Politechnika Białostocka ZAMIEJSCOWY WYDZIAŁ MECHANICZNY W SUWAŁKACH INSTRUKCJA DO ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH Temat ćwiczenia: Badanie wpływu parametrów skrawania na stan obrabianej powierzchni. Numer ćwiczenia 4. Laboratorium z przedmiotu: TECHNIKI WYTWARZANIA II B Opracował: dr inŝ. Sergiusz Jakuszewicz 2005
1. WPROWADZENIE 1.1. Odmiany frezowania. Pod względem technologicznym frezowanie dzieli się na: - frezowanie walcowe (obwodowe) oś obrotu freza zajmuje połoŝenie równoległe do powierzchni obrobionej (rys. 1a), - frezowanie czołowe oś obrotu freza zajmuje połoŝenie prostopadłe do powierzchni obrobionej (rys. 1b), - frezowanie skośne oś obrotu freza tworzy z powierzchnią obrobioną kąt róŝny od 0 i 90 (rys. 1c), występuje we wszystkich przypadkach stosowania frezów kątowych. Rys.1. Technologiczne odmiany frezowania: a) walcowe (obwodowe), b) czołowe, c) skośne. Pod względem konstrukcyjnym, frezowanie dzieli się na (rys. 2): - frezowanie pełne (trzystronne) w wyniku obróbki powstają w przedmiocie trzy powierzchnie obrobione, a wymiar obróbkowy B jest wymiarem wewnętrznym, - frezowanie niepełne (dwustronne) w przedmiocie powstają dwie powierzchnie obrobione, a wymiar B jest wymiarem mieszanym, - frezowanie swobodne (jednostronne) w przedmiocie powstaje jedna obrobiona powierzchnia (prosto- lub krzywokreślna), a wymiar obróbkowy ma kierunek prostopadły do powierzchni obrobionej lub kierunek zbliŝony do prostopadłego. Pod względem kinematycznym, frezowanie dzieli się na: - frezowanie przeciwbieŝne przedmiot obrabiany wykonuje ruch posuwowy w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu ostrzy freza, - frezowanie współbieŝne przedmiot obrabiany wykonuje ruch posuwowy w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu ostrzy freza. 2
Rys.2. Konstrukcyjne odmiany frezowania. Pod względem dokładności obróbki frezowanie dzieli się na: zgrubne, średnio dokładne, dokładne i osiągane w wyjątkowych przypadkach bardzo dokładne. Tym odmianom frezowania, zaliczanym do rodzajów frezowania, odpowiadają następujące klasy dokładności wykonania IT i wysokości nierówności powierzchni R a : Zgrubne (walcowe i czołowe) Średnio dokładne (walcowe i czołowe) Dokładne (walcowe i czołowe) Bardzo dokładne (czołowe) IT 13, 14 11, 12 9, 10 7, 8 R a [µm] 40 80 10 20 5 15 0,63 1,25 1.2. Ogólne wytyczne doboru parametrów skrawania. Wytyczne doboru parametrów skrawania przy frezowaniu zgrubnym. Zadaniem frezowania zgrubnego jest usunięcie znacznej objętości materiału skrawanego w jednostce czasu. Występują wówczas duŝe siły skrawania, przy czym parametry skrawania powinny być tak dobrane, aby wykorzystać w pełni moc silnika napędowego frezarki. Wielkościami znanymi przy doborze parametrów skrawania są: wymiary i własności materiału półfabrykatu, cechy charakterystyczne frezarki, na której 3
ma być przeprowadzony zabieg frezowania zgrubnego oraz konstrukcja freza przeznaczonego do tego celu. Dobór parametrów skrawania dla zabiegu frezowania zgrubnego polega na ustaleniu: głębokości skrawania i liczby przejść oraz posuwu i prędkości skrawania. Głębokość skrawania przyjmuje się równą wielkości przewidzianego naddatku na frezowanie zgrubne. Usunięcie tego naddatku odbywa się wtedy w jednym przejściu freza. JeŜeli naddatek jest zbyt duŝy, to zabieg frezowania zgrubnego składa się z dwóch lub większej liczby przejść z taką samą na ogół głębokością skrawania. Posuw stołu frezarki f t ustala się zgodnie ze wzorem: f t = f z zn mm/min po uprzednim przyjęciu wartości posuwu na jedno ostrze f z (w mm) przy znanej liczbie ostrzy freza z oraz po ustaleniu prędkości obrotowej freza n (w obr/min), wynikającej z przyjętej wartości prędkości skrawania v c (w m/min). Posuw na jedno ostrze freza f z dobiera się moŝliwie największy z uwzględnieniem następujących ograniczeń: - sztywności freza i jego zamocowania, - sztywności przedmiotu obrabianego i jego zamocowania, - stanu technicznego (sztywności) frezarki. Zalecane posuwy f z przy frezowaniu walcowym są podane w tabl. 1, a przy frezowaniu czołowym - w tabl. 2. Przeciętne wartości prędkości skrawania stosowanych przy frezowaniu zawiera tabl. 3. Tablica 1. Zalecane wartości posuwu f z w mm/ostrze przy zgrubnym frezowaniu płaszczyzn frezami walcowymi. 4
Tablica 2. Zalecane wartości posuwu w mm/ostrze przy zgrubnym frezowaniu płaszczyzn frezami walcowo- czołowymi i czołowymi (głowicami frezowymi) Tablica 3. Przeciętne wartości prędkości skrawania stosowanych przy frezowaniu. 5
Przy zastosowaniu frezów z ostrzami z węglików spiekanych o gatunkach specjalnie przeznaczonych do frezowania prędkość skrawania moŝe być znacznie większa od wartości podanych w tabl. 3. Jeśli frezy mogą mieć róŝne liczby ostrzy, jak np. czołowe (głowice frezowe) to frezy z małą liczbą ostrzy (gruboostrzowe) przyjmuje się przy frezowaniu stali, a frezy z duŝą liczbą ostrzy (drobnoostrzowe) przy frezowaniu Ŝeliwa. Przy frezowaniu płaszczyzn średnicę frezów walcowo-czołowych i czołowych dobiera się w zaleŝności od szerokości frezowanej płaszczyzny B oraz mocy frezarki. Średnicę freza walcowo-czołowego i czołowego przyjmuje się równą d 1,2B mm Maksymalne średnice frezów czołowych w zaleŝności od mocy frezarki moŝna określić z tabl. 4. Przy zastosowaniu frezów czołowych o duŝych średnicach uzyskuje się spokojną pracę obrabiarki bez konieczności stosowania koła zamachowego. Tablica 4. Dobór średnicy freza czołowego (głowicy frezowej) w zaleŝności od mocy frezarki. Moc frezarki [kw] 5 6 6 8 8 12 12 15 15 20 Maksymalna średnica freza czołowego d, [mm] 100 150 200 250 300 Ostateczne ustalenie parametrów skrawania przy frezowaniu zgrubnym powinno spełniać warunek, aby moc skrawania P c była w przybliŝeniu równa efektywnej uŝytecznej) mocy P e. Pc P e = P s η gdzie: P s moc silnika napędowego frezarki (moc frezarki), η współczynnik sprawności silnika i układu napędowego frezarki. 1.3. Oprzyrządowanie frezarek. 1) Podzielnice Podzielnice zwykłe (rys. 3). Na końcu wrzeciona ułoŝyskowanego w korpusie jest osadzona tarcza podziałowa (najczęściej dwustronna) z róŝnymi liczbami otworków na poszczególnych okręgach. Do ustalenia połoŝenia wrzeciona słuŝy rękojeść z zatrzaskiem. 6
Rys.3. Podzielnica zwykła. WyposaŜenie normalne podzielnicy stanowi: konik z zabierakiem, podpórka do długich i cienkich przedmiotów oraz komplet kluczy. Podzielnice zwykłe są przeznaczone do obróbki przedmiotów wymagających podziału obwodu na równe lub nierówne części ( np. frezowanie prostoliniowych rowków o róŝnym zarysie na obwodzie wałka, frezowanie wałków wielobocznych, nacinania uzębienia frezami krąŝkowymi) metoda podziału bezpośredniego na frezarkach poziomych lub pionowych. Tablica 5. Wielkości charakterystyczne podzielnic uniwersalnych tarczowych. Typ podzielnicy 2Fa 3Fa 4Fa F1Pu Wznios kłów [mm] StoŜek we wrzecionie (Morse a), nr Masa z wyposaŝeniem [kg] 135 4 85 160 5 125 185 5 165 135 4 90 Podzielnice uniwersalne tarczowe ( rys. 4). Podzielnica jest zaopatrzona w trzy wymienne tarcze o następujących liczbach otworów na poszczególnych okręgach: I tarcza 15, 16, 17, 18, 19, 20 II tarcza 21, 23, 27, 29, 31, 33 III tarcza 37, 39, 41, 43, 47, 49 WyposaŜenie normalne podzielnicy stanowi: konik z pochylna obsadą i nastawną wysokością kła, podpórka nastawna do frezowania długich przedmiotów o małej średnicy, kieł z zabierakiem oraz komplet kluczy. Charakterystyka krajowych podzielnic uniwersalnych tarczowych jest podana w tabl. 5. Podzielnice te stosuje się do obróbki przedmiotów, które moŝna obrabiać przy uŝyciu podzielnic zwykłych oraz do frezowania rowków i innych powierzchni śrubowych. 7
Rys.4. Podzielnica uniwersalna tarczowa: a) widok, b) układ do dzielenia zwykłego lub sprzęŝonego: 1 wrzeciono, 2 korba z zatrzaskiem p, 3 tarcza podziałowa unieruchamiana zatrzaskiem r. 2) Stoły pochylne Stoły pochylne (rys. 5) są stosowane na frezarkach pionowych i poziomych, przy obróbce przedmiotów o mniej lub bardziej skomplikowanych kształtach w warunkach produkcji jednostkowej i małoseryjnej. Rys.5. Stół pochylny: a) wymiary, b) przykłady zastosowania. Główne wymiary stołów pochylnych są podane w tabl. 6. 8
Tablica 6. Wielkości charakterystyczne stołów pochylnych. 3) Stoły obrotowe Stoły obrotowe z napędem ręcznym (rys. 6) są stosowane do frezowania ciągłego drobnych przedmiotów dookoła osi obrotu stołu oraz frezowania bocznych powierzchni i rowków po łuku koła w przedmiotach o większych wymiarach. Najczęściej są one stosowane na frezarkach pionowych. Rys.6. Stół obrotowy z napędem ręcznym. Główne wymiary stołów obrotowych z napędem ręcznym są podane w tabl. 7. Stoły obrotowe z napędem ręcznym wyposaŝone w tarczę podziałowa noszą nazwę stołów podziałowych (rys. 7). Stosowane do obróbki przedmiotów o duŝych wymiarach z zastosowaniem podziału. 9
Rys.7. Stół obrotowy z tarczą podziałową. Tablica 7. Wielkości charakterystyczne stołów z napędem ręcznym Typ stołu obrotowego 1Fe 3Fe 4Fe FBe FDAe Średnica robocza stołu [mm] Wysokość stołu [mm] Szerokość rowków teowych [mm] Masa [kg] 400 165 18 130 500 180 18 275 600 190 18 420 250 105 12 60 184 75 10 18 Stoły obrotowe z napędem mechanicznym ( rys. 8) mają przeznaczenie analogicznie jak stoły z napędem ręcznym. Po odłączeniu dźwignią napędu mechanicznego płytę stołu moŝna obracać ręcznie. 10
Rys.8. Stół obrotowy z napędem mechanicznym. Główne wymiary stołów obrotów z napędem mechanicznym są podane w tabl. 8. Tablica 8. Wielkości charakterystyczne stołów obrotowych z napędem mechanicznym. 11
1.4. Wady frezowania. Praca na frezarkach poziomych zwykłych Praca na frezarkach uniwersalnych Lp. Rodzaj wady 1. Wady jak w przypadku pracy na frezarkach zwykłych 2. Brak równoległości frezowanych kanałów (np. frezami tarczowymi) względem krawędzi przedmiotu obrabianego 3. Zaklinowanie się bocznej powierzchni freza piłkowego podczas przecinania materiału lub frezowania wąskich i głębokich kanałów WaŜniejsze przyczyny Przyczyny jak w przypadku pracy na frezarkach zwykłych Niedokładne ustawienie skrętne stołu frezarki (brak prostopadłości przesuwu wzdłuŝnego stołu do osi wrzeciona). - jak wyŝej - 12
4. Przeciwny do zamierzonego kierunek znojności frezowanych rowków śrubowych 5. Błędna wartość długości skoku frezowanego rowka śrubowego lub kąta wzniosu jego linii śrubowej Wadliwy kierunek (w przeciwną stronę) skręcenia stołu frezarki 1. Wadliwe obliczenie przełoŝenia przekładni kół zmianowych przekazujących ruch obrotowy ze śruby pociągowej stołu na wrzeciono podzielnicy 2. Błędne umiejscowienie kół zmianowych 2. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z obróbką skrawania na frezarce oraz badanie wpływu parametrów skrawania na stan obrabianej powierzchni. 3. METODYKA BADAŃ Wymagana znajomość zagadnień. - odmiany frezowania, - wytyczne doboru parametrów skrawania, - podzielnice, - stoły pochylne i stoły obrotowe. Przebieg ćwiczenia Po zapoznaniu się ze stanowiskiem laboratoryjnym składającym się z: - frezarki pionowej, - stołu traserskiego, - czujnika z podstawką, - suwmiarki elektronicznej, - mikrometru, - wzorników do określenia chropowatości przy frezowaniu, - przygotówek do frezowania. 13
NaleŜy wykonać obróbkę frezowania czterech elementów wg zadanych parametrów przez prowadzącego. Po wykonaniu frezowania naleŝy określić błędy kształtu oraz chropowatości. 4. WYMAGANIA BHP - studenci powinni być ubrani w trakcie ćwiczenia w fartuchy ochronne, - studenci nie mogą wykonywać samodzielnie Ŝadnych czynności bez uzyskania zgody prowadzącego. Bezpieczne metody pracy na frezarkach: kółko ręczne (lub dźwignia) do posuwu powinno być zaopatrzone w sprzęgło wyłączające jego ruch w czasie posuwu mechanicznego, ze względu na zagroŝenia występujące przy pracy na frezarkach, naleŝy przed pracą: - zapoznać się z dokumentacją techniczno-ruchową frezarki, - sprawdzić stan osłon, - sprawdzić działanie (bez obciąŝenia) urządzeń napędowych, sterujących i obieg smarowania frezarki, przy szybkościowym frezowaniu metali wyłączenie frezarki powinno odbywać się przez wyłączenie ruchu noŝa, a następnie posuwu stołu, zabronione jest usuwanie z frezarki ręcznie wiórów, a jedynie przy pomocy szczotki lub urządzeń automatycznych (np. elektromagnetycznych lub pneumatycznych). 5. SPRAWOZDANIE STUDENCKIE POWINNO ZAWIERAĆ: - przebieg ćwiczenia łącznie ze szkicami wykonanych elementów, - przedstawione parametry obróbki w tabeli dla poszczególnych próbek, - schematy pomiarów i opis wpływu parametrów skrawania na błędy kształtu, - określenie chropowatości powierzchni przy róŝnych parametrach wg wzorców do określania chropowatości, - wnioski. 14
6. LITERATURA: 1. Poradnik inŝyniera. Obróbka skrawaniem. Tom I. Warszawa. 1991. 2. Feld M.: Technologia budowy maszyn. PWN. Warszawa 1993. 15