Режимы резания и элементы срезаемого слоя при цилиндрическом фрезеровании

При фрезеровании зуб за один оборот фрезы находится под воздействием стружки относительно малое время. Большую часть оборота он не участвует в резании; при этом зуб охлаждается, что положительно сказывается на его стойкости. Но при каждом обороте зуб должен вновь врезаться в срезаемый слой, что сопровождается ударом о его режущую кромку; ударная нагрузка приводит к снижению стойкости зуба фрезы и в отдельных случаях к его полному разрушению.

При цилиндрическом фрезеровании против подачи зуб фрезы должен начинать резание с малой (нулевой) толщины, чего, однако, вследствие наличия радиуса округления между передней и задней поверхностями он сделать не может. Вместо начала резания в точке К (рис. 5.4) зуб начинает отделять стружку в некоторой точке М, где толщина среза будет равна примерно радиусу округления r. На участке КМ зуб скользит по упрочненной поверхности резания, образованной впереди идущим зубом, что вызывает большое трение и износ по задней поверхности. Но и после начала стружкообразования в точке М зуб фрезы находится в иных условиях, чем резец, так как толщина среза по мере продвижения зуба фрезы под стружкой всё время будет увеличиваться и достигнет своего наибольшего значения а_mах перед выходом зуба (рис. 5.3 и 5.5). Наряду с изменением толщины среза у фрезы с винтовыми зубьями будет переменной и ширина среза (длина соприкосновения режущей кромки с заготовкой; рис. 5.5, б).

Периодичность работы зуба фрезы, переменная толщина и ширина среза (а следовательно, и переменная площадь поперечного сечения среза), а также непостоянное число зубьев одновременно находящихся в работе. вызывают переменное значение сил, моментов и мощности, необходи­мых для процесса стружкообразования, и усложняют процесс фрезерования по сравнению с другими методами обработки резанием.

Рассмотрим элементы режима резания при цилиндрическом фрезеровании. Так как главное движение - вращательное (фрезы), то скорость резания подсчитывается по обычной формуле:

(5.3)

Подача у фрезерных станков осуществляется в горизонтальной (горизонтальная подача) и в вертикальной (вертикальная подача) плоскостях. При фрезеровании различают подачу на один зуб фрезы - s_z в мм/ зуб, подачу на один оборот фрезы – s₀ в мм/об, подачу за 1мин - s_m в м/мин.

Между указанными подачами существует следующая зависимость:

(5.4)

s₀= s_z z; s_m= s_z z n,

где z – число зубьев фрезы.

Рис. 5.3. Изменение площадки поперечного сечения среза вдоль дуги контакта (у прямозубой фрезы)

Рис. 5.4. Схема врезания зуба при цилиндрическом фрезеровании против подачи

Рис. 5.5. Элементы резания при работе цилиндрической фрезой:

а) с прямым зубом; б) с винтовым зубом

Глубина t и ширина В фрезеруемой поверхности показаны на рис.5.3, 5.5.

Углом контакта фрезы d называется центральный угол, соответствующий дуге соприкосновения фрезы с заготовкой, измеряемый в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы. Из рис. 5.5, а следует, что

(5.5)

Толщина среза а есть переменное расстояние между двумя последова­тельными поверхностями резания (образованными режущими кромками двух смежных зубьев фрезы), измеренное в радиальном направлении (рис.5.5, а). У цилиндрической фрезы с прямым зубом (рис.5.5, а) толщина, среза постоянна вдоль всей длины зуба (для некоторого мгновенного положения зуба) и может быть определена по формуле:

а=s_z siny (5.6)

где y - мгновенный угол контакта, или угол, соответствующий данному положению зуба фрезы.

Зуб прямозубой фрезы входит в обрабатываемую заготовку и выходит из нее сразу по всей ширине В (рис.5.5, а) и его положение в каждый данный момент определяется углом y. Зуб же винтозубой фрезы входит в заготовку постепенно (см. развертку на рис.5.5, б), достигает максимального соприкосновения с ней (когда он перекрывает всю ее ширину В) и затем постепенно выходит из нее.

Ширина среза b измеряется вдоль режущей кромки и представляет собой длину соприкосновения зуба фрезы с заготовкой. Для прямозубой фрезы b=В. Для фрезы с винтовым зубом ширина, среза для каждого зуба, находящегося в данный момент в работе, - переменна.

Площадь поперечного сечения среза, снимаемая одним зубом прямозубой фрезы, f=ab=bs_z sinj. Для определения суммарной площади поперечного сечения среза необходимо знать число зубьев, одновременно находящихся в работе, и мгновенный угол контакта для каждого зуба (рис. 5.6).

Рис. 5.6.Суммарная площадь поперечного сечения среза

Для прямозубой фрезы число зубьев одновременно находящихся в работе,

(5.7)

где d - полный угол контакта; - угол между двумя соседними зубьями.

Если 1<m<2, то одновременно в работе находятся максимум два, зуба; если 2<m<3, то в работе одновременно находятся максимум три зуба и т.д.

Если учесть, что

(5.8)

то число зубьев, одновременно находящихся в работе, будет зависеть от соотношения диаметра фрезы и числа ее зубьев. Чем больше t и z и меньше D, тем больше m. Для конкретной фрезы с заданными D и z, число зубьев, одновременно находящихся в работе, зависит только от глубины резания t.

Число зубьев, одновременно находящихся в работе, для фрезы с винтовым зубом

(5.9)

Чем больше t, z, B, w и меньше D (при прочих одинаковых условиях), тем больше число зубьев фрезы, одновременно находящихся в работе.

Суммарная площадь поперечного сечения среза для фрезы с винтовым зубом

(5.10)

Равномерность фрезерования

Зуб прямозубой фрезы входит в заготовку и выходит из нее сразу по всей ширине. Это приводит к резкому изменению площади поперечного сечения среза, а, следовательно, и сил, действующих в процессе резания.

Процесс происходит более спокойно (более равномерно), если в работе одновременно находятся два или три зуба. В этом случае не будет резких изменений площади сечения среза.

Равномерное фрезерование при определенных условиях можно получить лишь при работе фрезой с винтовым зубом, у которой режущая кромка каждого зуба постепенно входит в заготовку, а затем постепенно выходит из нее (рис. 5.5), что менее резко изменяет площадь поперечного сечения среза и силы, а, следовательно, обеспечивается более спокойная работа.

Рис. 5.7. Развертка поверхности резaния при работе цилиндрической фрезой с винтовым зубом

Площадь поперечного сечения среза можно считать постоянной в случае, когда ширина фрезеруемой поверхности равна осевому шагу фрезы h₀ или кратна ему в целых числах (рис. 5.7), т.е.

B=kh_o , (5.11)

где k - целое число (1,2,3 и т.д.); h₀ - осевой шаг фрезы (расстояние между двумя соседними зубьями, измеренное в направлении оси).

Зависимость между осевым h₀ и торцевым h шагами определится из треугольника MNK:

h₀ = h ctgw (5.12)

так как

(5.13)

то

Шаг винтовой канавки фрезы (рис.5.5, б и 5.7)

H=pD ctgw,

поэтому

,

а

Окончательное условие равномерного фрезерования следующее:

,(5.14)

где k - целое число.