Торцевые и концевые фрезы.

У торцевых и концевых фрез (рис. 1, в, г) ось вращения распо­ложена перпендикулярно к обрабатываемой поверхности. При этом, кроме главных режущих кромок, находящихся на цилиндрической по­верхности, на торце фрезы имеются вспомогательные режущие кромки, расположенные под углом φ₁. Торцевые фрезы, как правило, изготавли­вают насадными, а когда их диаметр становится значительно меньше длины, то они переходят в группу концевых фрез. Торцевые фрезы ши­роко используют при обработке плоских поверхностей, в том числе сту­пенчатых, которые невозможно обработать цилиндрическими фрезами. По сравнению с последними они имеют следующие преимущества:

1. конструкция торцевых фрез позволяет разместить большее число зубьев на длине контакта с заготовкой, что обеспечивает большую про­изводительность и более равномерное фрезерование. При этом угол контакта не зависит от толщины срезаемого слоя;
2. торцевые фрезы можно изготавливать с жесткими, массивными корпусами, с надежным механическим креплением режущих элементов, например в виде СМП из твердого сплава и СТМ;
3. при фрезеровании плоскостей можно получать более низкую ше­роховатость за счет большого числа вспомогательных режущих кромок на торце фрезы и при наличии зачистных зубьев с φ₁ = 0.

Благодаря этим достоинствам торцевые фрезы по сравнению с дру­гими типами фрез нашли наибольшее применение в металлообработке.

Главные режущие кромки торцевых и концевых фрез могут быть прямолинейными, но чаще всего они наклонные или винтовые (ω =10…15°- у торцевых и ω = 20…45° — у концевых фрез). Благодаря этому обеспечивается лучший отвод стружки из зоны резания и более равномерная работа фрезы. Кроме того, из-за угла ω наклона зубьев к оси фрезы создаются положительные передние углы на торцевых ре­жущих кромках.

Главный угол в плане φ у торцевых фрез можно изменять в широ­ких пределах — от 90° и ниже. Для повышения стойкости и производи­тельности обработки угол φ уменьшают до 45…60° и даже до 10…20°. Такие фрезы называют торцево-коническими, так как главные режу­щие кромки у них находятся на конической поверхности (рис. 2). Стойкость и производительность таких фрез повышается за счет уменьшения толщины среза при заданной подаче на зуб. Однако при уменьшении угла φ до 10° резко возрастает осевая составляющая силы резания, отталкивающая фрезу от заготовки, в результате чего фрезеро­вание оказывается возможным только на очень жестких станках.

Шероховатость поверхности при торцевом фрезеровании в основ­ном зависит от вспомогательного угла в плане φ₁. Из-за неизбежного биения торцевых режущих кромок на поверхности остаются микронеровности, особенно заметные при обработке хрупких материалов, на­пример чугунов. С целью снижения шероховатости у торцевых фрез обычно предусматривают заточку одного или двух зачистных зубьев с углом φ₁ = 0 и длиной кромки ℓ = (4…6)s, где s — подача на один оборот фрезы (s = s_z • z). На остальных зубьях угол φ₁ = 2…3°. При обработке сталей на зачистных зубьях этот угол берут равным φ₁ = 6…12′.

Стандартные цельные торцевые фрезы из быстрорежущей стали диаметром 40…100 мм и длиной 32…50 мм изготавливают с мелкими зубьями, число которых равно z ≈1,8√d. Зубья винтовые с углом на­клона к оси ω = 25…40°. Диаметр фрезы назначается с учетом ширины и вида фрезерования (симметричное, боковое и т.п.). Так, при симмет­ричном фрезеровании плоскостей рекомендуется использовать фрезы диаметром d = 1,2B, где В — ширина обрабатываемой поверхности.

Передний угол γ на главных режущих кромках назначается с учетом свойств обрабатываемых материалов. При этом на торцевых режущих кромках передний угол на 3…5° меньше, чем на цилиндрической части. Задние углы в сечении, перпендикулярном к оси фрезы, равны α = 12…14°, на торцевых кромках α₁=8…10°.

Торцевые фрезы больших диаметров (d = 100…1000 мм и более) чаще всего изготавливают сборными, оснащенными СМП. Реже приме­няются такие фрезы со вставными ножами из быстрорежущей стали и совсем редко с ножами, оснащенными эльбором. Последние используют для чистовой обработки высокопрочных чугунов и закаленных сталей.

При проектировании сборных фрез в их корпусах стремятся размес­тить как можно большее число зубьев. Однако оно ограничивается не­обходимостью размещения элементов их крепления. В любом случае на длине контакта с заготовкой должно быть не менее двух зубьев, т.е.

Если принять d = (1,4…1,6)В, то минимальное число зубьев фрезы равно z_min=8…10.

Концевые фрезы применяются для обработки пазов, уступов с вза­имно перпендикулярными поверхностями и для контурной обработки заготовок. Главные режущие кромки, выполняющие основную работу по удалению припуска, как и у торцевых фрез, расположены на цилинд­рической поверхности, а вспомогательные (зачищающие) — на торце. Зубья изготавливают обычно винтовыми, с углом наклона к оси, дохо­дящим до ω = 30…45°. Такое большое значение угла ω при наличии больших по объему стружечных канавок обеспечивает надежный отвод стружки из зоны резания даже при весьма стесненных условиях реза­ния. По этой причине число режущих зубьев у концевых фрез значи­тельно меньше, чем у торцевых фрез. Однако при этом снижение произ­водительности компенсируется за счет увеличения подачи на зуб.

На рис. 3, а приведены трехзубая стандартная концевая фреза и ее геометрические параметры. Хвостовики таких фрез либо цилиндриче­ские (d = 3…20 мм), либо конические с конусом Морзе (d = 14…63 мм). У фрез больших диаметров используются хвостовики с конусом 7:24. Крепление фрез в шпинделе станка при цилиндрическом хвостовике производится с помощью цанговых патронов, а при коническом хвосто­вике, имеющем внутреннюю резьбу, — штревелем (натяжным болтом), проходящим через полый шпиндель станка.

Разновидностью концевых фрез являются шпоночные фрезы и фре­зы для обработки Т-образных пазов, нашедших широкое применение в столах станков и корпусах станочных приспособлений.

Шпоночные фрезы (рис. 3, б, в) имеют два зуба с глубокими пря­мыми или наклонными (ω = 12…15°) стружечными канавками и длиной рабочей части, равной примерно трем диаметрам фрезы. При этом диа­метр сердцевины фрезы увеличен до 0,35d, благодаря чему обеспечива­ется максимальная жесткость инструмента.

Особенность условий работы шпоночных фрез заключается в том, что шпоночный паз они обрабатывают за несколько проходов. В конце каждого прохода производится врезание на глубину паза путем верти­кальной подачи вдоль оси фрезы. Эту работу выполняют режущие кромки, расположенные на торце фрезы, заточенные с углом поднутре­ния φ₁ = 5° по конусу с вершиной, направленной в сторону хвостовика и с задним углом α₁ = 20°. Чтобы избежать при этом значительного уве­личения осевой составляющей силы резания, у быстрорежущих фрез делают подточку поперечной кромки, как у сверл. У шпоночных фрез с напайными твердосплавными пластинами (рис. 3, в) одна из пластин доходит до центра, а другая делается короче и отстоит от центра на не­котором расстоянии. Благодаря этому значительно упрощается техноло­гия изготовления фрезы и улучшается процесс резания.

Переточка шпоночных фрез производится по задним поверхностям торцевых кромок. При этом диаметр фрезы сохраняется неизменным, что необходимо для обеспечения постоянства размера паза.

Фрезы для обработки Т-образных пазов (рис. 3, г) работают в тя­желых условиях и часто ломаются из-за пакетирования стружки. Для улучшения ее отвода такие фрезы делают с разнонаправленными зубья­ми и с углом поднутрения на торцах, равным φ₁ = 1…2°.