Исследованию процесса фрезерования уделяется большое внимание. Это объясняется универсальностью процесса, который даёт возможность обрабатывать детали самых разнообразных форм и размеров при высокой производительности, экономичности и хорошем качестве. Производительность фрезерных станков, особенно многошпиндельных, довольно высока и оставляют далеко за собою многие другие станки, успешно заменяя их. Применением специальных приспособлений удаётся многократно повысить эффективность станков.
Для более экономичного использования крупных фрезерных станков (с длиной станины до 50 м, длиной стола до 20 м и шириной до 6 м) они снабжаются дополнительными головками для строгания, сверления, шлифования и таким образом становятся способными полностью обработать тяжёлые детали весом до 150 тонн. Непрерывная эксплуатация подобного оборудования обеспечивается применением дополнительного стола, загружаемого заготовками в процессе обработки их на другом столе. При этом резко сокращаются вспомогательное время обработки и простои станка.
Геометрия и конструкции фрез.
При обработке металлов фреза получила широкое распространение лишь с середины позапрошлого столетия, когда появились первые фрезерные станки и станки для заточки фрез. В настоящее время применяются фрезы самых разнообразных форм и размеров. Их можно систематизировать по следующим главнейшим признакам: по способу крепления фрезы (насадные и хвостовые); по способу крепления зубьев фрезы (цельные и со вставными зубьями); по форме зубьев фрезы (с обыкновенным и затылованным зубом).
Это далеко не полная классификация фрез. Все указанные типы фрез могут быть отнесены к к трём основным видам:
1) цилиндрические фрезы с режущими кромками, расположенными только на цилиндрической поверхности инструмента;
2) торцевые (или лобовые), имеющие режущие кромки на торцевой поверхности;
3) фасонные, с зубьями сложного профиля.
Кроме того, по направлению зуба различают фрезы с прямым зубом, направленным вдоль оси фрезы, и спиральные, у которых режущие кромки образуют винтовую линию.
Все фрезы, сколь бы сложной формы они ни были, имеют зубья со всеми элементами, свойственными обычным резцам, то есть имеют углы резания δ, задние α и передние γ, значения которых зависят от обрабатываемого материала, а иногда и от формы фрезы.
На рисунке 1 изображены две дисковые фрезы: одна с обыкновенными зубьями, которые перетачиваются по задней поверхности, другая с затылованными зубьями, у которых задняя поверхность обработана на токарно-затыловочном станке по архимедовой спирали, благодаря чему в каждой её точке углы, образованные радиусом и касательной к спирали, приблизительно равны. Таким образом, если рассечь зуб фрезы в любом месте радиальной плоскостью, то получим всегда одни и те же задние углы α; сам профиль передней грани зуба остаётся также неизменным. Для сохранения углов и профиля зубьев постоянными переднюю грань зубьев нужно затачивать в радиальном направлении, то есть угол резания δ=90о и γ=0. Если для облегчения резания у подобных фрез желают иметь передний угол γ>0, то необходимо корректировать профиль, что, однако, связано с серьезными затруднениями и на практике делают редко.
Во избежание трения задний угол α должен быть больше, чем у нормальных фрез (обычно до 10-15о), причём мерой служит длина отрезка h, получаемого на передней грани зуба от пересечения ее с продолжением спирали задней поверхности соседнего зуба. Постоянство профиля этих фрез делает их удобными при массовом изготовлении изделий с криволинейным профилем.
Как и токарного резца, углы зубьев фрезы необходимо измерять в плоскости, перпендикулярной режущим кромкам. Они отличаются по величине от углов, определяемых в торцевых плоскостях (нормальных оси фрезы).
Углы фрез передние γ и задние α, рекомендуемые при обработке различных материалов , даны в таблице 1.
Фрезы с винтовыми (спиральными) зубьями работают более спокойно, изготавливаются с правыми и левыми спиралями, что следует отличать от правой и левой сторон резания (вращения). Правой спиралью, как и правой винтовой нарезкой, называется спираль, которая завивается слева направо; левая спираль имеет обратное направление.
Правым вращением считается вращение фрезы по часовой стрелке, если смотреть со стороны шпинделя станка; вращение фрезы в противоположном направлении – левое вращение. На рисунке 2а изображена концевая фреза с правой спиралью и левой стороной резания; здесь осевая составляющая Ро силы резания направлена к гнезду шпинделя и будет прижимать к нему фрезу, способствуя ещё более плотному креплению в гнезде. Недостатком этой конструкции являются слишком большие углы резания (δ>90о), получающиеся на торцевых зубьях; к тому же при глухом фрезеровании стружка защемляется между зубьями. У второй фрезы, показанной на рисунке 2б, осевое усилие стремится вытянуть фрезу из крепительного гнезда, что недопустимо, но стружка лучше выходит из зоны резания при глухом фрезеровании.
При работе с винтовыми цилиндрическими фрезами можно устранить осевые давления, если соединить их попарно – одна фреза имеет левую, а другая – правую спираль. Во избежание пропусков при резании металлов на стыке фрез предусмотрено перекрытие зубьев в шахматном порядке. Режущие кромки таких фрез иногда имеют поперечные канавки для измельчения стружки.
Широкие поверхности сложного профиля можно обрабатывать на продольно фрезерном станке набором фрез (рис. 3), укрепляемых на одной оправке и дающих в совокупности требуемый профиль. В наборе могут быть применены фрезы разнообразной конструкции и формы.