Оставьте заявку на консультацию
§ 27. СИЛЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ
25
Окт
На что расходуется сила при фрезеровании. При фрезеровании сила расходуется на пластические деформации срезаемого слоя. Величина этой силы зависит от твердости обрабатываемого материала, сечения снимаемого слоя и заточки режущей кромки фрезы.
Кроме того, сила расходуется еще на трение сходящей стружки о переднюю поверхность зуба фрезы и на трение задней поверхности зуба фрезы об обработанную поверхность. Величина силы, расходуемой на трение, зависит от геометрии режущего инструмента и при правильно выбранных размерах является незначительной.
Суммарная сила, потребная на фрезерование, складывается из всех этих сил и должна быть сообщена фрезерному станку для осуществления процесса резания.
Силы, возникающие в процессе резания. На рис. 81 схематически показаны силы, которые возникают при срезании стружки зубом фрезы. Одна из этих сил направлена по касательной, она называется окружной силой резания и обозначается через Р. Другая сила направлена по радиусу, она называется радиальной силой резания и обозначается через Рр.
Результирующая сила R получается как равнодействующая сил Р и Рр.
Результирующая сила R может быть разложена на горизонтальную составляющую Рг и вертикальную составляющую Рв.
Из всех сил наибольшее значение для расчетов имеют окружная сила Р, горизонтальная составляющая Рг и вертикальная составляющая Рв.
Окружная сила резания Р есть сила резания, по величине которой производят расчет потребной мощности на фрезерование.
Действие сил Рг и Рв зависит от способа фрезерования.
При фрезеровании против подачи (рис. 82, а) вертикальная составляющая Рв направлена кверху и стремится поднять закрепленную в приспособлении или на столе станка заготовку вместе со столом и консолью станка. Кроме того, сила Р„ вызывает вибрацию станка, так как она меняется от нуля до максимума вследствие переменной толщины стружки. Поэтому здесь сила Рв ухудшает процесс фрезерования.
Направление горизонтальной составляющей Рг противоположно направлению движения стола. Поэтому механизм, перемещающий стол (механизм винта и гайки), должен преодолеть силу Рг. Так как при фрезеровании и при перемещении стола вхолостую приходится преодолевать сопротивление движению, витки винта и гайки остаются все время прижатыми друг к другу. Если между ними имеются зазоры, то они на работе вредно не сказываются, так как сила Рг выбирает эти зазоры.
При фрезеровании по подаче (рис. 82, б) вертикальная составляющая Рв направлена вниз и прижимает обрабатываемую заготовку к столу. Здесь сила Р„ улучшает условия обработки. Горизонтальная составляющая Рг направлена в сторону движения стола. При этом методе фрезерования направление вращения фрезы совпадает с направлением подачи стола, но так как фреза вращается быстрее, чем движется стол, то зуб фрезы подтягивает за собой стол с обрабатываемой заготовкой на величину зазора между ходовым винтом и гайкой. Когда зуб фрезы выходит из контакта с обрабатываемой поверхностью и резание прекращается, сила Рг исчезает. Стол на короткое время останавливается, пока винт продольной подачи не выберет зазора с гайкой и не возобновит перемещения стола. Но тогда вступает в работу новый зуб фрезы, и снова возникает сила Рг, которая потянет вместе со столом станка заготовку, и стол переместится рывком на величину зазора между винтом и гайкой. Следовательно, каждый раз будет получаться рывок вперед, остановка стола, новый рывок и т. д., т. е. работа будет протекать неспокойно.
На рис. 83 и 84 схематически представлены оба способа фрезерования.
При фрезеровании против подачи (рис. 83) в самом начале резания зуб касается заготовки в месте наименьшей толщины срезаемого слоя; при этом зуб проскальзывает, не снимая стружки. Ходовой винт, вращаясь от механизма подачи, упирается левой стороной в витки гайки, выбирая имеющийся зазор (рис. 83, а).
По мере врезания зуба фрезы в заготовку возрастает сила резания, которая прижимает витки ходового винта и гайки в том же направлении (рис. 83, б).
К моменту выхода зуба фрезы из контакта с заготовкой сила резания достигает максимальной величины и продолжает прижимать витки резьбы в том же направлении (рис. 83, в). После выхода зуба фрезы из контакта и входа следующего зуба сила резания исчезает, но витки резьбы прижаты (см. рис. 83, а), и процесс снятия стружки следующим зубом начинается без рывка.
При фрезеровании по подаче (рис. 84) в начале резания зуб врезается в заготовку на наибольшую толщину срезаемого слоя и сила резания толкает заготовку и стол вперед. Если в витках резьбы ходового винта и гайки имеется зазор, то стол и винт сдвигаются влево на величину этого зазора (рис. 84, а).
Зуб фрезы постепенно выходит из контакта с заготовкой, но уменьшающаяся сила резания продолжает толкать стол вперед, не изменяя положения зазора между витками (рис. 84, б).
К моменту выхода зуба фрезы из контакта с заготовкой сила резания исчезает, и зуб перестает толкать заготовку и стол. На / — направление движения стола; 2 — направление и величина силы резания; 3 — направление силы на витках ходового винта и гайки; 4 — ходовой винт; 5 — гайка ходового винта; в — зазор между витками мгновение стол останавливается до тех пор, пока ходовой винт, вращаясь, не упрется правой стороной своих витков в гайку и не начнет двигаться вдоль своей оси. Зазор перешел на левую сторону витка (рис. 84, в). При врезании следующего зуба опять возникает большая сила резания, которая толкает стол (см.рис. 84, а); зазор перемещается на правую сторону витков, что вызывает рывок и удар и является причиной вибраций. Поэтому имеющийся зазор в витках ходового винта и гайки вредно влияет на процесс и не позволяет работать способом фрезерования по подаче на фрезерных станках, у которых нет устройства для выборки люфта.
Между тем, способ, фрезерования по подаче, как сказано было выше, является более производительным, чем против подачи, он позволяет работать с большими подачами и скоростями резания, обеспечивает более чистую поверхность. Поэтому все отечественные фрезерные станки выпуска последних лет имеют компенсирующее устройство для выборки люфта на винте продольной подачи стола.
При работе необходимо учитывать влияние обеих составляющих результирующей силы R. Величина горизонтальной составляющей Рг определяет необходимое усилие подачи стола; вертикальная составляющая Р» в случае фрезерования по подаче прижимает обрабатываемую деталь к столу или зажимному приспособлению, и наоборот, в случае фрезерования против подачи отрывает обрабатываемую деталь от стола или вырывает из зажимного приспособления.
Осевая сила. При работе с фрезами, имеющими винтовые зубья, возникает осевая сила. В зависимости от направления винтовых зубьев и направления резания осевая сила стремится вытащить оправку вместе с фрезой из шпинделя или, наоборот, плотнее затянуть ее в гнездо шпинделя.
При правом направлении винтовых зубьев и леворежущей фрезе или при левом направлении винтовых зубьев и праворежущей фрезе осевая сила направлена к гнезду шпинделя, что является правильным.
Если при работе концевыми фрезами требуется транспортировать стружку вверх, то выбирают праворежущую фрезу с правыми винтовыми зубьями или леворежущую фрезу с левыми винтовыми канавками.
Влияние сил резания. Действие рассмотренных сил может вызвать изгиб фрезерной оправки, вырывание фрезы из оправки или детали из тисков, прижимов и других приспособлений, вибрацию и даже поломку станка и другие неприятные явления.
Поэтому необходимо уметь правильно определять все возникающие при фрезеровании силы и соответственно их значению и величине выбирать фрезу и оправку, зажимные приспособления, мощность и жесткость станка.
Для уменьшения влияния сил, возникающих в процессе фрезерования, в качестве общих правил рекомендуется:
а) располагать фрезу на оправке ближе к опоре;
б) при больших сечениях стружки или при работе на больших скоростях резания ставить добавочную .серьгу и применять поддержки;
в) при работе на продольной подаче стопорить консоль стола и поперечные салазки;
г) правильно выбирать направление винтовых канавок фрезы;
д) прочно крепить детали в тисках, приспособлениях и на столе станка.
Давление резания. Окружная сила резания Р, которая должна быть сообщена зубу фрезы для снятия стружки, зависит от сечения стружки и твердости обрабатываемого материала.
Если разделить окружную силу резания Р на сечение снимаемой стружки, получим так называемое удельное давление резания. Определение удельного давления резания впервые установлено проф. И. А. Тиме.
Удельным давлением резания называется сила резания в килограммах, которая приходится на квадратный миллиметр поперечного сечения стружки. Обозначается удельное давление резания буквой р, выражается в килограммах на квадратный миллиметр (сокращенно кг/мм2) и определяется по формуле:
р=-=?— кг/мм2, (17)
1 сред
где Р — окружная сила резания в кг
Fсред — среднее поперечное сечение стружки в мм2.
Удельное давление зависит от твердости обрабатываемого металла и толщины стружки а. Чем тоньше стружка, тем больше удельное давление резания, и наоборот: чем толще стружка, тем меньше удельное давление резания.
В табл. 3 даны значения удельного давления резания р в кг/мм2 для разных материалов в зависимости от наибольшей толщины стружки.
Таблица 3
|
Удельное давление резания р при фрезеровании
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Определив по табл. 3 удельное давление резания, легко рассчитать окружную силу резания: |
Р=р • Fсред кг.
По материалам книги “Основы фрезерного дела С.В.Аврутин 1962г.”