Фреза

ФрезыФРЕЗА, фрезер, фрез, шарошка, многорезцовый стружкоснимающий инструмент, характеризующийся вращательным движением резания и б. или м. тангенциальным движением подачи. Фреза играет выдающуюся роль в металлообработке, причиной чему служит гл. обр. сравнительная простота и быстрота получения поверхностей самых разнообразных конфигураций. В зависимости от назначения фрезы бывают различных видов и размеров. Элементарная, так наз. летучая, или однозубая, фреза изображена на фиг. 1; она представляет собой резец, укрепленный в цилиндрической вращающейся оправке; если этому резцу придан какой-нибудь профиль, то он, вращаясь, будет выбирать (вырезывать) в подводимом к нему материале поверхность конфигурации, соответствующей очертанию резца; при этом линия режущей кромки фрезы явится образующей для получаемой поверхности, а форма направляющей определяется движением подачи изделия. На фиг. 2 изображена цилиндрическая фреза высокой производительности (с усиленным зубом) для обработки плоскостей, когда требуется снимать большую стружку.

Летучая или однозубая фреза

Цилиндрическая фреза высокой производительности

На фиг. 3 и 4 изображены цилиндрические фрезы с зубьями, расположенными по крутой спирали, предназначенные для работ высокой производительности; фреза, изображенная на фиг. 4 (тип Коха), благодаря тому, что зубья направлены по спиралям в разные стороны, является уравновешенным относительно осевых усилий.

Цилиндрическая фреза с зубьями, расположенными по крутой спирали, предназначенные для работ высокой производительности

Фреза - тип Коха

Фиг. 5а и 5б изображают лобовые, или торцевые, фрезы, предназначенные также для обработки плоскостей; они работают зубьями, расположенными на торце;

Лобовая или торцевая фреза

фиг. 6 – цилиндрические фрезы со вставными ножами;

Цилиндрическая фреза со вставными ножами

фиг. 7 - цилиндрическая торцевая фреза с коническим хвостом и вставными зубьями;

Цилиндрическая торцевая фреза с коническим хвостом и вставными зубьями

фиг. 8 - т. н. двухперая фреза для фрезеровки шпоночных пазов;

Двухперая фреза для фрезеровки шпоночных пазов

фиг. 9а - червячная фреза для фрезерования методом обкатки шлицевых пазов валика, сечение которого изображено на фиг. 9б;

Червячная фреза для фрезерования методом обкатки шлицевых пазов валика

фиг. 10а - то же для фрезерования квадрата (фиг. 10б);

Червячная фреза для фрезерования квадрата

фиг. 11а - червячная фреза для нарезания зубчатых колес (фиг. 11б) методом обкатывания;

Червячная фреза для нарезания зубчатых колес

фиг. 12а - фасонная фреза, вогнутая, полукруглая для фрезерования выпуклого полукруга (фиг. 12б);

Фасонная фреза, вогнутая, полукруглая для фрезерования выпуклого полукруга

фиг. 13а - то же для обработки вогнутой полуокружности (фиг. 13б);

Фасонная фреза, вогнутая, полукруглая для фрезерования вогнутой полуокружности

фиг. 14 - фасонная фреза модульная для фрезерования зубьев шестерен по способу деления.

Фасонная фреза модульная для фрезерования зубьев шестерен по способу деления

Профиль этой фрезы должен в точности совпадать с очертанием впадины между зубцами; т. к. зубчатые колеса одного и того же модуля, но с разными числами зубьев имеют разные (по профилю) впадины, то необходимо было бы для каждого числа зубьев иметь отдельную модульную фрезу, но т. к. профили отличаются друг от друга лишь незначительно, то в действительности обходятся небольшим количеством различных фрез для любого числа зубцов от 16 до ∞: для модулей 0,3—0,5 комплект состоит из 4 фрез; для модулей 0,6—10 из 8 фрез; для модулей 11—30 из 15 фрез; фиг. 15 - фасонная фреза сложной конфигурации;

Фасонная фреза сложной конфигурации

фиг. 16 - резьбовая фреза для фрезеровки резьбы на резьбофрезеровальных станках, причем профиль резьбы на фрезе расположен кольцеобразно, а не по винтовой линии;

Резьбовая фреза для фрезеровки резьбы на резьбофрезеровальных станках

фиг. 17 - фреза для фрезерования пазов и канавок;

Фреза для фрезерования пазов и канавок

фиг. 18а - то же последней конструкции, зубья направлены в разные стороны, что обусловливает большую чистоту обработки боковых стенок паза (фиг. 18б);

Фреза для фрезерования пазов и канавок

фиг. 19а - дисковые двусторонние фрезы, пример их применения изображен на фиг. 19б;

Дисковые двусторонние фрезы

фиг. 20а - трехсторонняя регулируемая фреза, уменьшение ширины фрезы после переточки компенсируется раздвижением фрезы и постановкой прокладок а (фиг. 20б);

Трехсторонняя регулируемая фреза

фиг. 21 - фреза для шпонок Вудруфа;

Фреза для шпонок Вудруфа

фиг. 22 - угловые фрезы;

Угловая фреза

фиг. 23 - лобовая фреза с плоскими вставными ножами;

Лобовая фреза с плоскими вставными ножами

фиг. 24 - то же с круглыми вставными ножами (фрезерные головки);

Лобовая фреза с круглыми вставными ножами (фрезерная головка)

фиг. 25 - наборные фрезы для обработки дерева;

Наборные фрезы для обработки дерева

фиг. 26 - фасонные фрезы для дерева;

Фасонные фрезы для дерева

фиг. 27 - то же, но каждый зуб имеет две режущие грани, т. о. может фрезеровать в ту и другую сторону.

По способу образования зуба все фрезы разделяются на фрезы с затылованным зубом (американским) и с острым зубом (европейским). На фиг. 28 изображена форма остроугольного (европейского) зуба, передняя плоскость аа которого обычно направляется по радиусу.

По способу образования зуба все фрезы разделяются на фрезы с затылованным зубом (американским) и с острым зубом (европейским)

Но в Америке б. ч. переднюю грань делают с наклоном к радиусу, т. е. с углом поднутрения до 20°, в среднем 12°, благодаря чему получаются уменьшение давления стружки и экономия расхода энергии. Как показывает практика, производительность (объем снимаемого металла в минуту на 1 л. с.) увеличивается при работе поднутренней фрезой, причем при обработке поделочной стали производительность больше на 30—80% и хромоникелевой стали на 30—40% в зависимости от размера угла поднутрения. Для фрезерования также важен угол β (задний или зазора); увеличивая его, облегчаем врезание, но вместе с тем и ослабляем прочность зуба; обычно его делают в 5° для твердых металлов и в 8° для мягких. Угол заострения γ обеспечивает прочность зуба и надлежащий размер впадин для помещения стружки. Обычно он принимается в 50—60°, причем, чем больше диаметр фрезы, тем больше угол γ, а, следовательно, и зуб получится прочнее. Ширина задней грани δ, или фаски, делается 0,4—1 мм в зависимости от диаметра фрезы. Количество зубьев европейские и наши заводы определяли по формуле проф. Кнаббе z ≈ 4√D, где D - диаметр фрезы в мм; но эта формула дает очень мелкий шаг, пригодный только в некоторых случаях при требовании очень большой точности и гладкости. В последнее время пользуются фрезами с более крупным шагом, т. е. с более прочным зубом, а, следовательно, и более производительными. Для чистовой работы z = 3 + 2,5√D; для обычной работы z = 2 + 1,75√D; для обдирочной z = 1,25 + 1√D. Американцы применяют z = 19,5√R + 5,8, где R - радиус фрезы в дюймах, и при минимальном количестве зубьев z = 4R + 8. Заточка фрез с европейским зубом производится со стороны задней грани путем снятия фаски, так. обр. по мере стачивания ширина фаски увеличивается. Желательно, чтобы при фрезеровании участвовали в работе по крайней мере 2 зуба фрезы, но при малых припусках, которые даются в настоящее время, этого б. ч. не удается осуществить при работе фрезы с прямыми зубьями. Поэтому получают все большее распространение цилиндрические фрезы с зубьями, расположенными по спирали. Чем круче спираль, тем фреза спокойнее работает и дает большую производительность. В Америке угол спирали делают до 45—60° (фиг. 3). Недостаток этих фрез заключается в том, что они дают осевую силу, которая с увеличением угла спирали также сильно увеличивается, поэтому угол спирали обычно берется 25°. На фиг. 4 приведен способ уравновешивания этих сил. У затылованных (американских) фрез задняя грань образована по логарифмической спирали, а передняя расположена радиально (фиг. 29). Заточка американской фрезы ведется только по передней грани, т. ч. зуб американской фрезы по мере стачивания становится тоньше, и лишь незначительно уменьшается диаметр фрезы по зубу в пределах понижения спирали; при этом как профиль зуба, так и задний угол все время сохраняются постоянными (известное свойство логарифмической спирали, по которому радиус для любой ее точки образует один и тот же угол с касательной). Американские затылованные фрезы применяются преимущественно для фасонных фрез. Величина падения логарифмической кривой определяется величиной заднего угла β. Этот угол принимают в 8—20°, в среднем 10—12°. Количество зубьев берегся небольшим, чтобы каждый зуб был длиннее и чтобы его можно было много раз перетачивать. Шириина впадин берется равной 0,2— 0,25 шага, а сама впадина фрезеруется угловой фрезой 18—24°. Число зубьев определяется формулой z = (200/D) + 8 для фрез с крупными зубьями и z = (200/D) + 10 для фрез с менее крупными зубьями.

Улучшение конструкции фрез идет, обуславливаясь следующими тенденциями; а) уменьшением числа зубцов для усиления зуба и получения стружки большей толщины; б) поднутрением зуба; в) усилением закрепляющих элементов (увеличение диаметра отверстия во фрезах, насаживаемых на оправку для придания жесткости последней, усиление шпонки и т. п.); г) придание зубьям наклона по отношению к оси вращения для обеспечения равномерного распределения усилий на протяжении одного оборота фрезы; д) экономия дорогостоящей быстрорежущей стали за счет изготовления тела фрезы из дешевого материала, а режущих частей - ножей из дорогой стали; е) замена фрезерования с помощью делительной головки во всех тех случаях, где это можно применить способом непрерывного фрезерования по методу обкатки. Следует при этом заметить, что появление сверхтвердых сплавов («види», «победит» и др.) вызвало к жизни конструкции фрез, у которых режущие лезвия напаяны пластинками из этих сплавов. Фрезы изготовляются гл. обр. из быстрорежущей стали, как более производительной по сравнению с углеродистой. Но вместе с тем имеется область, где вполне будет экономично применение фрез и из углеродистой стали, например, фрезы для обработки единичных изделий, где высокая производительность значения не имеет, фрезы для обработки мягких металлов, фрезы малых размеров, которые могут работать только при малой подаче, и пр. Наши специальные заводы употребляют стали для фрез следующих составов. Быстрорежущая сталь: 0,8—0,4% С; 18,0—12,0% W; 5,5—3,5% Сr; 0,5—0,2% Мо; 1,0—0,3% Va; 0,50—0,15% Мn; ≤ 0,03% S; ≤ 0,03% Р; ≤ 0,35% Si. Это соответствует маркам «Победа» П, «Успех» У, «Молния» ЭМ, ЭМ1, ЭМ2, или ОСТ 4957 – M1, М2, М3, М4. Углеродистая легированная сталь: 1,25—0,9% С; 1,10— 0,2% W; 0,25—0,10% Va; ≤ 0,03% Р, ≤ 0,35% Si; 0,35—0,15% Мn. Это соответствует маркам «Добрыня» № 10, ЭУ10, ЭУ11, ЭУ12, или по ОСТ 4956 - У9А, У10А, У11А и по ОСТ 4958 - Х2, Х4Т, ХВ4, ХВ5. Некоторые основные технические условия, характеризующие нужные качества этих сталей, даются ниже. Быстрорежущая сталь: а) при металлографическом исследовании не д. б. обнаружено пустот, трещин, шлаковых и других посторонних включений. Структура стали д. б. однородна с равномерно распределенными карбидами: карбидной сетки, местных скоплений карбидов н большого их размера не допускается; б) обезуглероженный слой д. б. минимальным и не может превысить следующих пределов (по радиусу) диаметр от 5 до 15 мм - 0,5 мм, диаметр от 15 до 30 мм - 1,0 мм, диаметр от 30 до 50 мм - 1,5 мм, диаметр от 50 до 70 мм - 2,0 мм; в) при пробе на закаливаемость в масле твердость по всей длине куска не д. б. меньше 63 единиц по шкале «С» Роквелла; г) сталь доставляется непременно в отожженном состоянии и должна иметь твердость по Бриннелю в пределах 200—300, что соответствует примерно Кz = 75—85 кг/мм2. Углеродистая и легированная сталь: а) при металлографическом исследовании не д. б. обнаружено пустот, трещин, волосовин, шлаковых и других посторонних включений. Структура стали д. б. однородна с равномерно расположенными мелкими карбидами: цементной сетки, крупнопластичного перлита, равно как и местных скоплений карбидов не д. б.; б) при пробе на закаливаемость твердость д. б. не ниже 62 единиц по шкале «С» Роквелла; в) сталь доставляется непременно в отожженном состоянии и должна иметь твердость по Бриннелю в пределах 190—220, что соответствует K= 65—80 кг/мм2. Американская практика рекомендует изготовлять высококачественные фрезы из прокованной заготовки, для чего берется кусок стали диаметром в 2 раза меньше диаметра нужной нам фрезы, и кузнечным способом осаживается до нужного размера; вслед за этой операцией следует отжиг заготовки, только после этого ее пускают в дальнейшую обработку. Однако очень многие заводы у нас и за границей изготовляют фрезы из заготовок, нарезанных из круглых штанг. Обработка заготовок фрез ведется на токарных или револьверных станках, причем обработка здесь сводится к образованию отверстия и обточке торцевых поверхностей. Часто при работе на револьверных станках не пользуются предварительно нарезанными заготовками, а работу ведут из прутка. Приемы токарной и токарно-револьверной работ в инструментальной промышленности ничем не отличаются от обычных приемов, встречающихся в металлообработке. Заметим, что при обработке фрез отверстие приходится делать точным как до закалки, так и после закалки для фрезерования зуба, иначе зуб, нарезанный на свободной оправке, будет бить. Шпонка протягивается на обыкновенных протяжных станках при серийном изготовлении фрез; торцевые шпоночные пазы делаются чаще всего на фрезерных станках. При токарной обработке фасонных фрез пользуются фасонными резцами или копирами. При изготовлении фрез с затылованным зубом (американских), после того как сделаны зубцы, производят затылование зуба фасонным резцом на специальных токарно-затыловочных станках (см. Затыловочный станок) при помощи фасонных резцов. В случаях косой затыловки движение резца становится более сложным: необходимо сообщать ему в этом случае перемещение не только радиальное, но и боковое одновременно. При изготовлении заготовки для червячных фрез на выточенной цилиндрической заготовке фрезеруют основной червяк, как показано на фиг. 30, т. к. способ этот более рентабелен, чем вытачивание спиральных канавок на токарном станке.

При изготовлении заготовки для червячных фрез на выточенной цилиндрической заготовке фрезеруют основной червяк

Фрезерование продольных канавок на фрезе для образования зубьев (передней грани) делается на фрезерных станках, для чего пользуются делительной головкой (фиг. 31).

Фрезерование продольных канавок на фрезе для образования зубьев (передней грани) делается на фрезерных станках, для чего пользуются делительной головкой

Затем производят затылование зубьев на затыловочном станке, после чего фреза поступает в термическую обработку. Обработка фрез после закалки заключается в шлифовании отверстия, торцов и в последующей заточке зуба. Концевые фрезы, где в качестве зажимного элемента имеется хвостовая часть, цилиндрическая или коническая, требуют дополнительной операции - шлифовки хвостовой части. В последнее время фрезы для точной обработки (червячные для зубьев шестерен, червячные шлицевые, резьбофрезеры и др.) после закалки шлифуются и по задней грани, чтобы уничтожить деформации термической обработки. Операция такой шлифовки производится на описанных затыловочных станках с той лишь разницей, что вместо резца ставится электрошлифовальный аппарат. Шлифование отверстия производится на внутришлифовальных станках, причем фреза либо укрепляется на шпинделе станка при помощи магнитного патрона (если это допускает конфигурация фрезы) либо фреза зажимается в патроне механически - губками; патроны употребляются обычной конструкции, а при массовом производстве - специальные, допускающие лучшую (более точную) центровку фрезы. Эта вообще сравнительно простая операция в применении к фрезам должна быть выполнена с большой точностью, так как здесь требуется достичь того, чтобы отверстие пришлось точно (часто с точностью до 0,02 мм) в центре по отношению к наружной поверхности фрезы. Последнее легко выполнимо, если применяется последующая шлифовка наружного диаметра, в противном случае выполнение этого затруднительно, т. к. фреза имеет наружную поверхность, изрезанную зубьями, и его трудно центрировать. Шлифовка торцов производится на плоскошлифовальных станках, где фреза крепится на магнитной плите. Часто один из торцов шлифуется на внутришлифовальном станке вслед за тем (не снимая фрезы с патрона), как прошлифовано отверстие. Для этого употребляются внутришлифовальные станки, имеющие дополнительное приспособление для торцевой шлифовки чашечным камнем. Заточка зуба фрез чаще всего производится на универсально-заточных станках. На фиг. 32 изображено схематическое расположение фрезы и шлифовального круга при заточке острых зубьев; на фиг. 33 изображено расположение фрезы и шлифовального круга при заточке затылованных (американских) зубьев.

Схематическое расположение фрезы и шлифовального круга при заточке зубьев

Когда приходится затачивать большое количество фрез с вставными зубцами, употребляют специальные станки; в последнее время для заточки червячных фрез стали применять станки, снабженные механизмом, благодаря которому при движении мимо затачивающего круга фреза соответственно поворачивается (автоматически), чем достигается соблюдение нужного угла наклона спирали. При работе на универсально-заточных станках для заточки червячных фрез а (фиг. 34) пользуются копиром б, снабженным канавками, в точности соответствующими по числу и углу наклона канавкам червячной фрезы; палец в при продольном перемещении суппорта поворачивает оправку с насаженной фрезой на требуемый угол.

При работе на универсально-заточных станках для заточки червячных фрез пользуются копиром

Определение качества каждой готовой фрезы требует сравнительно сложных манипуляций и является очень важным делом, так как внешний безупречный вид фрезы еще далеко не свидетельствует о том, что он окажется годным в работе. Ниже приводятся некоторые основные моменты из технических условий на приемку фрез: а) фрезы должны быть сделаны из соответствующей стали, обеспечивающей нужную стойкость; б) отверстие д. б. выполнено в пределах допуска по ОСТ. Если фреза имеет хвостовой зажимной элемент, то последний д. б. выполнен также с соблюдением допусков по ОСТ; в) конфигурация зуба д. б. выполнена с точностью, обусловливаемой точностью того изделия, для обработки которого предназначается фреза. Проверка ведется либо универсальными измерительными приборами, если в данном конкретном случае это окажется возможным, либо специальными профильными шаблонами (лекалами) на просвет. Возможно также применять пробное фрезерование и проверку пригодности фрезы с этой точки зрения вести путем промера обработанного изделия; г) фреза должна иметь минимальное битье по индикатору; ниже даем допуски на битье ряда фрез, принятые в СССР на некоторых заводах (в мм):

Допуски на битье ряда фрез, принятые в СССР на некоторых заводах

д) твердость фрез должна быть в пределах 59—63 при нагрузке 150 кг Роквелла для быстрорежущих фрез и 53—59 для фрез из углеродистых сталей; е) желательно испытание фрезы в работе резанием для проверки ее режущих свойств и стойкости, чтобы иметь гарантию, что она явится эффективной в нужной мере, т. е. сможет обеспечить тот режим резания, который предусматривается при изготовлении изделий. До сих пор в СССР еще нет общепринятых технических условий на готовые фрезы, нет таких условий и в заграничной литературе, если не считать отдельных отрывочных сведений.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Доп. том - 1936 г.