­лий необходимо принимать меры для их устранения, например путем креп­ления на одной оправке сдвоенных составных фрез с разнонаправленными зубьями (рис. 1). При этом осевые усилия правой и левой фрез во время работы уравновешиваются.

Сдвоенные цилиндрические фрезы с разнонаправленными зубьями
Рис. 1. Сдвоенные цилиндрические фрезы с разнонаправленными зубьями.

Print Bar

Цилиндрические фрезы с крупным зубом предназначены для снятия больших припусков и особенно эффективны при обработке плоскостей большой площади. С целью экономии быстрорежущей стали фрезы больших диаметров делают сборными со вставными режущими зубья­ми, а корпусы фрез изготавливают из конструкционной стали.

Большое значение при конструировании фрез любого типа имеет правильное определение ее наружного диаметра. С увеличением этого диаметра можно увеличить число зубьев, а следовательно, и производи­тельность процесса фрезерования, повысить жесткость крепления. Од­нако при этом возрастает крутящий момент и, следовательно, расход мощности при той же скорости резания, увеличивается время на вреза­ние и перебег фрезы. Поэтому необходимо выбирать оптимальное зна­чение диаметра фрезы.

Для сокращения номенклатуры фрез их наружные диаметры выби­рают из ряда стандартных значений, числовая последовательность кото­рых представляет собой геометрические прогрессии со знаменателями φ = 1,26 и 1,58, равными знаменателям частоты вращения шпинделей фрезерных станков. При смене фрез различных диаметров это позволяет обеспечить постоянство оптимальных скоростей резания за счет подбо­ра соответствующего числа оборотов.

Стандартные цилиндрические фрезы диаметром 40…100 мм и дли­ной до 160 мм изготавливают цельными, а диаметром 100…250 мм, ре­же до 630 мм и длиной 45…100 мм — сборными со вставными зубьями.

Диаметр посадочного отверстия do выбирается, с одной стороны, таким, чтобы обеспечить необходимую толщину стенки корпуса фрезы, с учетом глубины шпоночного паза, позволяющей избежать появления трещин при термообработке. С другой стороны, диаметр do зависит от допустимой стрелы прогиба оправки, на которую насаживается фреза и которая не должна превышать δ = 0,4 мм при черновой и δ = 0,2 мм при чистовой обработках.

В расчетах оправку можно рассматривать как балку, защемленную на концах. Диаметр фрезы можно рассчитать по формуле, учитывающей влияние радиальной нагрузки (через В, t, sz) длины фрезы и допусти­мого δ прогиба оправки. Так, например, при обработке стали диаметр фрезы равен

d = 0,2B0,26t0,09sz0,060,78δ-0,26

При этом диаметр отверстия под оправку принимается из соотно­шения

do = (0,3…0,4)d

Дисковые фрезы, в отличие от цилиндрических фрез, предназначе­ны для обработки узких поверхностей, прорезки пазов, подрезки усту­пов, отрезки заготовок и т.д. Они работают в более тяжелых условиях несвободного резания, часто сопровождаемого вибрациями из-за низкой поперечной жесткости корпусов фрез и неблагоприятных условий отво­да стружки из зоны резания.

Различают следующие виды дисковых фрез: двух- и трехстороннего резания, пазовые, прорезные и отрезные (пилы).

У дисковых двухсторонних фрез режущие кромки зубьев имеются на цилиндрической и одной торцевой поверхностях (рис. 2, а), а у трехсторонних — на обоих торцах (рис. 2, б). Эти фрезы могут обраба­тывать соответственно две или три взаимно перпендикулярные поверх­ности в пазах и уступах. Они изготавливаются с мелкими зубьями для чистовой обработки и с крупными зубьями — для черновой обработки.

Последние характеризуются удалением больших объемов металла из глубоких пазов, выемок, поэтому они имеют большой объем стружеч­ных канавок. Зубья у этих фрез при малой ширине режущих кромок или прямые, или наклонные к оси. Причем последние обеспечивают более равномерное фрезерование, имеют благоприятную геометрию торцевых зубьев и лучшее удаление стружки.

Виды дисковых фрез
Рис. 2. Виды дисковых фрез: а — двухсторонняя; б — трехсторонняя; в — трехсторон­няя с разнонаправленными вставными зубьями; г — пазовая

Трехсторонние фрезы изготавливают с разнонаправленными зубья­ми (фрезы «зигзаг»), что позволяет создать на торцевых режущих кром­ках положительные передние углы γт > 0 (рис. 2, в). При переточках ширина такой фрезы уменьшается, поэтому используют также сдвоен­ные фрезы, состоящие из двух половинок, между которыми закладыва­ют мерное кольцо. Цельные фрезы изготавливают диаметром d = 63…125 мм и шириной B = 6…28 мм, а сборные со вставными ножами d=75…200 мм и В = 12…60 мм. Такие ножи изготавливают из быстро­режущей стали с креплением в клиновидных пазах с помощью рифле­ний (рис. 3, б).

Пазовые фрезы (рис. 2, г) предназначены для фрезерования па­зов, точных по ширине. Внешне они подобны дисковым трехсторонним фрезам, но имеют меньшую длину главных режущих кромок с геомет­рическими параметрами зубьев: γ = 10…15°, α = 20°. Вспомогательные режущие кромки на торцах получают заточкой с углом в плане φ1 =1…2°. Стружечные канавки у них нарезают только на цилиндрической части. Пазовые фрезы изготавливают диаметром 50…100 мм и шириной 3…16 мм. Иногда, чтобы при переточках сохранить постоянство шири­ны паза В, их изготавливают с затылованными зубьями.