Фрезы — многолезвийный вращающийся режущий инструмент, зубья которого последовательно вступают в контакт с обрабатываемой поверхностью в процессе резания.
Фрезы один из самых распространенных видов инструмента. Форма исходного тела вращения (фрезы) зависит от формы обрабатываемой поверхности и расположения оси фрезы относительно детали.
По назначению фрезы делятся на фрезы: для обработки плоскостей, пазов уступов, фасонных поверхностей, прорезки, отрезки, обработки резьб и зубьев.
По положению оси инструмента относительно обрабатываемой поверхности фрезы делят на:
торцовые, концевые, шпоночные, для Т-образных пазов и т.д.
По способу крепления фрезы делятся на хвостовые и насадные. По конструктивному исполнению — на фрезы цельные и сборные.
Основные типы фрез можно классифицировать следующим образом:
фрезы с острозаточенными зубьями; фрезы с затылованными зубьями.
По расположению зубьев относительно оси фрезы:
цилиндрические с зубьями на образующем цилиндре; угловые или конические с зубьями на образующем конусе; торцовые с зубьями в плоскости перпендикулярной оси фрезы; фасонные с зубьями на фасонной поверхности.
По форме зубьев: с прямыми зубьями; с винтовыми зубьями с угловыми зубьями.
По конструкции инструмента:
цельные фрезы (зубья выполнены за одно целое корпусом);
составные (состоят из двух частей — пазовые);
наборные — состоят из нескольких отдельных фрез;
со вставными зубьями.
Можно также классифицировать по инструментальному материалу рабочей части:
изготовленные из быстрорежущих сталей Р6М5, Р6М5К5, Р18.
Фрезы предназначены для черновой, получистовой и чистовой обработки плоских и фасонных поверхностей. Они обеспечивают высокую производительность и экономичность обработки. Позволяют получить поверхность достаточно правильной формы и нужной шероховатости, а с применением современных материалов (СТМ и минералокерамика) появилась возможность обрабатывать закаленные (до HRC3 60) материалы, исключая при этом шлифование.
6.1 Форма зубьев, их размеры, наклон и направление
При выборе формы зуба необходимо обеспечить его необходимую прочность, свободное размещение срезаемой стружки в канавке, большее число переточек, простоту изготовления.
Наиболее распространенные профили зубьев цельных фрез:
— остроконечный (или трапецеидальный):
Прост в изготовлении, но ослаблен.
Для мелкозубых, чистовых торцовых, дисковых, цилиндрических фрез.
Обработка как хрупких материалов, так и сталей.
f = 1.2 мм; г = 0,5.2 мм;
Для фрез с крупным зубом, торцовых, дисковых, цилиндрических, концевых фрез.
Обработка всего спектра материалов.
Равнопрочен на изгиб.
Для черновых фрез с крупным зубом, торцовых, дисковых, цилиндрических, концевых.
Обработка всего спектра материалов.
Высота зуба, h, мм
Равнопрочен на изгиб.
Для фасонных фрез.
Обработка всего спектра материа
где k — коэффициент зависящий от типа фрезы. k = 0,9.1,2 — для концевых фрез;
k = 1,2.1,5 — для торцовых и цилиндрических фрез с крупным зубом; k = 0,8.0,9 — для торцовых и цилиндрических фрез с мелким зубом; k = 1,4.1,8 — для дисковых фрез.
Наклон зубьев способствует равномерности фрезерования, улучшает шероховатость и выход стружки из зоны резания (но способствует возникновению осевых сил. Угол наклона зубьев ю = 10 — 15 0 (чаще 25 0 , 45 0 ).
При фрезеровании глухих пазов, направление лезвий и канавок совпадает (желательно) с направлением вращения фрезы.
При обработке вязких материалов на лезвии фрез образуют стружкоде- лители.
Фрезы
Основные элементы, классификация и назначение фрез
Геометрию фрезы составляют взаимное положение рабочих поверхностен зубьев и их форма. Основные элементы фрезы — лезвия, поверхности зубьев и углы между ними — обозначены на рис. V.1 .
Передней поверхностью 2 называется поверхность, по которой сходит стружка. Задняя поверхность 3 обращена (в процессе резания) к обработанной поверхности заготовки 6. Пересечение передней и задней поверхностей образует лезвие 1 зуба фрезы . Узкая поверхность 4 вдоль лезвия со стороны задней поверхности называется ленточкой. Ширина ленточки обычно не более 0,1—0,2 мм. Поверхность 8 называется спинкой зуба.
Передняя поверхность 2 образует с диаметральной плоскостью 7 фрезы передний угол у. Задняя поверхность 3, 5 образует с плоскостью 6, перпендикулярной к диаметральной плоскости 7, задний угол α.
Рис.V.1. Элемент и геометрия прямозубой цилиндрической фрезы
Передняя и задняя поверхности образуют в пересечении угол заострения β. Передняя поверхность 2 зуба с обработанной поверхностью 6 заготовки образуют угол резания δ. Число зубьев фрезы z характеризует величину углового шага зубьев θ = 360/z .
По форме зубьев различают фрезы с остроконечными и затылованными зубьями. Применяются три типа остроконечных зубьев фрез:
с прямой спинкой ( рис. V.2, а ) — для мелкозубых фрез, допускающих шесть— восемь переточек и предназначенных для легких работ;
ломаной спинкой ( рис. V.2, б ) — для фрез с крупными зубьями, работающих в тяжелых условиях;
с криволинейной спинкой ( рис V.2, в ), имеющей очертание, близкое к параболе.
Прочность зуба 3-го типа значительно повышена по сравнению с зубом 1-го типа и несколько менее по сравнению с зубом 2-го типа. Это позволило увеличить высоту зуба и тем самым — объем стружечной канавки, а следовательно, и число возможных переточек.
Фрезы с затылованными зубьями ( рис. V.2, г ) применяются для обработки фасонных поверхностей, таких, например, как поверхности зубьев шестерен, шлицевых валиков и.т. д. Эти фрезы имеют заднюю поверхность и спинку зуба, выполненную в форме архимедовой спирали, угол подъема которой образует задний угол а вуба. Угол α измеряется между касательной к окружности и касательной к спирали, проведенным из вершины зуба. Затылованные фрезы затачиваются по передним поверхностям зубьев, при этом после переточек профиль лезвия в радиальном сечении сохраняется неизменным до полного использования фрезы.
Рис.V.2. Формы острононечных и затылованных зубьев фрез
По направлению зубьев различают фрезы с прямыми зубьями, лезвии которых параллельны оси вращения, и с винтовыми зубьями, лезвия которых винтообразны относительно ее. Изготавливаются фрезы как с правыми, так и с левыми винтовыми канавками.
Геометрия цилиндрических фрез . На рис. V.3 показаны элементы цилиндрической фрезы с винтовыми зубьями: передняя поверхность 1, задняя поверхность 4, ленточка 3 (шириной 0,05—0,1 мм), поверхность спинки (затылованная) 5, лезвие 2. Угол, образованный лезвием с осью фрезы, называется углом наклона винтовой канавки, или углом наклона спирали или углом наклона зубьев и обозначается ω. Задний угол α ( рис. V.3, б ) измеряется в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы, т. е. в плоскости ее торца.
Нормальный задний угол αн измеряется в плоскости, перпендикулярной к лезвию. Передний угол γ измеряется в плоскости, перпендикулярной к лезвию. Поперечный передний угол γ’ измеряется в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы.
Рис.V.3. Элементы и геометрия цилиндрической фрезы с винтовыми зубьями
Геометрия торцевых фрез. Рабочая часть торцевой фрезы имеет главные и вспомогательные лезвия. Главные лезвия образуют наружную цилиндрическую форму, переходящую у торца в коническую, вспомогательные — торцевую сторону фрезы.
Элементы зуба с главным лезвием ( рис. V.4, а ) подобны элементам цилиндрической фрезы ( см рис. V.3 ): передняя поверхность 1, задняя поверхность 4, ленточка 3, спинка 5, винтовые лезвия 2, задний угол α, поперечный передний угол γ’, задний нормальный угол α н , передний угол γ, угол наклона винтообразного лезвия ω.
Элементы зуба с вспомогательным лезвием с торцевой стороны фрезы показаны на рис. V.4,б . Здесь передний угол тождественен углу наклона винтообразного лезвия на цилиндрической части фрезы, который иногда применительно к торцевым фрезам называют продольным передний углом. Задний угол α 1 зуба на вспомогательном лезвии показан в сечении Б—Б, его называют торцевым задним углом.
Главные лезвия торцевой фрезы соединены с вспомогательными лезвиями (переходными участками), которые образованы вершинами зубьев, составляющих наружную коническую форму, заканчивающую цилиндрическую часть фрезы. Угол, под каким этот участок лезвия расположен по отношению к цилиндрическому участку главного лезвия, называется главным углом в плане φ. Обычно φ равен 45—60°.
В целях уменьшения трения торцевых зубьев их лезвия расположены под углом φ 1 , называемым вспомогательными углом в плане. Помимо углов φ и φ 1 имеется еще угол φ 0 , называемый углом в плане переходного лезвия. Угол φ 0 образован фаской в местах соединений главных лезвий с вспомогательными лезвиями ( рис. V.4, в ).
Ширина фаски ƒ 0 , составляет 1,5— 2 мм и может заменяться закруглением места соединения лезвий. Такое сглаживание угла соединения делается с целью уменьшения шероховатости обработанной поверхности и увеличения стойкости фрезы.
Рис.V.4. Элементы и геометрия торцевой фрезы с винтовыми зубьями
На рис. V.5 показано влияние формы зуба и подачи на шероховатость поверхности при фрезеровании торцевой фрезой. Если фрезерование ведется фрезой без фаски ƒ 0 ( рис. V.5, а ), то высота неровностей h а увеличивается пропорционально увеличению угла φ 1 и подачи s z . При фрезеровании фрезой с фаской ƒ 0 , или закруглением с радиусом R ( рис. V.5, б ) высота неровностей h б относительно уменьшается; при том тем более, чем шире фаска ƒ 0 или больше радиус закругления R. Для фрез с закругленными зубьями высота неровностей
Рис.V.5. Влияние формы лезвия фрезы на шероховатость поверхности
Материалы для режущих частей фрез здесь .
Режущие инструменты, и в их числе фрезы все больше оснащаются твердыми сплавами, применяемыми в виде пластин готовых форм. Такие пластины механически закрепляются на корпусах фрез.
Режущие твердосплавные пластины классифицируются: по форме, заднему углу, степени точности и другим конструктивным особенностям. Основные размеры пластин и их характеристики с условными обозначениями установлены ГОСТ 19042—73. Наибольшее применение для фрез имеют пластины круглой, квадратной и пятигранной форм.
Фрезы с пластинами твердого сплава имеют в 1,5—2 раза более высокую стойкость, позволяют на 20—25 % сократить затраты времени резания, число фрез, обращающихся в производстве, по сравнению с обычными фрезами из быстрорежущих и инструментальных сталей.
Многообразие конструкций фрез, применяемых в производстве, вызывает необходимость классифицировать их по ряду признаков.
По материалу режущей части фрезы делятся на углеродистые, быстрорежущие и твердосплавные.
По форме режущих зубьев различают фрезы с остроконечными и затылованными эубьямн ( см. рис. V.2 )
По направлению режущих зубьев фрезы подразделяются на прямозубые с винтовыми ( см. рис. V.3 ) или спиральными зубьями.
По своему назначению (характеру выполняемых работ) и расположению лезвий фрезы разделяются на цилиндрические ( рис. V.6, а ) и торцевые ( рис. V.6, б ), применяемые для обработки плоскостей; дисковые двусторонние ( рис. V.6, в ) для фрезерования уступов и дисковые трехсторонние для фрезерования пазов ( рис. V.6, г ); прорезные ( рис. V.6, д ) и концевые ( рис. V.6, е ), используемые для обработки небольших по размеру плоскостей, пазов, уступов, поверхностей криволинейных контуров у изделий плоских форм и др.; угловые ( рис. V.6, ж ) для обработки угловых пазов и канавок и фасонные ( рис. V.6, в ) для обработки фасонных поверхностей.
Рис.V.6. Типы фрез и обрабатываемые ими характерные формы поверхностей
По способу закрепления на станке фрезы разделяются на насадные, насаживаемые на оправку, и концевые, закрепляемые хвостовиком.
По конструкции фрезы разделяются на цельные, зубья которых выполнены заодно с корпусом; сборные — со вставными зубьями (в виде ножей или непосредственно режущих пластин); составные, например составленные из двух половин и прокладки между ними для восстановления первоначальной длины фрезы после переточки.
По размерам и числу зубьев различают фрезы с мелкими и крупными зубьями. Мелкозубыми принято называть фрезы, число зубьев г которых больше 1,5√D, а крупнозубыми называют фрезы, число зубьев г которых меньше 1,5√D, где D — диаметр фрезы, мм. К крупнозубым фрезам относят фрезы со вставными ножами и применяют их для чернового и получистового фрезерования. Мелкозубые фрезы используют для чистового и отделочного фрезерования.
Числа зубьев для мелко- и крупнозубых фрез каждого типа в зависимости от их диаметра установлены государственными стандартами.
В некоторых случаях целесообразно применять одно- и двузубые фрезы, т. е. сборные фрезы, в корпусе которых закреплены один или два диаметрально расположенных зуба. Такие фрезы, называемые иногда летучими, обычно используют для обработки единичных деталей фасонного профиля, а также для фрезерования некоторых цветных металлов и легких сплавов. Широко используются фрезы-летучки в условиях ремонтного производства.
Значения диаметров и ширины фрез нормализованы. Они образуют геометрический ряд со знаменателем прогрессии φ = 1,26. Наружные диаметры стандартных фрез принимаются равными: 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 100, 125, 160, 200, 250 мм и т. д. до 630 мм. Нормальная ширина цилиндрических фрез составляет ряд с размерами 50, 63, 100, 125 мм. В отверстиях фрез предусмотрены продольный шпоночный паз для передачи крутящего момента от шпинделя с помощью шпонки и внутренняя выточка (во фрезах шириной больше 24 мм).
Хвостовики концевых фрез диаметром меньше 20 мм изготовляют цилиндрическими; у фрез большего диаметра хвостовики выполняют с конусом Морзе или метрическим, стандартизированным по ГОСТ 24644—81.
