36 0 1MB
2 PRELUCRAREA PRIN FREZARE 2.1. Scopul lucrării Cunoaşterea echipamentului tehnologic şi a posibilităţilor de prelucrare prin frezare. 2.2. Definirea procedeului şi schema de principiu Frezarea este procedeul de prelucrare prin aşchiere rezultat din combinarea unei mişcării principale de aşchiere, totdeauna de rotaţie şi totdeauna executată de sculă cu mişcări de avans rectiliniu, circular sau combinat, executate de piesă şi/sau sculă. Frezarea este procedeul de prelucrare prin aşchiere a suprafeţelor exterioare sau interioare, profilate sau neprofilate, efectuat cu ajutorul unor scule aşchietoare, prevăzute cu mai multe tăişuri, numite freze. Freza face parte din categoria sculelor aşchietoare cu mai mulţi dinţi, montaţi pe un corp de revoluţie cilindric sau conic. Pentru generarea suprafeţelor prin frezare, sunt necesare o mişcare de rotaţie n, care reprezintă mişcarea principală şi care aparţine frezei (fig.2.1), şi mişcări de avans rectiliniu, circular sau combinat . n(vc ) Scula Piesa-semifabricat n(vc ) vf
vc
ae
ap
n(vc ) vc ap
n(vc )
vf ae
a
b
Fig. 2.1. Schema de principiu a frezării: a - cu freze cilindrice; b - cu freze cilindro-frontale; Parametrii regimului de prelucrare: ap – adâncimea de aşchiere axială; ae – adâncimea de aşchiere radială; vf – viteza de avans; n – turaţia sculei aşchietoare; vc – viteza mişcării principale de aşchiere.
2
Prelucrarea prin frezare
După modul cum se realizează generarea suprafeţelor se disting: - frezarea cu periferia (partea cilindrică) a frezei (fig. 2.1, a). În acest caz iau parte la aşchiere numai tăişurile de pe periferia cilindrică a sculei, iar scula nu are tăişuri secundare; - frezarea cu partea cilindrică şi frontală a sculei (fig. 2.1, b). În acest caz iau parte la aşchiere şi tăişurile secundare de pe partea frontală; 2.3. Echipamentul tehnologic folosit la prelucrarea prin frezare Maşinile de frezat fac parte din categoria celor mai productive maşini-unelte şi cu cea mai largă răspândire, după strunguri. Clasificarea maşinilor de frezat se poate face după mai multe criterii, dar cel mai reprezentativ îl constituie varianta constructivă. Din acest punct de vedere se deosebesc: maşini de frezat cu consolă orizontale, verticale sau universale; maşini de frezat longitudinal; maşini de frezat plan; maşini de frezat circular; maşini de frezat speciale (pentru frezat filete, copiere, canale de pană, roţi dinţate cilindrice şi conice, cremaliere etc.). În industrie, cele mai des utilizate sunt maşinile de frezat cu consolă universale. Schema de principiu a unei maşini de frezat universală cu consolă este prezentată în figura 2.2. Mişcările necesare generării suprafeţelor prin frezare pe această maşină se realizează cu următoarele lanţuri cinematice: - MEA1 - CV - 1 - APO - DPS – S n(vc) - lanţul cinematic principal; - MEA2 - CA – 3 - 4 - C - 5 - Scl (vfl) - lanţul cinematic de avans longitudinal; - MEA2 - CA – 3 - 4 - C - 6 - 8 - 10 - Sct (vft) - lanţul cinematic de avans transversal; - MEA2 - CA - 3 - 4 - C - 7 - Scv (vfv) - lanţul cinematic de avans vertical. Pentru deplasările rapide pe cele trei direcţii, se scurtcircuitează cutia de avansuri CA, fluxul mişcării fiind MEA2 - 2 - 3 - 4, după care urmează aceleaşi ramificaţii. Părţile componente de bază ale maşinii de frezat cu consolă universale sunt: placa de bază PB, pe care este montat batiul B al maşinii, în interiorul acestuia fiind cutia de viteze CV acţionată de motorul electric MEA1. De la cutia de viteze, arborele principal orizontal APO primeşte mişcarea principală n şi o transmite sculei S, ce se fixează pe un dorn portsculă DPS susţinut de braţul suport BS cu ajutorul lagărului LD. Semifabricatul se prinde pe masa M a maşinii care poate executa mişcarea de avans longitudinal, transversal şi vertical. Pentru funcţionarea ca maşină de frezat verticală, după demontarea lagărului dornului LD şi a dornului port-sculă DPS, braţul suport BS se deplasează la stânga, pe ghidajele orizontale GO, iar pe ghidajele verticale GV (fig. 5.5b) se montează capul de frezare vertical CFV, care preia mişcarea de la arborele principal orizontal al maşinii şi o transmite prin intermediul unui angrenaj de roţi dinţate cilindrice z/z şi a unui angrenaj conic z1/z2, la arborele port-sculă vertical APV. De cele mai multe ori, capul de frezare vertical se poate înclina cu un anumit unghi, dând posibilitatea frezării suprafeţelor înclinate, din aceeaşi prindere a semifabricatului. Maşinile de frezat cu consolă universale permit rotirea cu un anumit unghi în plan orizontal a masei M a maşinii. Acest lucru este posibil prin existenţa între sania transversala ST şi masa maşinii M a plăcii pivotante PP. Masa şi placa pot fi rotite într-un sens sau altul, de obicei cu până la 45o. În felul acesta se pot prelucra pe aceste maşini
Prelucrări mecanice
3
piese de complexitate ridicată (canale elicoidale, roţi dinţate cu dantura înclinată, came plane etc.). BS APO DPS
LD
S
CV
iCV
MEA1
vfl
BS
n( vc )
M
GO
Scl
PP ST
vft
z2
GV B
Sct
5 C
CA
3 4
iCA
CV
10
MEA2 2 vfv
z
GST
11
6
8
CFV
z
z1
APV
iCV S
CO
MEA1
7
n( vc )
Scv PB
a
GV
b
Fig. 2.2. Schema de principiu a unei maşini de frezat universală cu connsolă: a - schema structurală cinematică; b - montarea capului de frezat vertical: PB - placă de bază; B - batiu; BS - braţul suport; GV - ghidaje verticale; APO arbore principal orizontal; DPS – dornul port-sculă; S – scula ; LD - lagărul dornului; CV - cutia de viteze; CA - cutia de avansuri; M – masa maşinii; PP – placa pivotantă; ST– sania transversală; CO – consola; GST – ghidajele saniei transversale; GO - ghidaje orizontale; CFV- cap de frezat vertical; APV – arbore principal vertical; Scl, Sct, Scv - şurubul conducător al mesei longitudinale, respectiv transversale şi verticale; 1, 2, 3,…, 11 - mecanisme de transmitere a mişcării; n – turaţia sculei aschietoare S; vc - viteza mişcării principale de aşchiere ; vfl ,vft ,vfv - vitezele mişcărilor de avans longitudinal, respectiv transversal şi vertical; MEA1, MEA2 – motoare electrice de acţionare. 2.4. Principalele dispozitive şi accesorii folosite la frezare
Fig. 2.3. Schema de principiu a unei prisme
Fig. 2.4. Schema de principiu a unei bride
Fig. 2.5. Schema de principiu a capului de frezat vertical
Prelucrarea prin frezare
4
Fig. 2.6. Schema de principiu a capului de mortezat
Fig. 2.7. Schema de principiu a unei menghine.
Fig. 2.8. Schema de principiu a capului de frezat orizontal.
2.5. Tipuri de scule folosite la frezare Scula folosită la frezare poartă numele de freză. Oricare sculă este formată din partea aşchietoare 1 (fig. 2.9), care poartă dinţii aşchietori, corpul frezei 2 şi alezajul 3 sau coada, pentru fixarea frezei pe maşina-unealtă. f
D
h
1
p
r
2
Fig. 2.9. Elementele constructive ale sculei aşchietoare: 1 - partea aşchietoare; 2 - corpul sculei; 3 - partea de fixare; f - faţeta dinţilor; p - pasul dinţilor; - pasul unghiular; h - înălţimea dinţilor; r - raza de racordare a canalelor dinţilor; D - diametrul sculei.
3
k o kr k'r
D
d
Gâtul D Partea de lucru
b
a
c
k'r
k 'r d1
D
Coada
D
5 e
d
k 'r d
DD
D
d
d
1
B f
g
h
k 'r
kr
Prelucrări mecanice
5 A
8+2
Detaliul B
A-A h
B
k d
90
90
R
1 45
D 60
A
60
B i
=0
=ct D
d
l
k
j =0
h
D
m
d
d1
b
B n
p
1 0,5
l1
c
l
o
Fig. 2.10. Principalele tipuri de freze: a - cilindrică; b - cilindro-frontală; c; d - deget cilindrice; e - pentru canale T; f - disc; g - ferestrău; h - frontală; i - disc pentru canale; j - disc - modul pentru roţi dinţate; k - deget - modul pentru roţi dinţate; l - melc - modul pentru roţi dinţate; m - pentru filetare; n - joc de freze; o - frontală armată cu dinţi amovibili. Elementele ce caracterizează mărimea dinţilor şi a canalelor sunt: pasul dinţilor p, pasul unghiular , înălţimea dintelui h, lăţimea faţetei f şi raza de racordare a canalelor r. Principalele tipuri de freze folosite la prelucrarea prin frezare se clasifică după mai multe criterii: - după natura construcţiei: freze monobloc (fig. 2.10, a … m) şi freze cu dinţi demontabili (fig. 2.10, o); - după construcţia dinţilor: freze cu dinţi frezaţi (fig. 2.10, c) şi freze cu dinţi detalonaţi (fig. 2.10, d); - după modul de fixare: freze cu alezaj (fig. 2.10, a. b etc), freze cu coadă cilindrică (fig. 2.10, c, d) sau conică (fig. 2.10, e); - după forma geometrică: freze cilindrice (fig. 2.10, a), cilindro-frontale (fig. 2.10, b), freze disc (fig. 2.10. f, g), freze unghiulare (fig. 2.10, h), freze profilate (fig. 2.10, i -m), freze profilate pentru filete (fig. 2.10, m), freze disc-modul (fig. 2.10, j) freze deget-modul (fig. 2.10, k), freze melc-modul (fig. 2.10, b); - după direcţia dinţilor: freze cu dinţi drepţi (fig. 2.10, f) şi freze cu dinţi elicoidali (fig. 2.10, a, b).
Prelucrarea prin frezare
6
2.6. Diferite scheme de prelucrare folosite la frezare Câteva dintre cele mai des întâlnite scheme de prelucrare prin frezare se prezintă în figurile 2.11…2.22. f(v ) f
n ( vc )
f(v ) f n ( vc ) n ( vc )
f ( vf )
f ( vf )
Fig. 2.11. Frezarea unui canal de pană cu ajutorul unei freze-deget
Fig. 2.12. Frezarea unui canal de pană cu ajutorul unei freze-disc
n ( vc )
Fig. 2.13. Frezarea plană
n ( vc )
n ( vc )
n as ( vc ) ,n ( v ) c
f(v ) f f(v ) f
f(v ) f
f(v ) f
f(v ) f
f(v ) f
n ( vc )
Fig. 2.14. Frezarea unui prag
n ( vc )
Fig. 2.15. Frezarea unei suprafeţe plane prin înclinarea piesei
Fig. 2.16. Frezarea unei suprafeţe plane prin înclinarea capului port-sculă
Prelucrări mecanice
7 n ( vc )
f(v ) f
n ( vc )
f(v ) f
n ( vc )
f(v ) f
f ( vf )
f ( vf )
f(v ) f
n ( vc ) n ( vc )
n ( vc )
Fig. 2.17. Frezarea unei suprafeţe plane cu ajutorul unei freze conice
n ( vc )
Fig. 2.18. Prima etapă a frezării unui canal “T” cu ajutorul unei freze cilindrofrontale n ( vc )
Fig. 2.19. A doua etapă a frezării unui canal “T” cu ajutorul unei freze pentru canale “T”
fp
fp
f(v ) f f(v ) f
n ( vc ) f(v ) f
f
f div
div
Fig. 2.20. Frezarea danturii cu ajutorul unei freze disc-modul
Fig. 2.21. Frezarea danturii cu ajutorul unei freze degetmodul
Fig. 2.22. Frezarea unei suprafeţe profilate cu ajutorul unui joc de freze
2.7.Divizarea indirectă simplă şi diferenţială 2.7.1. Scopul lucrării Lucrarea are drept scop cunoaşterea capului divizor universal şi a celor două metode de divizare indirectă (simplă şi diferenţială). 2.7.2. Generalităţi Capul divizor este un dispozitiv special, care permite realizarea divizării (împărţirea într-un anumit număr zd de părţi, de obicei egale, în sens circular sau în sens rectiliniu). În funcţie de modul de reglare şi construcţie, capetele divizoare pot fi: cu discuri, cu roţi
Prelucrarea prin frezare
8
dinţate şi optice, iar după posibilităţile de utilizare sunt: simple, semiuniversale şi universale. Din punct de vedere cinematic se pot evidenţia două metode de divizare: - divizarea directă, la care urmărirea unghiului de rotire a piesei se execută direct pe arborele principal al capului divizor; - divizarea indirectă, la care urmărirea unghiului cu care se roteşte axul principal al capului divizor şi piesa de divizat se face prin intermediul unei transmisii, deci indirect. Divizarea indirectă poate fi simplă sau diferenţială Cel mai răspândit este capul divizor universal cu discuri (fig. 2.23. a) format din angrenajele melc-roată melcată k1/z1, (melcul este fix pe axul I, k1 - numărul de începuturi ale melcului, z1 - numărul de dinţi ai roţii melcate), mecanismul de reglare (discul cu găuri D), maneta de antrenare m, cuiul de fixare C, opritorul O folosit la blocarea/deblocarea discului D şi angrenajul conic z2 /z3 . Roata melcată z1 este solidară cu axul II, la capătul căruia este fixată piesa ce trebuie divizată circular în zd părţi egale(unghiul corespunzător este notat D). z1 zA
k1
zB
CCD DP II P
P
D
D
zC
D = K
D
D D'
D
z2 I III
AT
zD
z3
IV
D O
C
D"
nD
nD' D
m
D
D
a
b c Fig. 2. 23. Schema de principiu a capului divizor: a - construcţia capului divizor; b - divizarea indirectă simplă ; c - divizarea indirectă diferenţială; I; II; III;IV - axele capului divizor; CCD- carcasa capului divisor; DPP- dispozitiv prindere piesă; P- piesă; D - discul divizor; C - cui de fixare; O - opritor; AT- arbore tubular ; k1/z1 - mecanism melc - roată melcată; z2/ z3 - angrenaj conic; zA, zB, zC, zD roţi de schimb; m - manetă de acţionare .
2.7.3. Divizarea indirectă simplă Divizarea indirectă simplă se realizează prin rotirea manetei m (și împreună cu aceasta a cuiului C ) peste KD găuri ale unui anumit cerc cu găuri al discului D (fig.2. 23.b) având nD găuri, în timp ce discul este fix (blocat cu ajutorul opritorului O). În figura 2.24 este prezentată schema fluxului cinematic pentru divizarea indirectă :
Prelucrări mecanice
9 m
D nm
I
k1 II Piesa D 1 z1 zd
Fig.2.24. Schema fluxului cinematic pentru divizarea indirectă. Ecuaţia de transfer a lanţului cinematic de divizare : D D
k1 D , z1 CD
(2.1)
unde : D este unghiul cu care trebuie să fie rotită maneta m astfel încât piesa să se rotească cu unghiul dorit D ; iD =k1 /z1 - raportul de transfer al mecanismului melc-roată melcată ; CD =1/iD - constanta capului divizor ; nm - numărul de rotaţii ale manetei care va determina rotirea piesei cu unghiul D (adică cu 1/zd dintr-o rotaţie). Dar : D
2 2 iar D K D D K D , nD zd
(2.2)
unde D este unghiul la centru dintre două găuri alăturate de pe cercul cu găuri al discului divizor D având nD găuri (fig. 2.23. b). Înlocuind relaţiile (2.2) în (2.1) rezultă : nm
K D CD . nD zd
(2.3)
Relaţia permite determinarea lui KD pentru divizarea în zd părţi în condiţiile în care CD este cunoscut iar nD se alege dintre valorile existente pe discurile capului divizor. 2.7.4. Divizarea indirectă diferenţială Divizarea indirectă diferenţială se aplică atunci când pentru o valoare zd dată, nu se poate găsi nici o valoare nD între valorile existente pe discurile capului divizor. Divizarea diferenţială constă în realizarea mărimii de intrare D ca o însumare algebrică a unghiului D (obţinută prin rotirea manetei m în faţa discului cu găuri pe un cerc cu nD găuri, parcurgând K D' găuri, ceea ce corespunde unei divizări indirecte simple într-un număr oarecare de părţi zx), cu unghiul D (fig. 2.23. c) realizat prin rotirea simultană a discului D, cu ajutorul roţilor de schimb zA, zB, zC, zD, care-i transmit mişcarea de la axul II prin angrenajul conic z2/z3 şi arborele tubular AT. Pentru a permite rotirea discului D, acesta va fi deblocat cu ajutorul opritorului O. (2.4) D D' D'' Din relaţia (2.1) rezultă : D D CD
În mod asemănător : D'
2 CD zd
2 CD zx
(2.5)
(2.6)
În figura 2.25 este prezentată schema fluxului cinematic al lanţului de realizare a rotirii discului divizor cu unghiul D la divizarea indirectă diferenţială .
Prelucrarea prin frezare
10
Piesa D 2
zd
zC zA z2 D'' II III IV AT D zB zD z3
Fig. 2.25. Schema fluxului cinematic al lanţului de rotire a discului la divizarea indirectă diferenţială . Ecuaţia de transfer a lanţului cinematic de rotire a discului este: D'' D
z A zC z 2 2 z A zC (2.7) z B z D z3 z d z B z D
în care s-a ţinut cont de faptul că z2/z3=1. Înlocuind relaţiile (2.5), (2.6) şi (2.7) în relaţia (2.4) se obţine: z A zC C D z x zd , zB zD zx
( 2.8)
care împreună cu relaţia: nm'
K D' C D ' zx nD
,
(2.9)
servesc la reglarea capului divizor în cazul divizării indirecte diferenţiale. S-a notat cu n m' numărul de rotaţii ale manetei m faţă de discul divizor. În aceste relaţii zx este un număr arbitrar ( zx > zd sau zx < zd), astfel ales încât să permită realizarea unei divizări indirecte simple. Relaţia (2.8) permite obţinerea roţilor zA, zB, zC şi zD cu valori ale numerelor de dinţi existente în trusa capului divizor. Dacă zx > zd , rezultă din relaţia (2.8) că
z A zC are o valoare pozitivă. Acest lucru zB zD
impune ca în timpul procesului de divizare maneta m şi discul divizor D să se rotească în acelaşi sens. Dacă acest lucru nu se întâmplă, trebuie ca între roţile z A şi zB sau între roţile zC şi zD să se monteze o roată intermediară. Când zx < zD , rezultă din relaţia (2.8) că
z A zC are o valoare negativă. Acest lucru impune ca în timpul procesului de divizare zB zD
maneta m şi discul divizor D să se rotească în sensuri contrare. 2.8. Modul de lucru 1. Studenţii vor examina construcţia generală a maşinii de frezat FU 32x132 A şi vor întocmi o schiţă de principiu, în care vor indica principalele părţi componente ale maşinii, mişcarea principală şi mişcările de avans; La indicaţia cadrelor didactice se vor explica în scris, pe scurt, rolul funcţional al unora din aceste părţi componente; 2. Studenţii vor studia şi vor nota unele caracteristici tehnice ale maşinii, de exemplu: dimensiunile mesei maşinii, lungimea curselor acesteia, numărul şi valorile turaţiilor axului principal, numărul şi valorile treptelor vitezei de avans, puterea şi turaţia motoarelor de acţionare etc.; 3. Studenţii vor executa practic montarea şi reglarea sculelor în vederea unor prelucrări indicate de cadrele didactice şi vor executa aceste prelucrări, pe piese de probă; se vor întocmi schiţe ale montajului sculelor pe maşina şi ale prelucrărilor executate. Pe
Prelucrări mecanice
11
schiţele prelucrărilor se vor indica cu săgeţi, direcţia şi sensul mişcării principale şi a celei de avans; 4. Studenţii vor determina unele elemente constructive caracteristice ale unor scule utilizate la frezare, de exemplu: diametrul maxim al frezei D, diametrul alezajului pentru prinderea pe dorn a acesteia D1, numărul de dinţi z, tipul dinţilor (detalonaţi sau frezaţi dintr-o bucată cu corpul sau aplicaţi pe acesta) etc.; 5. Se va stabili în baza unui calcul, turaţia nas necesară prelucrării unei suprafeţe cu o sculă cu diametrul exterior (diametrul maxim) D cu o viteză de aşchiere impusă, c. Mărimile D şi c vor fi indicate individual, de către cadrele didactice. Pentru calcul se va utiliza relaţia:
nas
1000 vc D
(rot/min)
(2.10)
unde D este diametrul frezei în mm iar vc este viteza principală de așchiere în m/min. Turaţia n cu care se va face prelucrarea se va alege dintre turaţiile axului principal ale mașinii de frezat, va fi mai mică sau egală cu turaţia nas , calculată cu relaţia (2.10). 6. Se vor calcula avansurile f, (mm/rot) şi fz (avansul pe dinte), pentru o valoare dată a vitezei de avans vf (mm/min), în funcţie de turaţia n determinată la punctul 5. Se vor utiliza relaţiile: f
vf
fz
n vf nz
(mm/rot)
(2.11)
(mm/dinte)
(2.12)
Dicţionar: - adâncimea de aşchiere axială ap [mm], (măsurată paralel cu axa frezei); - adâncimea de aşchiere radială ae [mm], (măsurată perpendicular pe axa frezei), - avansul pe dinte fz [mm/dinte], distanţa dintre două poziţii succesive ale unui punct de pe tăişul sculei după efectuarea unui ciclu în mişcarea principală (o rotaţie de un pas unghiular al dinţilor la frezare); - avansul pe rotaţie (a frezei) f [mm/rot] - viteza de avans vf [mm/min]; - viteza mișcării principale de așchiere vc [m/min]; - turația mișcării principale de așchiere n [rot/min].