Методы скоростного фрезерования

Высокоскоростное  фрезерование

Высокоскоростное фрезерование - современный  высокотехнологичный метод обработки  позволяющий получать наименьшее сечение  среза металла при использовании  высоких скоростей съема. Суть данной технологии заключается в использовании  определенного диапазона скоростей  режущего инструмента, что ведет  к существенному снижению сопротивления  материала при его обработке.

Скоростное фрезерование преимущественно  реализуется при помощи пяти-осевого станка. Такая конфигурация позволяет обеспечить доступ к любой стороне детали, а также дает возможность устанавливать плоские элементы по нормали к шпинделю, что позволяет использовать концевые или торцевые фрезы для обработки отверстий или плоскостей.

Особенностью данной технологии является то, что тепло, выделяемое при обработке, практически, полностью сосредоточено  в стружке и не находится длительное время в зоне обработки, из-за чего фреза и деталь, практически, не подвержены термическому воздействию. Данная особенность  позволяет использовать высокоскоростное фрезерование для обработки закаленных конструкционных сталей, не боясь  при этом их термического отпуска. Также, появляется возможность обрабатывать дюралюминиевые сплавы, без их термического разупрочнения.

При обработке алюминиевых сплавов  уменьшение сил резанья имеет  место при скорости порядка 700м/мин, а наиболее эффективным является диапазон от 1400 до1600 м/мин. В некоторых  случаях скорость оптимальной обработки  может достигать 8000м/мин и более.

Из-за большого объема срезаемого при высокоскоростном фрезеровании материала, следует применять двузубные фрезы, что позволяет стружке свободно располагаться в канавке. Также, желательно применение фрез и режущих пластин с большими углами передней заточки, которые созданы специально для высокоскоростной обработки.

Технология высокоскоростного  фрезерования является одной из наиболее современных и эффективных альтернатив  классическим методам фрезерования, значительно отличающейся качеством  и скоростью обработки.

§ 26. ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ПЛОСКОСТЕЙ

Сокращение времени при фрезеровании плоскостей может быть достигнуто за счет более производительного режима фрезерования (большие скорости, большие  подачи, большие глубины резания), применения более рациональных конструкций  зажимных приспособлений и работы с  высокопроизводительными инструментами.  
Рассмотрим несколько способов, ускоряющих обработку плоскостей.

Повышение режима резания

Работа на больших скоростях  фрезерования. Как известно, применение фрез с ножами из твердого сплава позволяет значительно увеличить скорость резания. В настоящей главе мы ознакомились с методами скоростного резания.  
Приступая к работе по фрезерованию плоскостей, надо убедиться в возможности проведения данной обработки на высоких скоростях резания твердосплавными фрезами.  
Работа с большими подачами. Величина подачи влияет на чистоту поверхности: чем меньше подача на один зуб фрезы, тем чище поверхность после обработки, но тем больше затрачивается времени на проход.  
При фрезеровании фрезами из быстрорежущей стали надо стремиться к увеличению подачи на один зуб фрезы, чтобы получить большую минутную подачу, т. е. сокращение времени на обработку. При этом необходимо учитывать заданную чистоту обработанной поверхности, что не всегда позволяет работать с большой подачей на один зуб фрезы.  
Применение скоростного резания, т. е. фрезерования твердосплавными фрезами с увеличенным числом оборотов фрезы, дает при той же подаче на один зуб фрезы увеличение минутной подачи, т. е. сокращение времени на обработку.  
Сокращение количества проходов. Наряду с увеличением скорости резания и увеличением минутной подачи необходимо стремиться к уменьшению количества проходов, выбирая максимальную глубину резания, так как время на обработку сокращается пропорционально сокращению количества проходов.

Рациональная  оснастка

Применение сменных  губок к тискам. Применение сменных губок к нормальным машинным тискам может существенно сократить время на зажим заготовки при обработке небольших партий деталей.  
Новаторы-фрезеровщики применяют нормальные тиски со сменными губками для сокращения времени на установку и зажим, не прибегая к специальным приспособлениям, которые окупают себя только при больших партиях деталей.  
Губки с угловыми выемками применяют вместо призм для ускорения установки и зажима круглых заготовок типа валиков в обычных машинных тисках.  
В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются нормализованные переналаживаемые тиски и сменные наладки к ним. Такие тиски имеют опорные поверхности с точными продольными и поперечными пазами, по которым ориентируются наладки при смене.  
Сами тиски устанавливаются один раз точно на столе станка, а наладки устанавливают без выверки положения. Для закрепления применяют встроенные пневматические или пневмо-гидравлические силовые приводы.  
На рис. 112 показаны переналаживаемые поворотные тиски УПГ-6, предназначенные для зажима заготовок с максимальными размерами 200X250 мм. В пазу чугунного корпуса тисков помещена подвижная губка 3, перемещающаяся по стальным закаленным направляющим, закрепленным винтами к корпусу тисков. Неподвижная губка 2 и подвижная 3 выполнены так что верхние их поверхности, снабженные точными продольными и поперечными пазами, образуют рабочий стол с размерами 455X200 мм, на который устанавливают сменные наладки и обрабатываемые заготовки. Сменные наладки можно устанавливать также и на торцовые поверхности губок, имеющие точные пазы.

Зажим заготовок происходит при  перемещении подвижной губки 3 от пневматического диафрагменного привода, встроенного в нижнюю часть корпуса тисков. Управление работой пневматического привода осуществляется распределительным пневматическим краном 5. Зажимное усилие при давлении сжатого воздуха 4 кГ/см² составляет 3600 кГ при ходе подвижной губки 5—6 мм. Величину зажимного усилия можно регулировать в пределах 1000—3600 кГ с помощью регулятора зажимного усилия 4, включаемого между сетью и тисками. Перемещение подвижной губки больше 5—6 мм, изменение раствора губок от 50 до 100 мм и предварительный поджим обрабатываемой заготовки с небольшим усилием осуществляются вручную при помощи перекидной рукоятки 1.  
Сменные наладки на тиски представляют собой специальные накладки, закрепляемые на подвижную и неподвижную губки тисков. Иногда к этим двум основным частям наладки добавляется третья в виде базовой плиты, помещаемой обычно на неподвижную губку и ориентирующей обрабатываемую заготовку в требуемом положении.  
На рис. 113 показан пример решения конструкции сменной наладки для обработки двух различных заготовок в пяти положениях в универсальных переналаживаемых стационарных тисках УПГ-2. На неподвижную губку 1 и подвижную 3устанавливаются в разных положениях две сменные накладки 2 в виде дополнительных баз, представляющие фигурные плиты с пальцами для ориентации обрабатываемых заготовок.

В практике фрезерования необходимо шире применять сменные губки и  наладки к тискам.

Применение многоместных приспособлений. На рис. 114 даны три варианта обработки бруска шириной 60 мм, высотой 80 мм и длиной 10,0 мм. Во всех трех вариантах для фрезерования берется цилиндрическая фреза D= 80 мм, работающая при 100 об/мин, что соответствует скорости резания 25,1 м/мин, при глубине резания t=3 мм и подаче 100 мм/мин. В табл. 2 сведены результаты, из которых видно, что обработка при закреплении по одной заготовке в двух тисках дает 10% экономии времени против обработки по одной заготовке в одних тисках, а закрепление девяти брусков одновременно в приспособлении почти наполовину сокращает время на обработку одного бруска.  
На рис. 115 показаны три варианта фрезерования стальной заготовки торцовой фрезой на вертикально-фрезерном станке. Обычный способ закрепления — по одной заготовке в тисках (рис. 115, а); более производительный метод фрезерования — в многоместном приспособлении на 10 заготовок (рис. 115, б); метод непрерывного фрезерования на круглом вращающемся столе (рис. 115, в) позволяет производить закрепление и съем заготовок в процессе фрезерования и, таким образом, еще повышает производительность фрезерования.

Таблица 2

Сравнение трех вариантов  обработки бруска

Такое явное преимущество одновременной  обработки нескольких заготовок  привлекает внимание фрезеровщиков, которые  охотно применяют многоместные приспособления и поворотные столы для закрепления  и обработки деталей.  
Наборы фрез. Набором фрез называют группу подобранных по форме и размерам обрабатываемых заготовок фрез, установленных и закрепленных на одной общей оправке для одновременной обработки нескольких поверхностей. На рис. 116, а показана обработка набором фрез направляющих станины токарного станка, а на рис. 116, б — каретки.

Наборы фрез оправдывают себя при  обработке нескольких сопряженных  поверхностей у партии одинаковых деталей  и широко применяются фрезеровщиками для ускорения, удешевления и  повышения точности обработки.

§ 27. ПРАВИЛА ФРЕЗЕРОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ  И ТОРЦОВЫМИ ФРЕЗАМИ

Общие указания

Как видно из предыдущих примеров обработки, настройка станка на режим резания, установка и закрепление фрезы, установка и зажим заготовки  являются задачами, более сложными, чем самая операция фрезерования. Мелкие ошибки во время изучения приемов  работы на фрезерном станке почти  неизбежны, однако недопустимы ошибки, вызывающие порчу заготовки, поломку  фрезы или станка и являющиеся результатом невнимательности, неаккуратности и небрежности фрезеровщика.  
Необходимо твердо запомнить основные правила, вытекающие из рассмотренных простейших фрезерных работ:  
1. Станок, его стол, гнездо шпинделя должны быть чистыми и перед работой проверены.  
2. При всех приемах надо пользоваться надлежащими ключами и рукоятками; когда они больше не нужны, их надо убирать обратно на место.  
3. При закреплении в тисках черных отливок, поковок, заготовок из проката надо предохранять губки тисков от повреждений накладками из латуни, меди, алюминия.  
4. При закреплении в тисках заготовок с обработанными поверхностями надо обязательно надевать накладки из латуни, меди или алюминия на губки тисков для предохранения от вмятин начисто обработанных поверхностей.  
5. Перед работой сметать стружку с опорных поверхностей детали, зажимных приспособлений, тисков, подкладок.  
6. Снимать заусенцы, образовавшиеся во время предыдущего перехода, если они могут помешать правильной установке или закреплению заготовки и перед измерением.  
7. Чтобы правильно установить заготовку на столе или в тисках, следует применять латунный, медный или дуралюминовый молоток; не употреблять для этой цели гаечный ключ или обычный молоток.  
8. Параллельные подкладки должны быть чистыми, без заусенцев; грани их должны быть гладкими и ровными, углы прямыми, противоположные грани параллельными.  
9. Тонкие заготовки не зажимать слишком крепко, чтобы не вызвать их прогиба; в противном случае после снятия деталь выправится и размеры ее не будут соответствовать чертежу.  
10. Прежде чем поднимать или опускать стол, надо проверять затяжку стопорных винтов и ослаблять их; следить также за стопорением консоли и поперечных салазок при фрезеровании с продольной подачей.  
11. При работе следить, чтобы фреза не затупилась. Признаком затупления фрезы служит появление вибраций станка, чрезмерное нагревание стружки, рванины на поверхности обработки.  
12. Подводить деталь под фрезу надо медленно, пока фреза не врезалась. При обратной подаче стола (вывод детали из-под фрезы) надо несколько опустить стол, чтобы не испортить обработанной поверхности детали.  
13. Стараться применять торцовое фрезерование предпочтительно цилиндрическому. При торцовом фрезеровании фреза работает спокойнее, что позволяет применять большие скорости фрезы и большие подачи на один зуб.  
14. Торцовое фрезерование надо стремиться производить методами скоростного фрезерования.

Выбор фрезы

Диаметр фрезы. Малый диаметр фрезы является более благоприятным для чистоты поверхности. Старайтесь всегда выбирать наименьшую подходящую по диаметру фрезу из имеющихся в кладовой.  
Винтовые зубья. Всякому фрезеровщику известно из практики, что фреза с прямыми зубьями работает с ударами; удары тем сильнее, чем меньше глубина фрезерования и чем реже расставлены зубья фрезы. Наоборот, даже при небольшом наклоне зубьев фреза работает спокойнее. У такой фрезы, по крайней мере, два зуба находятся постоянно в резании (см. рис. 39), что обеспечивает спокойную и безударную работу. Следовательно, станок и инструмент, работая в спокойных условиях, могут быть сильнее нагружены и дать более высокую производительность и лучшее качество поверхности.  
Выбор числа зубьев фрезы. Число зубьев фрезы играет существенную роль при фрезеровании. Чем больше число зубьев у фрезы (мелкозубые фрезы), тем меньшей получается подача на один зуб при данной минутной подаче стола. При большом числе зубьев вследствие меньшего их шага врезание каждого последующего зуба происходит более плавно, так как часто предыдущий зуб (особенно при глубине резания 3—5 мм) еще не успевает выйти из контакта с деталью. Фрезы с небольшим числом зубьев (крупнозубые фрезы), имея более прочные зубья, позволяют снимать более крупную стружку, т. е. работают производительнее.  
Цилиндрические и торцовые фрезы имеют для каждого диаметра определенное число зубьев, зависящее только от типа фрезы (крупнозубая и мелкозубая), поэтому, выбирая диаметр фрезы и ее тип, тем самым выбирают число зубьев фрезы.  
Для фрезерования с одного прохода и для черновых переходов предпочтительнее выбирать крупнозубые фрезы; для чистового перехода, когда необходима малая подача на один зуб, предпочтительнее мелкозубые фрезы.  
Биение фрезы. Важным условием является устранение биения фрезы. Если каждый зуб фрезы снимает стружку одинакового сечения, то работа будет более спокойной. Если фреза бьет, то часть зубьев может проходить свободно, не срезая металла, а другая часть зубьев будет захватывать двойную, а то и тройную порцию металла; такая неравномерная нагрузка, несомненно, вызывает пружинение оправки и, следовательно, вибрацию станка.  
Проверка фрезы на биение производится индикатором. Обычно проверку осуществляют дважды: после переточки фрезы (при получении ее из инструментальной кладовой) и после установки ее на оправке в шпиндель фрезерного станка, т. е. в рабочем положении, так как иногда биение фрезы может быть следствием биения оправки.  
Для проверки самой фрезы на биение применяют прибор, показанный на рис. 117. Проверку фрезы в рабочем положении, т. е. на оправке в шпинделе станка, производят индикатором (см. рис. 89).