Фрезы, оснащенные твердым сплавом.

Конструкции фрез и условия их работы позволяют широко исполь­зовать для их оснащения высокопроизводительные твердые сплавы, минералокерамику и СТМ, которые, однако, обладают пониженной прочностью на изгиб и хрупкостью. Широкому применению твердых сплавов способствуют следующие достоинства процесса фрезерования: 1) благоприятная форма стружки, имеющая малые толщину и длину, обеспечивающая ее хорошую транспортабельность; 2) прерывистость процесса резания, снижающая тепловое напряжение режущих элемен­тов; 3) высокие жесткость и виброустойчивость.

Эти свойства обу­словили благоприятные возможности для при­менения СМП, а боль­шие размеры корпусов фрез позволяют разме­щать на них элементы крепления сменных пластин.

К недостаткам про­цесса фрезерования относятся: 1) работа с ударами; 2) высокая вероятность работы в условиях неравномер­ного фрезерования, вызывающего колеба­ния и вибрации; 3) врезание с нулевой толщиной стружки (при цилиндрическом фрезеровании); 4) затрудненное стружкоудаление при работе концевых, дисковых и пазовых фрез; 5) высокая стоимость изготовления сборных фрез при жестких требованиях к осевому и радиальному биениям ре­жущих кромок.

GamePark RU

Однако, как показала практика, принимая меры к устранению или снижению влияния неблагоприятных факторов на стойкость и произво­дительность процесса фрезерования, удалось добиться в большинстве конструкций фрез широкого применения новых марок режущих материа­лов и главным образом твердых сплавов. Особенно высокие результаты в этом направлении получены при разработке конструкций торцевых фрез, оснащенных СМП, которые практически вытеснили ранее широко при­меняемые фрезы с напайными твердосплавными пластинами.

Напайные пластины используют только при изготовлении мелко­размерных фрез, в которых не удается разместить элементы механиче­ского крепления пластин. Но даже и в этих случаях при резании труд­нообрабатываемых материалов предпочтение отдается монолитным фрезам, изготовленным целиком из твердого сплава и полученным пу­тем прессования в специальных пресс-формах.

Мелкоразмерные твердосплавные фрезы
Рис. 1. Мелкоразмерные твердосплавные фрезы:
а — концевая фреза с монолитной твердосплавной режущей частью; б — дисковая твердосплавная фреза

Применяются также способы изготовления монолитных фрез или их режущей части методом вышлифовывания из твердосплавных заготовок алмазными кругами, а также резанием из пластифицированных загото­вок с последующим их спеканием. Освоено, например, производство цельных твердосплавных концевых фрез диаметром 3…12 мм (рис. 1, а), а также узких дисковых и других видов фрез с прямыми или винтовыми зубьями (рис. 1, б). При этом концевые фрезы изготавливают или за­одно с цилиндрическим хвостовиком, или в виде коронок и вставок, соединяемых пайкой со стальным хвостовиком.

Цилиндрическая фреза, оснащенная напайными винтовыми твердосплавными пластинами
Рис. 2. Цилиндрическая фреза, оснащенная напайными винтовыми твердосплавными пластинами.

В настоящее время в конструкциях фрез средних и крупных разме­ров способ пайки твердосплавных пластин на корпусы инструментов используется в том случае, когда режущие пластины имеют фасонную форму. Так, например, на рис. 2, а показана цилиндрическая фреза напайными винтовыми пластинами, которые удается изготавливать только небольшой длины. Каждый зуб представляет собой набор из таких пластин, а их стыки оформлены в виде стружколомающих кана­вок. Основным недостатком такой фрезы является необходимость по­вторной пайки и заточки всех зубьев в случае поломки хотя бы одной из пластин. С винтовыми напайными пластинами изготавливаются также концевые фрезы с небольшой длиной рабочей части.

Print Bar

Цилиндрические фрезы в силу специфики их конструкций и усло­вий резания значительно реже по сравнению с торцевыми оснащаются твердосплавными СМП.

Торцевые фрезы допускают большее разнообразие способов креп­ления многогранных пластин, и поэтому в настоящее время освоен вы­пуск огромного числа различных типов таких фрез, наиболее сложные из которых позволяют производить регулировку положения пластин в корпусе с целью получения минимального радиального и торцевого биений режущих кромок.

Анализ современных конструкций торцевых фрез показывает, что основными направлениями в использовании СМП являются: 1) крепление пластин непосредственно на корпусе или его составных частях; 2) использование вкладышей с двумя-тремя базами под пласти­ны; 3) использование механизма регулирования положения режущих кромок пластин относительно оси вращения фрезы.

При этом широко применяются пластины трех-, четырехгранные, в форме параллелограмма, реже круглые и пятигранные, негативные и позитивные по геометрическим параметрам, с отверстиями для крепле­ния или без них. Крепление пластин осуществляется винтами или рыча­гами через отверстие, а также клиньями, прижимающими пластину к гнезду в корпусе или во вкладыше. Рассмотрим на отдельных примерах реализацию указанных выше направлений.

На рис. 3, а приведена фреза с креплением пластин 2 в гнездах корпуса 1. Крепление осуществляется винтами 3 с конической головкой. Для предохранения корпуса от повреждений при поломке пластин часто используют подкладки 4 из твердого сплава или закаленной стали, имеющие форму, подобную форме режущих пластин. Фрезы такого ти­па наиболее просты по конструкции, компактны, имеют минимальное число деталей, но корпусы этих фрез сложны в изготовлении. Серьез­ными недостатками этих фрез являются: опасность механического по­вреждения корпусов в процессе эксплуатации и повышенное биение режущих кромок, вызываемое погрешностями изготовления гнезд под пластины.

Иногда с целью упрощения технологии изготовления фрез и повы­шения точности положения режущих кромок базы под пластины созда­ют на составных частях корпуса. Примером таких фрез является пред­ставленная на рис. 3, б фреза фирмы «Clarkson» (Англия). Она состо­ит из корпуса 1 и опорного кольца 3, на каждом из которых имеется одна база под пластины 2. При этом пластины крепят клином 4 с диф­ференциальным винтом 5, который ввертывается не в корпус фрезы, а в специальный вкладыш 6.

Торцевые фрезы, оснащенные СМП
Рис. 3. Торцевые фрезы, оснащенные СМП: а — базы под пластины в корпусе фрезы; б — базы под пластины на составных частях корпуса; в — с вкладышами и двумя базами; г — с вкладышами (кассетами) и тремя базами во вкладышах; д — с вкладышами, регулируе­мыми винтом; е — с вкладышами, регулируемыми клином; ж — с тангенциальным крепле­нием пластин; з — со ступенчатым расположением пластин

Использование вкладышей для крепления пластин показано также на рис. 3, в на примере фрезы фирмы «Widia Krupp» (Германия). Здесь режущие пластины 2 крепятся во вкладышах 5, устанавливаемых в пазах корпуса 1 и закрепляемых винтами 6. Вылет вкладышей вдоль оси задан точно благодаря тому, что они упираются в стенку кольцевого паза корпуса, получаемого точением напроход. Режущие пластины 2 опираются на дно гнезда во вкладыше, а в радиальном направлении — на корпус фрезы. Крепление пластин производится клином 3 и винтом 4. Под режущие пластины устанавливаются предохранительные пласти­ны 7, закрепляемые винтами. Таким образом, корпус получается техно­логичным, а крепление обеспечивает малое биение режущих кромок. Использование вкладышей также позволяет избегать повреждения до­рогостоящего корпуса при поломке пластин и осуществлять их быструю замену. В этой конструкции использованы вкладыши с двумя базами под пластины: по опорной плоскости и одной грани пластины.

Созданы также конструкции фрез с базированием пластин во вкла­дыше по трем плоскостям. Примером таких фрез являются фрезы фир­мы «Sandvik Coromant» (Швеция) (рис. 3, г). Здесь вкладыши (кассе­ты) 5 в осевом направлении упираются в стенку кольцевого паза и кре­пятся в корпусе 1 винтом 6. Режущие пластины 2 прижимаются клином 3 с помощью винта 4. При этом в одном и том же корпусе фрезы могут устанавливаться вкладыши с гнездами под различные формы и размеры режущих пластин, в том числе из разных инструментальных материа­лов, что упрощает ведение инструментального хозяйства. Такой метод конструирования фрез получил название модульно-кассетного. Его особенно выгодно использовать в условиях гибкого автоматизирован­ного производства, характеризуемого быстрой сменностью номенклату­ры изделий и требующего особой мобильности в обеспечении инстру­ментальной оснасткой.

Для обеспечения высокой точности расположения режущих кромок относительно оси вращения фрезы создан ряд конструкций фрез с регу­лировкой в осевом направлении положения вкладышей в пазах корпуса с помощью винтов или клиньев, в результате чего удается довести тор­цевое биение до 0,005 мм. При этом в зависимости от диаметра фрезы радиальное биение составляет 0,05…0,10 мм, что достигается за счет высокой точности исполнения корпусов фрез, кассет и использования прецизионных пластин. Примером таких инструментов может служить фреза фирмы «Walter» (Германия), представленная на рис. 3, д. Здесь вкладыши 2, установленные в пазах корпуса 1 крепятся винтами 5. Ре­жущие трехгранные пластины 3 крепят винтами 4 через их центральные отверстия. В случае применения этих фрез для чистовой обработки ис­пользуют регулировочный винт 6, ось цилиндрической части которого смещена относительно оси конического отверстия в корпусе. За счет этого при вращении винта 6 происходит перемещение вкладыша вдоль паза корпуса и тем самым регулируется положение режущих кромок пластин в осевом и радиальном направлениях.

Простой способ регулировки положений вкладышей с помощью клиньев показан на примере фрезы фирмы «Sandvik Coromant» (Шве­ция) (рис. 3, е). Здесь крепление пластин 2 осуществляется прижати­ем клина 3 винтом 4, а крепление вкладыша к корпусу 1 — винтом 7. Смещение вкладыша вдоль оси фрезы регулируется с помощью винта 6 и клина 5.

Рассмотрим еще две разновидности торцевых фрез, оснащенных СМП: с тангенциальным (рис. 3, ж) и ступенчатым расположениями пластин (рис. 3, з).

Фрезы с тангенциальным по отношению к корпусу расположением пластин впервые были предложены фирмой «Hertel» (Германия). За счет такого расположения пластин резко увеличивается их прочность при ударной нагрузке. При этом крепление пластин 2 с отверстием произво­дится винтом 3 через изогнутый в виде рычага штифт. Для базирования пластин 2 используют вкладыши 4 и 5. Первый вкладыш фиксируют в гнезде корпуса 1 штифтом 6, а второй, регулируемый в осевом направ­лении, винтом 7. Такие фрезы позволяют значительно увеличить пода­чу, а следовательно, и производительность, но из-за уменьшенной дли­ны режущих кромок они пригодны только для снятия небольших при­пусков.

Таким же недостатком обладают и другие вышеприведенные конст­рукции фрез, за исключением фрез, оснащенных пластинами в форме параллелограмма, наибольшая сторона которого выступает в качестве главной режущей кромки.

Для фрезерования заготовок с большими припусками рекомендуют­ся фрезы со ступенчатым вдоль оси расположением пластин, которое, как показала практика, обеспечивает хорошее деление припуска по ши­рине и безвибрационную работу инструмента, что особенно важно для фрез, оснащенных твердым сплавом. На рис. 3, з показана двухсту­пенчатая фреза конструкции ВНИИинструмент, которая отличается тем, что у нее режущие пластины 4 и 5 расположены на разных уровнях от торца. Пластины опираются на кольцо 3 с пазами и внешней конической ступенчатой формой, которое крепится винтами 6 на корпусе 2, имею­щем такие же пазы. Таким образом, сменные пластины 4 и 5 оказыва­ются смещенными в радиальном и осевом направлениях. Пластины прижимаются к пазам в корпусе 2 и кольце 3 с помощью винтов 7, ввер­тываемых в державки 8, на которые они устанавливаются с посадкой на штифты. Винты 7 опираются на кольцо 1, напрессованное на корпус 2.

Концевые и дисковые фрезы труднее всего поддаются оснащению механически закрепляемыми пластинами в силу их конструктивных особенностей и условий резания. Тем не менее в настоящее время такие фрезы выпускают все в больших объемах. Некоторые из конструкций этих фрез приведены на рис. 4 и рис. 5.

Концевые фрезы, оснащенные СМП
Рис. 4. Концевые фрезы, оснащенные СМП:
а — двузубая; б — трехзубая; в — для обработки глубоких пазов; г — для копировальных работ

Из-за малых диаметров концевых фрез и малой ширины среза у дисковых фрез базы под пластины выполняются непосредственно в корпусах инструментов. Крепление режущих пластин осуществляется винтами через отверстия, клиньями и прихватами сверху или упругими деформируемыми элементами (у пластин без отверстия). Формы режу­щих пластин — треугольные, квадратные, круглые, ромбические, прямо­угольные или специальные, разработанные только для таких инстру­ментов. Число режущих пластин определяется конструктивными разме­рами инструментов. Так, например, у концевых фрез d < 12 мм z = 1, а d = 12…40 мм — z=2…4. Для лучшего дробления стружки и создания положительных передних углов рекомендуется использовать позитив­ные или негативные пластины со стружкодробящими канавками на пе­редней грани.

На рис. 4, а, б приведены двузубая и трехзубая концевые фрезы фирмы «Sandvik Coromant» (Швеция), оснащенные позитивными (α = 11°) прямоугольными пластинами, применяемые для обработки усту­пов, пазов и выемок.

На рис. 4, в показана концевая фреза d = 20…50 мм для обработ­ки глубоких пазов или высоких уступов длиной до 70 мм с креплением пластин винтами в гнездах, расположенных по винтовой линии. На рис. 4, г показана фреза для копировальных работ, применяемая при обработке фасонных выемок в пресс-формах, оснащенная специальны­ми пластинами радиусной формы.

Хвостовики концевых фрез могут быть цилиндрическими, кониче­скими или специальными короткими цилиндрическими. На станках с ЧПУ эти фрезы закрепляются в специальных патронах.

Дисковые фрезы, оснащенные твердосплавными пластинами, до не­давнего времени применяли обычно в напайном варианте. Однако вследствие сложности заточки и особенно из-за отпаивания режущих пластин при нагреве (особенно на трехсторонних фрезах) все большее распространение получают фрезы с механическим креплением СМП. В конструкциях этих фрез в основном использованы те же способы и эле­менты крепления, что и в конструкциях торцевых фрез. Однако здесь возникают дополнительные трудности, связанные с необходимостью размещения элементов крепления в узких корпусах фрез. У трехсторон­них фрез необходимо также обеспечить надежный стружкоотвод и положительные передние углы на торцевых режущих кромках.

Одним из вариантов решения этой задачи является конструкция фрезы фирмы «Heinlein» (Германия), представленная на рис. 5, а. Здесь трехгранные (без отверстия) пластины 2 крепятся в корпусе 1 с помощью клиньев 3 и винтов 4, а также колец 5 и винтов 6. В свою оче­редь, кольца крепятся на ступице корпуса 1 и служат одной из баз под режущие пластины. Другой базой являются открытые пазы в корпусе фрезы с разным направлением наклона к оси смежных зубьев (типа «зигзаг»), обеспечивающим положительные передние углы на торцевых режущих кромках. Клинья 3 фрезы, крепящие пластины, расположен­ные за режущими пластинами 2, предохраняют корпус от повреждений при поломке пластин и увеличивают пространство для размещения стружки. К недостаткам таких фрез следует отнести большое число со­прягаемых деталей, требующих точного исполнения.

Дисковые фрезы, оснащенные СМП
Рис. 5. Дисковые фрезы, оснащенные СМП:
а — трехсторонняя с «открытыми» базами под пластины; б — трехсторонняя с базированием пластин во вкладышах; в — с креплением пластин и вкладышей винтами; г — с тангенциальным креплением пластин; д — со специ­альными пластинами для отрезных работ (слева показана схема снятия пластины)

Выпускают также фрезы с вкладышами, имеющими две или три ба­зы для крепления пластин. На рис. 5, б схематично показано крепле­ние трехгранных пластин 2 во вкладышах 5 клиньями 3 и винтами 4. Вкладыши 5 имеют V-образные пазы под пластины и располагаются со стороны передней поверхности пластин 2. Они крепятся в корпусе 1 винтами 6. У таких фрез вкладыши сменные, корпус хорошо предохра­няется от повреждений, обеспечивается нормальный стружкоотвод, но они могут успешно применяться только при относительно небольших глубинах резания.

Более технологичное, компактное и надежное крепление пластин 2 достигается винтами с конической головкой через отверстие к вклады­шу 3, а крепление вкладыша в корпусе 1 осуществляется с помощью клина 4 и винта 5. Для предохранения вкладышей от смещения при больших нагрузках и регулировке по высоте на их опорных поверхно­стях и в гнездах создают рифления (рис. 5, в).

При обработке резанием пазов небольшой ширины (В = 5…10 мм) и большой глубиной реза (h = 18…84 мм) фирмой «Sandvik Coromant» (Швеция) разработаны дисковые фрезы диаметром d = 80…250 мм с непосредственным креплением специальных пластин винтами с двух сторон корпуса (рис. 5, г). Эти пластины имеют положительные пе­редние углы. При тангенциальном креплении они обладают наибольшей прочностью, а при наличии четырех режущих кромок — большей стой­костью.

Для отрезных работ с В = 2…6 мм, h = 17…87 мм этой же фирмой созданы фрезы диаметром 80…315 мм (рис. 5, д) со вставными пла­стинами специальной формы, разработанными для отрезных резцов. Крепление пластин в корпусе осуществляется за счет уп­ругих деформаций стенок пазов и сил трения при установке их в клино­образных пазах.

Замена пластин при поломках или выкрашивании производится с помощью специального ключа (рис. 5, д). Специальная форма перед­ней грани пластин обеспечивает хорошее дробление стружки, наимень­шие силы резания и высокую надежность фрез.

Схемы фрез, оснащенных СМП, для обработки фасонных поверхностей
Рис. 6. Схемы фрез, оснащенных СМП, для обработки фасонных поверхностей.

В последнее время многогранные пластины с механическим креп­лением применяются даже при конструировании фасонных фрез. На рис. 6 схематично показаны примеры оснащения насадных фасонных фрез наборами пластин с закреплением их винтами на корпусе, приме­няемых для обработки самых различных фасонных профилей. Корпусы таких фрез с гнездами под пластины весьма сложны в изготовлении. Успешное решение этой задачи стало возможным благодаря использо­ванию многооперационных станков с ЧПУ.

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.

Угловые и фасонные фрезы.

Угловые и фасонные фрезы с остроконечным зубом по способу обработки подобны дисковым фрезам. Они изготавливаются, как прави­ло, цельными, насадными, а фрезы небольших диаметров иногда имеют хвостовики.

Главные режущие кромки у одноугловых фрез расположены на по­верхности усеченного конуса, а у двухугловых — на поверхности двух смежных конусов. Эти фрезы используются в основном как инструмен­ты второго порядка для нарезания канавок у многозубых инструментов, например фрез, разверток и др., а также для обработки различных пазов, скосов и наклонных поверхностей.

Диаметр фрез выбирается исходя из глубины фрезерования и диа­метра оправки. Число зубьев рассчитывается по эмпирической зависи­мости

GamePark RU

При этом большее значение коэффициента берется для фрез мень­ших диаметров.

При работе одноугловых фрез возникает осевая составляющая силы резания, а у двухугловых она частично или полностью (при симметрич­ном профиле) уравновешивается. Благодаря этому двухугловые фрезы обеспечивают более высокое качество обработанной поверхности, чем одноугловые фрезы. Угол конуса у одноугловых фрез принимается рав­ным θ = 18…30°, а у двухугловых — θ1=55…110° (через 5°) и θ2 = 15…25°. При этом у одноугловых фрез зубья на торце затачивают с небольшим углом поднутрения φ1 = 2…3°.

Фасонные фрезы представляют собой тела вращения, на наружной поверхности которых располагаются зубья с самыми различными по форме режущими кромками. Они работают так же, как дисковые и уг­ловые фрезы, и предназначены для фрезерования выпуклых или вогну­тых фасонных наружных поверхностей, а также прямых или винтовых канавок.

Схема заточки фасонной фрезы с остро­конечными зубьями
Рис. 1. Схема заточки фасонной фрезы с остро­конечными зубьями.

Print Bar

При переточке по задней поверхности фасонных фрез с остроконечными зубьями трудно обеспечить идентич­ность формы режущих кро­мок, поэтому требуются спе­циальные копировальные устройства, обеспечивающие необходимую траекторию шлифовального круга. Такая заточка очень трудоемка, в связи с этим фасонные фре­зы обычно изготавливают с затылованными зубьями.

В случаях, когда фасон­ные режущие кромки имеют относительно простую конфигурацию, их изготавлива­ют с остроконечными зубья­ми, учитывая высокую производительность таких фрез. При этом для переточки фрез с остроконечными зубьями используются специальные приспособления, работаю­щие, например, по схеме, показанной на рис. 1. Здесь по опорной линейке обкатывается копир, жестко связанный с затачиваемой фрезой и имеющий форму, подобную профилю фрезы. При этом задний угол создается за счет превышения оси фрезы над осью круга на величину H = d /2sin α.

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:

GamePark RU

  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.
Типы фрез
Рис. 1. Типы фрез:
а — цилиндрическая; б — дисковая; в — торцевая; г — концевые; д — угловые; е — фасонная

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.

Торцево-коническая сборная фреза.
Рис. 2. Торцево-коническая сборная фреза.

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 = sz • z). На остальных зубьях угол φ1 = 2…3°. При обработке сталей на зачистных зубьях этот угол берут равным φ1 = 6…12′.

Print Bar

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 zmin=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.

Фрезы концевые
Рис. 3. Фрезы концевые: а — стандартная концевая фреза; б — шпоночная фреза из быстрорежущей стали; в — шпоночная фреза с напайными твердосплавными пластинами; г — фреза для обработки Т-образных пазов

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°.

Фрезы прорезные и отрезные (пилы).

Фрезы прорезные и отрезные (пилы) по форме зуба подобны па­зовым фрезам и используются для прорезки неглубоких и узких пазов, например шлицевых, шириной В = 0,2…6,0 мм, а также для разрезки заготовок любого профиля и толщины. Цельные фрезы диаметром 20…315 мм изготавливают с мелкими, средними и крупными зубьями, у которых углы γ = 0…10°, α = 20°, φ1=30’…1° (рис. 1, а). Сборные фре­зы диаметром 250…2000 мм оснащают вставными ножами (рис. 1, б) либо сегментами из быстрорежущей стали, содержащими 4…8 зубьев и закрепляемыми заклепками на диске пилы, изготовленном из конструк­ционной стали (рис. 1, в). Для уменьшения трения и улучшения про­никновения СОЖ в зону резания у зубьев с боковых сторон имеются выемки глубиной 0,5 мм. В отличие от других конструкций отрезных фрез, у сегментных пил спинка зубьев выполнена по дуге окружности, а переточка производится по передней поверхности на специальных стенках, работающих в полуавтоматическом режиме. При этом перед­ний угол в зависимости от твердости обрабатываемого материала бе­рется равным γ = 0…25°. По мере износа пил предусматривается замена изношенных сегментов на новые.

GamePark RU

С целью улучшения стружкоотвода и повышения стойкости зубьев у отрезных фрез при ширине реза более 2 мм используют различные схемы группового резания с делением среза по ширине и толщине меж­ду смежными зубьями. В практике используются различные схемы, две из которых приведены на рис. 1, г, д. В первой схеме предусмотрена заточка фасок шириной с = 0,3в с разных сторон двух смежных зубьев, во второй — все зубья делятся на группы из двух (иногда из трех) зубьев, один из которых (прорезной) располагается с завышением по высоте на величину h = 0,15…0,50 мм и имеет по уголкам фаски шириной с = 0,5…1,8 мм, а другой — зачистной, изготавливается сплошным. Вторая схема используется, например, в сегментных пилах, а также в шли­цевых протяжках.

Фрезы прорезные и отрезные
Рис. 1. Фрезы прорезные и отрезные: а — прорезная (шлицевая) и отрезная цельная; б — отрезная сборная (пила со вставными ножами); в — сегментная; г, д — схемы резания