Фрезерование является одним из основных способов обработки металлических заготовок. Данный процесс выполняется с целью черновой или чистовой отделки и позволяет сформировать определённый профиль поверхности (канавки, пазы), скорректировать форму изделия, нарезать зубья или выточить художественные узоры. В качестве рабочего инструмента используется фреза, которая совершает вращательные движения. Фрезерная обработка существенно отличается от точения и сверления: при ней каждый зуб работает отдельно, что неизбежно приводит к увеличению ударных нагрузок. Выбор режимов резания и рациональные расчёты позволяют минимизировать влияние нагрузок.
Оптимальные режимы резания
Данное понятие предполагает создание таких условий, при которых обеспечивается оптимальное сочетание подачи, скорости и силы обработки. При этом необходимо учитывать глубину срезаемого слоя, так как от этого во многом зависит получение заданной чистоты и точности детали.
На каждом металлообрабатывающем предприятии есть нормативная документация, в которой указаны чёткие рекомендации по выбору оптимальных режимов обработки. На основании данных стандартов разрабатываются карты и определяется техпроцесс, включающий все этапы фрезерования. В случае если для обработки используется современное оборудование и режущий инструмент, оператор самостоятельно производит необходимые расчёты, так как в нормативах нет подходящих данных.
Особенность фрезерной обработки заключается в том, что режущий инструмент вступает в непосредственный контакт с металлической поверхностью лишь периодически. Это основная причина возникновения вибраций, образования ударных нагрузок и быстрого износа фрез. Заранее предусмотреть все тонкости обработки детали невозможно: заготовки отличаются габаритами, формой, размерами, а инструменты имеют свои конструктивные особенности. Однако при расчётах важно ориентироваться на справочные данные.
Существует ряд рекомендаций, на которые необходимо обратить внимание при разработке техпроцесса:
- выбор инструмента выполняется с учётом длины режущей части, увеличение которой может привести к снижению подачи и повышению степени вибрации;
- значительное увеличение подачи может привести к повышению температуры в области обработки и образованию толстой стружки, что снижает эксплуатационный потенциал инструмента;
- скорость резания при фрезеровании можно увеличить за счёт установки двухзаходной фрезы.
При разработке техпроцесса не следует ориентироваться исключительно на табличные данные. Только опытным путём можно добиться качественного фрезерования, и поэтому при расчётах важно учитывать характеристики станка и инструмента, степень износа оборудования и оснастки.
Выбор инструмента
Диаметр фрезы имеет определяющее значение при выборе инструмента. Чем больше диаметр, тем дороже инструмент, а это приводит к увеличению общих затрат на обработку. Существует также взаимосвязь между параметрами подачи и скоростью резания. Оптимальным считается такой диаметр инструмента, при котором размеры фрезы соответствуют необходимой глубине обработки. То есть фреза должна обеспечивать снятие металлического слоя с заготовки за один проход.
Имеет значение и материал, из которого сделана фреза. Максимальную эффективность обработки обеспечивают фрезы из быстрорежущей стали и с пластинами из твёрдых сплавов. Инструмент может иметь различную геометрию режущей части (форму и размеры зуба, задние и передние углы, параметры переходной кромки). Для подбора фрез используются табличные данные.
Расчёт подачи фрезы
Режимы резания при фрезеровании невозможно определить без расчёта подачи инструмента. При выполнении чистовой операции подача зависит от параметров шероховатости поверхности детали. При черновой обработке расчёты необходимо выполнять, ориентируясь на следующие критерии:
- показатель жёсткости системы "деталь – фреза – станок";
- материал, из которого выполнена заготовка;
- углы заточки фрезы;
- мощность фрезерного станка;
- материал рабочего инструмента.
Обычно расчёты подачи выполняются по таблицам.
Оптимальные условия фрезерования достигаются путём подбора нужной глубины обработки. Глубина фрезерования – это расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями или толщина срезаемого слоя. Данная величина должна быть максимально большой, что позволяет получить необходимую конфигурацию детали за один проход фрезы. Если деталь должна иметь максимально ровную поверхность и чистоту, снятие металлического слоя выполняется в два захода (черновая и чистовая обработка). В некоторых случаях величина слоя настолько высока, что даже в два захода её снять не удаётся. Необходимую глубину можно обеспечить за счёт двух черновых проходов.
Скорость резания при фрезеровании
Расчет скорости резания можно выполнить по данным, приведённым в нормативной документации. В специально разработанных картах для различных типов фрез и обрабатываемых материалов содержатся все необходимые параметры, поэтому выбрать оптимальные условия не составит никакого труда.
Однако следует обратить внимание, что все приведённые в картах данные указаны для фрезерования одним инструментом при стандартном уровне стойкости фрезы. Если параметры стойкости инструмента отличаются от табличных данных, формула скорости резания должна включать в себя поправочный коэффициент. Коэффициенты разрабатываются на основе целого ряда критериев:
- ширины обработки (для торцевого инструмента);
- механических свойств заготовки;
- величины основного угла фрезы;
- наличия или отсутствия на заготовке окалин.
Нормативные карты для определения скорости содержат сведения о минутной подаче и количестве оборотов. Но важно учитывать и тот факт, что кинематика, сила и технические возможности шпинделя конкретного станка практически всегда отличаются от табличных величин, поэтому оптимальную скорость приходится подбирать в индивидуальном порядке.