Призначенн я , класифікація фрез

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Фрези. Загальні відомості

Призначенн я , класифікація фрез

Фрезерування широко застосовують у машинобудуванні та приладобудуванні для оброблювання різних поверхонь корпусних і призматичних деталей, а також гвинтових поверхонь деталей тіл обертання.

Фрезерування є високопродуктивним, простим і в багатьох випадках достатньо точним методом оброблювання.

Фрези належать до найпоширеніших видів багатолезових інструментів у металообробній промисловості. За призначенням вони діляться на інструменти для оброблювання площин, фасонних поверхонь, пазів, виступів, для прорізування, відрізання, нарізання різі та зубців (рис.2.1). Жодний інструмент не має такої різноманітності типів, як фреза. Незалежно від типу вона представляє собою тіло обертання, на зовнішній циліндричній чи конічній і торцевій поверхнях якого нарізані зубці. Кожний зубець фрези за геометричними параметрами можна розглядати як різець.

Рис. 1.1. Основні типи фрез і схеми фрезерування

Рис.1.2.Кутові фрези

Фрезами можна обробити фасонні деталі, не використовуючи для цього ні спеціального спорядження, ні робітників високої кваліфікації. Здебільшого фрезерування за своїми технологічними можливостями, продуктивністю, економічністю, вартістю є вигіднішою операцією порівняно з іншими видами оброблювання. У деяких випадках фрезерування є єдиним методом механічного оброблювання, наприклад утворення паза для півкруглої шпонки тощо.

Залежно від виду оброблюваної поверхні рівномірний рух подачі може бути прямолінійно-поступальним, обертальним чи гвинтовим.

Класифікують фрези за такими ознаками:

· за конструкцією зубців – затиловані і незатиловані (з гострокінцевими зубцями);

· за формою оброблюваної поверхні – для оброблювання площин, пазів, фасонних поверхонь, шлиців, для оброблювання тіл обертання, для розрізування;

· за конструкцією – суцільні; із вставними зубцями; складені з двох або декількох частин; комплектні з кількох штук на одній оправі тощо;

· за поверхнею, на якій розміщені зубці – циліндричні із зубцями, розміщеними на циліндричній поверхні; дискові;

· з зубцями, розміщеними на циліндричній і одній чи двох торцевих поверхнях; торцеві – з зубцями, розміщеними в площині, перпендикулярній до осі фрези; кутові або конічні – зубці розташовані на конусних поверхнях;

· фасонні – з зубцями, розміщеними на поверхні з криволінійною твірною;

· за формою зубців – із прямими зубцями; із гвинтовими зубцями правого чи лівого напрямку; з кутовими зубцями; з різноскерованими зубцями;

· за способом закріплення – з отвором (насадні); з циліндричним чи конічним хвостовиком (кінцеві);

· за профілем зубців – різе- та зубонарізувальні; рівцеві (для рівців осьових інструментів).

Незатиловані фрези (з гострокінцевими зубцями) становлять найбільшу групу як за різновидом, так і за призначенням. Сюди відносяться циліндричні, торцеві, дискові, круглі, кінцеві фрези, відрізні пили тощо. Вони мають більшу стійкість і забезпечують мешу шорсткість обробленої поверхні, ніж фрези із затилованими зубцями. Вони широко застосовуються завдяки простоті їх виготовлення.

Всі перераховані типи фрез, незважаючи на їх відмінність, мають спільні конструктивні елементи. До них відносяться: зовнішній діаметр фрези D, діаметр отвору d для насадних фрез (шпонковий рівець, виточина) і хвостовик для кінцевих фрез, число зубців z, кути тіла зубця і западини, форма зубця, остружколами, кути різальної частини зубця фрези.

Діаметр фрези D впливає не тільки на процес фрезерування, а й на вибір конструктивних елементів. Із збільшенням D збільшується величина врізання, машинний час оброблювання t_маш, зменшується товщина зрізу та навантаження на кожне різальне лезо, покращується відведення тепла внаслідок більшої поверхні дотику з оброблюваною деталлю, підвищується стійкість фрези, оскільки це дає змогу збільшити число масивніших зубців, що спричиняють роботу з більшою віддачею на зубець.

З огляду конструктивного оформлення фрези збільшення її діаметра дає конструктору можливість ширшого вибору числа зубців, їх форми і розмірів, як і форми та розмірів западини, діаметра отвору під оправу, товщини тіла корпуса.

Доцільно брати мінімальні значення зовнішнього діаметра фрези, за яких забезпечуються раціональні режими різання, допустимий прогин оправи, достатня товщина тіла фрези.

Зуборізної шнекової фрези

Попередню оцінку загрузки фрез проведемо методом математичного моделювання. В якості моделей приймемо поверхні обертання верхніх різальних кромок, які відповідають вершинам зубців,навкруг осі фрези, тобто модель стандартної черв’ячної фрези буде циліндрична фреза,а моделлю конічна кутова фреза.

Інтенсивність завантаження,і відповідно зносу визначається товщиною зрізу,швидкістю різання,часу контакту з заготовкою і «відпочинку» досліджуваної точки різальної кромки. Знаючи вказані параметри, можна зробити висновок про ступінь нерівномірності завантаження різальної кромки.

Товщина шару, який зрізується при зубофрезеруванні, визначається як переміщення різальної кромки в тіло заготовки по нормалі до поверхонь різання за час між двома зрізами. Вказаний час приблизно дорівнює часу повороту фрези навкруг своєї осі на один зуб.

Вектор відносної швидкості руху випадкової точки вершинної різальної кромки конічної фрези позначається ,а одиничний вектор нормалі до поверхні різання .

Тоді проекція вектора відносної швидкості на нормаль до поверхні різання буде скалярне відображення названих векторів:

[1]

Визначимо координати закінчення вектора відносно швидкості для випадкової точки М,розташованій в січенні ri на відстані с від середнього діаметра конічної фрези (рис.4. 1 ).

Вісь інструменту позначимо Ои, вісь заготовки – Оз, кут встановлення фрези - ψ, кут нахилу початкового конусу – β. Положення точки М відносно горизонтальної площини, яка проходить через вісь інструменту, характеризується кутом повороту θ. Виберемо систему координат xyz.

Початок координат розташуємо в точці М. Вісь х направимо паралельно осі інструменту Ои, вісь у – по дотичній до січення в точці М.

Швидкість обертання точки М навколо осі заготовки

[2]

Де ω2 – кутова швидкість обертання заготовки.

Розкладемо вектор VM на дві складові V` і V”. Величина цих складових визначається з рівняння:

[3]

де

β – міжцентрова віддаль,

Rд - радіус деталі.

Проекція вектора V ” на координатні осі xyz відповідно будуть рівні:

; .

Проекції вектора V` на ті ж осі будуть рівні:

; ; .

Координати сумарного вектора відносно швидкості з врахуванням обертання точки М навколо осі інструменту і осі заготовки знайдемо з рівнянь:

По аналогії з фрезеруванням циліндричною фрезою за поверхню різання приймемо поверхню обертання,яка відповідає траєкторії руху різальної кромки навкруг осі фрези. Тоді проекції одиничного вектору нормалі ,проведеної в точці М,на осі ординат будуть наступні:

Де β – кут нахилу початкового конусу фрези.

Визначимо проекцію відносної швидкості на нормаль по формулі [1], враховуючи що ω2 = 1 рад/сек:

[5]

Тоді товщина стружки

, [6]

де - час повороту фрези на один зуб;

- число зубців нарізуваного колеса.

По формулі [6] з достатньою для практики точністю можна розрахувати товщину зрізу в різних точках різальних кромок конічної фрези.

При врахуванні обертання випадкової точки М різальної кромки навкруг осі інструменту і осі заготовки швидкість руху цієї точки (див рис.3.1).

Рухом подачі,виходячи з невеликої швидкості нехтуємо.

Проекція швидкості різання на вісь х

[7]

Проекція швидкості різання на вісь у

[9]

Проекція швидкості різання на вісь z

Тоді швидкість різання у будь-якій точці М визначимо по формулі:

[10]

Підставимо в рівняння (10) значення і

Знайдені з рівнянь (7),(8) і (9),отримаємо формулу для визначення швидкості різання конічої фрези:

[11]

Де А – міжцентрова віддаль;

Rд – радіус деталі;

ri – Rcp – c tg β – радіус перерізу,в якому лежить точка М

с – віддаль січення ri – від середнього діаметра фрези,виміряна вздовж осі фрези.

Для випадку зубофрезерування циліндричними черв`ячними фрезми формули для визначення товщини стружки і швидкості різання отримаємо з формул (6) і (11),прийнявши β = 0.

Границі поля контакта фрези і заготовки в процесі різання визначаються аналітично або графічно.

Тривалість контакта кожної точки різальної кромки з матеріалом заготовки визначається рівнянням

[12]

де ri – радіус січення,в якому лежить точка різальної кромки яку ми розглядаємо;

θвх – кут «входу» різальної кромки в різанні;

θвих – кут «виходу» різальної кромки в різанні.

Тоді довжина контакту,чи умовно глибину фрезерування визначаємо за формулою

[13]

Рахуючи,що в основі процесу різання різними інструментами покладені одні й ті ж закономірності, можна поширити деякі дослідні дані по циліндричному фрезеруванні на процес зубофрезерування і вивести якісні показники, які б характеризували завантаження різних точок вершинних різальних кромок черв`ячних фрез.

Завантаження рахуємо рівномірним в тому випадку,якщо в кожній точці вершинної різальної кромки зношення Δ будуть одинакові,тобто якщо для кожної точки кромки зберігається умова Δ = сonst.

Ця умова зв’язує параметри v,t,a,і в першому приближенні записується так:

[14]

де ;

τ – час роботи фрези.

Показники степенів в рівнянні (14) , , при відомих механічних характеристиках оброблюваного матеріалу приймаються рівними відповідним емпіричним коефіцієнтам для випадку циліндричного фрезерування.

Оцінка конічних і стандартних циліндричних фрез і їх порівняння проводиться по двом узагальненим критеріям:

1) коефіцієнту підвищення стійкості;

2) коефіцієнту нерівномірності завантаження.

Коефіцієнтом нерівномірності завантаження в досліджуваній точці різальної кромки фрези названо відношення

[15]

де - знос у випадковій точці вершинної різальної кромки при заданому часу роботи;

- Максимальне зношення при тому ж часі роботи.

Черв’ячна зуборізна фреза,у якої коефіцієнт φ,визначений для різних точок вершинної різальної кромки,ближче до одиниці,більше раціонально завантажена.

Відношення максимального зносу досліджуваної фрези до максимального зносу стандартної циліндричної фрези при однаковому режимі роботи названим коефіцієнтом підвищення стійкості

[16]

де - максимальне зношення для стандартного інструменту;

- максимальне зношення для нової конструкції.

Проведення розрахунків

На основі отриманих залежностей для визначення елементів режиму різання проводився розрахунок завантаження різних точок вершинних різальних кромок, розташованих в зоні контакту з матеріалом заготовки,конічних і стандартних циліндричних черв`ячних фрез. При цьому вибирались наступні значення параметрів: модуль фрез m = 3.5 мм; кут встановлення ψ = 3°20΄;число зубців оброблюваного колеса zk = 120;кути нахилу початкового конусу конічних фрез ε = 10° і ε = 20°.

На рис.3.2 графічно зображені результати розрахунків.