Frezowanie

Frezowanie stanowi jeden ze sposobów obróbki skrawaniem, jest stosowane do obróbki płaszczyzn, rowków, nacinania gwintów, kół zębatych itp. Frezowanie umożliwia obróbkę: płaszczyzn, rowków, kanałków, powierzchni kształtowych i uzębień. Wykonywane jest obrotowymi narzędziami wieloostrzowymi (frezami) na obrabiarkach nazywanych frezarkami. W większości odmian frezowania ruchy posuwowe są prostoliniowe - wykonuje je przedmiot obrabiany; natomiast ruch główny (obrotowy) wykonywany jest przez narzędzie. Dzięki zastosowaniu narzędzi wieloostrzowych i dużych prędkości skrawania frezowanie umożliwia obróbkę z dużą wydajnością.

Frez jest to narzędzie wieloostrzowe o kształcie bryły obrotowej, którego ostrza mogą być uformowane przez wykonanie wrębów na powierzchni walcowej, walcowej i czołowej, walcowej i obu czołowych, a także na powierzchni stożkowej lub kształtowej. Na powierzchni walcowej mogą być wykonywane wręby proste lub śrubowe.

Krawędzie skrawające frezu nie pracują wszystkie jednocześnie, lecz kolejno jedna za drugą, przy czym zetknięcie narzędzia z materiałem obrabianym istnieje tylko na części obwodu freza, tzn. jednocześnie pracuje tylko część ostrzy. Zapewnia to dobre warunki chłodzenia. Z drugiej jednak strony przy frezowaniu grubość warstwy skrawanej przez poszczególne ostrza, a więc i przekroje warstwy skrawanej oraz wióra, zmieniają się podczas skrawania. Powoduje to zmianę obciążenia i wpływa ujemnie na trwałość narzędzia.

Ze względu na rozmieszczenie ostrzy freza rozróżniane jest frezowanie:

• czołowe, wykonywane frezami o ostrzach rozmieszczonych na powierzchni czołowej i obwodowej,

• obwodowe, wykonywane frezami mającymi ostrza rozmieszczone tylko na powierzchni obwodowej.

W zależności od położenia freza względem przedmiotu obrabianego rozróżnić można następujące odmiany frezowania czołowego:

• pełne, podczas którego szerokość frezowania B równa jest średnicy freza D,

• niepełne dwustronne, podczas którego szerokość frezowania jest mniejsza od średnicy freza, a frez obustronnie wystaje poza przedmiot obrabiany; frezowanie niepełne dwustronne może być symetryczne (z każdej strony przedmiotu obrabianego frez wystaje o wielkość D-B /2) oraz niesymetryczne,

• niepełne jednostronne, podczas którego frez wystaje jednostronnie poza przedmiot obrabiany

Frezowanie obwodowe, w zależności od zwrotu wektorów prędkości ruchu głównego oraz posuwowego, dzieli się na: Podział na współbieżne i przeciwbieżne odnosi się również do frezowania czołowego niepełnego jednostronnego. W przypadku frezowania czołowego pełnego:

• podczas wcinania się w materiał obrabiany ostrze pracuje przeciwbieżnie,

• podczas wychodzenia ze styku z powierzchnią obrobioną ostrze pracuje współbieżnie.

Ze względu na kształt powierzchni obrobionej, frezowanie obwodowe podzielić można na:

• walcowe, wykonywane frezami o części roboczej walcowej; oś freza jest wówczas równoległa do powierzchni obrabianej,

• kształtowe, wykonywane frezami o krzywoliniowych tworzących części roboczej; oś freza może wówczas zajmować różne położenia względem powierzchni obrabianej.

Pod względem technologicznym frezowanie dzieli się na:

• frezowanie walcowe (obwodowe), gdzie oś obrotu freza zajmuje położenie równoległe do powierzchni obrobionej (rys. a),

• frezowanie czołowe, gdzie oś obrotu freza zajmuje położenie prostopadłe do powierzchni obrobionej (rys. b),

• frezowanie skośne, gdzie oś obrotu freza tworzy z powierzchnią obrobioną różny kąt od 0 do 90 stopni.

Pod względem konstrukcyjnym frezowanie dzieli się na:

• frezowanie pełne (trzystronne) -w wyniku obróbki powstają w przedmiocie trzy powierzchnie obrobione, a wymiar obróbkowy B jest wymiarem mieszanym,

• frezowanie niepełne (dwustronne) - w przedmiocie powstają dwie powierzchnie obrobione, a wymiar obróbkowy B jest wymiarem mieszanym,

• frezowanie swobodne (jednostronne) - w przedmiocie powstaje jedna powierzchnia obrobiona (prosto lub krzywo określona), a wymiar obróbkowy ma kierunek prostopadły do powierzchni obrobionej lub zbliżony do prostopadłego.

Pod względem kinematycznym frezowanie dzieli się na:

• frezowanie przeciwbieżne - przedmiot obrabiany wykonuje ruch posuwowy w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu ostrzy freza (rys. a),

• frezowanie współbieżne - przedmiot obrabiany wykonuje ruch posuwowy w kierunku zgodnym do kierunku ruchu ostrzy freza (rys. b).

Pod względem dokładności obróbki frezowanie dzieli się na :

• zgrubne (walcowe i czołowe) IT 13-14, Ra=40-80

• średnio dokładne (walcowe i czołowe) IT 11-12, Ra=10-20

• dokładne (walcowe i czołowe) IT 9-10, Ra=5-15

• bardzo dokładne, osiągane w wyjątkowych przypadkach (czołowe) IT 7,8, Ra=0,63-1,2.

SIŁY WYSTĘPUJĄCE PODCZAS FREZOWANIA.

Rozpatrzmy, jakie siły działają na frez walcowy z zębami prostymi. Dla uproszczenia załóżmy, że pracuje tylko jeden ząb. Wypadkową sił skrawania P można rozłożyć na składowe: styczną (obwodową) Pz i promieniową (odporową) Py.

Siła Pz wytwarza moment skrawania, który musi być przezwyciężony przez wrzeciono frezarki Siła Py usiłuje odepchnąć ząb freza od przedmiotu obrabianego. Wypadkowa sił skrawania P - wywołuje moment zginający oprawkę freza. Siłą P może być obliczona ze wzoru

W celu ustalenia sił działających na obrabiarkę wygodniej jest posługiwać się składową poziomą PH równoległą do ruchu posuwowego części obrabianej oraz składową pionową PV normalną do powierzchni obrabianej.

Siły działające na ząb w przypadku zębów prostych.

Przy znacznej głębokości frezowania siła normalna do kierunku ruchu posuwowego podczas frezowania przeciwbieżnego powoduje odrywanie przedmiotu obrabianego od stołu frezarki. Podczas frezowania współbieżnego siła ta zawsze dociska przedmiot do stołu frezarki.

Maksymalne siły skrawania (przy frezowaniu przeciwbieżnym) występują przy wyjściu zęba z kontaktu z przedmiotem obrabianym. Jeżeli w skrawaniu bierze udział nie jeden, lecz kilka zębów, to:

Pz = Pz1 + Pz2 + Pz3 itd.

Przy frezowaniu frezami o zębach śrubowych występuje jeszcze jedna siła poosiowa. Wartość tej siły zależy od kąta pochylenia ostrzy freza l i przy dużym tym kącie jest dość znaczna. Siłę tę równoważy się przez odpowiednie zestawienie zespołu frezów (używa się frezów o odwrotnie pochylonych ostrzach).

Siły działające na ząb w przypadku zębów śrubowych.

SIŁY DZIAŁAJĄCE NA FREZARKĘ PODCZAS FREZOWANIA.

Siła skrawania P na ostrzu freza nie ma stałej wartości. Na skutek zmiennego przekroju wióra w czasie frezowania wartość jej ma charakter pulsacyjny. Również taki charakter mają składowe tej siły. W związku z tym frezarka jest szczególnie narażona zarówno na drgania skrętne mechanizmu napędu wrzeciona, jak i na drgania poprzeczne całej frezarki.

Siły działające na frezarkę w czasie skrawania na frezarce poziomej (a) i na frezarce pionowej (b).

Wartością wyjściową do obliczenia sił działających na frezarkę w czasie frezowania jest średnia wartość siły skrawania P. Rozkłada się ona na obwodową siłę skrawania Pz i promieniową siłę skrawania Py.

WPŁYW RÓŻNYCH CZYNNIKÓW NA SIŁY SKRAWANIA

a) Wartości siły skrawania przy frezowaniu, jak i przy innych rodzajach obróbki, zależy przede

wszystkim od materiału obrabianego oraz przekroju warstwy skrawanej.

b) Na podstawie doświadczeń ustalono, że wartość siły skrawania zmienia się zależnie od rodzaju materiału obrabianego, natomiast własności mechaniczne i fizyczne materiału obrabianego mają stosunkowo nieduży wpływ na wartość siły skrawania. Na przykład przy frezowaniu stali o Rm = 40 - 105 kG/mm2 siła skrawania przy pracy frezami czołowymi zmienia się w granicach 10%, a przy pracy frezami walcowymi - w granicach 33%. Siła skrawania przy pracy frezem stępionym do granic odpowiadających dopuszczalnemu zużyciu i obróbce stali miękkich zwiększa się o 70 - 90%, a przy obróbce stali średniej twardości i twardych oraz żeliwa

o 20 - 40%. Ponieważ w razie stępienia się freza siła skrawania przy obróbce stali ciągliwych zwiększa się bardziej niż przy obróbce stali średnio twardych i twardych, do obliczeń praktycznych przyjmuje się, że przy stosowaniu frezów stępionych siła skrawania nie zależy od jakości obrabianej stali.

c) Pole przekroju warstwy skrawanej przy frezowaniu zależy nie tylko od głębokości warstwy skrawanej, lecz i od szeregu innych czynników, jak np. średnicy freza, szerokości frezowania, liczby zębów. Czynniki te wpływają więc na wartość siły skrawania.

d) Ze wzrostem głębokości warstwy skrawanej siła skrawania wzrasta. Zwiększenie siły

skrawania jest nieco wolniejsze niż wzrost głębokości skrawania.

e) W ten sam sposób wpływa na wartość siły skrawania wzrost posuwu na jeden ząb, przy czym wpływ posuwu na wartość siły skrawania jest nieco mniejszy niż wpływ głębokości warstwy skrawanej.

f) Siła skrawania wzrasta wprost proporcjonalnie do zwiększania się liczby zębów freza, przy

innych czynnikach nie zmieniających się.

g) Wartość siły skrawania jest również wprost proporcjonalna do szerokości frezowania, tylko przy frezach czołowych i głowicach frezowych wzrasta ona nieco szybciej niż szerokość frezowania.

h) Ze wzrostem średnicy siłą skrawania maleje. Siła skrawania zmniejsza się wraz ze wzrostem

szybkości skrawania, gdyż przy tym samym posuwie na minutę i tej samej liczbie zębów

zmniejsza się posuw na jeden ząb.

OBLICZANIE SIŁI MOCY SKRAWANIA

Siły skrawania. Podczas pracy freza w akcji jest jednocześnie kilka zębów. Styczną sumaryczną siłę skrawania będziemy obliczać jako sumę (algebraiczną) sił stycznych Pz działającą na jednocześnie współpracujące zęby freza, przy założeniu że skrawają one warstwę materiału średniej grubości odpowiadającej połowie kąta styku y. Średnią sumaryczną styczną siłę skrawania dla uproszczenia będziemy nazywali siłą styczną i oznaczali ją przez P. Znając opór właściwy skrawania kc oraz sumaryczny średni przekrój warstwy skrawanej Fśr, siłę styczną obliczymy według wzoru

Pz = ks × Fśr kG

Czynniki wpływające na wartość stycznej siły zostały ujęte wzorami empirycznymi. Ogólna postać wzoru do obliczenia jest następująca

gdzie: Pz - siła styczna, Cz - współczynnik zależny od materiału obrabianego i rodzaju freza, g - głębokość skrawania w mm, pz - posuw na jeden ząb w mm, z -liczba zębów, B - szerokość frezowania w mm, D - średnica freza w mm.

Moc skrawania. Moc skrawania przy obróbce frezowaniem określamy z iloczynu średniej stycznej siły skrawania P przez szybkość skrawania tj.

Ne = P×u / 60×102 kW

Na podstawie badań stwierdzono, że wpływ różnych czynników na wartość obwodowej siły skrawania jest następująca:

a) Największy wpływ na wzrost siły stycznej i mocy skrawania wykazują szerokości frezowania i liczba zębów, następnie głębokość skrawania i w najmniejszym stopniu posuw. Przy wzroście średnicy freza na skutek zmniejszania się liczby jednocześnie skrawających zębów oraz zmniejszenia się grubości warstwy skrawanej - siła styczna maleje.

b) Własności wytrzymałościowe materiału obrabianego w porównaniu z innymi metodami obróbki mają wpływ względnie mały. Na przykład przy frezowaniu stali o wytrzymałości zmieniającej się w granicach Rr = 40 - 105 kG/mm2 siła obwodowa i moc ulegają zmianie średnio o 33%.

c) Rodzaj materiału obrabianego ma znaczny wpływ na wartość siły stycznej i moc skrawania. Na przykład przy obróbce stopów glinu wartość siły obwodowej jest średnio o 75% mniejsza niż przy obróbce stali, a przy obróbce żeliwa mniejsza o 50% niż przy obróbce stali.

d) Zużycie ostrzy freza na powierzchni przyłożenia wykazuje największy wpływ na wartość siły stycznej i mocy skrawania. Przy wartości zużycia ostrza bliskiej dopuszczalnego stępienia, wzrost siły i mocy skrawania wynosi 75 - 90%, a przy obróbce żeliwa i stali średniej i dużej twardości - 20 - 40%.

Pod względem rozpowszechnienia frezarki zajmują drugie miejsce, po tokarkach. Ze względu na przeznaczenie frezarki dzielą się na trzy grupy:

1) ogólnego przeznaczenia, umożliwiające obróbkę, różnych powierzchni na różnych przedmiotach obrabianych,

2) specjalizowane, umożliwiające obróbkę określonych powierzchni na różnych przedmiotach obrabianych,

3) specjalne, dostosowane do wykonywania określonych operacji na wybranych przedmiotach obrabianych.

Najbardziej rozpowszechnione są frezarki ogólnego przeznaczenia, które podzielić można na następujące odmiany:

1) stołowe,2) wspornikowe (konsolowe), 3) bezwspornikowe (bezkonsolowe), 4) wzdłużne, 5) karuzelowe,

6) bębnowe.

Frezarki stołowe ustawiane są na stołach warsztatowych przeznaczone są do wykonywania precyzyjnych prac (nastawianie wymiarów odbywa się tu z dokładnością 0,01 - 0,001 mm) na małych przedmiotach obrabianych. We frezarkach stołowych napęd ruchu głównego jest mechaniczny (od silnika elektrycznego), a

ruchów posuwowych - ręczny.

Frezarki wspornikowe spotykane są w prawie każdym zakładzie produkcyjnym przemysłu maszynowego. Frezarki te wyposażone są w tak zwany wspornik (na którym usytuowany jest stół frezarki), który może być przemieszczany pionowo po prowadnicach korpusu. Napęd ruchów: głównego i posuwowych, jest w tych

frezarkach mechaniczny. Frezarki wspornikowe budowane są jako: poziome i pionowe.

Frezarka wspornikowa pozioma ma poziomo ułożyskowane wrzeciono. Podczas obróbki narzędzie zamocowane we wrzecionie bezpośrednio lub za pośrednictwem trzpienia frezarskiego - wykonuje ruch główny. Przedmiot obrabiany mocowany jest na stole frezarki i wykonuje ruchy posuwowe oraz nastawcze. Stół frezarski może przemieszczać się w następujących kierunkach:

• poziomo wzdłuż frezarki (posuw wzdłużny),

• poziomo w poprzek obrabiarki (posuw poprzeczny),

• pionowo (nastawianie głębokości skrawania ).

Niektóre frezarki poziome, tak zwane uniwersalne, mają stół wyposażony w obrotnicę - przedmiot obrabiany może wówczas przemieszczać się pod kątem w stosunku do osi wrzeciona.

Frezarki wspornikowe pionowe budowane są jako:

• zwykłe (mające pionowo usytuowane wrzeciono),

• uniwersalne, umożliwiające nastawianie wrzeciona pod kątem, w stosunku do płaszczyzn stołu.

Przedmiot obrabiany, zamocowany na stole frezarki pionowej, może przemieszczać się w następujących kierunkach: poziomo - poprzecznie, poziomo - wzdłużnie, pionowo.

Frezarki bezwspornikowe nazywane również produkcyjnymi lub łożowymi, przeznaczone są do obróbki dużych i ciężkich przedmiotów. Frezarki te mają stół krzyżowy usytuowany na łożu obrabiarki; sanie wzdłużne stołu mogą się przesuwać po prowadnicach łoża, a sanie poprzeczne po prowadnicach wykonanych na górnej powierzchni sani wzdłużnych. Wrzeciennik frezarki może być przemieszczany pionowo, po prowadnicach wykonanych w korpusie.

Frezarki wzdłużne przeznaczone są do obróbki korpusów maszyn. Stół frezarki może się przemieszczać wzdłużnie po prowadnicach wykonanych na łożu. Narzędzia mocowane są we wrzecionach wrzecienników górnych i bocznych. Każdy z wrzecienników ma samodzielny napęd ruchu głównego. Wrzecienniki górne mogą, być przesuwane po prowadnicach wykonanych w belce - belka może być przemieszczana pionowo po prowadnicach stojaków. Wrzecienniki boczne mogą się przesuwać pionowo, po prowadnicach wykonanych na stojakach. Każde z czterech wrzecion może być przesuwane w kierunku własnej osi. Wrzecienniki mogą być obracane w płaszczyźnie pionowej, co umożliwia frezowanie powierzchni skośnych.

Frezarki karuzelowe i bębnowe służą do obróbki płaszczyzn w produkcji wielkoseryjnej i masowej, głównie w przemyśle samochodowym.

W przypadku frezarek karuzelowych, przedmioty obrabiane mocowane są (za pomocą specjalnych uchwytów) na okrągłym stole, obracającym się ze stałą prędkością wokół pionowej osi. Frezy - jeden do obróbki zgrubnej, a drugi do obróbki wykańczającej - mocowane są we wrzecionach wrzeciennika, który może być przemieszczany pionowo po prowadnicach wykonanych w korpusie frezarki. Zakładanie i zdejmowanie

przedmiotów obrabianych odbywa się podczas obracania się stołu.

W przypadku frezarek bębnowych, przedmioty obrabiane mocowane są na bębnie obracającym się wokół poziomej osi. Frezarka wyposażona jest w cztery wrzecienniki, które mogą się przesuwać pionowo, po prowadnicach wykonanych w stojakach. Wrzecienniki mogą przemieszczać się również wzdłuż osi wrzecion. Każdy z wrzecienników ma indywidualny napęd ruchu głównego.

Jako specjalizowane traktowane są: frezarko-kopiarki, frezarki do gwintów, frezarki do rowków wpustowych.

Jako specjalne traktowane są frezarki: narzędziowe, dla hutnictwa, dla kolejnictwa, do wałów korbowych.

Frezy są narzędziami wieloostrzowymi o ostrzach umieszczonych na powierzchniach brył obrotowych. Tworzą one obszerną i zróżnicowaną grupę narzędzi. Ostrza frezów wykonywane są głównie ze stali szybkotnących i węglików spiekanych. Podziału frezów dokonać można w oparciu o różne kryteria, jak: kształt ostrzy, kształt krawędzi skrawającej, kierunek obrotów, sposób mocowania, kształt powierzchni obrobionej.

Ze względu na kształt i sposób wykonania ostrzy, frezy dzielą się na ścinowe i zataczane (rys. 1).

Frezy ścinowe są najczęściej stosowane - zaletami ich są dobra praca oraz łatwość wykonania i ostrzenia (ostrzenie normalnie zużytych ostrzy ścinowych polega na szlifowaniu powierzchni przyłożenia). Najprostsze, ale równocześnie i najsłabsze, są ostrza jednościnowe (rys.1a) najtrudniejsze, ale i najmocniejsze są ostrza ścinowe z krzywoliniowym zarysem grzbietu. Wadą ostrzy ścinowych jest to, że w wyniku kolejnych ostrzeń zmienia się ich geometria i wysokość- w związku z tym stosowane są głównie do obróbki powierzchni o

prostych kształtach; wyjątkowo do obróbki powierzchni kształtowych.

Ze względu na geometrię ostrzy, frezy ścinowe dzielą się na następujące typy:

• Walcowe, stosowane do obróbki płaszczyzn (rys. 2). Geometrię ostrzy freza walcowego, w układzie narzędzia przedstawiono na rys. 3.

• Walcowo-czołowe, stosowane do obróbki: płaszczyzn (rys. 4), płaszczyzn z obrzeżem (rys. 5), rowków teowych (rys. 7). Geometrię ostrzy freza walcowo-czołowego w układzie narzędzia, przedstawiono na rys. 8. Geometrię ostrzy zbliżoną do frezów walcowo-czołowych mają również głowice frezowe (rys. 9), stosowane najczęściej do wysoko wydajnej obróbki płaszczyzn.

• Tarczowe, dzielące się na następujące rodzaje:

a) trzystronne z ostrzami prostymi (rys. 10), stosowane do wykonywania rowków o zarysie prostoliniowym,

b) trzystronne na przemian skośne (rys. 11), stosowane również do wykonywania rowków o zarysie prostoliniowym,

c) jednostronne (piłkowe), stosowane do przecinania.

• Kątowe, stosowane do wykonywania rowków trapezowych i kątowych. Ostrza zataczane, w porównaniu ze ścinowymi, mają bardziej złożony kształt i są trudniejsze do wykonania. Zaletą ich jest to, że w wyniku kolejnych ostrzeń (ostrzenie ich polega na szlifowaniu powierzchni natarcia) praktycznie nie zmieniają wysokości i geometrii - z uwagi na to stosowane są we frezach kształtowych (rys. 12) i obwiedniowych (przeznaczonych do obróbki wałków wielowypustowych, kół zapadkowych, kół łańcuchowych i zębatych) rys. 13.

Frezowanie obwiedniowe stosuje się do obróbki przedmiotów ograniczonych powierzchniami walcowymi i śrubowymi o zarysie tzw. foremnym. do przedmiotów takich zalicza się wałki wielowypustowe, wielorowkowe, wieloboczne, koła łańcuchowe, zapadkowe i koła zębate. Podstawą geometryczną frezowania obwiedniowego jest współpraca dwóch powierzchni: przedmiotu obrabianego F0 i powierzchni F1 opisanej na krawędziach skrawających freza zwanej powierzchnią działania narzędzia. Za najbardziej ogólny obraz tej współpracy można uważać przypadek gdy obie powierzchnie F0 i F1 byłyby powierzchniami wzajemnie obwiedniowymi (rys. a). Dla tego przypadku: a) powierzchnia działania freza byłaby powierzchnią śrubowo­globoidalną, b) zbędny byłby posuw wzdłuż osi przedmiotu obrabianego, gdyż globoidalny kształt narzędzia zapewniłby obróbkę przedmiotu na całej jego długości.

Powierzchnie działania frezów obwiedniowych: a) śrubowo-globoidalna, b) śrubowo walcowa.

Powierzchnia działania freza obwiedniowego F1 wyznaczona jako powierzchnia walcowo-śrubowa, styczna do powierzchni zębatkowej o zarysie Qn.

Frezowanie obwiedniowe jest modyfikacją metody Maaga. Dzięki temu, że ruch postępowo-zwrotny zastąpiono ruchem obrotowym freza, jest to jedna z najbardziej stabilnych dynamicznie metod obróbki uzębień.

Zasada kształtowania zarysu ewolwentowego kół frezem ślimakowym.

Metodą frezowania obwiedniowego można nacinać:

• koła uzębione zewnętrznie z zębami prostymi lub śrubowymi

• wieńce uzębione wewnętrznie o zębach prostych (za pomocą specjalnego freza ślimakowego, którego konstrukcja jest zależna od liczby zębów nacinanego koła).

Frezowanie obwiedniowe jest realizowane na obrabiarkach dyferencjałowych (z mechanizmem różnicowym) kształtujących uzębienie przez śrubowy przesuw zarysu narzędzia względem obrabianego koła (E-S) oraz na obrabiarkach bezdyferencjałowych, których konstrukcja umożliwia niezależny posuw roboczy freza po prowadnicach ustawionych pod kątem linii śrubowej zębów koła obrabianego B (E- P).

Schematy strukturalne układów kształtowania konwencjonalnych frezarek obwiedniowych dyferencjałowych i bezdyferencjałowych pokazane są na rysunkach :

Schematy strukturalne układów kształtowania frezarek obwiedniowych: a) układ frezarki dyferencjałowej; b) układ frezarki bezdyferencjałowej; c) widok obrotnicy ustawienia sań frezarki; d) napęd frezarki bezdyferencjałowej w układzie E-P.

Przyjęto, że E-S oznacza powierzchnię roboczą zęba utworzoną przez linie charakterystyczne - ewolwentę i linię śrubową, E-P zaś przez ewolwentę i linię prostą.

Nacinanie uzębień kół walcowych odbywa się:

• metodą konwencjonalną, w której posuw występuje wzdłuż osi koła obrabianego lub wzdłuż linii zęba

• metodą diagonalną, w której posuw wypadkowy składa się z posuwu wzdłuż osi koła i osi freza.

W metodzie konwencjonalnej w celu wykorzystania całej długości freza ślimakowego jest stosowany okresowy przesuw freza (Shifting) po wykonaniu partii kół. Przesuw ten warunkowany jest zużyciem krawędzi skrawających w strefie największego zagłębienia freza w materiał obrabiany koła, czyli w płaszczyźnie

symetrii koła, która jest prostopadła do płaszczyzny przesuwu freza.

W metodzie diagonalnej możliwy jest taki dobór wartości posuwów, aby wykorzystać znaczną część długości roboczej freza ślimakowego. Obróbka metodą diagonalną jest realizowana na obrabiarkach dyferencjałowych. Zaletą metody diagonalnej jest zwiększona trwałość narzędzia oraz duża gładkość powierzchni obrabianych zębów. Dzięki składaniu ruchów posuwowych uzyskuje się ślady obróbki zgodne z liniami stycznymi do walca zasadniczego. Zjawisko to występuje zwłaszcza przy obróbce zębów śrubowych. Ustawienie wzajemne freza ślimakowego i koła obrabianego (tabela) zależy od kąta wzniosu linii

zębów koła oraz ich kierunków, a także od tego, czy frezowanie jest współbieżne czy przeciwbieżne.

Tabela 1. Wzajemne położenie freza i koła obrabianego.

Dla pełnego wykorzystania długości roboczej freza może być stosowana metoda kombinowana polegająca na frezowaniu diagonalnym oraz okresowym przesuwie osiowym freza po stępieniu jego części roboczej.

Wybór sposobu frezowania płaszczyzn.

Frezowanie płaszczyzn, czyli powierzchni płaskich jest jedną z najczęściej spotykanych prac frezarskich. Do frezowania płaszczyzn mają zastosowanie frezy walcowe, walcowo-czołowe i głowice frezowe. Wybór sposobu frezowania płaszczyzn zależy w dużym stopniu od kształtu przedmiotu obrabianego oraz od wymiarów samej płaszczyzny. Płaszczyzny z łatwym dostępem dla narzędzia są przeważnie frezowane głowicami frezowymi lub rzadziej frezami walcowymi.

Rys. Głowice frezowe: a) trzpieniowa z nożami mocowanymi na obwodzie, b) trzpieniowa z nożami mocowanymi na czole, c) nasadzana z nożami mocowanymi na czele.

Kształt przedmiotu obrabianego wpływa również na wybór sposobu frezowania z uwagi na odległość obrabianej płaszczyzny od podstawy zamocowania.

Frezowanie współbieżne i przeciwbieżne:

a) podczas frezowania współbieżnego siły działające na przedmiot poddawany obróbce dociskają go do stołu frezarki. Szczególnie mocny docisk występuje w chwili gdy ostrze freza rozpoczyna prace. Zaczyna ono wówczas skrawać warstwę znacznej grubości, malejącą do zera w miarę postępowania skrawania. Taki rodzaj pracy wywołuje drgania maszyn. Jeżeli w mechanizmie posuwu stołu są luzy, praca frezarek jest nierównomierna i urządzenie lub obrabiarka mogą ulec uszkodzeniu.

b) frezowanie przeciwbieżne jest najczęściej stosowane. Podczas tego frezowania siły działające na przedmiot usiłują oderwać go od stołu. Warstwa skrawana jest na początku pracy ostrza bardzo cienka, lecz w miarę postępu skrawania staje się coraz grubsza. Za szybkość skrawania podczas frezowania przyjmuje się szybkość obwodową freza obracającego się z prędkością n. Wyraża się ją zależnością:

Gdzie: D-średnica freza, n- prędkość obrotowa freza.

Dobór freza walcowego i warunków skrawania.

Wybór odmiany freza zależy od rodzaju materiału obrabianego.

Podstawowym punktem właściwego doboru freza walcowego jest wybór odpowiedniej odmiany freza w zależności od rodzaju materiału obrabianego. Następnym czynnikiem wyboru freza jest właściwy wybór jego średnicy. Wyboru dokonuje się na podstawie znajomości naddatku materiału na frezowanie za jednym

przejściem, czyli głębokość frezowania.

Długość freza walcowego dobiera się w zależności od szerokości frezowanej płaszczyzny, przy czym wystarczy by długość freza była większa około 10 mm.

Prędkość, z jaką powinien pracować frez w konkretnym przypadku obróbki zależy od wielu czynników, z których najważniejsze są:

rodzaj i właściwości materiału przedmiotu obrabianego, rodzaj obróbki (frezowanie zgrubne czy wykańczające),

z moc frezarki.

Prędkość ruchu posuwowego przy frezowaniu zgrubnym określa się wartością posuwu na 1 ostrze freza, a przy frezowaniu wykańczającym - posuwem na 1 obrót freza. Zalecane posuwy na 1 ostrze freza walcowego przy zgrubnym frezowaniu płaszczyzn.

Mniejsze wielkości posuwów należy przyjmować przy dużej głębokości i szerokości frezowania, natomiast większe - przy małej głębokości i szerokości frezowania.

Głębokość frezowania przy frezowaniu zgrubnym płaszczyzn nie powinna być zasadniczo mniejsza niż 3 mm. Liczbę przejść przy frezowaniu zgrubnym ustala się w zależności od pozostawionego naddatku na to frezowanie.

Frezowanie czołowe płaszczyzn jest dokonywane frezami walcowo-czołowymi i głowicami frezowymi. W odróżnieniu od frezów walcowych prawidłowe osadzenie ich i zamocowanie wynika z konstrukcji tych narzędzi i możne być tylko jednoznaczne. Ustawienie stołu frezarki na wymaganą głębokość frezowania przy

frezowaniu czołowym zależy od tego, czy frezowanie to jest wykonywane na frezarce pionowej czy poziomej:

a) frezowanie czołowe na frezarce pionowej odbywa się podobnie jak przy frezowaniu

walcowym na frezarce poziomej, tzn: przez podniesienie wspornika łącznie ze stołem. Gdy

przedmiot obrabiany jest zamocowany w specjalnym uchwycie obróbkowym to dla ułatwienia

ustawienia stołu na wymaganą głębokość frezowania korzysta się z ustawiaków i płytek

ustawianych w podobny sposób jak przy frezowaniu walcowym.

b) przy frezowaniu czołowym na frezarce poziomej ustawienie stołu na wymaganą głębokość

frezowania odbywa się przez odpowiednie przesunięcie stołu w kierunku poprzecznym.

Dobór freza walcowo-czołowego lub głowicy frezowej oraz warunków skrawania.

Do frezowania stali i żeliwa o średniej wytrzymałości i twardości są stosowane frezy walcowo-czołowe odmiany A. Frezy odmiany C - z dużą liczbą drobnych ostrzy stosowane do frezowania twardych żeliw i stali o dużej wytrzymałości, natomiast frezy odmiany B - z małą ilością ostrzy - są stosowane do obróbki stopów

lekkich.

Frezy walcowo-czołowe są stosowane tylko do frezowania wąskich płaszczyzn i obecnie są coraz rzadziej stosowane z uwagi na to, że zarówno szerokie jak i wąskie płaszczyzny lepiej jest obrabiać głowicami frezowymi z płytkami wieloostrzowymi z węglików spiekanych. Zastosowanie głowic umożliwia bowiem pracę

ze znacznie większą prędkością skrawania, przez co uzyskuje się większą dokładność i wydajność obróbki.

Średnicę d freza walcowo-czołowego i głowicy frezowej przyjmuje się w zależności od szerokości B frezowanej płaszczyzny:

d= (1,1÷ 1,2) B mm

Praca głowicy frezowej o większej średnicy jest spokojniejsza, gdyż korpus głowicy o znacznej masie i odpowiednio dużym momencie bezwładności odgrywa jednocześnie rolę koła zamocowanego. Ustalając wartość posuwu przy zgrubnym i wykańczającym frezowaniu czołowym płaszczyzn korzysta się z

analogicznych tablic.

Zalecane wartości posuwu przy zgrubnym frezowaniu stali frezami walcowo-czołowymi wynoszą od 0,04 do 0,20 mm/ostrze, a przy frezowaniu żeliwa od 0,10 do 0,5 mm/ostrze. Przy frezowaniu wykańczającym stali i żeliwa posuw należy przyjmować od 0,5 do 1,6 mm/obr.

Zalecane wartości posuwu przy zgrubnym frezowaniu stali głowicami frezowymi wynoszą od 0,04 do 0,15 mm/ostrze, a przy frezowaniu żeliwa od 0,06 do 0,25 mm/ostrze. Małe wartości posuwu są przyjmowane przy średnicach głowic i dużych głębokościach frezowania (ok. 8mm), a duże wartości posuwu- przy małych średnicach głowic i małych głębokościach frezowania (ok. 3mm). Przy frezowaniu wykańczającym posuw

należy przyjmować od 0,15 do 0,9 mm/obr. Małe wartości posuwu umożliwiają uzyskanie chropowatości powierzchni Ra= 1,25 mm.

Zamocowanie przedmiotu obrabianego.

Frezowanie płaszczyzn w przedmiotach o kształcie płyt wykonuje się przy bezpośrednim zamocowaniu przedmiotu na stole. Jeżeli cała górna płaszczyzna ma być obrabiana, to nie można zastosować łap dociskowych mocujących przedmiot od góry, lecz dociski boczne powinny być zamocowane w rowkach terowych stołu frezarki kamienie oporowe. Przedmioty w większych wymiarach, w których powierzchnia obrabiana jest prostopadła do powierzchni zamocowania, można zamocować na wspornikach.

Wspornik składa się z dwóch płyt, których płaszczyzny zewu tworzą ze sobą kąt prosty. Wycięcia w płycie dolnej służą do zamocowania wspornika na stole frezarki, a otwory w płycie pionowej - do zamocowania do niej przedmiotu obrabianego. Żebra usztywniają wspornik. Mniejsze wsporniki-kątowniki- nie mają otworów w

płycie pionowej, a przedmioty są do nich umocowane za pomocą zwrotnic.

W prostopadłościanie przeciwległe ściany są do siebie równoległe, a przyległe -prostopadłe. Aby otrzymać w przedmiocie tą zależność, kolejność tej obróbki nie może być dowolna. Za płaszczyznę podstawową przyjmujemy jedna z większych ścian bocznych 1, którą należy obrócić jako pierwszą. W tym celu mocujemy

przedmiot w imadle, podpierając go od spadku na dwóch podkładkach jednakowej wysokości.

Rys. Kolejność obróbki płaszczyzn prostopadłościanu.

Po obrobieniu ściany 1 obracamy przedmiot o 90 stopni i obrabiamy mniejszą ścianę boczną2. Aby zapewnić dokładne przyleganie obrobionej poprzednio ściany 1 do nieruchomej szczęki imadła wkładamy między przedmiot a szczękę ruchomą okrągły pręt stalowy. Ponieważ mocująca powierzchnia szczęki stałej jest prostopadła do podstawy imadła, a tym samym i do powierzchni stołu, to boczna ścianka 2 będzie po obróbce

prostopadła do ściany 1.

W następnej kolejności należy obrobić ścianę 3, tzn. drugą mniejszą ścianę. Podobnie jak przy obrabianiu ściany 2, ściana 1 powinna przylegać do nieruchomej szczęki imadła. Jeżeli ściana 2 będzie dokładnie przylegała do prowadnic imadła, czego warunkiem koniecznym jest usunięcie zadziorów z krawędzi przedmiotu między ścianami 1 i 2, to obrabiana ściana 3 będzie prostopadła do ściany 1 i równoległa do

ściany 2.

Frezowanie drugiej, większej ściany bocznej 4, odbywa się po ustawieniu przedmiotu. Przedmiot spoczywa na dwóch podkładkach. Równoległość obu ścian 1 i 4 otrzymamy tylko wtedy, gdy podkładki te będą miały taką samą wysokość.

Po obróbce zgrubnej czterech bocznych ścian prostopadłościanu przystępujemy do frezowania wykańczającego. Kolejność obróbki poszczególnych ścian będzie taka sama jak przy frezowaniu zgrubnym. Aby przy frezowaniu wykańczającym nie pokaleczyć już obrobionego na gotowo powierzchni przedmiotu,

należy nałożyć na szczęki imadła wkładki z miękkiego metalu. Najczęściej stosuje się wkładki aluminiowe.

W toku wykańczającego frezowania ścian prostopadłościanu należy sprawdzić ustawienie przedmiotu po każdym jego zamocowaniu. Do tego celu używać rysika.

Po obrobieniu na gotowo wszystkich bocznych ścian prostopadłościanu przystępuje się do obróbki jego ścian czołowych.

Frezowanie płaszczyzn pochylonych pod określonym kątem względem płaszczyzny podstawowej może odbywać się:

a) przy pochylonym przedmiocie obrabianym,

b) przy pochylonym frezie.

Frezowanie płaszczyzn przy pochylonym przedmiocie obrabianym. Uniwersalnym uchwytem do zamocowania przedmiotu obrabianego w pozycji pochylonej jest imadło pochylone i stół pochylony.

Frezowanie płaszczyzn przy pochylonym frezie odbywa się z reguły na frezarce pionowej z głowicą skrętną. Tego rodzaju frezowanie może odbywać się tylko z poprzecznym posuwem stołu (przedmioty krótkie). Z tego względu lepsze jest frezowanie płaszczyzn przy pochylonym przedmiocie obrabianym, gdyż może być tam

stosowany posuw wzdłużny stołu (przedmioty długie).

Dobór wymiarów freza walcowego oraz ustalenie parametrów skrawania, liczby przejść i głębokości frezowania przy zgrubnym i wykańczającym frezowaniu poszczególnych boków prostopadłościanu.

Dany jest materiał wyjściowy ze stali węglowej o wytrzymałości 600 MPa jako odcinek pręta o przekroju prostokątnym. Szerokość pręta - 45mm, grubość pręta - 35mm. Długość uciętego pręta - 70mm. Należy wykonać z tego materiału prostopadłościan o wymiarach 28-0,4 x 42+0,3 x 65-0,2mm na frezarce

poziomej frezem walcowym.

A. Obliczanie naddatków na obróbkę i ustalenie liczb przejść przy zgrubnym wykańczającym frezowaniu poszczególnych boków prostopadłościanu.

a) Wymiary przedmiotu obrabianego i materiału wyjściowego

Na rysunku rysujemy linią kreskową zarys materiału wyjściowego. Następnie oznaczamy cyframi poszczególne boki prostopadłościanu, zachowując odpowiednią kolejność ich obróbki

b) Naddatki na obróbkę większych boków 1 i 4 wynoszą (35 - 28): 2 = 3,5mm. Na frezowanie wykańczające pozostawimy 1,0mm, czyli na frezowanie zgrubne przypadnie 2,5mm. Oba zabiegi frezowania zgrubnego i wykańczającego będą miały po jednym przejściu. Ponieważ grubość prostopadłościanu ma tolerancję wykańczania 0,4mm w głąb materiału, dlatego każdy z

boków 1 i 4 musi być obrobiony z dokładnością 0,2mm.

c) Naddatki na obróbkę obu mniejszych boków 2 i 3 ograniczających szerokość prostopadłościanu wynoszą(45 -42): 2= 1,5mm. Gdyby na frezowanie wykańczające pozostawić, jak poprzednio 1,0mm, to na frezowanie zgrubne przypadałby naddatek 0,5mm, czyli mniejszy od naddatku na frezowanie wykańczające. Trzeba więc frezowanie zgrubne

wykonać jednym przejściem przy głębokości skrawania 0,5mm.

d) Dokładność obróbki boków 2 i 3 jest większa i wynosi 0,3: 2= 0,15 mm, przy czym szerokość prostopadłościanu tolerowana jest "na plus". Wskazuje to na fakt, że przy obróbce boków 2 i 3

przy frezowaniu wykańczającym głębokość skrawania równa 0,5mm powinno traktować się jako maksymalną.

e) Naddatki na obróbkę czołowych powierzchni 5 i 6 wynoszą (70 - 65): 2= 2,5mm. Przy frezowaniu zgrubnym głębokość skrawania będzie wynosiła 1,5mm, a przy wykańczającym -1,0mm.

B. Dobór odmiany i wymiarów freza walcowego.

a) Materiałem obrabianym jest stal węglowa o średniej wytrzymałości na rozciąganie i dlatego frezowanie należy wykonywać frezem walcowym przeznaczonym do frezowania stali i żeliwa o średniej wytrzymałości i twardości.

b) Głębokość frezowania zgrubnego nie przekracza 2,5mm. Z tego względu średnica freza walcowego nie powinna być mniejsza niż10 g = 10* 2,5 = 25mm. Dobieramy więc frez walcowy nasadzany o najmniejszej średnicy, tzn: d = 50mm z liczbą ostrzy z = 6.

c) Frezy walcowe o średnicy 50mm są wykonywane o trzech różnych długościach L= 40mm, 63mm i 80mm. Ponieważ szerokość frezowania przy obróbce szerszych boków prostopadłościanu 1 i 4 wynosi 45mm, więc zastosujemy frez o długości L= 63mm.

---