Построение технологического процесса фрезерной обработки

Содержание технологического процесса.
На завершающем этапе обучения молодой рабочий в пределах своей профессии должен уметь самостоятельно разрабатывать технологический процесс, уровень технической грамотности которого служит одним из основных показателей квалификационной зрелости фрезеровщика.

Работа по построению технологического процесса включает выбор рационального технологического маршрута, приспособлений, инструментов, режимов резания и расчет основного времени на выполнение каждого перехода.

Технологический маршрут разрабатывается на основании общих правил и принципов, подробно рассмотренных ранее, а также сведений о выполнении различных операционных фрезерных работ. Приспособления, режущие и измерительные инструменты выбирают соответственно принятым способам установки заготовок на станке, способам обработки поверхностей и требуемой точности. При этом следует учитывать тип производства. В единичном и мелкосерийном производствах в основном используются приспособления и инструменты общего назначения, предусмотренные действующими стандартами и нормалями машиностроения. Для средне- и крупносерийного производств характерно применение универсально-наладочных, универсально-сборочных и многоместных приспособлений, специальных фасонных фрез и жестких контрольно-проверочных инструментов (пробок, скоб, шаблонов). В массовом производстве используется главным образом специальная оснастка для каждой технологической операции. Режим резания назначают, руководствуясь правилами, изложенными ранее.

Основное (машинное) время Tо

, непосредственно расходуемое на процесс резания, рассчитывается (в минутах) для каждого перехода по формуле
где L — расчетная длина обработки, мм; sм — минутная подача, мм/мин; к — количество одновременно обрабатываемых заготовок; i — число проходов.
В свою очередь расчетная длина обработки

определяется как сумма (рис. 174):
где l — длина обрабатываемой поверхности в направлении подачи, мм; l1 — величина врезания фрезы, мм; l2 — величина перебега фрезы, мм.

Длина врезания
определяется по следующим формулам:

для цилиндрических и дисковых фрез (рис. 174, а)

для торцовых фрез при симметричном фрезеровании (рис. 174, б) для торцовых фрез при несимметричном фрезеровании (рис. 174, в) для концевых фрез при обработке пазов и уступов (рис. 174, г)
Величина перебега l2
учитывается только при фрезеровании открытых поверхностей и принимается в пределах 2…4 мм.

Оформление технологического процесса.

В соответствии с ЕСТД (ГОСТ 3.1108—74) комплектность и формы технологической документации устанавливаются в зависимости от типа и характера производства. Основным технологическим документом для всех типов производств является маршрутная карта (ГОСТ 3.1105—74), которая для серийного и массового производства дополняется операционными картами (ГОСТ 3.1404—74), содержащими все необходимые сведения для осуществления технологических операций. При необходимости к операционным картам могут прилагаться карты эскизов, в которые заносятся поясняющие эскизы и схемы обработки и контроля.

Для развития технологического мышления молодого рабочего целесообразно пользоваться учебной формой технологической карты (см. табл. 18), включающей все основные сведения и иллюстрации к ним из вышеуказанных карт.

Правила заполнения граф 1…5 технологической карты, содержащих сведения о технологическом маршруте, рассматривались ранее. В графе «Приспособления» указываются наименования применяемых приспособлений. В графе «Инструменты» приводятся типы фрез, их материал и основные размеры — диаметр и число зубьев. При обозначении измерительных инструментов следует пользоваться их стандартным наименованием и маркировкой, приводимыми в справочниках.

При занесении в карту режимов резания необходимо указывать фактическую скорость резания, подачу и частоту вращения, принятые по станку.

Расчетная длина обработки L принимается как общая величина для всех одновременно обрабатываемых заготовок и определяется по формуле (60). Основное время To рассчитывается по формуле (59) на одну деталь.

Рассмотрим конкретный пример построения технологического процесса фрезерной обработки направляющей плиты (табл. 18).

Исходные данные: чертеж детали; заготовка — поковка прямоугольного сечения 85x33x133 мм из стали 45; количество деталей в партии—10 шт.; станок — вертикально-фрезерный модели 6Р12П.

Разработку технологического процесса начнем с построения технологического маршрута согласно логической схеме.

На 1-й стадии изучим исходные данные.

По чертежу определим технические требования, предъявляемые к точности обработки детали. Плита имеет два направляющих уступа по форме «ласточкин хвост», два неглубоких паза шириной 25 и 50 мм, закрытый глухой паз шириной 14 мм и два скоса 4×45°. Размеры 14, 12 и 60 ограничены предельными отклонениями. Остальные размеры без допусков должны удовлетворять 14-му квалитету: охватывающие — по H14, охватываемые — по h14.

Точность геометрической формы установлена чертежом только для основной базовой плоскости детали и поверхностей направляющих уступов, неплоскостность которых не должна превышать 0,1 мм. Погрешности формы остальных поверхностей услрвно принимаются не более 1/2 допуска соответствующего размера.

Точность взаимного расположения поверхностей оговорена чертежом для направляющих уступов. Их несимметричность к боковым поверхностям детали и непараллельность к основной базовой плоскости А не должны соответственно превышать 0,2 и 0,1 мм.

Шероховатость (высота неровностей), указанная на контуре чертежа, Rz=20 мкм. Неровности прочих поверхностей не более Rz=80 мкм.

Деталь термообработке не подвергается, следовательно, ее полная обработка с учетом невысокой точности может быть выполнена на фрезерном станке. Материал детали — качественная конструкционная углеродистая сталь марки 45 твердостью в отожженном состоянии не более HB197.

Размеры заготовки обеспечивают достаточный припуск на обработку — 2,5 мм на сторону.

Небольшая величина партии деталей (10 шт.) и их разовое изготовление позволяют сделать заключение о необходимости пооперационного построения технологического процесса с невысокой степенью расчленения.

Техническая характеристика станка модели 6Р12П с поворотной шпиндельной головкой приведена в таблице данной ранее. В механизме продольного перемещения стола станка предусмотрена регулировка зазоров в винтовой передаче.

На второй стадии технологической подготовки выбираем способы обработки поверхностей, технологические базы и способы установки заготовок на станке.

В соответствии с общим принципом наибольшей производительности и с учетом типа станка обработку габаритных плоскостей будем выполнять торцовыми фрезами, прямоугольные уступы, пазы и скосы — концевыми фрезами, оснащенными твердым сплавом. Для обработки направляющих уступов с углом 60° и прорезей будут использованы соответственно угловые и прорезные фрезы из быстрорежущей стали.

Руководствуясь правилами выбора технологических баз, вначале выполняем обработку наибольшей по площади поверхности заготовки, которая в дальнейшем будет использована в качестве основной базы. Для получения правильного расположения направляющих уступов к основной базе детали их обработку целесообразно осуществить за одну установку на станке.

Соответственно выбранным базам, а также учитывая небольшие размеры и сравнительно несложную форму детали, установку заготовок на станке будем выполнять в поворотных станочных тисках, снабженных клиновыми накладными губками.

На третьей стадии построения технологического маршрута устанавливаем количество и содержание операций.

Учитывая небольшую партию обрабатываемых деталей и общие правила комплектования операций, технологический маршрут делим на 12 операций, содержание которых приведено в табл. 18.

Остальные графы технологической карты заполняем согласно ранее изложенным правилам. В качестве примера рассмотрим эти действия для I—2 операций.

Заготовку закрепляем в поворотных станочных тисках с клиновыми накладными губками. Диаметр торцовой фрезы определяем по формуле (7):

По стандарту выбираем фрезу D=125 мм и z=8, оснащенную твердым сплавом Т15К6.

Для контроля плоскостей используем штангенциркуль ШЦ-1, лекальную линейку и образцы шероховатости.

Обработку плоскостей выполняем за один проход с шириной фрезерования B=85 мм и глубиной резания t=2,5 мм. Подачу на зуб с учетом требуемой шороховатости принимаем по табл. 16: sz=0,12 мм/зуб. По табл. 17 и 18 выбираем скорость резания с учетом поправочных коэффициентов: v = 280 * 1 * 1 * 0,85 = 238 м/мин.

Рассчитываем необходимую частоту вращения

По станку принимаем n = 630 об/мин, которому будет соответствовать фактическая скорость резания: Эти значения скорости резания и частоты вращения заносим в технологическую карту.

Определяем минутную подачу

По станку принимаем sм = 630 мм/мин.

Основное время рассчитываем по формуле (59):
Для определения расчетной длины L находим длину врезания при несимметричном торцовом фрезеровании по формуле (63): Величину смещения фрезы относительно заготовки С находим из равенства Приняв C = 6 мм, получим Тогда по формуле (60): Окончательно

Конструктивные особенности и виды концевых фрез

Монолитные и сборные обычные (цилиндрические) и иные концевые фрезы состоят из рабочих частей и хвостовиков. Они могут быть цилиндрическими и коническими, а зубья — нормальными и мелкими. Инструменты с нормальными зубьями применяют для получистовой и чистовой обработки, а крупнозубые фрезы — для черновой.

Изображение №1: концевая фреза с конусом Морзе (коническим)

Важно! Концевые фрезы имеют небольшие диаметры (3–60 мм). Из-за этого для обеспечения оптимальных скоростей резания инструменты вращаются с высокими частотами. При относительно небольших скоростях подачи нагрузка на 1 зуб минимальна. Это обеспечивает высокое качество обработки.

Монолитные концевые фрезы могут быть:

целиком изготовлены из быстрорежущей или легированной стали;
целиком выполнены из твердых сплавов;
спаянными (материал хвостовика — конструкционная сталь, а рабочей части — твердый сплав).

Кроме этого существуют концевые фрезы с твердосплавными пластинами.

Изображение №2: цилиндрическая концевая фреза с твердосплавными пластинами

Главное преимущество таких фрез — возможность смены пластин без снятия режущего инструмента. Твердосплавные концевые фрезы (с пластинами и без) применяют для получения пазов и уступов в заготовках из закаленных и труднообрабатываемых сталей.

Инструменты могут иметь затылованные и остроконечные зубья. Такие модели называют обдирочными. Их применяют для черновой обработки заготовок, полученных литьем и свободной ковкой.

Изображение №3: обдирочная концевая фреза с затылованными зубьями

Инструменты с острозаточенными зубьями имеют неравномерный окружной шаг. Такие обдирочные фрезы отличаются более высокими производительностью (+ 60–70 %), вибростойкостью и сроком службы.

Изображение №4: обдирочная концевая фреза с остроконечными зубьями

Кроме цилиндрических инструментов существуют концевые фрезы специального назначения. К ним относятся шпоночные, угловые и Т-образные модели.

Шпоночные концевые фрезы

Их применяют для фрезерования шпоночных пазов. Инструменты имеют 2 режущих зуба и торцевые режущие кромки. Они направлены не наружу (как у сверл), а внутрь инструментов.

Изображение №5: шпоночная концевая фреза

Шпоночная фреза может углубляться в материал при осевой подаче (высверливается отверстие), а затем двигаться в сторону при продольной. В результате получается шпоночный паз.

Важно! Переточку таких фрез производят по задним поверхностям торцевых кромок. После операций диаметры инструментов не изменяются.

Угловые концевые фрезы

Их применяют для фрезерования наклонных плоскостей и пазов, имеющих угловые профили. Инструменты бывают одноугловыми и двухугловыми. У первых режущие кромки расположены на конических поверхностях и торцах, а у вторых — только на конических поверхностях. Причем двухугловые фрезы могут быть симметричными. У таких инструментов усилия, возникающие при работе угловых кромок зубьев уравновешиваются. Такие фрезы работают более плавно.

Изображение №6: рабочие части угловых концевых фрез

Вершины угловых фрез закругляют. Это продлевает срок службы инструментов.

Т-образные концевые фрезы

Их применяют для обработки Т-образных пазов.

Изображение №7: конструкция и характеристики Т-образных концевых фрез

Эти фрезы часто ломаются. Это обусловлено сложностью обработки Т-образных пазов, при которой отвод стружки сильно затрудняется. Такие фрезы имеют разнонаправленные зубья и угловые поднутрения.

Фрезерование закрытых шпоночных канавок шпоночными концевыми фрезами

Выполняется на горизонтальных и вертикальных фрезерных станках. Рассмотрим фрезерование шпоночной канавки с шириной 10 мм и глубиной 4 мм.

Изображение №18: фрезерование закрытой шпоночной канавки

Выбор инструмента

Для этой операции возьмем шпоночную фрезу с диаметром 10 мм. Если она перетачивалась, необходимо проверить диаметр рабочей части микрометром.

Расчет режима резания

Заданная скорость резания — 25,2 м/мин. Частота вращения — 800 об./мин. Подача — 0,03 мм/зуб. Количество зубьев — 2. Рассчитаем минутную подачу.

s= 0,03*2*800 = 48 мм/мин.

Подготовка к работе и выполнение операции

После закрепления фрезы в патроне проверьте ее радиальное биение по индикатору. Ширина канавки не должна выйти из допуска. Фрезерование шпоночных канавок происходит так же, как и рассмотренная выше обработка замкнутых пазов.

Фрезерование уступов концевыми фрезами

Рассмотрим фрезерование двух уступов в бруске. Цель — получение ступенчатой шпонки.

Основные параметры

Ширина фрезерования — 5 мм.
Глубина резания — 12 мм.
Чистота поверхности — 5.

Выбор инструмента

Для этой операции отлично подойдет концевая фреза (диаметр — 16 мм) с нормальными зубьями и цилиндрическим хвостовиком. Чтобы стружка отводилась вверх, винтовые канавки должны быть направлены вправо.

Расчет режима резания

Рассчитаем частоту вращения шпинделя. При скорости подачи 25 м/мин. она будет равна:

n = (1000*v)/(π*d) = (1000*25)/(3,14*16) = 500 об./мин.

Подача на один зуб — 0,03 мм. Вычислим минутную подачу.

s = sзуб*z (чистота поверхности)*n = 0,03*5*500 = 75 мм/мин.

Подготовка к работе и выполнение операции

Фрезерование каждого уступа проходит по следующей схеме.

Закрепите заготовку в тисках, а фрезу — в патроне шпинделя станка.
Установите лимб коробки подач на 80 мм/мин., а лимб коробки скоростей — на 500 об./мин.
Запустите вращение шпинделя.
Подведите заготовку под фрезу.
Поднимите стол до легкого касания фрезой верхней плоскости заготовки.
Установите кулачки выключения продольной подачи на длину фрезерования.
Обработайте деталь с двух сторон.

Изображение №12: фрезерование уступов концевой фрезой

Скорость резания

Наиболее важным режимом при фрезеровании можно назвать скорость резания. Он определяет то, за какой период времени будет снят определенный слой материала с поверхности. На большинстве станков устанавливается постоянная скорость резания. При выборе подходящего показателя учитывается тип материала заготовки:

При работе с нержавейкой скорость резания 45-95 м/мин. За счет добавления в состав различных химических элементов твердость и другие показатели меняются, снижается степень обрабатываемости.
Бронза считается более мягким составом, поэтому подобный режим при фрезеровании может выбираться в диапазоне от 90-150 м/мин. Она применяется при изготовлении самых различных изделий.
Довольно большое распространение получила латунь. Она применяется при изготовлении запорных элементов и различных клапанов. Мягкость сплава позволяет повысить скорость резания до 130-320 м/мин. Латуни склонны к повышению пластичности при сильном нагреве.
Алюминиевые сплавы сегодня весьма распространены. При этом встречается несколько вариантов исполнения, которые обладают различными эксплуатационными характеристиками. Именно поэтому режим фрезерования варьирует в пределе от 200 до 420 м/мин. Стоит учитывать, что алюминий относится к сплавам с низкой температурой плавления. Именно поэтому при высокой скорости обработки есть вероятность существенного повышения показателя пластичности.

Встречается довольно большое количество таблиц, которые применяются для определения основных режимов работы. Формула для определения оборотов скорости резания выглядит следующим образом: n=1000 V/D, где учитывается рекомендуемая скорость резания и диаметр применяемой фрезы. Подобная формула позволяет определить количество оборотов для всех видов обрабатываемых материалов.

Рассматриваемый режим фрезерования измеряется в метрах в минуту режущие части. Стоит учитывать, что специалисты не рекомендуют гонять шпиндель на максимальных оборотах, так как существенно повышается износ и есть вероятность повреждения инструмента. Поэтому полученный результат уменьшается примерно на 10-15%. С учетом этого параметра проводится выбор наиболее подходящего инструмента.

Скорость вращения инструмента определяет следующее:

Качество получаемой поверхности. Для финишной технологической операции выбирается наибольший параметр. За счет осевого вращения с большим количеством оборотов стружка получается слишком мелкой. Для черновой технологической операции, наоборот, выбираются низкие значения, фреза вращается с меньшей скоростью, и размер стружки увеличивается. За счет быстрого вращения достигается низкий показатель шероховатости поверхности. Современные установки и оснастка позволяют получить поверхность зеркального типа.
Производительность труда. При наладке производства уделяется внимание и тому, какова производительность применяемого оборудования. Примером можно назвать цех машиностроительного завода, где налаживается массовое производство. Существенное снижение показателя режимов обработки становится причиной уменьшения производительности. Наиболее оптимальный показатель существенно повышает эффективность труда.
Степень износа устанавливаемого инструмента. Не стоит забывать о том, что при трении режущей кромки об обрабатываемую поверхность происходит ее сильный износ. При сильном изнашивании происходит изменение показателей точности изделия, снижается эффективность труда. Как правило, износ связан с сильным нагревом поверхности. Именно поэтому на производственной линии с высокой производительностью применяется оборудование, способное подавать СОЖ в зону снятия материала.

При этом данный параметр выбирается с учетом других показателей, к примеру, глубины подачи. Поэтому технологическая карта составляется с одновременным выбором всех параметров.

Фрезерование замкнутых пазов концевыми фрезами

Задача — профрезеровать в планке замкнутый паз. Длина — 32 мм. Ширина — 16 мм.

Изображение №13: чертеж планки

Выбор инструмента

Подойдет та же самая фреза с пятью зубьями (z = 5).

Расчет режима резания

Заданная подача фрезы — 0,01 мм/зуб. Скорость резания — 25 м/мин. Частота — 500 об./мин. Вычислим минутную подачу.

s = sзуб*z*n = 0,01*5*500 = 25 мм/мин.

Минимальная подача на станке — 31,5 мм/мин. Устанавливаем именно ее. Рассчитаем фактическую подачу на один зуб.

sзуб= s/(z*n) = 31,5/(5*500) = 0,013 мм/зуб.

Выполнение операции

При фрезеровании сквозных пазов:

сначала дают ручную вертикальную подачу для того, чтобы фреза врезалась в материал на 4–5 мм;
после этого включают механическую продольную подачу и вырезают глухой паз нужной длины;
постепенно поднимают стол до получения сквозного отверстия.

Изображение №14: закрепление заготовки и фрезерование сквозного паза

Обработка концевыми фрезами специальных пазов

К ним относятся Т-образные пазы и пазы типа «ласточкин хвост». Их фрезерование обычно выполняется на вертикальных фрезерных станках.

Фрезерование Т-образных пазов

Фрезерование простых Т-образных пазов включает в себя 2 этапа.

При помощи цилиндрической концевой фрезы получают прямоугольный паз.
При помощи Т-образной фрезы делают паз Т-образным.

Если необходимо получить паз с заваленными кромками, делают третий переход. Фаски снимают при помощи угловой фрезы.

Изображение №19: три этапа фрезерования Т-образного паза с заваленными кромками

Фрезерование паза типа «ласточкин хвост»

Также происходит за 2 этапа.

При помощи цилиндрической концевой фрезы получают прямоугольный паз.
При помощи угловой фрезы типа «ласточкин хвост» завершают операцию.

Изображение №20: фрезерование паза типа «ласточкин хвост»

Ширина фрезерования

Еще одним параметром, который учитывается при механической обработки заготовок считается ширина фрезерования. Она может варьировать в достаточно большом диапазоне. Ширина выбирается при фрезеровке на станке Have или другом оборудовании. Среди особенностей отметим следующие моменты:

Ширина фрезерования зависит от диаметра фрезы. Подобные параметры, которые зависят от геометрических особенностей режущей части, не могут регулироваться, учитываются при непосредственном выборе инструмента.
Ширина фрезерования также оказывает влияние на выбор других параметров. Это связано с тем, что при увеличении значения также увеличивается количество материала, который снимается за один проход.

В некоторых случаях ширина фрезерования позволяет получить требуемую поверхность за один проход. Примером можно назвать случай получения неглубоких канавок. Если проводится резание плоской поверхности большой ширины, то число проходов может несколько отличаться, рассчитывается в зависимости от ширины фрезерования.