Режущий инструмент

Весь инструмент, использующийся в металлообработке, можно условно подразделить на режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики и др.), непосредственно осуществляющий механическую обработку (резание), и вспомогательный, служащий для закрепления режущего инструмента в шпинделе станка (патроны, державки, оправки).

Станки могут иметь различные базовые конусы шпинделя, а режущий инструмент, в свою очередь, изготавливается с различными видами хвостовиков.

Базовый конус станка – выход шпинделя, выполненный в соответствии с одним из стандартных вариантов исполнения. Различают метрические конусы (7:24 или ISO 7388.1), конусы Морзе (отечественные фрезерные станки или оборудование сверлильной группы), HSK (современные станки, предназначенные для высокоскоростной обработки).

Таким образом, вспомогательный инструмент является неким переходником между шпинделем станка и режущим инструментом. Совокупность режущего и вспомогательного инструментов называется инструментальным блоком. Отметим, что в инструментальном блоке могут находиться несколько вспомогательных инструментов и только один режущий (основной). Большие инструментальные блоки снижают жесткость технологической системы и уменьшают точность установки режущего инструмента, в результате чего ухудшаются условия обработки и качество изделия.

Рис. 2.4. Фрезы с механическим креплением режущих пластин

Рис. 2.4. Фрезы с механическим креплением режущих пластин

По технологическому признаку различают фрезы для обработки плоскостей, пазов и шлицев, зубчатых колес, резьбы, фасонных поверхностей, для разрезки материала и т. д.

По конструктивному признаку различают:

  • по устройству фрезы (цельные, составные, со вставными зубьями);
  • по конструкции зуба (с острозаточенными, с затылованными зубьями);
  • по направлению зуба (прямые, наклонные, винтовые зубья);
  • по способу крепления (насадные, хвостовые – с цилиндрическим или коническим хвостовиком).

По материалу, из которого они изготовлены: быстрорежущая сталь, твердый сплав и др. В современной инструментальной практике львиную долю составляет цель- ный твердосплавный или быстрорежущий инструмент, а также инструмент с механическим креплением режущих частей (пластин). Твердые сплавы допускают работу со скоростями резания, превышающими в 5–10 раз скорости обработки быстрорежущими инструментальными сталями, обладают большей температурной стойкостью и износостойкостью. При выборе фрезы технолог прежде всего руководствуется следующими параметрами:

  • диаметр и длина рабочей части;
  • форма профиля рабочей части;
  • материал рабочей части;
  • количество зубьев (режущих граней);
  • форма и размер крепежной части.
Рис. 2.5. Цельные концевые фрезы

Рис. 2.5. Цельные концевые фрезы

Обычная концевая фреза имеет несколько режущих зубьев (2, 3, 4, 6 или 8) и прямоугольный профиль режущей части. Зубья фрезы разделены винтовыми канавками, которые обеспечивают отвод стружки из зоны резания. В случае, когда необходимо получить переход от одной поверхности к другой с определенным радиусом, применяют фрезы со сферическим концом или с небольшим радиусом в основании профиля. Фрезы со сферическим концом и шаровые фрезы часто ис пользуются при обработке поверхностей сложной формы, например штампов и пресс-форм. Конические фрезы предназначены для фрезерования наклонных поверхностей и поднутрений.

Концевые фрезы наиболее универсальны – они позволяют обрабатывать плоскости, пазы и уступы. Существуют и другие типы фрез: торцовые, дисковые, пазовые. Эти фрезы, как правило, служат для выполнения фрезерных операций «узкой» направленности. Например, торцовая фреза – это лучший инструмент для фрезерования открытой плоскости, а дисковая – для обработки глубокого узкогопаза за один проход.

Рис. 2.6. Торцовая фреза и режущая пластина

Рис. 2.6. Торцовая фреза и режущая пластина

Широкое распространение получили фрезы с механическим креплениемплас тин из твердого сплава и других инструментальных материалов. На корпусах таких фрез имеются специальные посадочные места, в которые устанавливаются пластины. Крепление пластин к стальному корпусу, как правило, осуществляется при помощи обычных винтов. Пластины имеют несколько граней, и в случае износа одной из них существует возможность развернуть пластину «свежей» гранью. Когда износятся все грани, то пластину можно выбросить и поставить новую. Получается очень экономичное решение, поскольку цельные твердосплавные фрезы стоят довольно дорого. Современные режущие пластины проектируются с учетом работы в различных условиях и отличаются геометрией передней поверхности.

Шаг зубьев фрезы может быть крупным, нормальным и мелким. Фрезы с различным шагом зубьев предназначены для различных условий обработки с точки зрения ее стабильности, энергозатрат и наличия склонности к вибрациям. Уменьшенное количество пластин – стандартное решение для производительной обработки при недостаточной мощности станка или низкой жесткости системы СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь). Фрезы с нормальным шагом универсальны для большинства операций. Мелкий шаг или максимальное число пластин на корпусе фрезы данного диаметра рекомендуется использовать для обработки при высокой жесткости системы СПИД, а также при фрезеровании материалов, дающих элементную стружку, титановых и жаропрочных сплавов.

На толщину срезаемого слоя при фрезеровании влияет главный угол в плане, который измеряется между главной режущей кромкой пластины и обрабатываемой поверхностью. Уменьшение угла в плане ведет к образованию более тонкой стружки для данного диапазона подач. Уменьшение толщины стружки происходит из-за распределения одного и того же объема снимаемого металла на большей длине режущей кромки. При меньшем угле в плане режущая кромка постепенно входит в работу и выходит из нее. Это уменьшает радиальную составляющую силы резания и защищает режущую кромку от возможных поломок. С другой стороны, неблагоприятным фактором является увеличение осевой составляющей силы резания, что вызывает ухудшение шероховатости поверхности тонкостенных деталей.

При угле в плане 90° сила резания направлена радиально в соответствии с направлением подачи. Основная область применения таких фрез – обработка прямоугольных уступов.

Рис. 2.7. Угол в плане 90°

Рис. 2.7. Угол в плане 90°

При работе фрезой с углом в плане 45° осевые и радиальные силы резания практически одинаковы и потребляемая мощность невысока. Это фрезы универ- сального применения. Особенно они рекомендуются для обработки материалов, дающих элементную стружку и склонных к выкрашиванию при значительных радиальных усилиях на выходе инструмента. При врезании инструмента меньше нагрузка на режущую кромку и меньше склонность к вибрациям при закреплении в приспособлениях с небольшими усилиями зажима. Меньшая толщина срезаемого слоя при угле в плане 45° позволяет увеличивать минутную подачу стола, то есть повысить производительность обработки.

Фрезы с углом в плане 10° рекомендуются для продольного фрезерования с большими подачами и плунжерного фрезерования, когда характерны небольшие толщины стружки и высокие скоростные параметры. Преимуществом обработки такими фрезами являются низкие радиальные усилия резания. А также преобладание осевой составляющей силы резания как при радиальном, так и при осевом направлении подачи, что уменьшает склонность к вибрациям и предоставляет большие возможности для увеличения скоростей снятия материала.

Рис. 2.8. Угол в плане 45°

Рис. 2.8. Угол в плане 45°

У фрез с круглыми пластинами главный угол в плане меняется от 0 до 90° в зависимости от глубины резания. Эти фрезы имеют очень прочную режущую кромку и могут работать при больших подачах, поскольку образуют довольно тонкую стружку на большой длине режущей кромки. Фрезы с круглыми пластинами рекомендуется применять для обработки труднообрабатываемых материалов, таких как титан и жаропрочные сплавы. Направление сил резания меняется вдоль радиуса пластины, поэтому направление суммарной нагрузки зависит от глубины резания. Современная геометрия круглых пластин делает их более универсальными, обеспечивая стабильность процесса резания, меньшую потребляемую мощность и, соответственно, меньшие требования к жесткости оборудования. В настоящее время эти фрезы широко используются для снятия больших объемов металла.

Рис. 2.9. Фрезы с круглыми пластинами

Рис. 2.9. Фрезы с круглыми пластинами