Prelucrarea prin frezare

Prelucrarea prin frezare.

1.Nitiuni generale.

Frezarea este procedeul de prelucrare prin aschiere cu ajutorul unei scule prevazute cu mai multe taisuri numita freza. Conform schemei de principiu din figura 9.43. , freza executa miscarea principala de aschiere care este o miscare de rotatie I iar semifabricatul executa miscarea de avans II . In majoritatea situatiilor , unghiul de contact al frezei cu semifabricatul y este mai mare decat pasul unghiular al dintilor frezei j asa incat la un moment dat vor fi in contact cu semifabricatul doi sau mai multi dinti ceeace asigura o productivitate ridicata. In functie de sensul miscarilor principala si de avans, se disting doua procedee de frezare in contra avansului si in sensul avansului.

a)in contra avansului b)in sensul avansului

Fig.9.43.Schema de principiu a procedeelor de frezare.

La procedeul de frezare in contra avansului sensurile miscarilor principala si de avans sunt contrare. Dintii frezei ataca aschia care este in forma de pana, de la partea mai subtire realizand o puternica tasare a materialului pe suprafata aschiata. Fortele de aschiere sunt orientate in sensul desprinderii materialului de pe masa.

La procedeul de frezare in sensul avansului sensurile miscarilor principala si de avans sunt identice. Dintii ataca aschia de la partea mai groasa determinand solicitarea cu soc a acestora si o uzura mai rapida a taisurilor. Fortele de aschiere sunt orientate inspre masa masinii ceeace conduce la vibratii mai reduse si necesitatea unor forte de fixare mai mici.

Alegerea unuia sau a altuia dintre procedee are in vedere avantajele si dezavantajele enuntate, specificul operatiei, si scopul urmarit. Se recomanda frezarea in contra avansului la degrosare si prelucrarea unor materiale cu crusta dura si frezarea in sensul avansului la finisare.

Frezarea se realizeaza pe masini unelte numite masini de frezat care dupa destinatie si constructie se pot imparti in urmatoarele categorii

- masini de frezat cu consola destinate prelucrarii pieselor mici, masini care in functie de directia axului principal pot fi masini de frezat orizontal, masini de frezat vertical si masini de frezat universale care pot lucra in ambele pozitii.

- masini de frezat longitudinal tip portal, destinate prelucrarii pieselor mari, dispunand de capete de frezat atat cu ax vertical cat si cu ax orizontal.

- masini de frezat plan destinate de asemeni prelucrarii pieselor mari. In functie de pozitia axului principal acestea pot fi masini de frezat plan verticale sau masini de frezat plan orizontale.

- masini de frezat circular la care miscarea de avans este realizata ca urmare a unei miscari de rotatie. Si la aceste masini axa miscarii principale poate fi verticala sau orizontala.

- masini de frezat cu destinatie speciala masini de frezat caneluri, masini de frezat filete, masini de frezat roti dintate, etc.

2. Masina de frezat universala

Este cea mai completa masina de frezat permitand realizarea unei game largi de operatii si suprafete si utilizarea tuturor configuratiilor de scule si dispozitive. In principiu masina de frezat universala este formata din urmatoarele parti componente (fig.9.44.): placa de baza 1 pe care este asezat batiul masinii 2 in care sunt amplasate motorul M₁, cutia de viteze CV, axul principal 3 care primeste miscarea principala de rotatie I . In alezajul axului principal se pot fixa direct freze sau dispozitive de prindere a acestora. Deasupra batiului, pe ghidaje in coada de randunica G₁ este asezata consola 4 care permite montarea pe dorn 5 a unor freze cu alezaj 6, dornul fiind centrat in axul principal si rezemat intr-un lagar fixat 7 in consola. In axul principal se poate fixa dupa necesitate si un cap vertical 8 care permite functionarea masinii ca masina de frezat vertical. Pe ghidajul vertical G₂ al batiului este asezata sania verticala 9 in care se afla motorul M₂ pentru actionarea miscarilor de avans, cutia de avansuri CA prin intermediul careia se regleaza si transmit miscarile de avans longitudinal II, transversal III, si vertical IV cu ajutorul unor mecanisme surub-piulita S_v, S_t, S_l respectiv saniilor longitudinala 10, transversala 11 si verticala 9 dispuse suprapus.

Fig.9.44.Schema bloc a masinii de frezat universala.

Modul de transmitere a miscarilor este prezentat in schema fluxului cinematic figura 9.45.

Fig.9.45. Schema fluxului cinematic a masinii de frezat universala.

3.Dispozitive de prindere si centrare utilizate pe masina de frezat universala.

Prinderea si pozitionarea pieselor pe masina in vederea prelucrarii se poate face direct pe masa masinii, cu bride, masa fiind prevazuta cu canale in T sau in dispozitive de prindere universale cum ar fi menghina rotativa pentru piese plate si paralelipipedice, universalul pentru piese cu sectiune circulara, masa turnanta pentru prinderea pieselor cu suprafete inclinate, capul divizor universal pentru prelucrarea suprafetelor periodice, etc.

Capul divizor este un dispozitiv care permite impartirea precisa a circumferintei intr-un numar de parti egale pentru frezarea unor capete poligonale regulate patrat, hexagon, etc., a unor roti dintate, a unor arbori cu caneluri etc.

Capul divizor universal figura 9.46. se compune din urmatoarele parti componente 1 carcasa care reuneste elementele si asigura fixarea pe masa masinii de frezat, 2 ax principal pe capatul caruia este universalul de prindere a piesei 7. Axul principal primeste miscarea de la manetonul 4, rotit manual prin

Fig.9.46.Schema cinematica a capului divizor universal.

intermediul angrenajului melc roata melcata Z₁/Z₂. Intre axul principal 2 si axul 3 al manetonului se poate realiza o legatura cinematica prin intermediul rotilor de schimb a unui angrenaj conic Z₃/Z₄ si a discului D₁ solidarizat cu manetonul prin intermediul indexorului 5. Pe axul principal 2, in exterior este montat discul D₂ care poate fi blocat cu indexorul 6.

Cu ajutorul capului divizor se pot realiza trei tipuri de divizari directa, indirecta si diferentiala.

Divizarea directa se realizeaza cu ajutorul discului D₂ care se alege astfel incat sa contina un sir de gauri corespunzator numarului de parti in care se face divizarea, sau a unui multiplu al acestuia. Se prinde piesa in universal si se idexeaza indexorul 6 in discul D₂ , intr-una din gaurile sirului ales. Se executa prelucrarea unei suprafete in aceasta pozitie. Trecerea la pozitia urmatoare se face prin deblocarea indexorului 6 si rotirea manetonului 4 care determina prin intermediul angrenajului Z₁/Z₂ rotirea axului principal pana cand indexorul 6 intra in orificiul urmator al discului D₂ .Pentru aceasta operatie nu este necesar lantul cinematic extern RS , indexorul 5 nefiind cuplat pe discul D₁ . Pentru o noua pozitionare, activitatea se reia.

Divizarea indirecta este mai precisa decat cea directa si este cea mai folosita. Ea se realizeaza pe discul D₁. In acest caz discul D₂ nu este cuplat cu indexorul 6 si de asemeni nu se face legatura cinematica prin lantul extern RS. Sa presupunem ca dorim sa impartim circumferinta piesei intr-un numar de Z_p parti egale, adica sa efectuam Z_p operatii de frezare echidistante. Pentru aceasta va trebui sa alegem un disc cu gauri D₁ avand un sir cu G gauri urmand rationamentul urmator:

La rotirea manetonului 4 cu o rotatie completa, piesa fixata in universal se va roti cu o fractiune din circumferinta egala cu raportul Z₁/Z₂ . Inversul acestui raport reprezinta constanta capului divizor K=40. Pentru rotirea piesei cu 1/Z_p din circumferinta, este necesara rotirea manetonului cu n rotatii.

Ex. , Sa presupunem ca am selectat un disc D₁ cuG=21 gauri. In acest caz amplificam fractia cu m=3 si obtinem:

Rezulta deci ca pentru divizare, dupa oprima indexare intamplatoare pe discul D₁ cu G=21 gauri, a doua indexare se va face dupa 5 rotatii complete si inca o fractiune corespunzatoare rotirii peste g=15 gauri. La fiecare indexare se va efectua o prelucrare.

Divizarea diferentiala utilizeaza capul divizor complet si se efectueaza pe discul D₁ , discul D₂ fiind decuplat. Se aplica atunci cand numarul de parti Z_p este un numar prim mare si in dotarea capului divizor nu se gaseste un disc cu G gauri corespunzator divizarii indirecte. Pentru efectuarea divizarii diferentiale rationamentul este urmatorul Se alege un alt numar Z_p^* apropiat de Z_p ,pentru care divizarea indirecta este posibila, conform rationamentului prezentat anterior. Pentru cazul concret, divizarea in Z_p^* parti se stabileste dicul D₁ si sirul de gauri G si respectiv g in raport cu care se face indexarea.

Daca Z_p^*< Z_p , rezulta ca unghiul de rotire a semifabricatului este mai mare iar daca Z_p^*> Z_p , ungiul de rotore este mai mic fata de cat este necesar impartirii in Z_p parti. Compensarea acestor diferente de unghi de rotire se va face printr-o rotire suplimentara a discului D₁ care sa asigure intalnirea indexorului cu gaura de pe disc programata in baza calculului corespunzator divizarii indirecte. Astfel in timp ce manetonul se roteste cu n rotatii calculat cu rationamentul divizarii indirecte pentru un numar de Z_p^* parti , ca urmare a lantului cinematic extern RS intre arborele 2 si discul D₁, acesta din urma va primi o rotatie suplimentara. Raportul de transmisie al lantului extern RS, se poate calcula din egalarea unghiului de rotatie real al piesei cu unghiul de rotatie aparent determinat de divizarea indirecta cu Z_p^* insumat algebric cu unghiul de rotatie suplimentar al discului D₁ conform relatiei

, de unde

Se ia + , pentru Z_p^*> Z_p si - ,pentru Z_p^*< Z_p . Schimbarea de semn are semnificatia schimbarii sensului de rotatie care se face prin introducerea in lantul cinematic a unei roti suplimentare.

Frezarea canalelor elicoidale este de asemeni o operatie realizata cu ajutorul capului divizor montat pe masa masinii conform schemei din figura 9.47.

Fig.9.47.Schema cinematica a frezarii canalelor elicoidale.

Piesa prinsa in universalul capului divizor 7, trebuie sa primeasca o miscare relativa de avans elicoidal in raport cu scula aschietoare considerata fixa. Avansul elicoidal presupune compunerea a doua miscari: una de translatie, care este aceiasi cu avansul longitudinal al mesei si una de rotatie primita direct de la surubul saniei longitudinale S_l prin intermediul capului divizor si a rotilor de schimb .

Pentru calculul rotilor de schimb se are in vedere observatia ca, in raport cu scula intregul sistem se va deplasa cu o distanta L care se poate calcula in doua moduri:

L=n_s.p_s daca avem in vedere un punct de pe masa masinii,

L=n_p.p_E daca se are in vedere un punct de pe piesa.

Egaland cele doua expresii rezulta: n_p.p_E=n_s.p_s.

Din lantul cinematic din figura 9.47. rezulta:

sau

Deoarece in cazul capului divizor universal si rezulta ca:

4.Scule specifice operatiilor de frezare.

Sculele specifice operatiilor de frezare se numesc freze. In general ele au forma de rotatie fiind prevazute cu mai multe parti active cu geometrie identica numite dinti (intre 2 si peste 100 de dinti).

Frezele se pot clasifica dupa mai multe criterii:

dupa modul de realizare a dintilor

a)      freze monobloc la care dintii se realizeaza prin prelucrare direct in corpul frezei,

b)      freze cu dinti asamblati la care dintii se prind prin diferite sisteme de corpul frezei. Constructiile cu dinti asamblati se practica in special la frezele de dimensiuni mari.

dupa modul de realizare a partii active a sculei

a)       freze cu dinti frezati, care au suprafata de asezare plana, realizata prin frezare,

b)       freze cu dinti detalonati care au suprafata de asezare curba dupa o spirala arhimedica. Aceasta configuratie asigura dupa ascutirea frezei, care se face pe suprafata de degajare, pastrarea unghiurilor si a profilului dintilor si se utilizeaza in special in cazul frezelor profilate.

dupa modul de prindere in masina:

a)      freze cu coada,

b)      freze cu alezaj.

dupa operatia de frezare careia le sunt destinate:

a)          freze pentru prelucrarea suprafetelor plane: freze frontale cu dinti asamblati (fig.9.48.a.); freze cilindrice cu alezaj sau cu coada conica (fig.9.48.b.); freze cilindro-frontale cu alezaj sau cu coada conica (fig.9.48.c.);

b)          freze pentru prelucrarea suprafetelor in trepte (fig.9.48. .) sunt de fapt seturi de freze cu alezaj asamblate pe acelasi dorn.

c)          Freze pentru prelucrarea canalelor simple: freze deget (fig.9.48.d.) sunt asemanatoare cu frezele cilindro-frontale dar au diametrul mai mic si coada de prindere cilindrica sau conica; freze disc cu trei taisuri cu prindere pe alezaj (fig.9.48.f.); freza disc cu un singur tais pe suprafata cilindrica exterioara (fig.9.48.e.). In cazul in care aceste freze au diametrul mare si grosime mica, se pot utiliza la operatia de debitare (fig.9.48.g.).

d)          Freze pentru prelucrarea canalelor profilate: freze disc unghiulare cu alezaj (fig.9.48.h.); freze disc semirotunde concave (fig.9.48.i.); freze disc semirotunde convexe (fig.9.48.j.); freze pentru canale in coada de randunica (fig.9.48.k.); freze pentru canale in T (fig.9.48.l.).

e)          Freze pentru prelucrarea rotilor dintate: freze disc modul (fig.9.48.m.); freze deget modul (fig.9.48.n.); freze melc modul(fig.9.48.o.).

5.Parametrii regimului de aschiere la prelucrarea prin frezare.

Viteza de aschiere ( I )este viteza punctelor de raza maxima a taisurilor frezei in care: D-diametrul frezei in mm si n-turatia frezei in rot./min. Stabilirea vitezei de aschiere se face din considerente de durabilitate optima a sculei avandu-se in vedere ceilalti parametri ai regimului. Pe baza vitezei de aschiere se calculeaza turatia frezei in functie de diametrul acesteia.

Viteza de avans ( II )este viteza deplasarii relative a piesei de prelucrat in raport cu un punct al sculei.

La calculul regimului de aschiere intervine frecvent notiunea de avans pe o rotatie a frezei s_r si de asemeni de avans pe dinte s_d .

v_s=s_r n; s_r=s_d Z; v_s=s_d n Z; in care Z este numarul de dinti ai frezei.

Pentru stabilirea vitezei de avans se porneste de la valorile recomandate ale avansurilor pe dinte s_d sau pe rotatie s_r pentru diferite categorii de prelucrari. Acestea se stabilesc in functie de durabilitatea optima a sculelor, caracteristicile de rezistenta ale materialelor prelucrate, rugozitatea suprafetelor, tipul frezei si materialul acesteia, etc.

Adancimea de aschiere t si lungimea de contact t_l sunt marimi determinate de particularitatile fiecarei operatii de frezare in parte. De exemplu: la prelucrarea canalelor cu ajutorul frezelor disc, adancimea de aschiere este chiar latimea frezei iar la prelucrarea canalelor cu freza deget, lungimea de contact este chiar diametrul acesteia.(fig.9.49.)

Fig. 9.49.Elementele regimului de aschiere la frezare.

Determinarea marimii acestora, pentru fiecare operatie in parte este importanta deoarece acesti parametri reprezinta puncte de plecare pentru determinarea celorlalti parametri ai regimului respectiv viteza principala de aschiere si viteza de avans.