7. MOŻLIWOŚCI KSZTAŁTOWANIA POWIERZCHNI FREZOWANIEM

7.1. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE

7.1.1. Rodzaje powierzchni kształtowanych frezowaniem

Frezowaniem obrabia się powierzchnie płaskie, powierzchnie kształtowe symetryczne i niesymetryczne, rowki o różnych kształtach, wielowypusty, gwinty oraz uzębienia. Obróbką zgrubną można uzyskać klasy dokładności IT 10 do 14 oraz chropowatość Ra≈20 μm, natomiast obróbką wykańczającą klasy dokładności IT 6 do 8 oraz chropowatość Ra≈1,25÷10 μm.

Na rysunku 7.1 przedstawiono możliwości kształtowania powierzchni frezami trzpieniowymi (palcowymi), a na rysunku 7.2 przykład frezowania powierzchni za pomocą głowic frezowych.

Rys.7.1. Możliwości kształtowania powierzchni frezami trzpieniowymi (wg Sandvik)
Rys.7.2. Przykłady frezowania powierzchni za pomocą głowic frezowych (wg Sandvik)

7.1.2. Zasada frezowania

Sposób obróbki skrawaniem nazywany frezowaniem odbywa się narzędziami wieloostrzowymi - frezami - na frezarkach. Zazwyczaj narzędzie wykonuje ruch główny obrotowy, natomiast przedmiot obrabiany ruch posuwowy prostoliniowy lub krzywoliniowy. Cechą charakterystyczną frezowania jest cykliczna nieciągłość skrawania, to znaczy że ostrza freza pracują z przerwami.

Wyróżnia się następujące odmiany frezowania [7.3]:

• frezowanie obwodowe (walcowe),

• frezowanie czołowe,

• frezowanie skośne,

• frezowanie obwiedniowe.

Frezowaniem obwodowym nazywa się takie frezowanie, w którym oś obrotu freza jest równoległa do powierzchni obrabianej (rys.7.3a). Frezowaniem czołowym nazywamy takie, w którym oś obrotu freza jest prostopadła do powierzchni obrabianej (rys.7.3b). Natomiast frezowanie skośne występuje zazwyczaj podczas stosowania frezów kątowych (rys.7.3c), oś obrotu freza jest usytuowana pod kątem do obrabianej powierzchni.

Frezowanie obwiedniowe jest zazwyczaj stosowane do nacinania kół zębatych, wielowypustów itp. (rys.10.20).

Rys.7.3. Odmiany frezowania: a) frezowanie obwodowe, b) frezowanie czołowe, c) frezowanie skośne

Pod względem kinematycznym frezowanie obwodowe można podzielić na:

• frezowanie przeciwbieżne, w którym przedmiot obrabiany wykonuje ruch posuwowy w kierunku przeciwnym do kierunku wektora prędkości obwodowej freza (rys.7.4a),

• frezowanie współbieżne, w którym przedmiot obrabiany wykonuje ruch posuwowy w kierunku zgodnym z kierunkiem wektora prędkości obwodowej freza (rys.7.4b).

Rys.7.4. Frezowanie obwodowe: a) przeciwbieżne, b) współbieżne

Podczas frezowania przeciwbieżnego każde ostrze freza skrawa warstwę materiału o grubości zmiennej, teoretycznie od grubości równej zeru (w momencie zetknięcia ostrza z materiałem), do pewnej maksymalnej wartości w chwili wybiegu ostrza. Luz między nakrętką a śrubą pociągową napędu posuwu ulega skasowaniu, co zapewnia spokojną pracę. Ten sposób frezowania jest korzystny w przypadku istnienia na powierzchni obrabianej utwardzonej warstwy, np. w postaci naskórka odlewniczego lub kuźniczego, bowiem ostrza skrawają go od spodu, przez co mniej zużywają się. We frezowaniu przeciwbieżnym frez oddziałuje na przedmiot obrabiany starając oderwać go od stołu frezarki, dlatego zamocowanie przedmiotu obrabianego powinno być szczególnie sztywne i pewne.

Podczas frezowania współbieżnego grubość warstwy skrawanej zmienia się od wartości maksymalnej do zera. Frezowanie współbieżne jest na ogół korzystniejsze niż przeciwbieżne. Na podstawie doświadczeń można stwierdzić, że podczas obróbki stali frezowanie współbieżne zapewnia 2-3 krotnie większą trwałość ostrzy narzędzia niż frezowanie przeciwbieżne. Również chropowatość obrotowej powierzchni jest lepsza. Także zapotrzebowanie mocy napędu ruchu posuwowego jest 3-4 krotnie mniejsze niż podczas frezowania przeciwbieżnego.

Frezowanie współbieżne nie daje określonych korzyści podczas frezowania materiałów o dużej twardości, a także materiałów kruchych, mało podatnych na zgniot obróbkowy. Ten sposób obróbki wymaga obrabiarki o dobrym stanie technicznym. Pożądane jest by obrabiarka charakteryzowała się brakiem luzów między nakrętką a śrubą pociągową stołu frezarki.

Frezowanie czołowe, z uwagi na różne położenie freza względem przedmiotu obrabianego, można podzielić na:

• frezowanie czołowe pełne, w którym szerokość freza b_D jest równa średnicy freza d (rys.7.5a),

• frezowanie czołowe niepełne symetryczne, gdy szerokość frezowania b_D jest mniejsza od średnicy freza d, a położenie narzędzia jest symetryczne w stosunku do przedmiotu obrabianego (rys.7.5b),

• frezowanie czołowe niepełne niesymetryczne (rys.7.5c).

Rys.7.5. Odmiany frezowania czołowego: a) pełne, b) niepełne symetryczne, c) niepełne niesymetryczne

7.1.3. Parametry stosowane we frezowaniu

Do najważniejszych parametrów skrawania należy zaliczyć prędkość skrawania. We frezowaniu jest to prędkość obwodowa freza v_c, którą obliczyć można z zależności


[m/min] (7.1)

w której: n - prędkość obrotowa wrzeciona frezarki, obr/min; d - średnica freza, mm.

Zalecane prędkości frezowania zależą od wielu czynników. W głównej mierze od rodzaju materiału obrabianego i narzędzia. Przeciętne wartości prędkości skrawania podczas frezowania stali i żeliwa wynoszą: dla frezów ze stali szybkotnącej 10-30 m/min, dla narzędzi z ostrzami z węglików spiekanych 50÷200 m/min, a dla ostrzy ceramicznych 200÷500 m/min.

We frezowaniu zgrubnym należy dążyć do możliwie największej głębokości frezowania, w celu usunięcia całego naddatku w jednym przejściu. Natomiast podczas frezowania wykańczającego głębokość frezowania zawiera się w przedziale a_p=0,1÷0,4 mm.

We frezowaniu rozróżniamy:

• posuw na ostrze (ząb) fz,

• posuw na obrót freza f , przy czym:


[mm/obr] (7.2)

gdzie: z - liczba ostrzy freza.

Posuw minutowy (prędkość posuwu) v_f - jest wartością przesunięcia przedmiotu obrabianego względem freza w czasie jednej minuty


[mm/min] (7.3)

gdzie: n - prędkość obrotowa freza, obr/min.

Szerokość frezowania B określana jest szerokością powierzchni obrabianej.

7.1.4. Frezy do obróbki powierzchni płaskich i kanałków

W zależności od powierzchni, na której są wykonane ostrza skrawające, rozróżnia się frezy walcowe, czołowe oraz walcowo-czołowe.

Frezy walcowe (rys.7.6) mają ostrza tylko na powierzchni walcowej. Długość freza L dobierana jest w zależności od szerokości frezowanej płaszczyzny B.

Frezy walcowe mają ostrza śrubowe o dużym kącie pochylenia (najczęściej 45^o), co zapewnia równomierną pracę narzędzia. Frezy walcowe do obróbki szerokich płaszczyzn lub do dużych głębokości frezowania wykonuje się jako frezy zespołowe (rys.7.6b), składające się z dwóch części o przeciwnej zwojności ostrzy na obu częściach. Zaletą stosowania takich frezów jest wzajemne znoszenie się sił poosiowych występujących na obu częściach skrawających.

Frezy walcowo-czołowe (rys.7.7) mają ostrza na powierzchni obwodowej i na jednej z obu powierzchni czołowych. Służą one do frezowania jednostronnie ograniczonych płaszczyzn lub do obróbki wąskich płaszczyzn swobodnych.

Rys.7.6. Frezy walcowe: a) prawozwojny, b) zespołowy, c) zespołowy ze wstawionymi ostrzami

Rys.7.7. Frezy walcowo-czołowe: a) prawozwojny, b) ze wstawionymi ostrzami

Ostrza na powierzchni obwodowej freza są śrubowe i mają pochylenia λ=15^o, 20^o lub 30^o. Normalne frezy walcowo-czołowe wykonywane są o średnicach 40÷125 mm, długościach 32÷56 mm i liczbie ostrzy 6÷16.

Frezy tarczowe mają ostrza skrawające rozłożone zarówno na obwodzie jak i na ściankach bocznych. Istnieje wiele odmian frezów tarczowych, niektóre z nich przedstawiono przykładowo na rys.7.8.

Rys.7.8. Frezy tarczowe trzystronne z ostrzami: a) prostymi, b) na przemian skośnymi

Frezy tarczowe trzystronne (rys.7.8a) mają ostrza proste na powierzchni obwodowej oraz na obu powierzchniach czołowych. Szerokość freza dobierana jest w zależności od szerokości frezowanego rowka. Frezy te wykonywane są o średnicach 50÷125 mm i szerokościach 4÷28 mm. Są stosowane do frezowania stosunkowo płytkich rowków z małymi posuwami na ostrze freza.

Frezy tarczowe trzystronne na przemian skośne (rys.7.8b) mają ostrza na obwodzie i obu powierzchniach czołowych. Frezy te stosowane są do frezowania głębokich rowków, z dużymi posuwami na ostrze.

Frezy trzpieniowe przedstawiono na rysunku 7.9. Frezy kątowe o małych średnicach (16÷40 mm) są stosowane do frezowania rowków trapezowych (rys.7.9a,b). Frezami trzpieniowymi można wykonywać również rowki teowe i rowki prostokątne (rys.7.9c,d).

Rys.7.9. Frezy trzpieniowe: a), b) do rowków trapezowych, c) do rowków teowych, d) do rowków prostokątnych

W procesie wytwarzania matryc i form najczęściej stosowane są frezy trzpieniowe (rys.7.10).

Do frezowania z dużymi prędkościami (HSM) stosuje się frezy monolityczne z węglików spiekanych lub z wymiennymi płytkami z azotku boru CBN. Na rysunku 7.11 pokazano frezy palcowe z węglików spiekanych.

Rys.7.10. Schematyczne przedstawienie frezów trzpieniowych: a) frez walcowo-czołowy, b) frez torusowy, c) frez kulisty

Rys.7.11. Frezy palcowe z węglików spiekanych do obróbki zgrubnej - firmy a) RITZ, b) VALLORBE i obróbki wykańczającej - firmy c) RITZ, d) ROBB JACK

7.2. FREZARKI

7.2.1. Frezarki wspornikowe

Frezarki odznaczają się uniwersalnością zastosowania i, po tokarkach, są obrabiarkami najbardziej rozpowszechnionymi. Stosowanie narzędzi wieloostrzowych oraz wysokich parametrów skrawania czyni frezarki obrabiarkami o dużej wydajności.

Ruch główny obrotowy wykonuje wrzeciono z zamocowanym w nim frezem, ruch posuwowy, zazwyczaj prostoliniowy, wykonuje stół frezarki z zamocowanym na nim przedmiotem obrabianym. Napęd posuwów (wzdłużnego i poprzecznego) we frezarkach jest najczęściej niezależny od napędu wrzeciona i realizowany jest odrębnym silnikiem.

Najbardziej rozpowszechnione są frezarki wspornikowe, tzw. konsolowe [7.6]. Frezarki te mogą mieć oś wrzeciona usytuowaną poziomo lub pionowo. Frezarki wspornikowe poziome mają wrzeciono o poziomej osi (rys.7.12).

Rys.7.12. Frezarka wspornikowa pozioma: 1-korpus, 2-wspornik, 3-stół, 4-sanie poprzeczne, 5-obrotnica, 6-belka wspornikowa, 7-podtrzymki, 8-trzpień frezarski

Na prowadnicach korpusu 1 przesuwa się pionowo wspornik 2 zwany konsolą, na którym umieszczony jest stół krzyżowy 3 lub krzyżowo-skrętny na saniach poprzecznych 4. W górnej części znajduje się belka wspornikowa 6 z podtrzymkami 7 do podpierania trzpieni frezarskich 8. Frez lub zespoły frezów walcowych osadza się na trzpieniu frezarskim, którego jeden koniec mocuje się w wrzecionie a drugi podpiera w łożysku podtrzymki 7, złączonej przesuwnie z belką wspornika 6.

Frezarki wspornikowe pionowe mają oś wrzeciona usytuowaną pionowo lub skrętnie wokół osi poziomej (rys.7.13). Frezarki pionowe są przeznaczone do obróbki powierzchni płaskich za pomocą głowic frezowych oraz do frezowania rowków o różnych kształtach. Jeżeli w napędzie w trzech kierunkach posuwów występują sprzęgła elektromagnetyczne to frezarka może pracować w cyklu automatycznym.

W przedstawionym schemacie kinematycznym do napędu posuwów roboczych i przyspieszonych służy oddzielny silnik E_f. Frezarka ta ma możliwości napędu stołu w trzech kierunkach. W układzie napędu ruchu głównego, w celu zwiększenia liczby prędkości obrotowych wrzeciona, zastosowano odboczkę.

Rys.7.13. Schemat kinematyczny frezarki wspornikowej pionowej: SP1, SP2, SP3-śruby pociągowe do przemieszczania stołu, WR-wrzeciono, SM-sprzęgło elektromechaniczne, E_v, E_f-silniki napędu ruchu głównego i posuwowego; 1-odboczka, 2-skrzynka prędkości, 3-skrzynka posuwów, 4-napęd ręczny,

5-posuw główny, 6-posuwy robocze, 7-szybkie przesuwy

7.2.2. Frezarki sterowane numerycznie

Obecnie coraz częściej stosuje się w przemyśle frezarki sterowane numerycznie CNC (Computer Numerical Control). W budowie sterowań CNC stosuje się układy mikroprocesorowe. Układy te mogą wykonywać różne funkcje sterowania, realizowane przez odpowiednio oprogramowane systemy.

Nowoczesną konfiguracją układów CNC stosowanych w obrabiarkach i innych urządzeniach, jest wielomikroprocesorowa struktura mieszana, oparta na mikroprocesorach 32 lub 64 bitowych.

Zasadniczym elementem architektonicznym układu jest centralna magistrala systemowa. Realizuje połączenie między poszczególnymi modułami układu. Komunikacja między modułami jest realizowana za pośrednictwem trzech grup linii sygnałowych, które tworzą tzw. szyny. Występuje więc szyna adresowa, szyna danych i szyna sterująca.

Podstawowym modułem systemu jest procesor centralny, posiadający własną pamięć operacyjną, podstawowe układy wejścia/wyjścia oraz system przerwań. Obróbka na współczesnych frezarkach sterowanych numerycznie przynosi wiele korzyści technicznych i ekonomicznych. Możliwa jest obróbka bardzo dokładnych powierzchni płaskich i otworów oraz dokładnych powierzchni krzywoliniowych. Proces przebiega z określonym następstwem zabiegów, według z góry ustalonego programu.

W zależności od zastosowań technologicznych sterowanie numeryczne obrabiarek dzieli się na:

• punktowe,

• odcinkowe,

• kształtowe.

Nowoczesne obrabiarki CNC pracują wyłącznie na zasadzie elektronicznej. Na ogół obrabiarki sterowane numerycznie muszą być sztywniejsze niż porównywalne obrabiarki konwencjonalne. Z uwagi na dużą kapitałochłonność, obrabiarki CNC powinny być wykorzystywane w pracy wielozmianowej. Jeden ze systemów CAM stosowanych w CNC umożliwia szeroki zakres strategii programowania toru narzędzia w kilku osiach. Na rysunku 7.14 pokazano przykładowe strategie frezowania powierzchni oparte na wierszowaniu.

Rys.7.14. Przykładowe strategie frezowania oparte na wierszowaniu: a) w osi X, b) w osi Y, c) pod dowolnym kątem, d) wewnętrznym pod dowolnym kątem, e) tarasowym, f) kołowym, g) spiralnym, h) promieniowym [7.5]

Na rysunku 7.15 pokazano widok frezarki sterowanej numerycznie FNE50 firmy AVIA.

Rys.7.15. Frezarka sterowana numerycznie FNE50

7.3. MOCOWANIE NARZĘDZI I MATERIAŁU OBRABIANEGO

7.3.1. Mocowanie frezów

Mocowanie frezów zależy od ich konstrukcji. Do tego celu stosuje się różne trzpienie i oprawki. Stożki w gnieździe wrzeciona frezarki (o zbieżności 7:24) służą do środkowania trzpienia, który jest mocowany śrubą przechodzącą przez wrzeciono. Moment obrotowy na trzpień jest przenoszony przez kamienie zabierakowe umieszczone na powierzchni czołowej końcówki wrzeciona. Są to tzw. konwencjonalne złącza SK. Do zalet tych złącz można zaliczyć:

• proste wykonanie,

• symetryczną konstrukcję,

• zdolność samocentrowania.

Frezy walcowe i inne frezy nasadzane, z wzdłużnym rowkiem wpustowym w otworze, są mocowane na trzpieniach (rys.7.16).

Rozróżnia się trzpienie z końcowym podparciem (rys.7.16a), mające na końcu czop 4 do podparcia trzpienia w podtrzymce stałej frezarki, oraz trzpienie z podparciem tylko na tulejkach prowadzących 5 (rys.7.16b). Trzpienie drugiej odmiany nie mają na końcu czopa. Podparcie ich odbywa się na tulejkach prowadzących w najbardziej dogodnych miejscach, na podtrzymce stałej i ruchomej. Zmniejsza się w ten sposób ugięcie trzpienia. Do mocowania frezów walcowo-czołowych służą trzpienie frezarskie zabierakowe. Rozróżnia się trzpienie zwykłe (rys.7.16c) i wydłużone (rys.7.16d). W trzpieniach zwykłych moment obrotowy przenoszony jest z wrzeciona frezarki na frez za pośrednictwem zabieraka (6), natomiast w trzpieniach wydłużonych za pośrednictwem wkładek zabierakowych (7). Frezy trzpieniowe z chwytem walcowym mocowane są w oprawkach zaciskowych (rys.7.16e). Oprawki te mają chwyt stożkowy o zbieżności 7:24.

Rys.7.16. Trzpienie frezarskie i oprawka zaciskowa: a,b) trzpienie długie; c,d) trzpienie zabierakowe, e) oprawka zaciskowa; 1-chwyt stożkowy o zbieżności 7:24, 2-wpust, 3-tulejki dystansowe, 4-nakrętka, 5-tulejki prowadzące, 6-zabierak, 7-wkładki zabierakowe, 8-tulejka zaciskowa

W przypadku frezowania z dużymi prędkościami (HSM), stosowane dotychczas złącza SK nie zapewniają zadowalających rezultatów mocowania. Wynika to stąd, że dla dużej prędkości obrotowej wrzeciona dochodzi do większego oddziaływania siły odśrodkowej na stożkowe gniazdo wrzeciona niż na stożek narzędzia (adaptera). To powoduje, że gniazdo stożkowe rozszerza się w większym stopniu niż stożek narzędzia i narzędzie pod działaniem mocującej siły wciągającej może zostać osiowo przestawione. Aby zapobiec tym niedogodnościom, jak i zwiększyć wybór złącz, skonstruowano nowe złącza HSK (rys.7.17). Znajduje ono coraz szersze zastosowanie w obecnie produkowanych obrabiarkach. Złącza te charakteryzują się lekko stożkowym konturem zewnętrznym (stożek 1:10) i wewnętrznym wydrążonym otworem.

Rys.7.17. Mocowanie narzędzia za pomocą złącza HSK: 1-złącze HSK, 2-narzędzie skrawające

Konstrukcja złącza HSK zapewnia idealne połączenie narzędzia z wrzecionem przy mocowaniu automatycznym, a także przy mocowaniu ręcznym. Zalety takiego mocowania są następujące:

• wysoka sztywność statyczna i dynamiczna,

• pewność zamocowania dla dużych prędkości obrotowych wrzecion,

• zdolność przenoszenia dużych momentów,

• bardzo duża dokładność i powtarzalność pozycjonowania,

• krótki czas wymiany narzędzia.

Rys.7.18. Złącza systemów narzędzi zespolonych; A-złącza wrzeciono-adapter: a) stożek niesamohamowny (o dużej zbieżności), b) krótki stożek z wydrążonym chwytem (HSK); B-złącza adapter-narzędzie obróbkowe: c) chwyt w tulei zaciskowej, d) zamocowanie Weldona, e) hydrauliczny uchwyt zaciskowy, f) uchwyt skurczowy o zacisku równomiernym

7.3.2. Mocowanie przedmiotów obrabianych

Sposób zamocowania przedmiotu obrabianego na frezarce zależy od kształtu i wymiarów przedmiotu, wielkości produkcji (jednostkowa, seryjna) oraz rodzaju wykonywanej operacji. Duże przedmioty, jak odlewy i odkuwki o prostych kształtach, w produkcji małoseryjnej mocuje się bezpośrednio do stołu frezarki za pomocą docisków (rys.7.19).

Rys.7.19. Zamocowanie przedmiotu do stołu frezarki: 1 - przedmiot obrabiany, 2 - stół frezarki,3 - śruba mocująca, 4 - docisk, 5 - śruba regulacyjna

Przedmioty małych rozmiarów mocuje się zwykle w imadle maszynowym, przymocowanym do stołu frezarki. Imadła maszynowe mogą być: stałe, obrotowe i pochylne. W pozostałych przypadkach przedmioty mogą być mocowane:

• na stołach dwupozycyjnych, mających dwa uchwyty doprowadzone kolejno wraz z przedmiotem obrabianym w strefę skrawania,

• w uchwytach frezarskich specjalnych wieloprzedmiotowych,

• w kłach podzielnicy i podstawki ustawionej na stole frezarki,

• w uchwycie samocentrującym, osadzonym na wrzecionie podzielnicy.

Na rysunku 7.20 przedstawiono mocowanie płyty w uchwycie magnetycznym.

Rys.7.20. Frezowanie płyty w uchwycie magnetycznym

7.4. CHROPOWATOŚĆ POWIERZCHNI FREZOWANYCH

Chropowatość przedmiotu obrabianego frezowaniem zależy od:

• posuwu na ostrze,

• prędkości skrawania,

• właściwości obrabianego materiału,

• odmiany frezowania,

• dokładności położenia poszczególnych ostrzy freza względem części chwytowej,

• bicia promieniowego i osiowego wrzeciona obrabiarki,

• zakłóceń procesu np. drgania obrabiarki itp.

7.4.1. Teoretyczna chropowatość powierzchni po frezowaniu walcowym

Teoretyczna wysokość chropowatości podczas frezowania walcowego zależy od posuwu na ostrze. Jeżeli przedstawić dwa położenia freza O₁ i O₂, odpowiadające przesunięciu o wartość posuwu na ostrze, to teoretyczną wysokość chropowatości można obliczyć na podstawie prostych geometrycznych zależności wynikających z rysunku 7.21.

Rys.7.21. Rysunek pomocniczy do wyznaczenia teoretycznej wysokości chropowatości podczas frezowania walcowego frezem, którego krawędzie ostrzy są równoległe do osi obrotu


(7.4)

gdzie: R_t - teoretyczna wysokość chropowatości, D - średnica freza, f_z - posuw na ostrze.

Wykonując przekształcenia wzoru (7.4), otrzymujemy zależność na teoretyczną chropowatość powierzchni obrobionej frezowaniem walcowym


(7.5)

Zależności (7.4) i (7.5) nie uwzględniają promieniowego bicia ostrzy freza, które praktycznie zawsze występuje i spowodowane jest niedokładnością wykonania narzędzia, błędami zamocowania freza, ugięciami trzpienia frezarskiego itp. Jeżeli jedno z ostrzy freza jest wysunięte w kierunku promieniowym w stosunku do pozostałych to występuje tzw. bicie promieniowe e (rys.7.22).

Rys.7.22. Rysunek pomocniczy do wyznaczenia teoretycznej wysokości chropowatości podczas frezowania walcowego

W przedstawionych warunkach teoretyczna wysokość chropowatości powierzchni będzie wyznaczana przecięciem się dwóch okręgów kół (zakreślonych najbardziej wysuniętym ostrzem) o średnicy (D+2e) przesuniętych o wartość posuwu na jeden obrót freza. Z rozważań tych otrzymujemy zależność na teoretycznie obliczoną wartość nierówności R_t


(7.6)

Wartość 2e jest znacznie mniejsza od średnicy freza (rys.7.22) więc możemy ją pominąć, otrzymujemy wtedy


(7.7)

Rzeczywiste wartości wysokości nierówności powierzchni R_rz są większe od wartości teoretycznych wyznaczonych ze wzoru (7.7). Różnica między nimi jest tym mniejsza, im większa jest wartość posuwu na jeden obrót freza. W przypadku posuwów większych od około 2 mm/obr można przyjąć że


(7.8)

7.4.2. Teoretyczna chropowatość powierzchni po frezowaniu czołowym

Teoretyczna wysokość chropowatości powierzchni po frezowaniu czołowym zależy od geometrii ostrza, posuwu oraz od czołowego bicia ostrzy freza. Rozrzut położeń ostrzy freza spowodowany jest błędami ostrzenia lub błędami mocowania płytek wieloostrzowych oraz zależy od nieprawidłowego ustawienia narzędzia w stosunku do obrabianej powierzchni [7.2].

W zależności od wartości bicia ostrzy freza i zadanego posuwu można wyróżnić dwa przypadki kształtowania powierzchni. Dla uproszczenia przedstawione one będą dla czołowego frezowania ostrzami o kącie przystawienia κ_r = 90^o.

Pierwszy przypadek, gdy wartość czołowego (osiowego) bicia ostrzy e spełnia nierówność (rys.7.23a)


(7.9)

to teoretyczna wysokość chropowatości wynosi


(7.10)

gdzie: f - posuw na jeden obrót freza, κ′_r - pomocniczy kąt przystawienia.

Drugi przypadek, gdy bicie czołowe freza spełnia nierówność


(7.11)

to wówczas teoretyczna wysokość chropowatości odpowiada wartości bicia e (rys.7.23b), tj.


(7.12)

Rys.7.23. Rysunek pomocniczy do wyznaczenia teoretycznej chropowatości powierzchni podczas frezowania czołowego w warunkach gdy jedno z ostrzy jest przesunięte w kierunku osiowym w stosunku do pozostałych: a) przy małych posuwach, b) przy dużych posuwach

Z badań wynika, że rzeczywista wysokość chropowatości R_rz uzyskiwana podczas frezowania czołowego jest większa niż teoretyczna wartość wyznaczona na podstawie zależności (7.12). W przybliżeniu można przyjąć, że praktyczna chropowatość powierzchni wynosi


(7.13)

Po frezowaniu wykańczającym uzyskuje się powierzchnie, których średnia wysokość nierówności Ra zawiera się w przedziale 5÷1,25 μm.

Tabela wyników pomiarów

Parametry zmienne	Parametry stałe			Chropowatość powierzchni Ra [μm]
		ap [mm]	vc [m/min]		materiał
fz1 [mm/ostrze]
fz2 [mm/ostrze]
fz3 [mm/ostrze]
fz4 [mm/ostrze]

Rys.7.24. Wpływ posuwu na chropowatość powierzchni

7.5. PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Prezentacja komputerowa procesu frezowania oraz narzędzi i obrabiarek.

2. Zaprezentowanie przedmiotów obrabianych metodą frezowania.

3. Przygotowanie frezarki do pracy:

1. zamocowanie przedmiotu obrabianego,

2. zamocowanie głowicy frezowej we wrzecionie frezarki,

3. dobór parametrów do frezowania powierzchni płaskiej,

4. przeprowadzenie próby frezowania powierzchni płaskiej dla różnych prędkości posuwu na ostrze f_z.

4. Wyznaczenie zależności Ra=f(f_z) po frezowaniu czołowym niepełnym symetrycznym:

1. pomiar chropowatości obrobionej powierzchni (tabela wyników pomiarów),

2. wykonanie wykresu Ra=f(f_z) (rys.7.24).

5. Frezowanie przeciwbieżne i współbieżne:

1. zamocowanie freza trzpieniowego,

2. przeprowadzenie próby frezowania przeciwbieżnego, a następnie współbieżnego na bocznej powierzchni próbki.

6. Frezowanie rowka prostokątnego i rowków kształtowych:

1. wykonanie rowka prostokątnego,

2. wykonanie rowka teowego,

3. wykonanie rowka trapezowego,

4. wykonanie rowka kątowego.

7. Omówienie rezultatów prób.

8. Kartkówka.

7.6. LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA

[7.1] KOCH J.: Systemy wytwarzania. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1977.

[7.2] DMOCHOWSKI J., UZAROWICZ A.: Obróbka skrawaniem i obrabiarki. PWN, Warszawa 1980.

[7.3] PRACA ZBIOROWA: Poradnik inżyniera, Obróbka skrawaniem. Tom 1. WNT, Warszawa 1991.

[7.4] PRITSCHOW G.: Technika sterowania obrabiarkami i robotami przemysłowymi. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1995.

[7.5] OCZOŚ K.: Obróbka z dużymi prędkościami. Mechanik, nr 3, 1998.

[7.6] FILIPOWSKI R., MARCINIAK M.: Technika obróbki mechanicznej i erozyjnej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000.

Ćwiczenie 3: możliwości kształtowania powierzchni frezowaniem

67




---