Традиционные стандартные концевые фрезы, режущие элементы (режущие зубья, резцы, режущие пластины), которые содержат боковые и торцовые режущие лезвия, имеют общий недостаток: они выходят из строя из за износа торцовых режущих лезвий, в то время, как боковые режущие лезвия (то есть режущие лезвия, расположенные на боковой цилиндрической поверхности) остаются неизношенными и практически работоспособные.

Как показывает опыт эксплуатации, наблюдения и замеры стойкость торцовых режущих лезвий ориентировочно в два раза меньше стойкости боковых режущих лезвий. Увеличение фаски износа по задней поверхности на торцовых режущих лезвиях происходит ориентировочно в два раза быстрее, чем на боковых режущих лезвиях.

Cменные режущие элементы (зубья, резцы или пластины) содержат практически не изношенные и работоспособные боковые режущие лезвия, так как износ происходит в лимитирующей точечной зоне на вершине.

Эту проблему можно решить, используя концевую фрезу с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий.

Концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий содержит дополнительно у торцовой плоскости режущие элементы (зубья, резцы или пластины) с меньшими размерами, которые берут на себя в районе торцовой плоскости фрезы примерно половины работы резания. То есть у торцовой плоскости фрезы можето находиться в работе резания в два раза больше торцовых режущих лезвий [ 1 ].

Если инструмент с равной стойкостью боковых и торцовых лезвий изготавливается на базе стандартного инструмента, то возможны два конструктивных варианта: 1-ый конструктивный вариант состоит в том, чтобы переконструировать в этом инструменте некоторое количество режущих элементов, сделав их меньших размеров таким образом, чтобы они работали бы не по всей ширине фрезерования, а снимали стружку только у торцовой плоскости фрезы[2,3,4,5]; 2-ой конструктивный вариант состоит в том, чтобы ввести в инструмент новые режущие элементы (зубья, резцы или пластины) с меньшими размерами, которые снимали бы (как и 1-ом варианте) стружку только у торцовой плоскости фрезы[1,4,5,6]. Заметим, то число новых режущих элементов может быть меньше числа имеющихся, а может быть равно числу имеющихся [ 1 ].

Cуществуют стандартные инструменты, изготавливаемые на инструментальных заводах: традиционные концевые фрезы с напаянными твердосплавными винтовыми пластинами (режущими лезвиями) ГОСТ 20538-75; концевые фрезы с удлиненной режущей частью с напаянными участками пластин, расположенных с определенным перекрытием ГОСТ 28709-90. Cуществуют концевые фрезы со сменными, имеющих механическое крепление, неперетачиваемыми твердосплавными режущими пластинами ГОСТ 28435-90, раньше концевые фрезы с механическим креплением режущих пластин изготавливались по ОСТ 2И41-5-084 на Белгоградском заводе фрез.

На рис.1 представлена концевая фреза, в которой у некоторого числа пластин уменьшена высота бокового режущего лезвия; оставлен только небольшой участок, примыкающий к торцовому режущему лезвию. Фреза изображена без мелких конструктивных подробностей для более четкого изложения материала статьи. .

На рис.1: 1 – корпус фрезы; 2 – сменная режущая пластина с номинальными размерами в соответствии с диаметром фрезы; 2а – сменная режущая пластина, у которой снято (абразивным инструментом) большая часть высоты бокового режущего лезвия; 3- прихват; 4 – винт крепления; 5 – опорная пластина из легированной стали; 6 – торцовая плоскость фрезы; 7- схемы стружек от режущей паластины с номинальным размером; 8 – схемы стружек от пластин с уменьшенным боковым лезвием; 9 – обрабатываемая деталь;L – высота бокового режущего лезвия пластины с номинальными размерами; L1 – уменьшенная высота бокового режущего лезвия пластины 2а.

Использовалась фреза изношенная на 80% при ориентировании на величину фаски износа, для того минимизировать производственные затраты.

Если в этой фрезе, имеющей общее число пластин Z=4, сделать число пластин с номинальными размерами Z1=2, и число пластин с уменьшенным боковым режущим лезвием Z2=2, то получим фрезу с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий. Величина L режущей пластины (ширина фрезерования) равна L =16,0 мм по ГОСТ 19045-85; величина L1 =6 мм. Испытания проводились в производственных условиях механического цеха. Фрезерование производилось на вертикально фрезерном станке станке мод. 6М13П. Диаметр фрезы D=50мм, обрабатываемый материал сталь 40Х твердостью НВ 241…285 ГОСТ 4543-71. Величина подачи S=0,48 мм/об, ширина фрезерования В=16 мм, глубина фрезерования t = 20 мм, скорость резания V=110м/мин. Фрезерование производилось без применения СОЖ. Стойкость боковых режущих лезвий и стойкость торцовых режущих лезвий примерно одинаковое и составляло Т=80-90 мин при величине фаски износа по задней поверхности а=0,4- 0,5 мм.

Заметим, что стойкость стандартной фрезы диаметром D=50мм с четырьмя пластинами составляет 70-100 мин при а = 0,3 – 0,5 мм, но у этой фрезы на режущих пластинах остаются неизношенные и работоспособные (то есть не исчерпавшие свой ресурс) боковые режущие лезвия. То есть дорогостоящий инструментальный материал расходуется нерационально.

Концевая фреза с Z=4, Z1=2, Z2=2 содержит в два раза меньше боковых режущих лезвий, поэтому чистота поверхности для данной стали (стали 40Х) уменьшается примерно в 1,5 раза. Но для получистового фрезерования это не имеет принципиального значения, так как чистота обрабатываемой поверхности получается в пределах 5-го класса чистоты (Rz=10-20мкм) до 4-го класса (Rz=20-40мкм) по ГОСТ 2789-73, что соответствует получистовому фрезерованию [ 7 ]. В том случае, когда рабочая поверхность обрабатываемой детали формируется торцовыми режущими лезвиями, чистота обработанной поверхности не ухудшается, так как число торцовых режущих лезвий не уменьшается.

Температура резания при фрезеровании обычных машиностроительных сталей (сталь 40, cталь 35) не превышает 250-300°С [ 7 ] и не влияет на интенсивность износа режущих лезвий.

Но при фрезеровании труднообрабатываемых высоколегированных сталей 40ХН2МА, 18Х2Н4МА твердостью НВ 300…320 по ГОСТ 4543-71 имеет место большой нагрев пластин. В этом случае режущие пластины испытывают не только механическую, но и температурную нагрузку. Наибольшую нагрузку испытывают торцовые режущие лезвия пластин с номинальными размерами; дополнительный нагрев этих лезвий происходит за счет прихода теплоты от боковых режущих лезвий. Стружка при фрезеровании имеет синий и темносиний цвет, что свидетельствует о температуре 700-750°С. Температура в зоне резания является определяющим фактором износа режущих лезвий.

Cтойкость торцовых режущих лезвий пластин с номинальными размерами уменьшается по сравнению со стойкостью торцовых режущих лезвий пластин с уменьшенным боковым режущим лезвием. Торцовые режущие лезвия пластин меньшего размера (при износе торцовых лезвий пластин с номинальными размерами, который идет непрерывно) воспринимают увеличенную нагрузку резания и их стойкость тоже уменьшается. Так как процесс износа идет непрерывно, то величина износа торцовых режущих лезвий пластин с номинальными размерами и пластин с уменьшенными размерами одинаковая, но происходит в более короткое время. Уменьшить температуру нагрева можно путем целенаправленного изменения работы резания между режущими пластинами с номинальным размером и режущими пластинами с уменьшенным боковым режущим лезвием. Так как высота L1 задается при проектировании фрезы, то изменить работу резания можно установкой подкладки, выполненной из обычной углеродистой стали (сталь 35 или сталь 30), под опорную пластину с уменьшенным боковым лезвием. Но делать это целесообразно при установившихся режимах резания.

Наиболее эффективным свойством инструмента является увеличение его стойкости. При увеличении стойкости инструмента уменьшается простой фрезерного станка из необходимости замены инструмента, что увеличивает рентабельность производства. Увеличение стойкости концевой фрезы получается в том конструктивном варианте, когда в инструмент устанавливаются новые режущие элементы (зубья, резцы или пластины) с меньшими размерами, которые снимали бы стружку только у торцовой плоскости фрезы (2-ой конструктивный вариант).

На рис.2 представлена концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий сменных неперетачиваемых пластин, в которой дополнительно к имеющимся режущим пластинам с номинальными размерами установлены режущие пластины с меньшими размерами. Режущие пластины и элементы крепления меньших размеров можно использовать от концевой фрезы меньших размеров диаметра D=10мм, то есть эта концевая фреза также изготавливается на базе стандартной фрезы. Пластины из твердого сплава Т15К10, имеют три режущие грани; при затуплении отвертывается винт крепления, пластины поворачиваются и в резание вступает новая режущая грань.

На рис.2: 1 – корпус фрезы; 2 – сменная неперетачиваемая режущая пластина с номинальными размерами в соответствии с диаметром фрезы; 3- прихват (прижимной рычаг); 4 – винт крепления; 5 – опорная пластина из легированной стали; 6 – торцовая плоскость фрезы;7 –сменная неперетачиваемая режущая пластина c меньшими размерами (от фрезы диаметра D=10мм); 8- прихват пластины меньших размеров; 9 – винт крепления пластины меньших размеров; L – высота бокового режущего лезвия пластины с номинальными размерами;10 – регулировочная подкладка (сталь 35,cталь 30); 11 – cхема стружек от пластины с номинальными размерами; 12 – cхемы стружек от пластины с меньшими размерами; 13 – обрабатываемая деталь; L1 – высота бокового режущего лезвия пластины с меньшими размерами. Ширина фрезерования режущей пластины с номинальными размерами равна 16 мм, то есть величина равна L =16,0 мм ГОСТ 19045-85, ширина фрезерования режущей пластины с меньшими размерами равна 8,5мм, то есть L1 =8,5мм ГОСТ19045-85. Фреза имеет общее число пластин Z=8, число пластин с номинальными размерами Z1=4, число пластин с меньшими размерами Z2=4.

Изготовление этой фрезы связано с определенными технологическими усложнениями, так как корпус фрезы из легированной стали 50ХФА, (объемная закалка в масле 860-880ºС, отпуск на воздухе 180-220ºС) имеет твердость 42…46 HRCэ, что соответствует 380…420 НВ, а это требует применение твердосплавного инструмента (концевых фрез разного диаметра, сверл, мечиков). Наиболее трудоемким является

изготовление точного по размерам гнезда с опорными поверхностями под твердосплавную режущую пластину меньших размеров, так как здесь гнездо должно иметь поднутрение, чтобы не повредить режущие грани; режущих пластин для обратного вращения фрезы не предусмотрено.Необходимо выдержать радиальное биение боковых режущих лезвий не более 005мм и биение торцовых режущих лезвий не более 0,06 мм. Торцовые режущие лезвия режущих пластин находятся близко друг от друга, поэтому вылет торцового режущего лезвия режущей пластины меньших размеров должен быть больше на расчетную

величину, чтобы выровнять толщины стружек. Вместо опорных пластин из легированной стали (которые устанавливаются для того, чтобы избежать перегрев корпуса фрезы) под пластинами меньших размеров устанавливаются сменные регулировочные подкладки, изготовленные из обычной углеродистой стали (сталь 35 или сталь 30). Эти регулировочные подкладки заменяются на другую толщину, чтобы изменить толщину стружки и изменить обьем работы резания при нарушении равностойкости боковых и торцовых режущих лезвий при изменении режимов резания. Но делать это целесообразно при установившемся технологическом процессе в условиях массового или серийного производства. Заштыбовки стружки в торцовой плоскости фрезы при диаметре D=50 мм не происходит.

Изготовленная опытная фреза положительно показала себя при испытаниях; увеличенное в два раза число торцовых режущих лезвий примерно в два раза увеличивает стойкость этих режущих лезвий и делает их стойкость примерно равным стойкости боковых режущих лезвий. То есть стойкость фрезы в целом увеличивается ориентировочно в два раза.

ВЫВОДЫ

Концевая фреза равной стойкостью боковых и торцовых лезвий сменных неперетачиваемых режущих пластин при общем числе режущих пластин Z=8, числе пластин с номинальными размерами Z1=4, числе пластин с меньшими размерами Z2=4, имеет стойкость выше ориентировочно в два раза выше по сравнению со стандартной фрезой и ее применение даст определенный экономичеcкий эффект.

Концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий имеет отличительную особенность, состоящую в том, что она имеет в наиболее изнашиваемой, торцовой части дополнительные специальные зубья [1-5]. Это позволяет увеличить стойкость фрезы в 1,7 -2,0 раза. Наличие дополнительных режущих лезвий специальных зубьев оказывает влияние на шероховатость обрабатываемой поверхности; этому вопросу посвящена данная статья.

На рис.1 представлена концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий: 1 – корпус фрезы; 2 – стандартные зубья; 3 – специальные зубья; 4 – затылки стандартных зубьев; 5 – затылки специальных зубьев; 6 – стружкоразделительная канавка, препятствующая прохождению теплоты к торцовым лезвиям; d –диаметр фрезы; L- полная высота стандартного зуба; C – высота специального зуба; L1 – высота стандартного зуба, содержащая только боковые режущие лезвия.

Рис. 1. Концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых левий

При анализе шероховатости обрабатываемой поверхности различают два вида шероховатости: теоретическую и действительную. Действительная шероховатость находится опытным в результате замеров. Теоретическая шероховатость вычисляет вся из чисто геометрических соображений: находится величина неровностей по геометрической высоте гребешков, получающихся в результате двух последовательных резов предыдущнго и последующего зубьев фрезы. При этом не учитываются никакие другие факторы, сопутствующие явлению резания.

Зубья фрезы описывают удлиненную циклоиду. Обычная циклоида – это траектория которая описывает точка окружности радиуса r, катящейся по прямой без скольжения. Фреза своими зубьями на радиусе R > r, где R=d/2, cоприкасается с обрабатываемой поверхностью и каждый зуб описывает удлиненную циклоиду; радиус R находится на продолжении радиуса r (рис.2).

Рис.2. Обыкновенная циклоида 1 и удлиненные циклоиды 2 и 3, описываемые режущими лезвиями концевой фрезы

На рис.2 представлена обыкновенная циклоида 1, описываемая радиусом r и удлиненную циклоиду, описываемой радиусом R, на котором находятся режущие лезвия.

Уравнение циклоиды в параметрической форме в системе координат XY имеет вид

X= r · γ – R· Sin γ,

Y= r – R· Cos γ,

где γ – угол поворота производящей окружности радиусов r и R.

На рис.2а показаны в общем виде циклоиды 1 и 2; А – прямая, по которой без скольжения катится окружность радиуса r, каждая точка которой описывает обыкновенную циклоиду 1; Б- обрабатываемая поверхность, с которой соприкасаются ветви удлиненной циклоиды 2, описываемых режущими лезвиями фрезы. На рис. 2в показаны ветвь удлиненной циклоиды 2 и ветвь удлиненной циклоиды 3, отстающая от нее на величину H=S/Z, где S – величина подачи,мм/об; Z – число зубьев (на высоте С или на высоте L1). На рис. 2c показаны ветви удлиненных циклоид 2 и 3, точка С – пересечение ветвей этих циклоид; в результате пересечения получается гребешок высотой h, который является величиной шероховатости Rz обрабатываемой поверхности. В данном случае – величиной теоретической шероховатости.

Теоретическая шероховатость вычислялась при следующих условиях: диаметр фрезы d=50мм, то есть R =25мм; общее число зубьев Z=8, число стандартных зубьев Z1=4, число специальных зубьев Z2=4; подача S=0,30 – 0,45 мм/об (на высоте С), где число зубьев Z = Z1+Z2=8 подача S= 0,038 – 0,056 мм/зуб; на высоте L1, где число зубьев Z2=4 подача S=0,076 – 0,112 мм/зуб). Величина радиуса окружности обычной циклоиды r равна: r =S/2·π =0,048 мм при S=0,3 мм/об; r = S/2·π =0,072 мм при S=0,45 мм/об.

При расчете по наибольшей величине подачи S=0,45 мм/об получим следующие величины h: при Z=8 и S=0,056 мм/зуб (высота С) величина h =0,02 мкм; при Z=4 и S=0,112 мм/зуб (высота L1) величина h =0,06 мкм. Расчет производился по разработанной программе на языке программирования QBASIK-64 в среде WINDOWS XР. Полученные величины шероховатости h сопоставляются с величиной шероховатости Rz по ГОСТ 2789-73, (то есть h =Rz). Эти величины сравнительно небольшие, если учесть, что даже при шестом классе шероховатости Rz=6,3-10 мкм [ 6, 7 ], ГОСТ 2789-73 .

Поэтому здесь имеет место следующее утверждение, очень важное для концевых фрез с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий: теоретическая шероховатость практически не зависит от числа зубьев фрезы. В полученном численном примере Rz =0,02 мкм при Z=8 и Rz =0,06 мкм при Z=4 хотя и отличаются в три раза, но они все равно меньше величин даже шестого класса шероховатости Rz=6,3-10 мкм и принципиально ни на что не влияют. Но самое главное, как будет показано ниже, они не несут никакого физического смысла. Полученные Rz, вычисленные чисто геометрически, не учитывают никакие производственные, конструктивные и технологические факторы, при которых фрезерование происходит.

Одним из важнейших факторов является точность изготовления фрезы и в частности биение зубьев фрезы. В концевых фрезах радиальное биение между двумя смежными зубьями равно 0,03мм = 30мкм, а для двух противоположных зубьев0,06мм = 60мкм[6, 7 ], ГОСТ 2789-73 .

Заметим, что величина шероховатости по [ 6,7 ], ГОСТ 2789-73 для шестого класса равна 6,3 – 10 мкм, для пятого класса 10-20 мкм, для четвертого класса 20-40 мкм. Отсюда следует, что расчет шероховатости обрабатываемой поверхности для концевых фрез без учета пластической деформации металла при резании лишено физического смысла. Влияние пластической деформации металла при резании позволяет при фрезеровании концевыми фрезами получать поверхности пятого и шестого класса шероховатости [ 6,7 ].

Рис.3. График зависимости величины шероховатости Rz от величины подачи S

для поверхности, обрабатываемой центральной частью фрезы (график 1), и

поверхности вблизи торцовой части фрезы (график 2)

Заметим, что величина теоретической шероховатости дает приемлимые результаты (и

только при больших подачах) для токарных резцов, где вместо диаметра фрезы подставляется в расчетную формулу радиус на вершине резца, который равен 0,5 – 2,5 мм (то есть величина на много меньшая, чем диаметр концевой фрезы); заметим, что для токарных резцов рассматривается не циклоида, а винтовая линия.

Для концевых фрез величина теоретической шероховатости не дает даже приблизительной оценки качества обрабатываемой поверхности, так как в зависимости от конкретных условий производства действительная шероховатость может давать большие или меньшие значения в зависимости от условий фрезерования.

Замеры действительной (фактической) шероховатости для концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий производилась в производственных условиях механического цеха на вертикально-фрезерном станке 6М13П при следующих условиях: d=50 мм – диаметр фрезы; обрабатываемый материал сталь 40Х 160-180НВ ГОСТ 4543-71; Н = 37мм – высота стандартного зуба; C = 5мм – высота специального зуба; Z=8 –общее число зубьев; Z1=4 – число стандартных зубьев; Z2=4 – число специальных зубьев; В1=12 мм – ширина фрезерования; ω=40° – угол наклона специальных режущих зубьев; S =0,3-0,45 мм/об – величина подачи, то есть для торцовой части фрезы и для средней части фрезы величина подачи мм/зуб различная; V=110 м/мин – скорость резания; t = 4,0 – глубина фрезерования. Фрезерование производилось без применения СОЖ. Режимы резания типовые машиностроительные [ 7 ], Величина шероховатости определялась по эталонам шероховатости.

Марка твердого сплава титановольфрамовый сплав Т15К6 твердостью HRA 90. При чистовом фрезеровании имел место только износ по задней поверхности режущих лезвий, хрупкого повреждения в результате скалывания режущих кромок не происходило. Скалывание режущих кромок в ряде случаев происходило при получистовом фрезеровании при увеличении толщины срезаемого слоя и увеличении подачи.

Полученные данные соответствуют среднезатупленной концевой фрезе с величиной фаски износа по задней поверхности 0,25 мм. При марке твердого сплава ВК8 при чистовом фрезеровании износ режущих лезвий до среднеизношенной величины наступает быстрее. При затупленной фрезе шероховатость обработанной поверхности (по сравнению с острой фрезой) увеличивается от 15 до 30% . При обработке стали 35твердостью160-180НВ ГОСТ 4543-71 шероховатость изменяется незначительно, так как она больше зависит от твердости НВ, чем от химического состава металла.

Полученные данные шероховатости, обработанные по [ 8 ], использованы для построения графиков на рис.3 зависимости Rz от величины подачи S на высоте фрезы L1 (кривая 1) и на высоте С (кривая 2). Полученные данные свидетельствуют о том, что обработанная поверхность имеет различные величины шероховатости в средней части фрезы и у торцовой части фрезы; у торцовой части фрезы шероховатость меньше.

Заметим следующее. У стандартных традиционных фрез чистота обрабатываемой поверхности также различная в средней части фрезы и у торцовой части фрезы; вблизи торцовой части фрезы шероховатость поверхности увеличивается, так как здесь больше сказываются влияния погрешностей от биения и деформации инструмента и погрешностей станка. Шероховатость обрабатываемой поверхности, соответствующая средней части фрезы, для традиционной стандартной фрезы и для фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий примерно одинаковая.

Из графиков на рис.3 следует, что на высоте С число режущих лезвий в два раза больше, то есть Z=8, что способствует улучшению чистоты поверхности и уменьшению шероховатости (кривая 2). На высоте L1 число режущих лезвий в два раза меньше, то есть Z=4,стружка в два раза толще, что способствует ухудшению чистоты обрабатываемой поверхности и увеличению шероховатости (кривая 1).

ВЫВОДЫ

Получены и проанализированы данные замеров действительной (фактической) и теоретической шероховатости вблизи торцовой части фрезы (график 2 на рис3) и при удалении от торцовой части фрезы (график 1 на рис3).

Произведенный сравнительный анализ теоретической шероховатости, полученный без учета факторов, сопутствующих явлению резания, и действительной (фактической) шероховатости, полученной в результате замеров при фрезеровании концевой фрезой с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий, позволяет сделать вывод, что данные теоретической шероховатости для концевых фрез (это утверждение не касается токарных резцов) неприемлимы даже для ориентировочной оценки чистоты обрабатываемой поверхности.

Для оценки величин шероховатости проектируемой детали целесообразно пользоваться фактическими замерами или данными шероховатости уже изготовленных аналогичных типовых деталей.

Концевые фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий со сменными многогранными пластинами и с твердосплавными напаянными винтовыми пластинами исследованы а работах [1-5].

Цельная концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий имеет ряд конструктивных и технологических особенностей. Анализу этих особенностей посвящена данная статья.

Концевые фрезы из быстрорежущей стали Р9, Р18, Р6М5 ( ГОСТ 17025-71 ) имеют определенные преимущества перед твердосплавными фрезами при малых и средних скоростях резания. Зубья фрез из быстрпорежущей стали, уступая по твердости и теплостойкости твердосплавным зубьям, превосходят их по пределу прочности на сжатие и растяжение. Зубья из быстрорежущей стали при резании практически не имеют микросколов, которым подвержены твердые сплавы, то есть имеют хороший запас по хрупкой     прочности.

На рис.1 представлена конструктивная схема цельной концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий: 1 – корпус фрезы; 2 – обрабатываемая деталь; 3 – стандартные зубья; 4 – специальные зубья; 5 – стружечная канавка стандартных зубьев на высоте большей С; 6 – стружечная канавка стандартных зубьев и специальных зубьев на высоте С; 7 – схемы сечений срезов, снимаемых боковыми режущими лезвиями стандартных зубьев; 8 – схемы сечений срезов, снимаемых специальными зубьями; 9 – схемы сечений срезов, снимаемых торцовыми режущими лезвиями стандартных зубьев; 10 – стружкоразделительная канавка на стандартных зубьях, препятствующая прохождению теплоты от боковыз режущих лезвий к торцовым режущим лезвиям этих зубьев и предохраняя их от перегрева; C – высота специальных зубьев; L – высота стандартных зубьев; C1 – размер упрочняющей фаски.

Подчеркнем следующее. Конструктивное сочетание профиля зуба и профиля стружечной канавки однозначно определяют конфигурацию, называемую затылком, который находится между этими профилями и воспринимает усилия резания, работая на изгибную прочность. На высоте С затылок содержит меньший объем металла и имеет меньшие

размеры, так как число зубьев здесь в два раза больше, но и сила резания здесь в два раза меньше.

Рис.1. Цельная концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий

Принцип работы фрезы характеризуется схемой сечений стружек У торцовой плоскости фрезы зубья работают в стесненной схеме резания, износ здесь более интенсивный, но и режущих лезвий здесь в два раза больше. Этим объясняется равностойкость боковых и торцовых режущих лезвий.

В цельной концевой фрезе с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий наличие дополнительных зубьев у торцовой плоскости разделяет фрезу в конструктивном и технологическом отношении на две части. Верхняя часть фрезы на высоте, большей С, имеет меньшее число зубьев и больший объем стружечных канавок. Нижняя часть фрезы на высоте С имеет большее число зубьев и меньший объем стружечных канавок.

Для нарезания стружечных канавок не представляется использовать обычные традиционные угловые фрезы на проход по всей длине фрезы. Угловая фреза при нарезании стружечных канавок в верхней части концевой фрезы не должна доходить до специальных зубьев концевой фрезы. В нижней части концевой фрезы на высоте С угловая фреза при обработке стружечных канавок должна быть значительно меньших размеров. Но стружечная канавка, расположенная на высоте С, должна сопрягаться со стружечной канавкой больших размеров, расположенной выше высоты С. Обработка этого места сопряжения должно вестись не угловыми фрезами, а специально спрофилированными пальчиковыми фрезами разных дипметров со сферической торцовой частью.Прорезание стружечных канавок ведется преимущественно на зуборезных станках, а обработка пальчиковыми фрезами ведется на универсально фрезерных станках.

Технологическое усложнение состоит также в обработке зоны перехода в концевой фрезе от высоты большей размера С к высоте меньшей размера С, то есть того локального участка, где начинается размещение специальных зубьев и соответствующих им стружечных канавок.

Таким образом, изготовление концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий на универсально- фрезерных станках является трудоемким технологическим процессом, включающим различные трудоемкие технологические операции [ 6 ]; все это увеличивает время изготовления концевой фрезы и удорожает производство.

Для зачистки или шлифования стружечных канавок после лезвийной обработки и термической обработки традиционные тарельчатые шлифовальные круги не могут быть использованы при проходе на всю высоту фрезы, так как в этом случае этот круг врежется в специальные зубья, находящиеся в торцовой плоскости фрезы на высоте С. Цент тарельчатого шлифовального круга при обработке стружечных канавок не должен доходить до специальных зубьев примерно на величину 0,4 – 0,6 своего радиуса. В нижней части концевой фрезы тарельчатый круг должен быть меньших размеров, а зона сопряжения стружечных канавок на высоте С должна обрабатываться (зачищаться или шлифоваться) шлифовальными головками, приспособленных для работы по профильным поверхностям.

Поверхность стружечных канавок согласно техническим условиям по ГОСТ 17024-82 должна быть не ниже Rz=10 мкм, то есть не ниже шестого класса шероховатости по ГОСТ 2789-73 (диапазон шестого класса шероховатости Rz=6,3 – 10 мкм). Пальчиковые фрезы при нарезании могут дать шероховатость обрабатываемой поверхности шестого класса при острых зубьях. При затуплении зубьев степень точности устойчиво становится равной пятому классу Rz=10 – 20 мкм [ 7 ].

Поверхность стружечных канавок не является сопряженной поверхностью, а ее зачистка или шлифование не является ни отделочной, ни доводочной операцией. Здесь точность практически не нужна, но нужна чистота поверхности, так как по этой поверхности скользит стружка. Улучшение чистоты поверхности уменьшает коэффициент трения, способствуя лучшему отводу накопленной стружки из стружечной канавки и отсутствию пакетирования стружки в самой стружечной канавке. В ответственных случаях при специальных работах не исключается даже полирование стружечных канавок.

Таким образом, изготовление концевой фрезы с равной стойкостью боковых и тоцовых режущих лезвий усложняет технологию по сравнению со стандартной концевой фрезой. Но эта концевая фреза имеет стойкость в два раза больше. Поэтому при необходимости производства этих фрез целесообразно ориентироваться на использование станков с ЧПУ с целью упрощения технологии изготовления. На этих станках по специально разработанной компьютерной программе пальчиковые фрезы и шлифовальные головки совершают сложные пространственные движения по заданной траектории, обрабатывая и формируя и сами стружечяные канавки и зону сопряжения этих канавок на высоте С, представляющих собой конфигурацию профильных поверхностей.

Переточка изношенных зубьев концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий производится также, как и для традиционных стандартных концевых фрез. Заметим, что равностойкость боковых и торцовых режущих лезвий может незначительно нарушаться в зависимости от многих факторов, одними из важнейших которых являются изменение режимов фрезерования. Изменение режимов фрезерования приводит к незначительному изменению равностойкости в ту или другую сторону. Изготовленная, установленная на станок и работающая концевая фреза может иметь разницу в стойкости боковых и торцовых режущих лезвий (то неравностойкость) до 5 – 10%. Восстановить равностойкость можно изменением (при переточке изношенных зубьев) величин С1 упрочняющих фасок на вершинах торцовых режущих лезвий стандартных и специальных зубьев (рис.1). Упрочняющая фаска является во фрезе с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий является важнейшим конструктивным параметром

ВЫВОДЫ

При изготовлении цельных концевых фрез с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий (стойкость этих фрез ориентировочно в два раза больше стойкости стандартных концевых фрез) целесообразно обработку вести на станках с ЧПУ и использовать в качестве инструмента спрофилированные пальчиковые фрезы и шлифовальные головки; это значительно упрощает и удешевляет технологический процесс.

В работе [ 1 ] упомянутый недостаток решается конструктивным способом путем установки дополнительных зубьев у торцовой плоскости фрезы. Дополнительные зубья устраняют износ в локальных точках на вершинах зубьев, обеспечивают стабильную работу фрезы (отсутствие заштыбовки) и повышают ее стойкость (стойкость повышается ориентировочно пропорционально количеству дополнительных зубьев по отношению к количеству номинальных зубьев). Дополнительные зубья должны иметь обоснованую небольшую высоту в целях экономии дорогостоящего инструментального материала.

Дополнительные зубья по сравнению с номинальными могут иметь другой материал, другой угол наклона и другое     количество. Наиболее технологичный вариант, когда количество дополнительных зубьев равно количеству номинальных зубьев, иначе при переточке затупленных зубьев нужно делать различные вылеты режущих лезвий, чтобы обеспечить равную толщину стружки.

В данной работе произведен выбор параметров концевой фрезы с раздельной схемой обработки: в зависимости от диаметра фрезы обоснованно выбрано количество дополнительных зубьев, конструктивно размещающихся в торцовой плоскости; для выбранных диаметра и количества зубьев обоснован выбор высоты дополнительных зубьев, обеспечивающих стабильную работу фрезы и повышенную стойкость.

Рис.1. Концевая фреза с раздельной схемой обработки.

На рис. 1 представлена концевая фреза с раздельной схемой обработки:

1 – корпус фрезы; 2 – номинальные зубья; 3 – дополнительные зубья. Н – высота номинальных зубьев; С – высота дополнительных зубьев. На рис.1 количество номинальных зубьев Z1 равно количеству дополнительных зубьев Z2; общее количество зубьев Z =Z1+Z2.

При изготовлении фрезы с раздельной схемой обработки наиболее технологичным вариантом является следующий. Торцовая часть фрезы, содержащая дополнительные зубья высотой С и равные им по высоте номинальные зубья, сначало изготавливается отдельно и затем крепится к основной части фрезы механически или с помощью стыковой сварки. Стыковка зубьев торцовой и основной части фрезы выполняет роль стружкоразделительных канавок, поэтому учитываются их перекрытия при резании.

Дополнительные зубья должны конструктивно размещаться у торцовой плоскости и удовлетворять условию отсутствия перегрева вспомогательных зубьев (что имеет место при слишком малых их высотах), нормального отвода стружки. Дополнительные зубья могут полностью или частично участвовать в работе резания или нем участвовать совсем, то есть имеет место раздельная схема обработки. Высота дополнительных зубьев и количество этих зубьев являются важнейшими параметрами концевой фрезы с раздельной схемой обработки.

В таблице 1 представлены диаметры фрезы и числа дополнительных зубьев, которые конструктивно размещаются с учетом затыловочных частей у торцовой части фрезы.

Таблица 1. Диаметры концевых фрез D и соотвествующее им количество дополнительных зубьев Z2

В таблице 2 приведены для соответствующих значений D,Z2 экспериментальные данные высот дополнительных зубьев, полученные в производственных условиях механического цеха на вертикально-фрезерном станке 6М13П при следующих условиях: обрабатываемый материал сталь 35 140-160 НВ ГОСТ 4543-71 и сталь 20Х2Н4А 180-200 НВ ГОСТ 4543-71; ω=40° – угол наклона специальных режущих зубьев; S =0,3-0,45 мм/об, – то есть величина подачи мм/зуб для средней части фрезы и для торцовой части фрезы различная; V=110 м/мин – скорость резания. Фрезерование производилось без применения СОЖ. Режимы резания типовые машиностроительные [ 2 ],

Таблица 2. Высота дополнительных зубьев С в зависимости от величин D;Z2 для стали марки 35

Таблица3.Высота дополнительных зубьев С в зависимости от величин D;Z2 для стали марки 20Х2Н4А

Рис.2. График зависимости высоты дополнительных зубьев С от диаметра фрезы D

На основании табл.2 и табл.3 c использованием
[ 3 ] выведена эмпирическая формула стойкости зуборезной головки с равной стойкости боковых и вершинных режущих лезвий на базе степенных функций

С= А· D ^x , где: С – высота дополнительных зубьев; x – эмпирический коэффициент, x=0,7;

A – безразмерная эмпирическая постоянная: А = 0,416 для стали 35; А = 0,462 для стали 20Х2Н4А.

На основании табл. 2 и табл.3 c использованием [ 3 ] был построен эмпирический график, представленный на рис.1, где: C – высота дополнительных зубьев в торцовой части фрезы: C1 – для обрабатываемого материала сталь 35; C2 – для обрабатываемого материала сталь 20Х2Н4А; D –диаметр фрезы .

ВЫВОДЫ

Приведены проверенные опытным путем величины высот дополнительных зубьев в торцовой плоскости фрезы, при которых устраняется износ в локальных точках на вершинах зубьев, имеет место стабильная работа фрезы и повышается стойкость.