Методика выполнения работы

Геометрия рабочей части фрезы

 

Методические указания к лабораторному занятию по теория резаниям

 

(для студентов специальности 5В071200 – Машиностроение)

Алматы 2012

Цель обучения: Закрепление сведений об основных частях и элементах различных видов фрез, их геометрических параметрах, элементах режима резания и срезаемого слоя. Ознакомление с методами измерения геометрических параметров фрез и приборами, применяемыми для этой цели. Приобретение навыков эскизирования цилиндрических и торцевых фрез.

Методические рекомендации цилиндрическая фреза; торцевая фреза; угломеры—2 шт.; установка для измерения углов фрез методом координат; штангенциркуль.

Выполнить эскиз фрезы в проекциях с необходимыми сечениями. На эскизе показать габаритные размеры и обозначить условно буквами углы фрезы. Измерить углы, и их численную величину записать в таблицу протокола.

 

Рекомендуемая литература:

 

1 Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. Учебник для машиностроит. и приборостроит. спец. вузов. –М.: Высш.школа, 1985.

2 Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. -М: Машиностроение, 1975.

3 Технология обработки конструкционных материалов. [Учебник для машиностроительных специальностей вузов. / П.Г.Петруха, А.И.Марков, П.Д. Беспахотный и др. ]; Под ред. П.Г.Петрухи. –М.: Высшая школа., 1991.

4 Коженкова Т.И., Фельдштейн Е.Э. Лабораторные работы по резанию металлов: [Учебное пособие по специальности 2501 «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструметы»]. -Минск: Высшая школа, 1985.

 

 

Лабораторная работа 3

 

Геометрия рабочей части фрезы

 

Цель работы. Закрепление сведений об основных частях и элементах различных видов фрез, их геометрических параметрах, элементах режима резания и срезаемого слоя. Ознакомление с методами измерения геометрических параметров фрез и приборами, применяемыми для этой цели. Приобретение навыков эскизирования цилиндрических и торцевых фрез.

Вопросы для самоконтроля. 1. Типы фрез. 2. Элементы режима резания при фрезеровании. 3. Элементы сечения срезаемого слоя при фрезеровании (ширина, толщина, угол контакта, площадь поперечного сечения). 4.Геометрические параметры цилиндрической фрезы. 5. Геометрические параметры торцевой фрезы. 6. Измерение углов фрез угломером Бабчиницера (2УРИ). 7. Измерение углов со и X универсальным и маятниковым угломерами. 8. Измерение углов фрез методом координат.

К р а т к и е т е о р е т и ч е с к и е с в е д е н и я

Основные типы фрез. Фреза — многолезвийный инструмент, применяемый для обработки плоскостей, пазов, шлицев, тел вращения, резьбы, фасонных поверхностей, разрезки. Одновременное участие в работе нескольких зубьев обеспечивает высокую производительность обработки.

Фреза представляет собой, тело вращения, на образующей поверхности которого или на торце имеются режущие зубья (Рисунок 37).

Несмотря на многообразие фрез, схема их работы соответствует цилиндрическому или торцевому фрезерованию (Рисунок 38). При цилиндрическом фрезеровании ось фрезы параллельна обрабатываемой поверхности, работа производится зубьями, расположенными на цилиндрической поверхности фрезы. При торцевом фрезеровании ось фрезы перпендикулярна обработанной поверхности, и кроме зубьев, расположенных на цилиндрической поверхности, работают зубья, имеющиеся на торцевой поверхности.

Элементы режима резания и срезаемого слоя. Главное движение при фрезеровании - вращение фрезы. Движение подачи - поступательное или вращательное перемещение заготовки.

Скорость резания V (м/мин) - окружная скорость наиболее удаленной от оси вращения точки режущей кромки фрезы:

V = π D n/1000

где D - диаметр фрезы, мм; п - частота вращения фрезы, об/мин.

А б в

a - цилиндрическая; б - дисковая и пазовая; в - концевые; г, д - торцевые; е - фасонная; ж — прорезная

Рисунок 37. Типы фрез

а - цилиндрическое; б - торцевое Рисунок 38. Виды фрезерования

Подача S — величина перемещения обрабатываемой заготовки относительно фрезы. Подача у обычных фрезерных станков бывает

горизонтальная и вертикальная. Различают три вида подачи: подача на один зуб фрезы — Sz, подача на один оборот фрезы So и минутная подача S_M. Между ними существует соотношение:

Sm=Sz*Zn; So=Sz* Z

где z — число зубьев фрезы; n – число оборотрв фрезы в минуты.

Глубиной резания t называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно последней (см. Рисунок 37 и 38), Ширина фрезерования В — ширина обрабатываемой поверхности в направлении, параллельной оси фрезы. У цилиндрических фрез ширина фрезерования совпадает с шириной обрабатываемой заготовки, у дисковых фрез - с шириной паза, у торцевых и концевых фрез - с глубиной срезаемого слоя. Ширина среза b - длина стороны сечения срезаемого слоя, образованной поверхностью резания. Для прямозубой фрезы Ь=В, для цилиндрической фрезы с винтовыми зубьями b является переменной величиной. Для торцевых фрез:

b=B / Sinφ Cosλ

 

где φ- угол в плане режущей кромки зуба торцевой фрезы; λ - угол наклона режущей кромки.

Траекторией относительного рабочего движения точки режущей кромки фрезы является удлиненная циклоида. При используемых отношениях скорости движения детали к скорости вращения фрезы, дуга циклоиды мало отличается от дуги окружности. Для упрощения математического описания

а - цилиндрической фрезой; б - торцевой фрезой

Рисунок 39. Угол контакта при фрезеровании

 

размеров срезаемого слоя при фрезеровании дугу циклоиды можно заменить дугой окружности с диаметром, равным диаметру фрезы. Ошибка не будет превышать 1%.

Угол контакта фрезы δ - центральный угол, соответствующий дуге контакта фрезы с заготовкой (Рисунок 40). Различают также мгновенный угол контакта ψ - центральный угол между радиусом, проведенным в начальную точку касания зуба фрезы с заготовкой, и радиусом, проведенным в точку мгновенного положения зуба.

Для цилиндрических, концевых, дисковых и фасонных фрез

Cosδ=l-(2t/D). Для торцевых фрез при симметричном резании Sinδ=B/D.

Толщина среза a — длина нормали к поверхности резания, проведенной через рассматриваемую точку режущей кромки", ограниченная сечением срезаемого слоя (Рисунок 40). Величина а переменна. Максимальная толщина слоя, срезаемого зубом фрезы, a_max=S_zSinaδ, минимальная – a_min=O. Толщина срезаемого слоя для мгновенного положения данного зуба фрезы

а = S_zSin ψ

Рисунок 40. Расчетная схема для определения толщины срезаемого слоя и суммарной площади поперечного сечения среза

При фрезеровании используют понятия о средней и срединной толщине срезаемого слоя. Средняя толщина среза a cp =(a min +a max)/ 2=a max/ 2Толщина срезаемого слоя:

f=D*Sz/2 Sin w*(cosφ1-cosφ2)

Срединная толщина среза, соответствующая углу контакта δ/2, равна: aсред=SzSin(δ/2)=Sz√t/D.

Для торцевых фрез a _max = S_zSinδ; amax=Sz*Sinδ

Площадь поперечного сечения среза, снимаемая одним зубом цилиндрической фрезы с прямыми зубьями, f=Bа. Она меняется, как и толщина среза, от нуля до максимума (Рисунок 41):

fmax=Bamax = BS _z Sinδ = 2BS _z √ t/D-t²/D².

При фрезеровании в работе участвуют одновременно несколько зубьев. Поэтому вводится понятие о суммарной площади поперечного сечения среза. Для ее определения необходимо знать, сколько зубьев одновременно находятся в работе и каков мгновенный угол контакта для каждого работающего зуба. Количество зубьев фрезы, находящихся одновременно в работе:

m=δ/η=δz/360ε

где δ - полный угол контакта фрезы с заготовкой η - центральный угол между двумя соседними зубьями фрезы r|=360°/z; z — число зубьев фрезы.

Значение m округляется до ближайшего большего целого числа. Если 1<m<2, то одновременно в работе находится два зуба, если 2<m<3, то три зуба и т. д. Число одновременно работающих зубьев тем больше, чем больше t и z и меньше D.

Мгновенные углы контакта для работающих зубьев фрезы имеют следующие значения (см. Рисунок 40 и 41): ψ1=δ;ψ2=δ−η; ψ3=δ−2η и т.д. Так как для каждого зуба площадь поперечного сечения, среза равна:

f= BS_zSin ψ, то суммарная площадь поперечного сечения среза, снимаемого прямозубой фрезой будет равна:

F= f i =BSz(Sinψ1+Sinψ2+…+Sinψm)=BSz Sinψi Толщина среза для фрезы с винтовыми зубьями подсчитывается так же, как и для фрезы с прямыми зубьями: a=S_zSinψ. Но эта толщина переменная не только вдоль дуги контакта (в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы), но и вдоль длины режущей кромки зуба, так как вследствие винтового расположения этой кромки мгновенные углы контакта для разных ее точек различны (см. Рису- нок 41). Поперечное сечение слоя, срезаемого винтовых зубом фрезы, равно:

f= (Cosψ 1 -Cosψ 2)

Суммарное сечение слоя, срезаемого всеми одновременно работающими винтовыми зубьями фрезы, равно:

 

F= f i = (Cosψ 1i -Cosψ 2i)

где ψ 1i и ψ 2i, — углы контакта двух крайних точек i-й винтовой режущей кромки, участвующих в работе; ω — угол наклона винтовой канавки фрезы.

а б

а - фрезой с прямыми зубьями; б - фрезой с винтовыми зубьями

Рисунок 41. Сечение срезаемого слоя при фрезеровании

Геометрические параметры цилиндрической фрезы. Цилиндрическая фреза представляет собой цилиндрическое тело, на поверхности которого в продольном направлении прорезаны канавки для размещения стружки. Пересечение канавки с цилиндрической поверхностью образует режущие кромки. Для более плавной работы фрезы и для увеличения числа одновременно работающих зубьев стружечные канавки делают винтовыми.

Цилиндрическая фреза работает в условиях свободного резания, на каждом ее зубе имеется одна режущая кромка.

Часть стружечной канавки у режущей кромки является передней поверхностью, а поверхность цилиндра - задней. Зуб фрезы может быть остроконечным или затылованным (Рисунок 42).

Острозаточенные зубья фрез перетачиваются по задней поверхности. Спинка зуба может быть выполнена по прямой, ломаной или по параболе.

 

 

а, б, в - остроконечные; г - затылованная

Рисунок 42. Формы зубьев фрезы

Каждый режущий зуб имеет такие же элементы и углы, как резец.. Нередко этои есть резцы, закрепляемые в корпусе фрезы (см. Рисунок 37,д).

Рисунок 43. Геометрические параметры режущей части цилиндрической

фрезы

 

Главный передний угол γ — угол между передней поверхностью и основной плоскостью, проходящей через ось фрезы и рассматриваемую точку режущей кромки. Этот угол обеспечивает сход стружки по передней¹ поверхности и измеряется в плоскости, перпендикулярное режущей кромке

(N — N). В этой же плоскости измеряют задний угол a_N (Рисунок 43).

Главный задний угол α—угол между касательной к задней поверхности фрезы и плоскостью резания. Траектория движения рассматриваемой точки режущей кромки, определяющая положение плоскости резания, принимается за дугу окружности, поэтому главный угол измеряется в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы (М—М). В этой плоскости измеряется передний угол γ_т. Если фреза с винтовыми зубьями, то режущее кромки являются винтовыми линиями. Угол их наклона к оси фрезы называют углом наклона винтовой канавки ш.

У фрез рассматривают:

окружной шаг фрезы t_T в торцевой плоскости (длина дуги по торцу фрезы

между двумя соседними зубьями): t2= ,

где D—диаметр фрезы; z—число зубьев фрезы.

шаг зубьев фрезы в нормальном сечении: t =t Cos ω

осевой шаг зубьев фрезы: t =t ctg ω=(πD/z)ctg ω

шаг винтовой канавки зуба фрезы: H=πDctgω

Рисунок 44. Углы в плане торцевой Рисунок 45 - Геометрические параметры

фрезы режущей части торцовоц фрезы

 

При проектировании инструмента второго порядка и при изготовлении шаблонов для контроля фрез все размеры задаются в плоскости торца фрезы (М—М). Чтобы перейти от величин углов, измеренных в торцевой плоскости, к величинам углов в нормальной плоскости, используют соотношения:

tga_N = tga /Cos ω; tgγ = tgγ_TCos ω.

Геометрические параметры торцевой фрезы. У торцевых фрез зубья подобны проходным резцам. В резании, кроме главной, участвует вспомогательная режущая кромка. Зуб фрезы имеет углы в плане φ, φ 1, ε

(Рисунок 44).

Главный угол в плане φ — угол между плоскостью резания и рабочей плоскостью.Вспомогательный угол в плане φ 1 — угол между проекцией вспомогательной (торцевой) режущей кройки на основную плоскость и рабочей плоскостью.

У вершины каждого зуба для упрочнения и улучшения условий теплоотвода затачивают переходную режущую кромку под углом φО=φ/2. Главный передний угол γ измеряется в плоскости схода стружки, условно принимаемой в направлении, перпендикулярном к режущей кромке (N-N). Это угол между касательной к передней поверхности зуба фрезы и основной плоскостью (Рисунок 45).

Главный задний угол а измеряется в плоскости, в которой лежит траектория движения точки режущей кромки, т.е. в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы (А—А) и совпадающей с направлением подачи.

Задний угол а - угол между касательной к. задней поверхности зуба фрезы я плоскостью резания.

В главной секущей плоскости N—N измеряют нормальный задний угол

α_N: tga_N =tgaSinφ

У торцевых фрез рассматривают также поперечный передний угол γ1 в плоскости А—А и продольные передний и задний углы фрезы в секущей плоскости В—В, параллельной оси фрезы (γ₂, α₂).

Между углами, измеряемыми в различных плоскостях, существует следующая зависимость: tgγ = tgγ1Sin φ + tgγ₂Cos φ,

В сечении С—С измеряется вспомогательный задний угол α1.

Методика выполнения работы

Лабораторное оборудование: цилиндрическая фреза; торцевая фреза; угломеры—2 шт.; установка для измерения углов фрез методом координат; штангенциркуль.

Выполнить эскиз фрезы в проекциях с необходимыми сечениями. На эскизе показать габаритные размеры и обозначить условно буквами углы фрезы. Измерить углы, и их численную величину записать в таблицу протокола.

 

Эскиз фрезы

Методы измерения фрез

Диаметр и длина фрезы измеряются штангенциркулем и, в редких случаях, микрометром.

Передний и задний углы измеряются угломером Бабчиницера (2УРИ).

На дуге 1 угломера закреплена линейка 3, которая опирается на режущую

 

Рисунок 46. Измерение углов фрезы угломером Бабчиницера (2УРИ)

кромку одного из зубьев фрезы (Рисунок 46). По дуге скользит сектор 2, на котором имеется угольник 4 с движущейся продольно линейкой. На линейку 3 должен опираться зуб фрезы, следующий за измеряемым (точка А). Точка О угольника является центром вращения сектора, скользящего по дуге и лежит на линии, линейки А—А. Измеряемый зуб режущей кромкой должен упираться в точку О. Таким образом ОА — хорда. На секторе нанесена шкала в градусах.

/// //// ////// //// // // //// /

Рисунок 47. Измерение угла наклона винтовой канавки фрезы универсальным

(а) и маятниковым (б) угломерами

При совмещении линейки угольника с задней поверхностью измеряемого зуба фрезы угольник вместе с сектором поворачивается на угол η между хордой ОА и задней поверхностью зуба фрезы, которые меньше заданного угла на угол v, т. е. α=υ+η. Для каждого числа зубьев фрезы величина угла v определенная. Эти утлы нанесены на дугу, угломера. Поэтому величина заднего утла отсчитывается от риски, которая соответствует числу зубьев фрезы и учитывает поправку на угол υ. При измерении углов торцевых зубьев отсчет производится против риски со знаком со, так как здесь хорда совпадает с касательной и поправка на угол v не нужна.

Аналогично измеряется передний угол фрезы при совмещении вертикальной грани угольника с передней поверхностью зуба фрезы.

Угол ω измеряется универсальным или маятниковым угломером, как это показано на рисунке 47.

 

Т р е б о в а н и я к о ф о р м л е н и ю р а б о т ы

 

В отчете необходимо привести эскизы фрез в проекциях с необходимыми сечениями, на которых обозначить буквами размеры и углы; составить таблицу численных значений размеров и углов.

 

Протокол лабораторной работы 3

 

Геометрия рабочей части фрезы

Цель работы-

Таблица 3 Результаты измерения параметров фрезы

Наименование фрезы	Материал режущей части фрезы	Размеры фрезы, мм	Число зубьев фрезы z	Угол наклона винтовой канавки ω, угол наклона режущей кромки λ, град.	Шаг винтовой Канавки	Углы фрезы в торцовой плоскости, град.
D	L или В	tT	γT	α	βT	γT

 

Таблица 4 Геометрические параметры фрезы

 

Вспомогательный задний угол α1	Углы фрезы в плане	Углы фрезы в главной секущей плоскости
φ	φ1	ε	γ	αN	β	δ

ВЫВОДЫ