KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI. Obróbka skrawaniem i narzędzia

Transkrypt

1 KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI Przedmiot: Temat ćwiczeia: Obróbka skrawaiem i arzędzia Frezowaie Numer ćwiczeia: 5 1. Cel ćwiczeia Celem ćwiczeia jest pozaie odmia frezowaia, parametrów skrawaia, arzędzi frezarskich, budowy i zasady działaia frezarki kowecjoalej jak rówież praktycze pozaie wszystkich rodzajów zabiegów możliwych do wykoaia a frezarce. 2. Wyposażeie staowiska - frezarka kowecjoala, - oprzyrządowaie dodatkowe, - arzędzia frezarskie jedolite i składae, - istrukcja do ćwiczeia. 3. Przebieg ćwiczeia - zapozaie się z rodzajami i budową arzędzi do frezowaia, - omówieie sposobów mocowaia arzędzi we wrzecioie, - zapozaie się z budową i zasadą działaia frezarki kowecjoalej, - przeprowadzeie operacji obróbkowych: a) frezowaia współbieżego b) frezowaia przeciwbieżego Uwagi: Po wykoaiu ćwiczeia ależy sporządzić sprawozdaie wg wytyczych zawartych w iiejszej istrukcji.

2 1. Wprowadzeie Frezowaie rodzaj obróbki skrawaiem, w którym praca arzędzia ie jest ciągła. Narzędziem jest frez wieloostrzowy o kształcie bryły obrotowej. Jego ostrza mogą być wykoae a powierzchi walcowej, walcowo czołowej, czołowej, obu czołowych, a także a powierzchi stożkowej lub kształtowej. Na powierzchi walcowej ostrza mogą być wykoae jako proste bądź śrubowe. Praca arzędzi ie jest ciągła, to zaczy, że rówocześie pracuje tylko część ostrzy. Powoduje to polepszeie waruków chłodzeia. Z drugiej stroy przy frezowaiu grubość warstwy skrawaej przez poszczególe ostrza jest zmiea, a więc i przekrój warstwy skrawaej oraz wióra zmieiają się podczas obróbki. Powoduje to zmiaę obciążeia i wpływa ujemie a żywotość arzędzia. Podczas frezowaia ruchem główym jest ruch obrotowy frezu, atomiast ruch posuwowy jest to ruch przedmiotu obrabiaego lub frezu. 2. Klasyfikacja odmia frezowaia Klasyfikacja odmia toczeia może być dokoywaa a podstawie zróżicowaych kryteriów: a) pod względem techologiczym: frezowaie walcowe (obwodowe) oś frezu zajmuje położeie rówoległe do powierzchi obrobioej, frezowaie czołowe - oś frezu zajmuje położeie prostopadłe do powierzchi obrobioej, frezowaie skośe oś frezu tworzy z powierzchią obrobioą kąt róży od 0 do 90, b) pod względem kostrukcyjym: frezowaie pełe (trzystroe) gdzie jedocześie powstają trzy powierzchie obrobioe frezowaie iepełe (dwustroe) gdzie jedocześie powstają dwie powierzchie obrobioe frezowaie swobode (jedostroe) gdzie powstaje jeda powierzchia obrobioa c) pod względem kiematyczym frezowaie współbieże frezowaie przeciwbieże

3 Frezowaie obwodowe b b b (walcowe) a p =b a p <b a p <b Frezowaie D c D c D c czołowe a e =D c a e <D c a e <D c Frezowaie skośe L D c <L L D c <L 2.1. Frezowaie walcowe Frezowaie pełe Frezowaie iepełe Frezowaie swobode Rys. 1. Klasyfikacja odmia frezowaia Frezowaie walcowe współbieże występuje, gdy kieruek ruchu przedmiotu obrabiaego jest zgody z kierukiem obrotu frezu. Przy frezowaiu współbieżym grubość warstwy skrawaej jest ajwiększa a początku pracy ostrza i ajmiejsza a końcu. W wyiku takiego rozkładu warstwy skrawaej opory skrawaia rówież osiągają wartość od ajwiększej do ajmiejszej a końcu pracy ostrza. Frezowaie współbieże charakteryzuje się udarową pracą, co może powodować skróceie żywotości arzędzia oraz lepszą jakością powierzchi obrobioej ze względu a odprowadzaie wiórów z strefy obróbki. a e f f z Rys. 2. Frezowaie walcowe współbieże

4 Frezowaie walcowe przeciwbieże występuje, gdy kieruek ruchu przedmiotu obrabiaego jest przeciwy do kieruku obrotu frezu. Przy frezowaiu przeciwbieżym grubość warstwy skrawaej rośie od wartości zerowej do wartości maksymalej, co wpływa a zmiey charakter oporów. W początkowej fazie skrawaia krawędź skrawająca trze o powierzchię obrobioą, dopóki wzrastający acisk krawędzi skrawającej ie staie się odpowiedi do rozpoczęcia procesu skrawaia. W wyiku zjawiska tarcia krawędź skrawająca zużywa się bardziej iż w trakcie skrawaia materiału. Z kiematyki frezowaia przeciwbieżego wyika, że materiał obrobioy usuway jest przed arzędzie, co może prowadzić do zalepiaia rowków wiórowych. Poadto występuje pogorszeie waruków chłodzeia oraz wzrost chwilowych oporów skrawaia, co prowadzi do zmiejszeia trwałości arzędzia. a e f z f Rys. 3. Frezowaie walcowe przeciwbieże 2.2. Frezowaie walcowo czołowe Frezowaie walcowo czołowe jest odmiaą frezowaia, w której mogą wystąpić dwie kiematycze odmiay: frezowaie współbieże i przeciwbieże. Stosuek udziału frezowaia współbieżego i przeciwbieżego jest uzależioy od szerokości skrawaia. Zacząco wpływa to a charakter procesu skrawaia, opory skrawaia, chropowatość powierzchi oraz trwałość arzędzia. Frezowaie przeciwbieże Frezowaie współbieże f Rys. 4. Frezowaie walcowo czołowe przeciw - współbieże

5 2.3. Frezowaie czołowe Ze względu a ustawieie osi arzędzia względem przedmiotu obrabiaego moża wyróżić astępujące odmiay frezowaia czołowego: Frezowaie pełe przy którym szerokość frezowaia jest rówa wartości średicy arzędzia. Frezowaie iepełe symetrycze - szerokość frezowaia jest miejsza od średicy arzędzia, przy symetryczym ustawieiu arzędzia względem przedmiotu. Frezowaie iepełe iesymetrycze przy którym szerokość frezowaia jest miejsza od średicy arzędzia, a ustawieie arzędzia względem części obrabiaej jest iesymetrycze. a) b) c) f f f D c D c D c a e a e a e Rys. 5. Frezowaie czołowe: a) pełe, b) iepełe symetrycze c) iepełe iesymetrycze 3. Parametry techologicze frezowaia W procesie frezowaia ruch główy obrotowy wykouje arzędzie, atomiast ruch posuwowy może wykoywać arzędzie lub przedmiot obrabiay. Tak jak przy toczeiu, iektóre parametry techologicze są jedocześie wielkościami astawczymi a maszyie. Do parametrów techologiczych frezowaia zalicza się: Prędkość obrotowa prędkość obrotowa wrzecioa frezarskiego [ obr mi ] Średica frezu średica arzędzia D c [mm]

6 Prędkość skrawaia - prędkość skrawaia v c przy frezowaiu azywamy drogę przebytą w ciągu jedej miuty przez pukt krawędzi skrawającej, leżący a obwodzie frezu, względem przedmiotu obrabiaego. Prędkość skrawaia w procesie frezowaia jest z reguły stała i wyraża się wzorem: v c = π D c 1000 [ m mi ] D c średica frezu [mm], prędkość obrotowa [obr/mi]. Posuw a obrót jest to przemieszczeie arzędzia lub przedmiotu obrabiaego przypadające a jede obrót frezu. f = [ mm obr ] Prędkość posuwu chwilowa prędkość ruchu posuwowego arzędzia lub przedmiotu obrabiaego w ciągu jedej miuty: f posuw [mm/obr], prędkość obrotowa [obr/mi]. v t = f [ mm mi ] Posuw a ostrze (ząb) jest to przemieszczeie arzędzia lub przedmiotu obrabiaego przypadające a jedo ostrze frezu. Posuw te możemy wyrazić zależością: z ilość ostrzy arzędzia f posuw [mm/obr], prędkość obrotowa [obr/mi], V f prędkość posuwu [mm/mi] f z = f z = v f z [mm z ] Szerokość skrawaia wymiar odpowiadający długości zetkięcia frezu z materiałem obrabiaym, mierzoa w kieruku promieiowym arzędzia: a e [mm] Głębokość skrawaia wymiar addatku usuwaego podczas jedego przejścia frezu, mierzoa a kieruku osiowym arzędzia: a p [mm] Parametry techologicze przedstawioo a rys. 7.

7 a p f z f V c D c a e Rys. 7. Parametry techologicze procesu frezowaia 4. Przekrój warstwy skrawaej Podczas procesu frezowaia przekrój warstwy skrawaej jest wartością zmieą, gdyż zmieiają się parametry geometrycze: grubość h i szerokość b warstwy skrawaej. Na rys. 8 przedstawioo zależości miedzy parametrami skrawaia, a parametrami geometryczymi warstwy skrawaej podczas frezowaia walcowego, a a rys. 9 dla frezowaia czołowego. a) przekrój warstwy skrawaej w frezowaiu walcowym O ψ f z Dc /2-ae V c D c A ψ f E f z C a e M A f z φ E ψ C F ae Rys. 8. Geometria warstwy skrawaej w frezowaiu walcowym Aalizując warstwę skrawaą widać, ze wartość grubości warstwy skrawaej h zmieia się od wartości zerowej w pukcie A do wartości maksymalej w pukcie E.

8 Maksymala grubość warstwy skrawaej: f z posuw jedostkowy a ostrze [mm], a e szerokość skrawaia [mm], D c średica frezu [mm]. Szerokość warstwy skrawaej: a p głębokość frezowaia [mm]. h max = 2f z a e a 2 e D c D2 [mm] c b = a p [mm] Maksymaly przekrój warstwy skrawaej: A max = b h max [mm 2 ] b szerokość warstwy skrawaej [mm], h max maksymala grubość warstwy skrawaej [mm]. b) przekrój warstwy skrawaej w frezowaiu czołowym h max = f z ap = b f f ae ae ap f z Rys. 9. Geometria warstwy skrawaej w frezowaiu czołowym

9 Maksymala grubość warstwy skrawaej: h max = f z si Κ [mm] f z posuw jedostkowy a ostrze [mm], Κ kąt przystawieia główej krawędzi skrawającej [mm]. Szerokość warstwy skrawaej: b = a p si Κ [mm] a p głębokość skrawaia [mm], Κ kąt przystawieia główej krawędzi skrawającej [mm]. Maksymaly przekrój warstwy skrawaej: A max = b h max [mm 2 ] b szerokość warstwy skrawaej [mm], h max maksymala grubość warstwy skrawaej [mm]. 5. Siła, momet i moc frezowaia w frezowaiu walcowym W wyiku realizacji procesu skrawaia pomiędzy arzędziem i przedmiotem obrabiaym oddziałuje siła skrawaia F c, której wartość maksymalą moża obliczyć z astępującej zależości: F czmax = b h max k c [N] F czmax maksymala siła skrawaia a ostrze [N], h max maksymala grubość warstwy skrawaej [mm], b szerokość warstwy skrawaej [mm], k c opór właściwy skrawaia [MPa]. Aby móc zrealizować proces skrawaia iezbęde jest dostarczeie do procesu odpowiediej ilości mocy. Jest oa potrzeba m. i. do pokoaia sił tarcia i odkształceia materiału. P c = F czmax v c [kw] F czmax maksymala siła skrawaia a ostrze [N], v c prędkość skrawaia [m/mi].

10 Moc silika obrabiarki musi być większa od mocy P c ze względu a straty w układach mechaiczych: P s = 1,15 P c η [kw] P c moc skrawaia [kw], η współczyik sprawości układu apędowego frezarki (75 85). W związku z realizacją procesu skrawaia a wrzecioie frezarki powstaje momet obrotowy, który moża obliczyć z zależości: M c = F czmax D c [Nm] F czmax maksymala siła skrawaia a ostrze [N], D c średica frezu [mm]. 6. Narzędzia frezarskie Frez to arzędzie wieloostrzowe, który pracuje zawsze w takim układzie kiematyczym, że wykouje ruch główy, ruch obrotowy. Ruchy posuwowe może wykoywać przedmiot obrabiay, arzędzie lub jedocześie arzędzie i przedmiot obrabiay. Ostrza frezu zazwyczaj mają cykliczy, przeryway kotakt z obrabiaą powierzchią, wyikły z jego obrotów i charakteru pracy w tym sposobie obróbki skrawaiem. Frezy ależą do grupy arzędzi o ajbardziej zróżicowaej budowie. Istieje wiele kryteriów ich podziału. Obok kryteriów, według których moża dzielić także ie arzędzia, jak p. budowa (jedolite, składae) czy materiał ostrza, moża wyróżić kryteria odoszące się główie do frezów: Geometria ostrzy frezy z geometrią podwójie dodatią, podwójie ujemą, dodatio ujemą. Kształt ostrzy (rys.11): frezy z ostrzami ściowymi, zataczaymi. Rodzaj krawędzi (rys. 12): ciągła, przerywaa, falista. Kieruek pracy (rys. 10) : prawozwoje, lewozwoje. Miejsce usytuowaia ostrzy: czołowe, walcowe, walcowo czołowe. Sposób kształtowaia: puktowe, kształtowe, obwiediowe. Sposób mocowaia: trzpieiowe, asadzae. Rys. 10. Frezy a) lewozwoje, b) prawozwoje

11 a) b) c) f b α1 α o a a a b α1 b α2 d) e) f) b α1 γ 0 = 0 γ 0 = 0 Rys. 11. Zarys ostrzy frezów: a) jedościowe, b) dwuściowe, c) łukowe, d) łukowe z łysiką, e) zataczae krzywoliiowe (wg. Spirali Archimedesa), f) zataczae prostoliiowo ciągłe Rys. 12. Rodzaje krawędzi skrawających frezów przerywae faliste Do ajczęściej spotykaych rodzajów frezów zalicza się: Frezy walcowe służą do kształtowaia powierzchi płaskich. Ich ostrza mają kształt liii śrubowej i zajdują się jedyie a zewętrzej powierzchi walcowej. Czoła frezów walcowych ie skrawają. Pochyleie krawędzi skrawającej ma a celu zmiejszeie drgań arzędzia podczas cykliczego zagłębiaia się i wychodzeia ostrzy z materiału. Na rys. 14 pokazao róże geometrie frezów walcowych. Frezy walcowo czołowe frezy wytwarzae są jako trzpieiowe lub asadzae. Skrawają oe ostrzami, których krawędzie usytuowae są śrubowo a powierzchi walcowej oraz prostoliiowo a powierzchi czołowej frezu. Frezy tego typu kostruowae są jako: frezy jedolite, z ostrzami w postaci listew śrubowych wykoaych ze stali szybkotącej lub węglików spiekaych lutowaych do korpusu lub mocowaych mechaiczie, z ostrzami wymieymi.

12 Frezy trzpieiowe (palcowe) stosowae do wykoywaia rowków, kaałków, powierzchi boczych. Frezy trzpieiowe o małych średicach azywae są często frezami palcowymi. Frezy palcowe są wykoae w odmiaie: walcowej z ostrzami śrubowymi usytuowaymi tylko a powierzchi walcowej i skrawają oe wówczas tylko powierzchie boczą; walcowo czołowej, która umożliwia rówież frezowaie wgłębe ostrzami zajdującymi się a powierzchi czołowej frezu. Frezy tego typu mogą mieć przyajmiej jedo ostrze cetrale dochodzące do osi frezu a powierzchi czołowej, lub ostrza usytuowae są w pierścieiowym, zewętrzym obszarze czoła frezu. Frezy trzpieiowe wytwarzae są z wieloma wersjami zakończeń powierzchi czoła frezu. Mogą być z zakończeiem płaskim lub kształtowym (kula, stożek), a rys. 15 przedstawioo zestaw frezów trzpieiowych (palcowych). Frezy tarczowe są przezaczoe do wykoywaia wszelkiego rodzaju kaałków i podcięć. Rozróżia się frezy z ostrzami zajdującymi się tylko a powierzchi walcowej lub a powierzchi walcowej i obu czołowych. Frezy tarczowe produkuje się w odmiaie jedolitej bądź składaej z płytkami wymieymi. Na rys. 14 i 16 pokazao frezy tarczowe w obu odmiaach. Frezy piłkowe służą główie do przeciaia, wykoywaia acięć i kaałków. Frezy piłkowe odzaczają się małą szerokością w stosuku do swojej średicy, wykouje się je jako: jedolite, z ostrzami z węglika spiekaego wlutowaymi w stalowy korpus, składae. Na rys. 14 pokazao frezy piłkowe. Frezy kształtowe występują w odmiaie trzpieiowej lub walcowej. Frezy kształtowe wykouje się jako arzędzia specjale, ukształtowae ostrza odwzorowują kształt arzędzia w przedmiocie obrabiaym. Do tego tupu arzędzi możemy zaliczyć m.i. frezy krążkowe modułowe do kształtowaia wrębu koła zębatego, frezy półokrągłe do frezowaia prowadic półokrągłych wklęsłych i wypukłych. Na rys. 14 pokazao frezy kształtowe. frezy walcowe frezy kształtowe frezy tarczowe frezy stożkowe frezy piłkowe Rys. 14. Zestaw frezów moolityczych

13 frezy trzpieiowe z chwytem stożkowym frezy trzpieiowe z chwytem walcowym frezy palcowe kuliste frezy do rowków Rys. 15. Zestaw frezów trzpieiowych (palcowych) frez palcowy składay toroidaly głowice frezarskie z wymieymi płytkami frez tarczowy z wymieymi płytkami frez palcowy składay kulisty Rys. 16. Zestaw frezów składaych 7. Mocowaie arzędzi frezarskich Mocowaie frezów zależy do ich kostrukcji. Do tego celu stosuje się róże trzpieie i oprawki. Stożki w gieździe wrzecioa frezarki SK, o zbieżości 7:24 służą do mocowaia i ustalaia trzpieia w osi wrzecioa. Stożek te jest mocoway śrubą przechodzącą przez wrzecioo, atomiast momet obrotowy z wrzecioa przeoszoy jest przez kamieie zabierakowe umieszczoe a powierzchi czołowej końcówki wrzecioa. Do zalet tego systemu mocowaia moża zaliczyć: proste wykoaie, symetryczą kostrukcję, zdolość samocetrowaia. Na rys. 17 przedstawioo trzpieie frezarskie do mocowaia frezów.

14 tulejki zaciskowe ER trzpień z mocowaiem ER śruby mocujące trzpieie redukcyje trzpień frezarski długi 8. Staowisko laboratoryje Rys. 17. Trzpieie frezarskie Rys. 18. Budowa uiwersalej frezarki wsporikowej: 1 wrzecioo pioowe, 2 wrzecioo poziome, 3 podziałka skrętu osi pioowej wrzecioa, 4 belka wsporikowa, 5 posuw ręczy poprzeczy, 6 wyświetlacz pozycji, 7 skrzyka prędkości obrotowej wrzecioa, 8 skrzyka posuwów, 9 posuw ręczy wzdłuży, 10 posuw ręczy pioowy, 11 korpus, 12 wsporik

15 Frezarki odzaczają się uiwersalością zastosowaia, po tokarkach są obrabiarkami ajbardziej rozpowszechioymi. Stosowaie arzędzi wieloostrzowych oraz dużych wartości parametrów skrawaia czyi frezarki obrabiarkami o dużej wydajości. Ruch główy wykouje wrzecioo wraz z zamocowaym w im arzędziem, ruch posuwy, zazwyczaj prostoliiowy, wykouje stół frezarski z zamocowaym a im przedmiotem obrabiaym. Napęd posuwów (wzdłużego i poprzeczego) we frezarkach ajczęściej jest ie zależy od apędu wrzecioa i realizoway jest odrębym silikiem. Najbardziej są rozpowszechioe frezarki wsporikowe tzw. kosolowe. Frezarki tego typu mogą mieć oś wrzecioa usytuowaą poziomo lub pioowo. Na rys. 18 przedstawioo frezarkę uiwersalą KNUT WF 2.1 z możliwością usytuowaia osi wrzecioa pioowo, poziomo lub skośie do przedmiotu obrabiaego. Na prowadicach korpusu (11) przesuwa się pioowo wsporik (12) zway kosolą, a którym umieszczoy jest stół z możliwością przesuwu wzdłużego. W górej części zajduje się belka wsporikowa (4) z zamocowaym wrzecioem pioowo skrętym. Belka wsporikowa realizuje dwa zadaia, po pierwsze wykouje przesuw poprzeczy arzędzia, po drugie podtrzymuje arzędzie w kofiguracji poziomej wraz zaistalowaą a prowadicach podtrzymką. 9. Wykoaie przedmiotu z zastosowaiem różych operacji frezarskich Rys. 19. Widok przedmiotu po obróbce Lista operacji do wykoaia: 1. Plaowaie powierzchi czołowej kostki frezem czołowym 2. Frezowaie walcowo-czołowe powierzchi boczych kostki 3. Frezowaie rowka a powierzchiach boczych frezem tarczowym 4. Frezowaie rowka prostokątego a powierzchi czołowej frezem palcowym 5. Frezowaie rowka kształtowego typu jaskółczy ogo a powierzchi czołowej 6. Fazowaie krawędzi frezem kształtowym

16 Plaowaie Frezowaie walcowo-czołowe powierzchi boczych Frezowaie rowka a powierzchiach boczych Frezowaie rowka prostokątego Frezowaie rowka kształtowego Fazowaie

17 Nazwisko i Imię: Przedmiot: Ćwiczeie: SPRAWOZDANIE OBRÓBKA SKRAWANIEM I NARZĘDZIA Frezowaie 1. Przeprowadzić obliczeia parametrów skrawaia dla podaych daych. D c =. mm =. obr/mi f =. mm/ostrze z =. 2. Przeprowadzić obliczeia siły, mocy i mometu frezowaia. Materiał obrabiay: kc =. MPa Rm =. MPa HB =.

18 3. Porówać chropowatość powierzchi po frezowaiu współbieżym i przeciwbieżym. Narzędzie: z = D = Materiał obrabiay: R m = Twardość Frezowaie współbieże Lp. 1. a e [mm] a p [mm] [obr/mi] v c [m/mi] v f [mm/mi] f [mm/obr] f z [mm] R a [m] R z [m] Frezowaie przeciwbieże Lp. 1. a e [mm] a p [mm] [obr/mi] v c [m/mi] v f [mm/mi] f [mm/obr] f z [mm] R a [m] R z [m] Przeprowadzić stosowae obliczeia parametrów techologiczych i przedstawić a wykresach zależość chropowatości powierzchi w fukcji posuwu.

19 4. Wykoać rysuek ustawieia arzędzia do realizacji podaej operacji frezarskiej. Operacja frezarska:.