Budowa i zastosowanie narzędzi frezarskich do obróbki CNC.

Budowa i zastosowanie narzędzi frezarskich do obróbki
CNC.
Materiały szkoleniowe.
Sporządził
mgr inż. Wojciech Kubiszyn
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 frezowania1.
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
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
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
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
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.1
3. 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.
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 vc
Vc= π dn [m/min]
Rysunek 7. Parametry skrawania występujące podczas frezowania.1
b) Posuw vf
Podczas frezowania możemy wyróżnić trzy posuwy
• posuw vp w [mm/min]
• posuw na ząb vz [mm]
• posuw na obrót narzędzia frezarskiego f w [ mm]
Vf=fz n z [mm/min]
Posuw vf może być też wyrażony wzorem w odniesieniu do posuwu na obrót freza
vf=f n [mm/min]
Schemat przedstawiający parametry skrawania przedstawia rysunek 7.
Parametry warstwy skrawanej
Podczas frezowania powstający wiór jest nierównomiernie ukształtowany. Do jego
opisania używa się pojęcia średniej grubości warstwy skrawanej hm.
Rysunek 8. Grubość warstwy skrawanej.1
1-powstajacy wiór,
fz - posuw na jeden ząb,
hm –grubość warstwy skrawanej,
W wyniku frezowania walcowego szerokość skrawania jest szerokością narzędzia
które wnika w materiał. Podczas frezowania czołowego głębokość skrawania ap 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 ae,
• głębokość skrawania ap.
zetkniecie robocze z materiałem ae.
szerokość skrawania ap.
zetkniecie robocze z materiałem ae.
głębokość skrawania ap.
5. Przykładowe narzędzia i oprawki frezarskie.
Głowica frezarska.
Głowica frezarska.
Frez trzpieniowy.
Frez do wykonywania fazek ( zukosowań
pod rożnym kątem).
Sposoby mocowania narzędzi na trzpieniach
Oprawka trzpieniowa (do mocowania
głowicy frezarskiej)
Tulejka rozprężna
Oprawka do mocowania frezów
trzpieniowych, wierteł.
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 Krosno2007
3. System ZERO
4. Katalog narzędzi „Sartorius Werkzeuge Der Werkzeugkatalog 2007/2008”
Abplanalp