Конструкции фрез

Различают цельные, составные и сборные конструкции фрез. Цельные фрезы изготовляют полностью из инструментального материала. У составных фрез режущую часть изготовляют из инструментального материала, а приваренный к ней хвостовик из конструкционной стали. К составным относятся также фрезы, у которых зубья — пластины из инструментального материала напаивают на корпус фрезы. У сборных фрез зубья закрепляют в корпусе механически с помощью специальных крепежных элементов. Режущий элемент — зуб — может представлять собой резец с напаянной твердосплавной пластинкой или монолитную пластинку из инструментальной стали, твердого сплава или другого инструментального материала.

Наиболее компактную конструкцию имеют цельные и составные фрезы. При небольших размерах у них может быть больше зубьев, чем у сборных фрез. Недостатки цельных фрез — повышенный расход инструментального материала; составных с напайными пластинками твердых сплавов — невозможность регулирования положения зубьев при износе и трудность восстановления в случае поломки. Для переточки такие фрезы необходимо снимать со станка.

Сборные конструкции обеспечивают наиболее рациональное использование инструментального материала. Изношенные зубья можно быстро заменить, не снимая фрезу со станка. Вследствие этого сокращаются потери времени, связанные со сменой инструмента для переточек. К недостаткам сборных конструкций можно отнести трудность размещения большого числа зубьев в корпусе определенного размера, из-за чего при равных диаметрах сборные фрезы обычно имеют меньше зубьев, чем цельные и составные; наличие крепежных деталей, удерживающих режущие элементы в корпусе, а следовательно, повышенную трудоемкость изготовления фрез; высокие требования к точности обработки базовых поверхностей, обеспечивающих заданное положение вставных зубьев, и к точности размеров самих зубьев в конструкциях, где смену зубьев выполняют без последующей тонкой регулировки их положения в корпусе фрезы; соответствующие требования к точности твердосплавных пластинок в конструкциях фрез с механически закрепляемыми неперетачиваемыми пластинками.

Эти недостатки уменьшают, разрабатывая новые конструкции фрез повышенной технологичности, у которых упрощена обработка базовых поверхностей, применены компактные элементы крепления зубьев и сделаны другие усовершенствования.

Успехи, достигнутые в технологии изготовления точных по размерам многогранных неперетачиваемых твердосплавных пластинок, открывают перспективы широкого применения фрезерного, токарного и другого инструмента сборных конструкций. Возможность многократного использования корпуса или державки инструмента, простота и быстрота замены изношенных пластинок без снятия инструмента со станка и его последующей поднастройки на размер делают такой инструмент экономичным даже при высоких первоначальных затратах на изготовление корпуса и элементов крепления зубьев.

При разработке новых конструкций фрез выполняют следующие основные требования.

1. Число зубьев должно быть по возможности большим, так как от него пропорционально зависит минутная подача, т. е. производительность обработки.

Вместе с тем зубья должны быть достаточно прочными, а расстояние между ними, форма и шероховатость поверхности стружечных канавок должны обеспечивать надежное размещение и отвод стружки (последнее особенно важно для концевых фрез, обрабатывающих глубокие пазы). В некоторых случаях, например при образовании сплошной сливной стружки, у концевых фрез переднюю поверхность зубьев делают ступенчатой для дробления стружки. Число, форма зубьев и их размещение (шаг) должны обеспечивать равномерную работу без значительных вибраций. Это в ряде случаев достигается изготовлением фрез с неравномерным шагом зубьев.

У торцовых фрез для обработки чугуна, когда отвод стружки несложный, применяют сборные конструкции с близким размещением зубьев или с режущими элементами, каждый из которых имеет по два-три зуба.

2. Угол наклона стружечных канавок должен обеспечивать плавную работу фрезы и нужное направление отвода стружки. При фрезеровании труднообрабатываемых материалов концевыми фрезами хорошие результаты получают, повышая прочность фрезы при уменьшении числа зубьев с одновременным увеличением угла наклона до 35—45°, при этом удается повысить минутную подачу, несмотря на сокращение числа зубьев.

Для уменьшения вибраций иногда прибегают к изготовлению концевых фрез с изменяющимся от зуба к зубу углом наклона. Особенно хорошие результаты получают, сочетая этот прием о неравномерным шагом зубьев.

3. При снятии больших припусков торцовыми, концевыми и дисковыми фрезами, а также для прорезных и отрезных фрез должно быть обеспечено рациональное распределение припуска между зубьями фрезы, обеспечивающее снижение нагрузки на зуб, разделение стружки и надежный ее отвод. Для этого применяют торцовые и дисковые ступенчатые фрезы, дисковые фрезы с разнонаправленными зубьями и зубьями, размещенными в шахматном порядке. У прорезных фрез, обрабатывающих глубокие пазы, и отрезных фрез уменьшают число зубьев (в том числе путем стачивания зубьев через один у стандартной фрезы), применяют разнонаправленные зубья, затачивают переходные режущие кромки у четных или нечетных зубьев, делают углубления на боковой поверхности диска фрезы у стружечной канавки («холодильники»).

4. Форма режущего клина должна обеспечивать наименьшее сопротивление резанию при сохранении достаточной прочности и стойкости инструмента. Следует стремиться к использованию инструмента с положительным передним углом; при больших силах резания добиться достаточной прочности инструмента, применяя двойную форму передней поверхности с узкой фаской и отрицательным передним углом у главной режущей кромки и положительным передним углом на остальной передней поверхности, а также применяя положительный угол наклона главной режущей кромки К. В случаях, когда это допускается жесткостью технологической системы, следует применять торцовые фрезы с малыми углами в плане и с переходной режущей кромкой.

5. При высоких требованиях к шероховатости обработанной поверхности и к точности размеров должна быть обеспечена высокая размерная стойкость инструмента за счет применения фрез (торцовых, дисковых) с зачистной режущей кромкой и фрез с регулируемым расстоянием между режущими кромками (для дисковых трехсторонних фрез при обработке пазов).

6. Особое внимание должно быть уделено выбору способа установки и закрепления фрезы, обеспечивающему минимальное биение зубьев, высокую прочность, жесткость и возможность быстрой замены фрез, особенно на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).