Устройство фрез и их технологические возможности

I. Краткие сведения из теории.

Фрезерование осуществляется при помощи многолезвийного (многозубого) режущего инструмента, называемого фрезой. Режущие зубья могут быть расположены как на боковой поверхности, так и на торце. Каждый зуб фрезы представляет собой простейший инструмент-резец.

Процесс фрезерования по сравнению с процессом точения имеет следующие особенности:

а) в работе одновременно участвуют несколько лезвий, а поэтому фрезерование является более производительным способом обработки;

б) лезвия фрезы работают с перерывами, а корпус её большей частью обладает значительной массой. Это способствует лучшему отводу тепла от лезвий;

в) площадь среза может колебаться в широких пределах, вследствие чего силы резания имеют переменные значения.

1. Устройства фрез.

Основные части фрезы: Рабочая часть – часть фрезы, снабженная зубьями. Хвостовик служит для крепления фрез (концевых, пальцевых, шпоночных и т.д.) в шпинделе станка. Шейка соединяет рабочую часть с хвостовиком. Зуб представляет собой клин, снабженный кромками. Зуб, изготовленный отдельно, носит название вставного.

Стружечная канавка – углубление между зубьями – служит для размещения образующейся в процессе работы стружки.

Отверстие у насадок, цилиндрических, дисковых и т.п. фрез служит для их центрирования и крепления на оправке; шпоночный паз (продольный или торцовый) – для передачи фрезе крутящего момента.

1. Классификация фрез.

Фрезы классифицируются по следующим признакам:

По технологическому признаку различают фрезы для обработки следующих поверхностей:

а) плоскостей – цилиндрические, торцевые, концевые;

б) пазов, уступов, канавок – концевые, Т-образные, шпоночные, дисковые двух- и трехсторонние, прорезные, фасонные;

в) фасонных – дисковые с выпуклым и вогнутым профилем;

г) зубчатых колес и резьб – дисковые и пальцевые модульные, червячные;

д) для разрезки металла – дисковые отрезные.

По конструктивному признаку различают следующие типы:

1. По направлению зуба:

а) с прямыми;

б) с наклонными;

в) с винтовыми;

г) с разнонаправленными зубьями.

2. По конструкции зуба:

а) с остроконечными,

б) с затылованными зубьями.

3. По расположению зубьев относительно оси фрезы:

а) цилиндрические – с зубьями, расположенными на поверхности цилиндра;

б) угловые или конические – с зубьями, расположенными на конусе;

в) торцевые – с зубьями, расположенными в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы (на торцевой поверхности);

г) фасонные – с зубьями, расположенными на поверхности тела вращения с криволинейной образующей;

д) дисковые пазовые трехсторонние – с зубьями, расположенными на цилиндрической и двух торцовых поверхностях и двухсторонние – с зубьями на цилиндрической поверхности и на одном из торцов.

4. По внутреннему устройству:

а) цельные – с зубьями, выполненными за одно целое с корпусом;

б) со вставными зубьями, корпус которых изготовлен из легированной стали, а зубья – или целиком из быстрорежущей стали, или в виде вставок с напаянными пластинами твердых сплавов, или в виде пластинок твердого сплава, закрепляемых механическим способом;

в) сборные (разборные) головки.

5. По способу крепления:

а) насадные с отверстием для насаживания на оправку;

б) концевые (хвостовые) с цилиндрическим или коническим хвостовиком.

II. Технологические возможности основных типов фрез.

Цилиндрические фрезы применяются для обработки плоскостей на горизонтально-фрезерных станках. Зубья цилиндрической фрезы располагаются по винтовой линии с определенным углом наклона винтовой канавки w.

Основными размерами цилиндрических фрез являются длина фрезы L, диаметр d, число зубьев Z. изготавливают цилиндрические фрезы либо цельными из быстрорежущей стали, либо сборными – зубья выполняют из быстрорежущей стали, или оснащают пластинками из твердых сплавов.

Фрезы с крупным зубом применяются для черновой и получистовой обработки плоскостей, фрезы с мелким зубом – для получистовой и чистовой обработки.

На задней поверхности зубьев фрез, вдоль режущих кромок допускается цилиндрическая ленточка шириной не более 0,05 мм.

Торцевые фрезы предназначены для обработки плоскостей на вертикально- и горизонтально-фрезерных станках. Торцевые фрезы, в отличие от цилиндрических, имеют зубья, расположенные как на цилиндрической поверхности, так и на торце. Основными размерами торцовых фрез являются: диаметр D, длина L, диаметр отверстия d и число зубьев фрезы Z.

Торцовые фрезы по сравнению с цилиндрическими имеют ряд преимуществ, главными из которых являются:

1) более жесткое крепление на оправке или шпинделе;

2) более плавная работа из-за большого числа одновременно работающих зубьев.

Поэтому обработку плоскостей в большинстве случаев целесообразно проводить торцовыми фрезами. В зависимости от назначения, торцовые фрезы подразделяются на насадные цельные с мелкими зубьями и с крупными зубьями и насадные со вставными ножами.

Для черновой обработки выбирают торцовые фрезы насадные фрезы со вставными ножами или с крупными зубьями. При чистовой обработке следует брать торцовые насадные фрезы с мелкими зубьями.

Однако во всех случаях надо отдать предпочтение торцовым фрезам, оснащенным твердыми сплавами, так как машинное время обработки в этом случае значительно сокращается за счет увеличения скорости резания.

Дисковые фрезы предназначены для обработки плоскостей уступов и пазов

Различают дисковые фрезы цельные и со вставными зубьями. Цельные дисковые фрезы делятся на пазовые, трехсторонние с прямыми зубьями, трехсторонние с разнонаправленными зубьями. Фрезы со вставными зубьями выполняются трехсторонними и двусторонними.

Дисковые пазовые фрезы имеют зубья только на цилиндрической части, их применяют для неглубоких пазов.

Основным типом дисковых фрез являются трехсторонние. они имеют зубья на цилиндрической поверхности и на обоих торцах. Их применяют для обработки уступов и более глубоких пазов. Для улучшения условий резания дисковые трехсторонние фрезы оснащаются наклонными зубьями с переменно чередующимися направлением канавок, т.е. один зуб имеет правое направление канавки, а другой, смежный с ним – левое. Поэтому такие фрезы и называются равнонаправленными.

Дисковые фрезы со вставными ножами трехсторонние применяют для фрезерования пазов, а двусторонние – для фрезерования уступов и плоскостей. Вставные ножи могут быть выполнены как из быстрорежущей стали, так и с пластинами твердых сплавов.

Концевые фрезы предназначены для обработки плоскостей, уступов и пазов. Их изготавливают с цилиндрическим и коническим хвостовиком.

Концевые фрезы изготавливают с нормальными и крупными зубьями. Фрезы с нормальными зубьями применяют при получистовой и чистовой обработке уступов и пазов. Фрезы с крупными зубьями используют для черновой обработки. Изготавливают концевые фрезы праворежущими.

Концевые фрезы имеют режущие зубья, расположенные как на цилиндрической поверхности, так и на торцевой. Стружку снимают зубья, расположенные на цилиндрической поверхности, торцовые же зубья зачищают обработанную поверхность.

Шпоночные фрезы применяются для фрезерования шпоночных пазов и изготавливаются с цилиндрическим и коническим хвостовиком. Шпоночные фрезы имеют два режущих зуба с торцовыми режущими кромками, выполняющими основную работу резания. Режущие кромки фрезы направлены не наружу, как у сверла, а в тело инструмента. Фрезы могут работать с небольшой осевой подачей (как сверло) и с продольной подачей.

Фрезы для Т-образных пазов предназначаются для фрезерования Т-образных станочных пазов. Для улучшения условий резания фрезы имеют разнонаправленные зубья с углом наклона w=15˚.

Угловые фрезы предназначаются для фрезерования канавок, имеющих угловой профиль. Различают насадные одноугловые, насадные двуугловые симметричные и нессимметричные, а также концевые угловые фрезы.

Одноугловые фрезы применяют для фрезерования прямых канавок на инструментах и заготовках.

Двуугловые симметричные фрезы применяют для фрезерования канавок у фрез с винтовыми затылованными зубьями, а также пазов у призм и т.д.

Для фрезерования паза «ласточкин хвост» применяют концевые угловые фрезы с углом, равным углу паза.

Отрезка заготовок на фрезерных станках производиться отрезными фрезами, прорезка пазов и шлицев-прорезными фрезами.

Дисковые модульные фрезы предназначены для нарезания зубьев зубчатых колес методом копирования. Сущность метода состоит в том, что режущим инструментом последовательно или одновременно нарезают впадины зубчатого колеса, причем профиль инструмента должен точно соответствовать контру этих впадин.

Пальцевые модульные фрезы применяют для нарезания прямых, косых и шевронных зубьев на заготовках зубчатых колес больших модулей (больше 8 мм) в условиях единичного и мелкосерийного производства.

При нарезании зубчатых колес методом обкатки используются червячные модульные фрезы на специальных зубофрезерных станках. Червячная модульная фреза – это червяк, у которого прорезаны под некоторым углом к оси канавки для схода стружки и образования режущих кромок.

Фреза	Эскиз	Применение	Фреза	Эскиз	Применение
Цилиндри- ческая		Обработка плоскостей на горизонтально-фрезерных станках	Шпоночная		Фрезерование шпоночных пазов на вертикально-фрезерных станках
Торцевая цельная		Чистовая обработка плоскостей на вертикально- и горизонтально – фрезерных станках	а – концевая б – концевая для Т – образных пазов		Фрезерование Т –образных пазов: 1проход – прямоугольной канавки; 2 проход – нижней части паза
Торцевая со вставными ножами		Черновая обработка плоскостей на вертикально- и горизонтально – фрезерных станках	Концевая угловая		Фрезерование паза «ласточкин хвост», стружечных канавок
Концевая		Обработка плоскостей, уступов и пазов на вертикально – фрезерных станках	Насадные угловые: одноугловая, двуугловая симметричная		Фрезерование канавок, имеющих угловой профиль
Дисковая трехсторонняя		Фрезерование уступов, пазов	Дисковая фассонная		Фрезерование полукруглых (радиусных) канавок и полукруглых выступов и т.п.
Дисковая пазовая		Фрезерование неглубоких пазов	Дисковая модульная		Нарезание зубьев зубчатых колес методом копирования

III. Материалы, применяемые для изготовления фрез.

Легированные инструментальные стали марок ХГ, ХВ5, 9ХС и ХВГ используют для изготовления прорезных, фасонных и концевых фрез малого диаметра, работающих на малых скоростях (v=20÷25 м/мин). Эти материалы сохраняют режущие свойства при Т=300÷350˚С. быстрорежущие стали РЭ, Р18, Р14Ф4, Р6М8, Р18Ф2К8М и другие обладают высокой стойкостью (600-650˚С) при скоростях резания до 60 м/мин. Используют их для изготовления всех типов цельных фрез.

Твердые сплавы с высоким содержанием кобольта применяют для изготовления фрез, используемых при черновой обработке. Невысокое содержание кобольта характерно для сплавов группы ВК, используемых для чистовой обработки.

Назначение марок твердых сплавов. Таблица I

Марка твердого сплава

Область применения

Т5К10, Т14К6 Т15К6, Т15К6Т ВК6В, ВК8, ВК10, Т17К12 ВК4, ВК6 ВК2, ВК3

Черновое фрезерование углеродистых, легированных и нержавеющих сталей. Получистовое фрезерование тех же материалов. Черновое фрезерование серого чугуна, цветных металлов и сплавов, черновое фрезерование неметаллических материалов. Получистовое фрезерование серого чугуна, цветных металлов и сплавов, черновое фрезерование неметаллических материалов. Чистовое и тонкое фрезерование чугуна, цветных металлов и сплавов, неметаллических материалов.

Выполнение различных работ фрезами на вертикально- и горизонтально-фрезерных станках

Таблица 2

Вид работ	Инструменты и способ выполнения на станке
Горизонтально- фрезерном	Вертикально-фрезерном
Фрезерование горизонтальных плоскостей	Цилиндрическими фрезами на оправке	Торцовыми фрезами, фрезерными головками
Фрезерование вертикальных плоскостей	Торцовыми фрезами, установленными на кольцевой оправке, либо дисковыми двусторонними и трехсторонними фрезами на центровой оправке	Концевыми и торцовыми фрезами