Рекомендації щодо застосування фрез

Фреза зазвичай робить різання в одному або декількох напрямках: радіальному, периферійному і осьовому. Кожен спосіб фрезерування можна розкласти на ці три основні переміщення в поєднанні з обертанням фрези.

Мал. 2. Напрямок різання фрез: радіальне, периферійне, осьовий.

напрямок фрезерування
Існує два способи фрезерування, що визначаються напрямком руху заготовки щодо інструменту. Їх відмінність полягає в умовах входу і виходу зубів фрези з різання.

Попутне фрезерування (1) або фрезерування по подачі - це спосіб, при якому напрямку руху заготовки і вектора швидкості різання співпадають. При цьому товщина стружки на вході зуба в різання максимальна і зменшується до нульового значення на виході.

Зустрічне фрезерування (2), іноді його називають традиційним, спостерігається, коли швидкості різання і рух подачі заготовки спрямовані в протилежні сторони. При врізання товщина стружки дорівнює нулю, на виході - максимальна.

Мал. 5. Попутне і зустрічне фрезерування

У разі зустрічного фрезерування, коли пластина починає роботу зі стружкою нульової товщини, виникають високі сили тертя, «шкребки» фрезу і заготовку один від одного. У початковий момент врізання зуба процес різання більше нагадує вигладжування, з супутніми йому високими температурами і підвищеним тертям. Найчастіше це загрожує небажаним зміцненням поверхневого шару деталі.

При попутному фрезеруванні умови входу пластини в різання більш сприятливі. Вдається уникнути високих температур в зоні різання і мінімізувати схильність матеріалу заготовки до зміцнення. Велика товщина стружки є в даному випадку перевагою. Сили різання притискають заготовку до столу верстата, а пластини в гнізда корпусу, сприяючи їх надійному кріпленню.

В процесі фрезерування стружка налипає на ріжучу кромку і перешкоджає її роботі в наступний момент врізання. При зустрічному фрезеруванні це може привести до заклинювання стружки між пластиною і заготівлею і, відповідно, до пошкодження пластини. Попутне фрезерування дозволяє уникнути подібних ситуацій.

Попутне фрезерування є кращим за умови, що жорсткість обладнання, кріплення і сам оброблюваний матеріал дозволяють застосовувати даний метод. У той же час, процес попутного фрезерування пов'язаний з певними труднощами. Сили різання прагнуть затягнути фрезу на оброблюваний припуск і притиснути заготовку. Оскільки напрям швидкості різання і подачі збігаються, потрібно беззазорний привід в механізмі подачі столу. Зсув під дією сил різання столу або заготовки призведе до «підриву» - раптового збільшення подачі на зуб, що загрожує поломкою. У разі якщо є небезпека вібрацій, попутне фрезерування більш сприятливо. Правильний вибір розміру фрези і способу закріплення деталі також має велике значення. Напрямок сил різання впливає на схильність до вібрацій.

Взаємне розташування осі фрези та заготовки
Вибір діаметра фрези залежить, як правило, від ширини оброблюваної заготовки, а також від потужних характеристик обладнання. При цьому важливим фактором, що визначає успішне виконання операції фрезерування, є взаємне розташування оброблюваної поверхні і фрези.

Існує три можливих варіанти співвідношення розмірів фрези і заготовки:
- діаметр фрези дорівнює ширині заготовки або дещо менше, що обумовлює тонку стружку при врізання і вихід або ж обробка проводиться за кілька проходів. Характерно для випадків, коли заготовка має дуже великі розміри, а фреза невеликий діаметр;
- діаметр фрези на 20 - 50% більше ширини заготовки, що є найкращим варіантом при торцевому фрезеруванні;
- діаметр фрези значно більше, ніж ширина обробки і вісь фрези знаходиться поза оброблюваної поверхні. Характерно для торцевого фрезерування і обробки кінцевими фрезами.

Ширина фрезерування особливо сильно впливає на вибір діаметра фрези при обробці торцевими фрезами. В цьому випадку рекомендується вибирати діаметр фрези, що перевищує ширину фрезерування на 20 - 50%. Якщо обробка може бути проведена за кілька проходів, то ширина різання за кожен прохід повинна бути рівною 3/4 діаметра фрези. При цьому формування стружки і навантаження на різальну кромку будуть оптимальними.

Коли діаметр фрези значно перевищує ширину заготовки, то в найкращому випадку вісь фрези слід змістити з осі симетрії заготовки. Близьке розташування осі фрези до осі заготовки дозволяє забезпечити найкоротший шлях зубів фрези в металі, надійне формування стружки на вході і сприятливу ситуацію щодо ударних навантажень на пластину. Але коли вісь фрези розташована точно по осі симетрії заготовки, циклічну зміну сили різання при врізання і вихід може привести до виникнення вібрацій, які приведуть до пошкодження пластини і поганий шорсткості поверхні. Невелике зміщення осі фрези з осі заготовки призведе до стабілізації сил різання.

Умови входу і виходу зуба фрези із зони різання
Кожен раз, коли зуб фрези врізається в заготовку, пластина піддається ударного навантаження, величина якої залежить від перетину стружки, оброблюваного матеріалу і типу операції. Для процесу фрезерування дуже важливо забезпечити найкращий контакт ріжучих крайок з оброблюваним матеріалом при вході і виході кожного зуба, що досягається за рахунок правильного положення фрези.

Мал. 6. Умови виходу і входу в різання при різному розташуванні фрез

У першому випадку (1) вісь фрези значно зміщена від краю заготовки і удар при врізання доводиться на вершину пластини, яка є найбільш чутливою частиною інструменту. Останньою із зони різання виходить також вершина пластини, навантаження миттєво припиняється, що створює своєрідний розвантажувальний удар.

У другому випадку (2) вісь фрези розташована над краєм заготовки. Пластина виходить із зони різання, коли товщина стружка максимальна. При такому положенні фрези виникають ударні навантаження при вході і виході.

У третьому випадку (3) центр фрези знаходиться над оброблюваної поверхнею і досить далеко від її краю. Початковий контакт з оброблюваної заготівлею відбувається в деякому віддаленні від чутливої ​​вершини пластини. При виході із зони різання пластина звільняється від навантаження поступово.

Характер виходу пластини із зони різання має велике значення. В кінці процесу різання незначна кількість ще не зрізаного матеріалу може зменшити задній кут. Виникнення растягивающего напруги вздовж поверхні пластини в момент відриву стружки дуже несприятливо, так як може привести до поломки пластини (твердий сплав погано працює на розтяг), а також до утворення задирки на оброблюваної деталі. Ситуація стає критичною, якщо центр фрези збігається або розташований близько до краю заготовки. При виході з різання кут між передньою поверхнею пластини і краєм заготовки повинен бути сприятливий для стану різальної крайки, а не сприяти її руйнуванню. Великі труднощі виникають при наявності раковин в оброблюваної заготівлі. Доводиться застосовувати пластини з більш міцної ріжучої крайкою або навіть вибрати фрезу іншого діаметра або кроку. Кожна фрезерна операція повинна бути уважно проаналізована для того щоб вибрати найкращу фрезу і пластини до неї.

Мал. 7. Вплив положення фрези на навантаження ріжучої кромки при виході із зони різання

Вплив головного кута в плані на процес фрезерування
На товщину шару, що зрізається при фрезеруванні впливає головний кут в плані, який вимірюється між головною різальною крайкою пластини і оброблюваної поверхнею. Також головний кут в плані впливає на сили різання і стійкість інструменту. Зменшення кута в плані веде до утворення більш тонкої стружки для даного діапазону подач. Зменшення товщини стружки відбувається через розподіл одного і того ж обсягу знімається металу на більшій довжині ріжучої кромки. При меншому вугіллі в плані ріжучакромка поступово входить в роботу і виходить із неї. Це зменшує радіальну складову сили різання і захищає ріжучу кромку від можливих поломок. З іншого боку, несприятливим фактором є збільшення осьової складової сили різання, що викликає погіршення шорсткості поверхні тонкостінних деталей. В основному фрези випускаються з головним кутом в плані 45, 90 і 10 °, а також фрези з круглими пластинами.

Мал. 8. Вплив головного кута в плані на напрям сил різання і товщину шару, що зрізається

При вугіллі в плані 90 ° сила різання спрямована в основному радіально відповідно до напряму подачі. Це означає, що обробляється поверхня не піддається великому тиску, що сприятливо для нежорстких заготовок. Основна область застосування таких фрез - обробка прямокутних уступів.

При роботі фрезою з кутом в плані 45 ° осьові і радіальні сили різання практично однакові і споживана потужність невисока. Це фрези універсального застосування. Особливо вони рекомендуються для обробки матеріалів, що дають елементну стружку і схильних до викришування при значних радіальних зусиллях на виході інструменту. При врізання інструменту менше навантаження на різальну кромку і менше схильність до вібрацій при великих вильотах інструменту або при закріпленні в пристроях з невеликими зусиллями затиску. Менша товщина шару, що зрізається при вугіллі в плані 45 ° дозволяє збільшувати хвилинну подачу столу, тобто підвищити продуктивність обробки.

Фрези з кутом в плані 10 ° рекомендуються для поздовжнього фрезерування з великими подачами і плунжерного фрезерування, коли характерні невеликі товщини стружки і високі швидкісні параметри. Перевагою обробки такими фрезами є низькі радіальні зусилля різання. А також переважання осьової складової сили різання як при радіальному, так і при осьовому напрямку подачі, що зменшує схильність до вібрацій і надає великі можливості для збільшення швидкостей зняття матеріалу.

У фрез з круглими пластинами головний кут в плані змінюється від 0 до 90 ° залежно від глибини різання. Ці фрези мають дуже міцну ріжучу кромку і можуть працювати при великих подачах столу, оскільки утворюють досить тонку стружку на великій довжині ріжучої кромки. Фрези з круглими пластинами рекомендується застосовувати для обробки важкооброблюваних матеріалів, таких як титан і жароміцні сплави. Напрямок сил різання змінюється вздовж радіуса пластини, тому напрямок сумарного навантаження залежить від глибини різання. Сучасна геометрія круглих пластин робить їх більш універсальними, забезпечуючи стабільність процесу різання, меншу споживану потужність і, відповідно, менші вимоги до жорсткості обладнання. В даний час ці фрези широко використовуються для зняття великих обсягів металу.