Виды фрез и для чего они используются

Работа 3

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ШИРОКОУНИВЕРСАЛЬНОМ ФРЕЗЕРНОМ СТАНКЕ

Цель работы: изучить устройство и принцип работы широкоуниверсального фрезерного станка; изучить основные типы фрез; ознакомить­ся с параметрами режима резания и научиться определять основное время при фрезеровании.

Оборудование рабочего места

1. Широкоуниверсальный фрезерный станок.

3. Методические указания.

I. УСТРОЙСТВО ШИРОКОУНИВЕРСАЛЬНОГО ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА

Фрезерование – один из высокопроизводительных и распростра­ненных методов обработки горизонтальных, вертикальных, наклонных и фасонных поверхностей. Методом фрезерования получают уступы, выемки и пазы различного профиля. Фрезерование осуществляют на фрезерных станках с помощью многолезвийного режущего инструмента – фрезы. Главное движение при фрезеровании – вращение фрезы; дви­жение подачи – поступательное перемещение заготовки или фрезы.

На рис. 5.1 дана схема широкоуниверсального фрезерного станка. Этот станок согласно классификации металлорежущих станков относят к 6 группе, 7 типу (например, станок модели 675). Опорой станка
служит полое основание 1, где размещается резервуар для смазочно-охлаждающей жидкости и насосная станция, состоящая из электродви­гателя и центробежного насоса. В основании установлен также элек­тродвигатель главного привода. К основанию станка крепится станина 8 с вертикальными и горизонтальными направляющими. Внутри станины размещены коробка скоростей 9 и коробка подач 10, органы управления
которых вынесены на боковую поверхность станины. В верхней части станины по горизонтальным направляющим, обеспечивая поперечную подачу (S_n), перемещается бабка 6 с горизонтальным шпинделем. К переднему торцу бабки крепят вертикальную головку 5 с вертикаль­ным шпинделем 4. При работе с горизонтальным шпинделем вертикальная головка не устанавливается. Зажим инструмента в шпинделе произво­дится шомполом. Для работы с двухопорными фрезерными оправками на верхних направляющих корпуса бабки крепится хобот 7 с серьгой. Та­ким образом, фреза, закрепленная в шпинделе станка, выполняет вра­щательное главное движение (V) и может выполнять поступательное движение поперечной подачи (S_n).

Рис. 3.1. Схема широкоуниверсального фрезерного станка

На вертикальных направляющих станины установлен суппорт 2 с горизонтальными направляющими, на которых смонтирован стол 3 для крепления заготовки. В суппорте размещены механизмы, обеспечиваю­щие поступательное перемещение суппорта в вертикальном и стола в горизонтальном (продольном) направлениях. Таким образом, заготовка, установленная на столе, может получать подачу в двух направлениях: в вертикальном (S_b) и в продольном ( S_пр).

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ФРЕЗ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Фреза представляет собой режущий инструмент в виде тела вра­щения, на образующей поверхности или на торце которого расположе­ны режущие зубья.

Весьма широкий диапазон фрезерных работ обуславливает много­образие режущего инструмента, применяемого на фрезерных станках.

Фрезы различают по следующим признакам:

– конструкции зубьев – цельные и вставные;

– направлению зубьев – прямые и винтовые;

– профилю зубьев – остроконечные и затылованные;

– конструкции – цельные и насадные;

– форме и назначению – цилиндрические, торцовые, дисковые, про­- резные и отрезные, концевые, угловые, фасонные, резьбовые.

На рис. 3.2 схематично показаны основные типы фрез.

Рис. 3.2. Основные типы фрез

Цилиндрические фрезы (рис.3.2,а) применяют для обработки открытых плоскостей. Их изготавливают с левыми и правыми винтовыми канавками.

Торцовые фрезы (рис.3.2,б) имеют зубья на торцовой и цилинд­рической поверхностях. Эти фрезы применяют для обработки открытых плоскостей. Изготавливают их обычно со вставными зубьями, закреп­ленными в массивном корпусе.

Дисковые фрезы (рис.3,2,в) применяют для обработки уступов, пазов, лысок. Дисковые фрезы могут быть одно-, двух- или трехсто­ронними. Трехсторонняя дисковая фреза имеет режущие кромки на двух торцах и цилиндрической поверхности. Двухсторонняя дисковая фреза – на одном торце и цилиндрической части. У односторонней дисковой фрезы режущие кромки имеются только на цилиндрической части.

Прорезные и отрезные фрезы (рис.3.2,г) применяют для выполне­ния узких пазов и отрезки заготовок. Эти фрезы имеют режущие кром­ки на цилиндрической поверхности,

Концевые фрезы (рис.3.2,д) имеют режущие кромки на цилиндри­ческой и торцовой поверхностях. Концевые фрезы применяют для обработки плоскостей, уступов, пазов, криволинейных контуров.

Угловые фрезы (рис.3.2,е) применяют для обработки поверх­ностей, расположенных под углом друг к другу.

Фасонные фрезы (рис.3.2,ж) применяют для обработки фасонных поверхностей; профиль фасонной фрезы должен соответствовать про­филю обработанной поверхности.

Фрезерование цилиндрическими и дисковыми фрезами может про­изводиться двумя методами. Если направление вращения фрезы и пе­ремещения заготовки не совпадают (рис.3.3,а), нагрузка на зуб увеличивается постепенно, т.к. толщина среза изменяется от нуля при входе зуба в обрабатываемый металл до максимума при выходе зуба из металла. Такой метод фрезерования называется встречным фрезерованием. Зуб работает из-под корки, подламывает и выбрасы­вает ее из зоны резания, что очень важно при обработке деталей, имеющих литейную корку, наклеп или окалину. Недостаток встречного фрезерования состоит в том, что усилие резания Р , направленное вверх, стремится оторвать деталь от стола, что при больших сече­ниях среза приводит к вибрации и ухудшению шероховатости обработан­ной поверхности.

Рис. 3.3. Методы фрезерования

Если направление вращения фрезы и перемещения заготовки сов­падают (рис. 3.3,б), зуб сразу подвергается максимальной нагрузке. Усилие резания Р прижимает заготовку к столу.

Такой метод фрезерования называется попутным фрезерованием. Если на поверхности обрабатываемой заготовки имеется корка упрочненного металла, то это может привести к резкому снижению стойкости фрезы. Но при отсутствии корки, этот метод фрезерования обеспечивает большую стойкость фрезы, малую шероховатость обрабо­танной поверхности и меньший расход энергии.

Таким образом, при черновой обработке, когда снимается боль­шой объем металла, а на поверхности заготовки возможна корка упро­чненного металла, целесообразно применять встречное фрезерование, а при чистовой обработке – попутное.

Фрезерованием называется процесс механической обработки различных поверхностей, с целью получения изделия необходимого размера, типа и класса шероховатости. Данный процесс возможен с помощью специальных высокопрочных многолезвийных режущих устройств – фрезеров или фрезеровальных машин.

Фреза представляет собой динамическое тело, на поверхности которого находятся острые зубья. Внешний вид фрезы зависит от формы обрабатываемой поверхности. Металлические зубья могут быть расположены как на цилиндрической части, так и на боковине. Рабочую поверхность фрез изготавливают из следующих материалов: углеродистых сталей, быстрорежущих сталей, твердых и минералокерамических сплавов.

При выборе типа фрезы следует учитывать материал, из которого изготовлены его резцы. Прочность композита должна быть прямо пропорциональна площади обрабатываемого материала. Чтобы избежать приобретения низкокачественных фрез, необходимо выбирать проверенные марки с подлинным сертификатом качества.

Краткие сведения (виды фрез и их применение):

Отрасли применения: производство оборудования для нефтегазовой отрасли, производство трубопроводной арматуры, аэрокосмическая промышленность, производство инструментов и форм (POS-материалов, наружной рекламы, плоских и объёмных букв, табличек, логотипов, указателей, мебели и предметов интерьера, рельефных изображений, барельефов, скульптур, 3D объектов и т.д.), автомобильная промышленность, общее машиностроение, строительство, энергетика, производство железнодорожного транспорта, судостроение, медицинская промышленность и т.д.

Цилиндрические фрезы

Область применения – для обработки открытых поверхностей на горизонтально-фрезерных машинах. Бывают с прямыми и винтовыми лезвиями. В основном изготовляются из углеродистой, быстрорежущей и легированной стали.

Цилиндрические фрезы в основном употребляются для обработки сложной многослойчатой поверхности, а также при работе с нержавеющей жаропрочной сталью, конструкционной сталью, серого чугуна, легкообрабатываемых материалов (медь, алюминий), органического стекла, слоистых пластмасс и стеклопластиков. Наиболее часто применяются с винтовыми зубьями, т.к. они более функциональны, и обработка выполняется более качественно. При разработке фрез с винтовыми зубьями мастеру необходимо учитывать нагрузку на конструкцию – это обеспечивает более точную и качественную работу инструмента.

Широко применяются в строительстве для изготовления погонажных изделий. Профили ножей используются различной формы, в зависимости от конечного результата.

Виды погонажных изделий:

• Наличник – это специальное профилированное приспособление, с помощью которого обрабатывают дверные и оконные рамки.
• Плинтус — это планка для перекрытия проема между напольным покрытием и стеной.
• Галтель – в основном используется для стыковки потолка и стены. Широко применяется в мебельном производстве.
• Рейка – представляет собой узкий деревянный брусок. В строительстве или ремонте незаменимая деталь.
• Вагонка – это узкая прочная доска для отделки потолка и стен в домах, банях и других сооружений.
• Уголок – это деревянное изделие с угловым торцом. Используется как элемент декора в отделочных работах.

Торцевые фрезы

При помощи торцевых фрез обрабатывают плоские поверхности на вертикальных и горизонтальных фрезерных станках. Подходят для обработки стали и прерывистых плоскостей. Корпус изготавливается из углеродистой, быстрорежущей и легированной стали.

Режущие элементы находятся на цилиндрической и боковой поверхностях фрезы, что позволяет работать с двумя перпендикулярными плоскостями одновременно.

Лезвие фрезы имеет три элемента: главное, переходное и вспомогательное.
В контактной поверхности работает большое число зубьев, что позволяет сдерживать излишние вибрации – соответственно, повышается качество обработки детали. Основное назначение – это 3D обработка различных поверхностей типа штампов и пресс-форм.

Данный вид фрез массово применяется в автомобилестроении для изготовления картера коробки передач. Картеры для высокоэффективных КПП изготавливаются, как правило, из доэвтектических алюминиевых или магниевых сплавов. Основными требованиями при изготовлении этих деталей являются строгое соблюдение заданных размеров и минимальное машинное время. Для высокоточной и экономически эффективной обработки этих сложных деталей применяют торцевые фрезы с большим количеством зубьев. За счет регулировки резцовых вставок с точностью до микрон и оптимальной геометрии режущих кромок достигается высокое качество обработки и исключительная стойкость.

Концевые фрезы

Концевыми фрезами высекают канавки, сквозные пазы, окна, карманы, шпоночные канавки и многое другое. Материал изготовления преимущественно быстрорежущая и легированная сталь. Остроконечные лезвия в таких фрезах располагаются на цилиндрической поверхности – ими осуществляется основная фрезеровка. На боковине в основном зачищается дно канавки. Лезвия в данных фрезах бывают винтовыми или наклонными.

При изготовлении электроэнергетического оборудования, а также в процессе сооружения и эксплуатации электростанций, применяется большое количество изделий со стандартными и специальными резьбами. Для производства турбин большой мощности, помимо прочего инструмента, масштабно используются концевые фрезы с пластинами типа U. Это позволяет обеспечить безопасность и надежность работы готового изделия, при этом увеличивая КПД на более чем 50%, при уменьшении времени на обработку готового продукта.

Дисковые фрезы

Дисковые фрезы применяются для обработки пазов, канавок и разрезки металлических и других элементов. Основное их назначение – это распил деревянных заготовок. В основном изготовляются из быстрорежущей и легированной стали. Этот вид фрез имеет высокую эффективность, несмотря на то, что у них часто иссечены зубья.

Основное применение дисковых фрез – фасонное фрезерование, отрезка деталей, прорезка шпоночных пазов и т.д. Преимущества конструкции очень ярко выражаются при обработке крупногабаритных изделий и пакетной обработке. Поэтому для изготовления зубчатых колес в машиностроении стали применять специальные твердосплавные дисковые призматические фрезы с углами 60 и 90 градусов, радиус на вершине зуба 0,03 мм, охватываемые диаметры фрез – от 15 до 80 мм. Данные фрезы дают возможность обрабатывать зубчатые колеса внешнего зацепления, зубчатые рейки, наружные шлицы, звездочки цепных передач и другие детали с зубчатыми элементами. Применяя дисковые фрезы можно добиться высочайшей производительности, позволяя сократить продолжительность цикла обработки не менее чем на 50% по сравнению с любыми другими методами нарезания зубчатых колес.

Угловые фрезы

Угловые фрезы используют для обработки канавок с угловым профилем. Основное назначение – это инструментальная промышленность, где фрезы применяют для прорезки стружечных углублений, разверток, зенкеров и прочее. Изготавливаются угловые фрезы цельными конструкциями из быстрорежущей стали.

Исходя из конструкции угловых фрез, их массово применяют для фрезерования стружечных пазов самых различных металлорежущих инструментов, в том числе и самих фрез (пазы типа «ласточкин хвост») и конструкций двух сопряженных плоскостей. Использование данного вида фрез позволяет увеличить скорость фрезерования и сэкономить время на обработку изделия.

Шпоночные фрезы

Главная и отличительная особенность – это фрезерование, как в одну, так и в другую сторону. Материал изготовления – легированная сталь. Применяются на вертикально фрезерных станках или на станках с маятниковой подачей.

Используются в основном для выполнения проемов в металлических изделиях. В работе участвуют только боковые кромки.

Соединения шпоночного типа можно встретить в самых разных приспособлениях. Чаще всего они применяются в машиностроительной отрасли. Шпонки для таких устройств бывают клиновыми, сегментными и призматическими. Основным инструментом для обработки шпоночных пазов на фрезере являются шпоночные фрезы, выпускаемые по Госстандарту 9140. Они располагают двумя резцами с режущими торцовыми основаниями, имеют хвостовик конической либо цилиндрической формы. Для обработки шпоночного паза они идеальны, так как боковые кромки данных фрез направлены непосредственно в корпус инструмента, а не в наружную часть. Шпоночные фрезы работают и с продольной, и с осевой подачей. Они гарантируют необходимый квалитет шероховатости уступов и пазов после обработки.

Фасонные фрезы

Фасонные фрезы применяются для обработки плоскостей и канавок усложненного фасонного профиля. Изготавливают из быстрорежущей и легированной стали. В отличие от стандартных, фасонные фрезы являются специальными, и проектируются с учетом габаритных размеров и профиля рабочей поверхности.

Фасонные фрезы широко применяются в металлообработке, т.к. обеспечивают высокую рабочую эффективность и позволяют низкоквалифицированному персоналу предприятий обрабатывать поверхности сложного профиля. С помощью фасонных фрез делается фасонное фрезерование профильных плоскостей — червяков, шестерен, оконных рам, багетов.

Так как фасонные фрезы являются специальными и предварительно проектируются под требования заказчика, они массово используются при производстве оборудования для нефтегазовой отрасли. Тем самым они идеально подходят для решения специфичных технологических задач. Например, для серийного выпуска муфт необходим большой ресурс работы инструмента. Данный вид фрез выполняет эту задачу на 100%, при этом сокращая время на обработку изделия.

Фрезы в мировых масштабах являются самым популярным приспособлением, которые используют для обработки различных поверхностей материалов. В составной части могут одновременно использоваться несколько вариантов лезвий, зубьев и режущих кромок. Отличительной чертой этого инструмента считается широкое разнообразие размеров, профилей, типов, форм и сфер применения для практически любой технологической задачи. Тем самым на сегодняшний день, фрезы являются незаменимыми, и широко используются в различных отраслях промышленности. Но наиболее важно знать для правильной эксплуатации – это как точно подобрать нужный вид инструмента и правильно его использовать, чтобы получить заготовку нужной формы и размера, и не повредить при этом фрезы.

Фреза по металлу — это специальный инструмент, с помощью которого режут металлические заготовки. Это делается посредством поступательно-вращательных движений. Данный вид имеет большое количество разновидностей, благодаря чему спектр выполняемых операций с его помощью очень большой.

Сегодня мы расскажем принцип работы такого инструмента и узнаем, какие существуют виды фрез по металлу.

Назначение фрез по металлу

Непосредственно сама фреза — это исходная часть движения, и при обработке заготовки соприкасается с ее поверхностью. Данный инструмент характеризуется большим количеством видов рабочей поверхности.

Благодаря тому, что существуют разные типы фрез по металлу, выборку материала можно выполнять даже на самых сложных участках. Но при этом крайне важно выбрать тот или иной тип инструмента, а также способ его подачи. Он может быть поступательно-вращательным, винтовым и т. д.

Режущие кромки делаются на основе таких материалов, как:

• некоторые сорта стали;
• твердые сплавы;
• алмазы;
• керамика;
• кардная проволока и т. д.

Далее мы рассмотрим ключевые типы фрез, предназначенные для обработки металлических заготовок и их характерные особенности.

Классификация

Фрезы по металлу отличаются друг от друга по таким признакам:

• по размещению своих режущих частей (или зубьев);
• по типу заточки;
• по направлению (винтовые, наклонные или другие);
• по конструкции (составные, монолитные или сборные);
• по материалу;
• по креплению режущих инструментов.

Существует больше видов с учетом разных особенностей, однако перечислять все без исключения будет достаточно долго.

Разновидности и применение

Каждый вид фрезы применяется только на определенном технологическом этапе обработки материалов. Здесь все зависит от того, какая поставлена задача.

Например, цилиндрические бывают двух видов:

Последний тип применяется для более примитивных задач и преимущественно на узких ограниченных участках. А вот фрезы с режущими винтовыми частями имеют более универсальное назначение.

Но поскольку осевые усилия могут быть значительными, то применение такого инструмента ограничено углом наклона режущей грани, а это не больше 450. Именно в таких случаях требуется устанавливать цилиндрические сдвоенные инструменты. Такое исполнение характерно тем, что в процессе обработки материалов режущие части перекрывают место стыка половин.

Дисковые

Ключевая особенность таких инструментов заключается в том, что в них режущие грани могут быть размещены как с одной, так и с обеих сторон. Размер конструкции определяет специфику обработки материала. Она может быть предварительной грубой или чистовой финишной. Также дисковые фрезы могут использоваться в сложных условиях, в частности, при повышенной вибрации или если имеется сложность отвода стружки металла.

Сферы применения такие:

• обрезка металлических заготовок;
• прорезка пазов;
• снятие фасок;
• выборка материала на узком сегменте и т. д.

Инструменты дискового типа имеют следующие разновидности:

• отрезные;
• прорезные;
• пазовые;
• для резки с 2 или 3 сторон.

У пазовых конструкций зубья размещены исключительно на цилиндрической поверхности, они применяются только для обработки неглубоких пазов. Фрезы двусторонние помимо торцевых зубьев оснащены зубьями, размещенными на поверхности.

Трехсторонние дисковые изделия характеризуются тем, что зубья размещаются не только на двух торцах, но также и на поверхности.

Несмотря на то что на таких инструментах часто зубья срезаны, они обладают высокой производительностью. Так, чтобы на заготовках прорезать узкие пазы или шлицы, применяют топкие фрезы, которые называются пилами. На них начинают затачивать фаски то с одного торца, то со второго. Фаска часто срезает половину длины режущей кромки, вследствие чего каждый зуб снимает стружку шириной меньше ширины прорезаемого паза. Благодаря этому стружка способна свободно находиться в зубной впадине, улучшается ее отвод.

А если срез по ширине будет соответствовать пазу, то торцы стружки будут соприкасаться со сторонами прорезаемого паза по бокам. Все это несколько затруднит свободное размещение стружки в зубной впадине, а сама фреза может выйти из строя.

Торцевые

Такие инструменты преимущественно используются для обработки изделий с плоской или ступенчатой поверхностью. Ставить его следует таким образом, чтобы продольная ось располагалась перпендикулярно поверхности, подверженной обработки.

Характерная особенность торцевых инструментов — это то, что на участке их соприкосновения с заготовкой зубья имеют повышенную плотность. Благодаря этому материал можно обрабатывать равномерно и на высокой скорости. А дополнительные торцевые кромки позволяют сделать поверхность более «частой» при обработке посредством фрезерного станка.

Эти кромки выполняют дополнительные функции, а вот ключевая работа выполняется с помощью заостренных кромок по бокам, которые размещены снаружи детали. И даже с учетом небольшой величины припуска это позволяет выполнить работу достаточно ровно. Это достигается за счет того, что угол соприкосновения у торцевых фрез с материалом зависит от диаметра режущего инструмента, а также ширины процесса фрезеровки.

Если сравнивать торцевую с цилиндрической, то она более массивная и жесткая. Режущие инструменты надежно закреплены и удобно размещены.

Торцевой тип фрезерования имеет высокую производительность, и сегодня большинство плоскостей, которые подвергаются фрезеровке, обрабатываются именно таким методом.

Другие типы инструментов

Червячные фрезы имеют специфическую сферу применения. В этом случае материал обрабатывается посредством метода обката. Выборка заготовок выполняется в процессе точечного касания их фрезой. В зависимости от направления их винтов они бывают правыми или левыми, также они могут быть одно- или же многозаходными, цельными или сборными, иметь шлифованные или нешлифованные зубья.

Концевые изделия применяются с целью обработки уступов, пазов и не только. Их хвостовки могут иметь цилиндрическую или коническую форму. Также они предназначаются для предварительной обработки материалов (с крупными зубьями) или же финишной, с мелкими зубьями. Могут оснащаться напаянными режущими пластинами или быть монолитными.

Обдирочные концевые инструменты используются для обработки кованых или литых сплавов. А с помощью шпоночных изделий выполняется выборка Т-профилей. Они имеют два зуба, один при этом находится на конце, а второй — посередине. Параметры зоны выборки заготовки определяются интервалом между ними.

Основная работа (резание) производится посредством главных режущих кромок, размещенных на цилиндрической поверхности. А с помощью вспомогательных режущих кромок выполняют зачистку дна канавки, зубья зачастую наклонные или же винтовые.

Еще один тип подобного инструмента — отрезной. С их помощью производят полную или частичную обрезку металлических заготовок. Режущие кромки размещены лишь на верхних гранях зубьев, а вот на кромках их нет.

В зависимости от размеров зубьев, отрезные фрезы бывают:

При этом мелкие и средние используются для обрезки стали и чугуна, а крупные — для обработки легких магниевых, алюминиевых и других сплавов.

Для обработки изделия из металлов чаще всего мастера используют именно фрезу. При этом она может быть одновременно оснащена несколькими видами зубьев, режущих кромок или лезвий. Данный инструмент может иметь разные профили, формы, типы, размеры и сферы применения. Некоторые виды фрез по металлу и особенности их применения и работы мы уже рассмотрели выше.