Budowa i zastosowanie narzędzi frezarskich do obróbki CNC.

Transkrypt

1 Budowa i zastosowanie narzędzi frezarskich do obróbki CNC. Materiały szkoleniowe. Sporządził mgr inż. Wojciech Kubiszyn

2 1. Frezowanie i metody frezowania Frezowanie jest jedną z obróbek skrawaniem mającej zastosowanie do obróbki płaszczyzn, powierzchni kształtowych, rowków śrubowych, prostych i gwintów. Podczas obróbki narzędzie wykonuje ruch obrotowy zaś przedmiot obrabiany ruch posuwowy ( rys. 1). Rysunek 1 Ruchy narzędzia i materiału obrabianego podczas frezowania 1. W zależności od kierunku ruchu posuwowego i kierunku ruchu obrotowego rozróżniamy frezowanie współbieżne i przeciwbieżne (rysunek 1 i 2) Frezowanie przeciwbieżne występuje gdy ruch posuwowy materiału obrabianego jest przeciwny do ruchu obrotowego freza. Rysunek 2. Frezowanie przeciwbieżne. 1

3 Frezowanie współbieżnewystępuje gdy ruch posuwowy materiału obrabianego i narzędzia jest zgodny. Rysunek 3 Frezowanie współbieżne. 1 Podczas frezowania współbieżnego siły działające na przedmiot powodują dociskanie go do stołu frezarki szczególnie podczas rozpoczęcia pracy. W tym czasie warstwa skrawana jest najgrubsza i w miarę obróbki maleje do zera. W wyniku takiej obróbki pojawiają się znaczne drgania maszyny które przez luzy różnych mechanizmów powodują nierównomierną prace frezarki. Frezowanie przeciwbieżne jest częściej stosowane gdyż nie wymaga stałej kompensacji luzów w napędzie. Rozpoczyna się od bardzo cienkiej warstwy równej zero i w miarę obróbki wzrasta (obróbka materiałów o twardych powierzchniach np. odlewy). Rozpoczęcie procesu frezowania wiąże się z powstaniem zjawiska poślizgu w pierwszym etapie obróbki powodującego zużycie powierzchni przyłożenia i utwardzenie wierzchniej warstwy materiału. Charakteryzując proces skrawania możemy wyróżnić: Frezowanie czołowe, Frezowanie obwodowe, Podczas frezowania obwodowego oś obrotu narzędzia jest równoległa do osi przedmiotu obrabianego, zaś w przypadku frezowania czołowego oś obrotu jest prostopadła do przedmiotu obrabianego. Schemat frezowania obwodowego i czołowego przedstawia rysunek 4 Rys. 4. Schemat frezowania czołowego i obwodowego. 1

4 2. Rodzaje narzędzi frezarskich. Do frezowania używa się wieloostrzowych narzędzi zwanych frezami które możemy podzielić na: W zależności od rodzaju materiału obrabianego dzielimy na: typ N do stali normalnej, typ H do miękkich materiałów dających długie wióry, typ W do materiałów twardych dających krótki wiór. Zależnie od materiału krawędzi skrawającej: frezy z krawędziami ze stali szybkotnącej, frezy z krawędziami ze spieków twardych, frezy z krawędziami ze spieków ceramicznych, frezy z krawędziami diamentowymi. Od sposobu mocowania wyróżniamy frezy: frezy nasadzane frezy trzpieniowe Według kształtu: frezy do rowków teowych, frezy walcowe, frezy tarczowe, kształtowe. W zależności od kształtu zęba: jednościnowe, dwuścinowe, łukowe, zataczane, Budowa głowicy frezarskiej i noża tokarskiego. Rysunek 5 Budowa głowicy frezarskiej. 2

5 Do mocowania narzędzi w obrabiarkach cnc używa się trzpieni i oprawek ręcznych do wymiany narzędzia które przedstawia poniższy rysunek. Rysunek 6. Oprawki do mocowania narzędzia. 3 Elementy wchodzące w skład oprawki frezarskiej. Rysunek 7. Budowa oprawki frezarskiej. 2

6 Geometria ostrza α 0 kat przyłożenia powinien zmniejszyć tarcie a co za tym idzie nagrzanie ostrza i przedmiotu β 0 kat ostrza zależy od materiału obrabianego, im mniejszy tym łatwiejsze zagłębianie się ostrza w materiał, większe zużycie i mniejszą trwałość ostrza. γ 0 kąt natarcia wpływa na wytwarzające się wióry oraz siły skrawania, im większy tym mniejsze siły są potrzebne do procesu skrawania powoduje to jednak szybsze zużycie ostrza przez pęknięcie, starcie i zużycie żłobkowe ostrza, λ s kat nachylenia wpływa na przebieg rozpoczęcia i zakończenia skrawania powoduje stabilniejszą prace freza. Rysunek 6. geometria ostrza Materiały stosowane na narzędzia skrawające. Podczas procesu frezowania narzędzie jest poddane bardzo ciężkim obciążeniom. Krawędzie skrawające nie mają ciągłego styku z materiałem, obróbka jest przerywana, a przekrój wióra nierównomierny. Z tego powodu materiały na narzędzia frezarskie muszą odznaczać się dużą odpornością na obciążenia dynamiczne i wysoką temperaturę. Do takich materiałów zaliczamy: Stal szybkotnąca posiada wysoką odporność na obciążenia dynamiczne oraz obciążenia udarowe. Ze względu na niższą prędkość skrawania niż cermetali czy węglików spiekanych stosowana jest na małe frezy frezy kształtowe, wiertła itp. Narzędzia wykonane z tej stali znajdują zastosowanie podczas frezowania z małymi prędkościami skrawania, frezowaniu materiałów o niewielkiej twardości i frezowaniu kształtowym. Spieki twarde są materiałami uzyskiwanymi z proszków metali oraz środków wiążących. Stosowane jako płytki wieloostrzowe przestawne. Zwiększenie wytrzymałości na obciążenia dynamiczne uzyskujemy poprzez zwiększenie ilości środków wiążących.

7 Charakteryzują się dużą twardością, odpornością na ścieranie którą można zwiększyć poprzez pokrycie powierzchni zewnętrznych azotkiem tytanu, węglikiem tytanowym lub dwutlenkiem glinu. Płytki skrawające są mocowane do narzędzia poprzez lutowanie lub połączenie śrubowe. Spieki ceramiczne są stosowane rzadziej ze względu na dużą kruchość oraz małą odporność na zmienne siły skrawania. Stosowane są do obróbki żeliwa utwardzonego, stali utwardzonej oraz żeliwa szarego. Materiały te są stosowane bez cieczy chłodzących. Diament stosowany do obróbki metali nieżelaznych oraz laminatów. Dużą twardość umożliwia osiągniecie wyższych prędkości skrawania w porównaniu z innymi materiałami, jednak w przypadku obróbki stali następuje szybkie ścieranie narzędzia. 4. Parametry skrawania a) Szybkość skrawania v c V c =π dn [m/min] Rysunek 7. Parametry skrawania występujące podczas frezowania. 1 b) Posuw v f Podczas frezowania możemy wyróżnić trzy posuwy posuw v p w [mm/min] posuw na ząb v z [mm] posuw na obrót narzędzia frezarskiego f w [ mm] V f =f z n z [mm/min] Posuw v f może być też wyrażony wzorem w odniesieniu do posuwu na obrót freza v f =f n [mm/min] Schemat przedstawiający parametry skrawania przedstawia rysunek 7.

8 Parametry warstwy skrawanej Podczas frezowania powstający wiór jest nierównomiernie ukształtowany. Do jego opisania używa się pojęcia średniej grubości warstwy skrawanej h m. 1-powstajacy wiór, f z - posuw na jeden ząb, h m grubość warstwy skrawanej, Rysunek 8. Grubość warstwy skrawanej. 1 W wyniku frezowania walcowego szerokość skrawania jest szerokością narzędzia które wnika w materiał. Podczas frezowania czołowego głębokość skrawania a p jest mierzona prostopadle do powierzchni roboczej. Zetkniecie robocze z materiałem odpowiada ap szerokości frezowanej powierzchni. Na obrabiarce podczas obróbki należy ustawić następujące parametry: liczba obrotów n, posuw f, zetkniecie robocze z materiałem a e, głębokość skrawania a p. zetkniecie robocze z materiałem a e. zetkniecie robocze z materiałem a e. szerokość skrawania a p. głębokość skrawania a p.

9 5. Przykładowe narzędzia i oprawki frezarskie. Głowica frezarska. Głowica frezarska. Frez trzpieniowy. Frez do wykonywania fazek ( zukosowań pod rożnym kątem).

10 Sposoby mocowania narzędzi na trzpieniach Oprawka trzpieniowa (do mocowania głowicy frezarskiej) Tulejka rozprężna Oprawka do mocowania frezów trzpieniowych, wierteł.

11 Literatura. W wykonanej prezentacji zostały wykorzystane wiadomości i rysunki z powyższych pozycji literaturowych. 1. rea MTS Podstawy obróbki cnc 2. W. Habrat Obsługa i programowanie obrabiarek CNC Podręcznik operatora Wydawnictwo KaBe Krosno System ZERO 4. Katalog narzędzi Sartorius Werkzeuge Der Werkzeugkatalog 2007/2008 Abplanalp