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 Р в и горизонтальную Р г составляющие. При фрезеровании цилиндрическими косозубыми фрезами в осевом направлении действует осевая сила Р о (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 Р о; Рх, Ру, Pz – составляющие силы резания на координатные оси; Р в, Р г – соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие силы резания; ω – угол наклона зуба фрезы

Радиальная сила Ру = (0,6–0,8) Р г действует на подшипники шпинделя и изгибает оправку, на которой устанавливается фреза. Осевая сила Р о = (0,35– 0,55) Рz действует на подшипники шпинделя и механизм поперечной подачи станка. Горизонтальная Р г и вертикальная Р в 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; S z – подача на зуб, мм/зуб; t – глубина резания, мм; В – ширина резания, мм; D ф – 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; D ф − 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.