Фрезерная обработка металла: классификация, особенности технологии

 Основные понятия.

   Фрезерование (фрезеровка) — это способ обработки плоскостей, пазов, фасонных поверхностей, шлицев, а также любых других поверхностей, отличных от тел вращения, позволяющий получить чистоту поверхности 4—6-го и 3—4-го классов точности.

   Процесс резания при фрезеровке характеризуется следующими особенностями:

   1. Фрезеровка   является способом многолезвийной обработки: при этом в процессе резания находится несколько зубьев одновременно. Чем больше число зубьев, тем меньше интенсивность переменных нагрузок, выше плавность резания.

    2. Периодически повторяющимся процессом резания режущими кромками по циклу — нагрузка с последующей паузой.

   3. Периодически повторяющимся процессом врезании зуба в металл, что приводит к ударной нагрузке на режущую кромку, а также при наличии радиуса скругления к определенному периоду скольжения зуба без процесса резания. В схемах фрезеровки, где удельный вес такого явления велик, это ведет к ухудшению условий работы инструмента и вызывает его повышенный износ.

    4. Переменностью нагрузки на режущую кромку за одни цикл резания, обусловленной переменной величиной площади срезаемого слоя: у прямозубых фрез переменной является только толщина среза, а у фрез с винтовым зубом – переменными являются и толщина среза и длина контакта режущей кромки с заготовкой.

Горизонтально-фрезерный станок

Горизонтально-фрезерный станок (рис. 4) отличает горизонтальное расположение фрезы. Как правило, фреза закрепляется неподвижно, и подача осуществляется только за счет перемещений стола.

Рисунок 4. Устройство горизонтально-фрезерного станка.

Рисунок 4. Устройство горизонтально-фрезерного станка.

Горизонтально-фрезерный станок состоит из следующих элементов.

1. Рукоятка переключения скоростей. Служит для переключения режимов вращения шпинделя.
2. Станина. Является несущей конструкцией станка, на которой расположены рабочие элементы.
3. Лимб. Служит для точной настройки.
4. Хобот. Предназначен для закрепления второго конца приводного вала фрезы.
5. Коробка скоростей. Состоит из набора шестерен с кулисным механизмом переключения. Служит для изменения скорости вращения фрезы.
6. Шпиндель. Предназначен для закрепления в нем приводного вала фрезы.
7. Первая подвеска.
8. Вторая подвеска. Предназначены обе подвески для фиксации приводного вала.
9. Стол. Служит для закрепления обрабатываемой заготовки.
10. Поворотная плита. Способна осуществлять поворот вокруг горизонтальной оси.
11. Салазки. Необходимы для обеспечения горизонтальной подачи детали.
12. Консоль. Сложное устройство, которое выполняет функцию механизма подачи детали во всех плоскостях. Специфика работы горизонтально-фрезерного станка не позволяет в обычном случае придать подвижность фрезе. Поэтому все движения фрезы относительно заготовки осуществляются посредством консоли.
13. Коробка подач. Служит для настройки автоматической продольной и поперечной подачи.
14. Фундаментная плита. Основание станка. Имеет отверстия под закрепление станка на фундаменте.
15. Рукоятка управления подачами. Управляет скоростью подачи.
16. Лимб подачи. Предназначен для настройки подачи с увеличенной точностью.

Развитие технологии фрезеровки металла

На протяжении длительного периода времени фрезерная обработка осуществлялась в ручном режиме. Человеческий фактор влиял на большое количество брака, неточных срезов. Даже опытные токари не справлялись с криволинейными поверхностями, что затрудняло изготовление многих металлических деталей.

Впоследствии все автоматизировалось. Появление станков с возможностью программирования дало новый толчок к развитию сложной обработки металла. Это упростило работу фрезеровщиков, за все отвечал станок ЧПУ, в который загружали определенную программу.

На современном этапе во фрезеровочных станках используется луч лазера. Высокоточное оборудование позволяет работать быстро. Но и станки стоят гораздо дороже. Такие станки являются прототипом 3D-принтера. Возможность одновременной работы в трех плоскостях сокращает затраченное время. Работа на этом оборудовании, кроме непосредственной обработки заготовки, подразумевает и верное написание программы.

Особенности инструмента

Фрезер – это аппарат для обработки дерева, реже используют для металла. Существует две основных разновидности такого оборудования:

• стационарный фрезерный станок, в котором фреза закреплена неподвижно, а заготовка перемещается усилиями оператора;
• ручной фрезер, который вручную перемещают вдоль неподвижно закрепленной заготовки.

Ручной фрезер

Первый тип устройств, как правило, применяют на производствах. В быту используется ручной вариант инструмента.

Кстати, при необходимости ручной фрезер можно закрепить, используя различные приспособления, и превратить его во фрезеровальный станок.

Кроме задачи по работе с плоскими поверхностями, фрезером по дереву выпиливают технологические выемки (например, выемку под петли, гребень, паз и так далее). Все эти работы можно делать ручным фрезером, причем результат будет выглядеть намного аккуратнее, и сама работа пройдет оперативнее, чем без применения инструмента.

При помощи такого «помощника» интерес к столярному делу могут проявлять и люди с небольшой физической силой (женщины, подростки, пожилые люди). Это понятно – при работе с инструментом не надо применять практически никаких усилий. Однако прежде, чем строить планы по этой деятельности, надо разобраться со строением аппарата и особенностями его функционирования.

Основные элементы срезаемого слоя при фрезеровании (фиг. 1, 2).

  Угол контакта фрезы ψ в град — центральный угол, равный дуге соприкосновения с деталью.

   Глубина резания t в мм — величина срезаемого слоя материала, соответствующая длине дуги резания ψ и измеренная в направлении перпендикулярном к обрабатываемой поверхности.

  Ширина фрезерования В в мм — ширина обрабатываемой поверхности, измеренная в направлении, параллельном оси фрезы. Для цилиндрических фрез эта величина равна величине зоны контакта фрезы с деталью в направлении, параллельном оси фрезы, а для дисковых — равна ширине фрезеруемого паза.

   Ширина среза  в мм – длина соприкосновения режущей кромки зуба с обрабатываемой деталью. Для цилиндрической прямозубой фрезы b = В, для цилиндрической с винтовым зубом b ≠ В и является переменной величиной.

   Толщина среза a в мм — расстояние, измеренное в радиальном направлении, перпендикулярном к поверхности резания, образованное двумя последовательными положениями режущих кромок фрезы. Это величина переменная, максимальное значение которой расположено на угле контакта ψ.