Реферат: Фрезеровка

ВВЕДЕНИЕ

В нашей стране работают тысячи квалифицированных фрезеровщиков. Многие из них

являются новаторами производства. Они не только имеют большой опыт и

практические знания, позволяющие полностью использовать технологические

возможности станка и инструмента, но и изобретают и совершенствуют

конструкции фрез, вспомогательный инструмент и приспособления.

Инструмент и приспособления новаторов постоянно экспонируются на Выставке

достижений народного хозяйства, получают распространение на многих

предприятиях. Каждый новатор-фрезеровщик передает свой опыт, знания,

мастерство молодежи и этим способствует решению общей задачи повышения

эффективности труда.

ПРОЦЕСС ФРЕЗЕРОВАНИЯ

Основные понятия и определения

Различают два основных вида фрезерования: тангенциальное, при котором режущие

лезвия вращающегося цилиндрического инструмента образуют обработанную

поверхность параллельно оси его вращения, и радиальное, когда лезвия

вращающегося инструмента образуют обработанную поверхность перпендикулярно к

оси его вращения.

Скоростью резания v (м/мин) называется окружная скорость (м/мин) наиболее

удаленных от оси вращения инструмента точек режущего лезвия. Она определяется

по формуле

,

где D — диаметр окружности вращения режущего лезвия (в частном случае —

диаметр фрезы), мм; n — частота вращения инструмента, об/мин.

Фрезеровщику чаще приходится решать обратную задачу — определять потребную

частоту вращения (об/мин) фрезы заданного диаметра в зависимости от принятой

скорости резания

.

Подачей s называется путь, проходимый заготовкой относительно фрезы (или

наоборот) в единицу времени. Различают три вида подач: на зуб, на оборот и

минутную. Подача на зуб

(мм/зуб) — перемещение заготовки за время поворота фрезы на один зуб. Подачей на

оборот (мм/об)

является перемещение заготовки за время поворота фрезы на один оборот. Минутная

подача (мм/мин) —

перемещение заготовки за 1 мин. Зависимость указанных подач выражается

формулами:

;

.

Глубина резания t — толщина слоя материала заготовки (мм), срезаемого за

один рабочий ход.

Шириной фрезерования B называется ширина (мм) поверхности заготовки,

об­рабатываемой за один рабочий ход, измеренная в направлении, перпендикулярном

к направлению подачи (движению заготовки).

Сечение стружки (среза), снимаемой одним зубом фрезы, описывается двумя дугами

контакта лезвия фрезы с поверхностью лезвия. Оно имеет форму запятой.

Расстояние между этими дугами переменное — оно изме­няется от значения,

близкого к нулю, до некоторого максимума, близкого к

. Это расстояние (мм) принято называть толщиной срезаемого слоя (стружки) а

.

Другими элементами, характеризующими срезаемый слой, являются: его ши­рина b

(мм), которая представляет собой длину соприкосновения зуба фрезы с заготовкой и

измеряется вдоль главного лезвия, в частном случае, при фрезеровании прямозубой

цилиндрической фрезой b = B; площадь поперечного сечения слоя,

сре­заемого одним зубом, f = ab (мм2); суммарная площадь

поперечного сечения среза F (мм2), снимаемого всеми зубьями

фрезы, находящимися в данный момент в кон­такте с заготовкой.

Для определения площади поперечного сечения среза при цилиндрическом

фре­зеровании необходимо знать следующие величины:

— угол кон­такта фрезы — центральный угол, соответствующий дуге соприкосновения

окруж­ности фрезы с заготовкой, измеряемый в плоскости, перпендикулярной к оси

фрезы; —

центральный угол между двумя соседними зубьями фрезы,

.

Число зубьев, одновременно находящихся в работе (контакте с материалом),

.

Угол контакта находится из треугольник АОБ

.

Угол контакта при торцевом фрезеровании

.

Максимальная толщина срезаемого материала

.

Суммарное (среднее) значение площади поперечного сечения среза

опреде­ляется в зависимости от числа зубьев, одновременно находящихся в

контакте.

.

или от элементов резания

.

Значение используется для определения силы резания при фрезеровании.

Силы резания и мощность при фрезеровании

Силы резания. При фрезеровании каждый зуб фрезы преодолевает

сопротивле­ние резанию со стороны материала заготовки и силы трения,

действующие на поверх­ностях зубьев фрезы. Обычно в контакте с заготовкой

находится не один зуб, и поэтому фреза преодолевает некоторую суммарную силу

резания, складывающуюся из сил, действующих на эти зубья. Схема действия сил

резания при фрезеровании зависит от принятого способа фрезерования и типа

фрезы.

Как тангенциальное (например, цилиндрической фрезой), так и радиальное

(например, торцевой фрезой) фрезерование может осуществляться двумя способами:

против подачи, так называемое встречное фрезерование, когда направление

подачи противоположно направлению вращения фрезы, и фрезерование по подаче —

попутное фрезерование, когда направление подачи и вращение фрезы сов­падают.

При встречном фрезеровании нагрузка на зуб возрастает от нуля до макси­мума;

при этом зубья фрезы, действуя на заготовку, стремятся «оторвать» ее от стола

станка или приспособления, в котором она закреплена. Такое направление силы

вызывает в ряде случаев (при больших припусках на обработку) упругие

деформа­ции в системе СПИД, что, в свою очередь, приводит к вибрациям и

увеличению шероховатости обработанной поверхности. Зубья фрез при этом

интенсивно изнаши­ваются, так как в момент врезания в заготовку их задние

поверхности трутся об упрочненную, уже обработанную поверхность, преодолевая

значительную силу трения.

Преимуществом встречного фрезерования перед попутным является работа зубьев

фрезы из-под корки. Режущие лезвия в момент входа в зону хрупкого металла

по­вышенной твердости (корки) прекращают контакт своей задней поверхности с

за­готовкой в точке Б, так как происходит скол стружки.

При попутном фрезеровании зуб врезается в материал в точке А, начиная

работать при максимальной толщине срезаемого слоя и наибольшей нагрузке, что

исключает начальное проскальзывание зуба. При попутном фрезеровании полу­чается

поверхность с меньшей шероховатостью и более высокой точностью, так как зубьями

фрезы во время обработки заготовка прижимается к столу станка, что уменьшает

вибрацию.

Для успешного применения попутного фрезерования необходимо беззазорное

соединение ходового винта и маточной гайки стола станка.

Учитывая достоинства и недостатки рассмотренных методов, попутное

фрезе­рование используют для предварительных и чистовых работ при отсутствии

корки, на жестких станках с компенсаторами зазоров в узлах стола. Встречное

фрезеро­вание рекомендуется для предварительной обработки, и особенно при

работе по корке.

На каждый зуб фрезы, находящийся в пределах угла контакта, действует своя сила

сопротивления срезаемого слоя. Каждую из этих сил можно разложить на

составляющие, действующие тангенциально (по касательной) к зубьям фрезы и по

радиусам фрезы. Суммарная окружная, или касательная, сила

и радиальная сила

имеют равнодействующую R, которую можно разложить на две силы —

горизонтальную и

вертикальную .

Окружная, или касательная, сила

имеет наиболее важное значение, так как производит основную работу резания. По

значению силы

определяют мощность электродвигателя привода станка и рассчитывают на прочность

валы, зубчатые колеса и другие звенья привода станка.

Радиальная сила

характеризует то усилие, с которым обрабатываемая заго­товка стремится

оттолкнуть от себя фрезу; эта сила изгибает фрезерную оправку и давит на опоры

шпинделя.

Горизонтальная составляющая силы резания

определяет усилие, которое необходимо приложить к столу ставка для осуществления

рабочей подачи.

При встречном фрезеровании направление горизонтальной состав­ляющей

противоположно направлению движения (по стрелке s) стола. При по­путном

фрезеровании горизонтальная составляющая

направлена в сторону движения стола.

При фрезеровании цилиндрической фрезой с винтовыми зубьями равнодействую­щая

силы составляет с

осью фрезы острый угол, следовательно, появляется осе­вая сила

, направленная параллельно оси фрезы. В зависимости от направления винтовых

зубьев фрезы меняется и направление силы

. Для созда­ния более благоприятных условий фрезерования целесообразно применять

фрезу с таким направлением зуба, чтобы сила

была направлена к шпинделю; в противном случае осевая сила будет стремиться

вытянуть фрезу с оправкой из посадочного конусного отверстия шпинделя.

Для того чтобы уравновесить действия осевых сил, иногда прибегают к

исполь­зованию набора из двух фрез с правым и левым направлениями винтовых

канавок между лезвиями.

При фрезеровании торцевыми фрезами действуют те же силы, что и при

фрезе­ровании цилиндрическими.

Значение главной составляющей силы резания — окружной силы

— опре­деляется по эмпирической, т. е. найденной опытным путем, формуле

,

где — постоянный

коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого ма­териала, типа фрезы и ее

геометрии; ,

и — показатели

степени, также зави­сящие от механических характеристик обрабатываемого

материала, типа и геометрии фрезы. Значения

, ,

и приводятся в

справочниках по выбору параметров режимов резания.

Соответственно значениям действующих сил резания выбирают фрезу, оправку,

способ закрепления заготовки, жесткость и мощность станка.

Значение отдельных составляющих силы резания можно определить, зная .

1. При встречном фрезеровании цилиндрическими, дисковыми, фасонными и

работающими периферией концевыми фрезами:

; ; .

2. При попутном фрезеровании:

; ; .

3. При фрезеровании торцевыми фрезами и работающими торцом концевыми

; ; .

Осевая составляющая силы резания

для фрез с винтовыми зубьями находится из соотношения

,

где — угол наклона винтовой канавки.

Для приближенных расчетов иногда пользуются значениями дав­ления р, под

которым принято понимать силу резания, приходя­щуюся на единицу поперечного

се­чения площади срезаемого слоя. Давление зависит не только от механических

свойств обрабатывае­мого материала, но и от наиболь­шей толщины стружки. Для

более тонких стружек давление при про­чих равных условиях увеличивается и

уменьшается для стружек боль­шей толщины.

Зная крутящий момент фрезы и частоту ее вращения, можно определить мощность

,

В целях обеспечения эффек­тивной мощности на шпинделе не­обходимо, чтобы

электродвигатель станка обладал большей мощностью, так как часть ее

расходуется на трение в подшипниках, зубча­тых передачах, направляющих и др.

Потери на трение характери­зуются коэффициентом полезного действия станка

. Для фрезерных станков общего назначения

. Таким образом, на полезную работу, т.е. на работу фрезерования расходуется

75—85 % мощности электродвигателя.

Для определения эффективной мощности

, которую можно использовать на резание, следует мощность электродвигателя

умножить на КПД станка, т. е.

.

Для расчета потребной мощности электродвигателя станка

по эффективной мощности необходимо эффективную мощность

разделить на КПД станка, т. е.

.

Равномерность фрезерования. Площадь поперечного сечения стружки при

фре­зеровании непостоянна. Она изменяется от значения, близкого к нулю, до

некото­рого максимума. Соответственно этому в таких же пределах меняется сила

резании. Это, в свою очередь, вызывает неравномерность нагрузки, проявляющуюся

в виде вибраций и толчков. Такие явления в процессе фрезерования разрушают

режущие лезвия инструмента, способны расстроить станок и снизить срок его

службы Осо­бенно резкие колебания силы резания наблюдаются при работе,

прямозубыми фре­зами Значительно более равномерным являются фрезерование

фрезами с винтовыми зубьями. В особых условиях фрезерование такими фрезами

можно вести с постоян­ной площадью суммарного сечения среза, т. е. при

отсутствии колебаний силы ре­зания. Такое фрезерование называется

равномерным.

Условие равномерного фрезерования фрезами со спиральными зубьями можно кратко

выразить так: для равномерного фрезерования ширина фрезерования В

должна быть равна осевому шагу фрезы или кратна ему (в целых числах). Это

вы­ражается формулой

,

где K = 1, 2, 3 и т.д.;

— угол наклона винтового зуба фрезы. При угле

= 20° ctg=2,75; при

= 40° ctg=1,1; при

= 30° ctg=1,73; при

= 45° ctg=1. Для

заготовок различной ширины условие равномерного фрезе­рования не всегда может

быть выполнено В этих обстоятельствах, если принять К = 2 или К = 3,

неравномерность становится относительно небольшой — изме­нения силы резания не

превышают 20%, что допустимо.

КАЧЕСТВО ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

Требования к точности фрезерной обработки.

Качество машины или другой продукции — важнейший показа­тель не только для

оценки самого изделия, но и работы машино­строительного завода. Под качеством

продукции понимают сово­купность (сумму) взаимосвязанных свойств,

определяющих ее пригодность для использования по назначению. Повышение

ка­чества выпускаемой продукции имеет огромное значение. Увели­чивается

эффективность общественного производства, улучшается использование

материальных ресурсов, лучше удовлетворяются потребности общества, людей в

продукции народного хозяйства.

Показатели качества и надежности выпускаемой продукции являются сейчас

важнейшими характеристиками работы пред­приятий. Ведется специальный учет

качества, принимаются все возможные меры для повышения качества изделий, в

том числе поощрение рабочих.

Для гарантии определенного качества изделий и стимулирова­ния производства

изделий высокого качества в нашей стране вве­дена государственная аттестация

качества продукции. Если по­казатели качества какого-либо изделия превышают,

требования, установленные стандартами для данного вида продукции, и

соот­ветствуют высшим показателям качества, достигнутым в отече­ственной и

зарубежной промышленности, такой продукции при­сваивают государственный Знак

качества. Изделия, отмеченные государственным Знаком качества, пользуются

повышенным спро­сом в нашей стране и за рубежом. Каждый рабочий, инженер,

техник должен изыскивать и использовать все резервы повыше­ния качества

работы на своем заводе, в цехе, на участке и рабо­чем месте.

Важнейшим показателем качества машиностроительной про­дукции, от которого

зависят многие эксплуатационные характе­ристики машин, является точность

изделий. Точностью изделия в машиностроении называют степень его соответствия

заранее установленному образцу. Когда же говорят о точности детали, то обычно

под точностью понимают степень соответствия реальной детали, полученной

механической обработкой заготовки, по от­ношению к детали, заданной чертежом

и техническими условиями на изготовление, т. е. соответствие формы, размеров,

взаимного расположения обработанных поверхностей, шероховатости поверх­ности

обработанной детали требованиям чертежа.

Следовательно, точность — понятие комплексное, включающее всестороннюю оценку

соответствия реальной детали по отношению к заданной, в том числе оценку

шероховатости поверхности.

При работе на металлорежущих станках применяют следующие методы достижения

заданной точности:

1) обработку по разметке или с использованием пробных проходов путем

последовательного приближения к заданной форме и размерам; после каждого

прохода инструмента контролируют полученные размеры и решают, какой еще

припуск необходимо снять; точность в этом случае зависит от квалификации

рабочего;

2) обработку методом автоматического получения размеров, когда

инструмент предварительно настраивается на нужный раз­мер, а затем

обрабатывает заготовки в неизменном положении; в этом случае, точность

зависит от квалификации наладчика и спо­соба настройки;

3) автоматическую обработку на копировальных станках и станках с

числовым программным управлением (ЧПУ), где точ­ность зависит от точности

действия системы управления.

Но какой бы станок или способ обработки не применяли, не­сколько деталей,

даже обработанных на одном и том же станке одним и тем же инструментом, будут

немного отличаться друг от друга. Это объясняется появлением неизбежных

погрешностей обработки, которые служат мерой точности обработанной детали.

Фрезерование — один из основных способов обработки материалов резанием.

Фрезами обрабатывают плоские и криволиней­ные поверхности, разнообразные

пазы, канавки, шлицы, зубья шестерен, резьбы и многое другое. Почти любая

деталь современ­ной машины проходит несколько фрезерных операций.

Наиболее часто на фрезерных станках обрабатывают корпус­ные и плоскостные

детали. Несмотря на огромное разнообразие форм и размеров, общим для всех

этих деталей являются значи­тельные по размерам плоские обрабатываемые

поверхности. При фрезеровании плоских поверхностей требуется, прежде всего,

обес­печить правильную форму поверхности, которая оговаривается на чертеже в

виде допускаемых отклонений от плоскостности (не­плоскостность) и

прямолинейности (непрямолинейность),

ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ И ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Основные сведения о фрезерных станках.

Металлорежущие станки отечественного производства в зависимости от вида

обработки разделяются на девять групп. В свою очередь, каждая группа делится

на девять подгрупп, представляющих станки по их типам. Фрезерные станки

отно­сятся к шестой группе.

Наиболее распространенными типами фрезерных станков являются горизон­тальные,

универсальные и вертикальные.

Горизонтальные консольно-фрезерные станки имеют горизонтально расположенный,

не меняю­щий своего места шпиндель. Стол может переме­шаться перпендикулярно

к оси шпинделя в гори­зонтальном и вертикальном направлениях и вдоль оси,

параллельной ей.

Универсальные консольно-фрезерные станки отличаются от горизонтальных тем,

что имеют стол, который может поворачиваться на требуемый угол.

Вертикальные консольно-фрезерные станки имеют вертикально расположенный

шпиндель, перемещающийся вертикально и в некоторых моделях поворачивающийся.

Стол может переме­щаться в горизонтальном направлении перпенди­кулярно к оси

шпинделя и в вертикальном на­правлении.

Широкоуниверсальные консольно-фрезерные станки в отличие от универсальных

имеют помимо основного горизонтального шпинделя приставную головку со

шпинделем, поворачивающимся вокруг вертикальной и горизонтальной осей.

Бесконсольно-фрезерные станки имеют шпин­дель, расположенный вертикально и

перемещаю­щийся в этом направлении. Стол перемещается только в продольном и

поперечном направле­ниях.

Продольно-фрезерные станки располагают сто­лом, который может перемещаться

только в про­дольном направлении по направляющим поверх­ностям станины.

Вертикальные и поперечные пе­ремещения получают шпиндельные бабки и

шпин­дели. Станки могут иметь, до двух вертикальных и до двух горизонтальных

шпинделей при одно- и двухстоечном исполнениях.

Объемно-фрезерные станки по принципу дей­ствия делятся на станки прямого и

следящею копирования, осуществляемого путем ощупывания модели копировальным

пальнем, а также на стан­ки программного управления, работающие одновременно

и непрерывно по трем взаимно перпендикулярным координатам.

Фрезерные станки непрерывного действия (карусельные) имеют вертикально

расположенный шпиндель (шпиндели), установочно перемещающиеся по вертикали, и

круглый стол, который может непрерывно вращаться со скоростью рабочей

пода­чи, Закрепление и обработка заготовок многопозиционные Примером таких

станков может слу­жить станок модели 6А23 с диаметром стола 1400 мм.

Шпоночно-фрезерные станки (относятся к типу «разные») имеют вертикальный

шпиндель, осу­ществляющий вращательное и одновременно с ним планетарное

движение. Диаметр планетарного дви­жения может изменяться в соответствии с

задан­ной шириной шпоночного гнезда. Стол переме­щается возвратно-

поступательно в продольном направлении. Рабочий цикл автоматизирован.

Примерами этих станков могут быть станки моделей 6Д91, 6Д92 и т. д.