Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie Odbor obrábění Téma: 6. cvičení - Frézování Okruhy: Druhy frézek Druhy fréz a jejich upínání Upínání obrobků Síly a výkony při frézování Vypracoval: Ing. Aleš Polzer Ing. Petra Cihlářová Odborný garant: Doc. Ing. Miroslav Píška, CSc. Technologie výroby II Obsah kapitoly 1
Obsah kapitoly Téma: 6. cvičení - Frézování Obsah kapitoly Některé druhy frézek Některé způsoby upínání obrobků pro frézování Některé druhy fréz Zadání příkladu č. 1 Postavení zubů frézy při nesousledném frézování Vypracování příkladu č. 1 - zadání č. 1 Tabulka řešení příkladu č. 1 Zadání příkladu č. 2 Postavení zubů frézy a obrobku při čelním frézování Vypracování příkladu č. 2 - zadání č.1 Tabulka řešení příkladu č. 2 Zadání příkladu č. 3 Vypracování příkladu č. 3 Technologie výroby II Frézování 2
Některé druhy frézek Horizontální CNC frézka Nástrojářská frézka Vertikální CNC frézka Frézka pro dělení materiálu Frézka pro gravírování Technologie výroby II Obsah kapitoly Frézování 3
Některé způsoby upínání obrobků pro frézování Strojní svěrák Otočný stůl Úhlové svěráky Uchycení upínkami na pracovní stůl Upnutí pomocí speciálních upínačů Upnutí pomocí sklopné desky, úhelníků Technologie výroby II Obsah kapitoly Frézování
Některé druhy fréz Frézy stopkové s válcovou stopkou Sdružená fréza pro stavebnictví (frézování a vrtání) Válcová fréza (při broušení) Frézovací hlava Technologie výroby II Obsah kapitoly Frézování 5
Zadání příkladu č. 1 Nakreslete postavení zubů frézy při nesousledném frézování a vypočítejte max. krouticí moment, užitečný výkon na vřetenu frézy a další zmiňované parametry. Pro frézování válcovou frézou s přímými zuby, jsou zadány následující parametry: Dáno: průměr frézy D [ mm ] počet zubů frézy z [ - ] minutový posuv s M [ mm/min ] otáčky frézy n [ ot/min ] šířka záběru a p [ mm ] šířka frézované plochy B = 80 mm konstanta c Fc = 1380 exponent m = 0,17 Vypočítejte: maximální úhel záběru ϕ max [ ] posuv na zub f z [ mm ] celkovou řeznou sílu F c [ N ] krouticí moment M k [ N. m ] užitečný výkon P už [ kw ] Schématické znázornění Zadání D z s M n a p Zadání D z s M n a p 1 50 12 22 180 20 11 80 1 22 180 18 2 80 16 112 125 15 12 125 2 160 90 1 3 63 20 160 180 9 13 50 18 22 180 10 125 1 0 63 28 1 63 12 160 125 22 5 50 18 22 125 10 15 80 2 315 180 10 6 63 20 160 90 8 16 125 18 22 250 20 7 80 12 22 250 26 17 50 12 160 125 15 8 125 16 160 180 22 18 63 16 22 90 12 9 50 2 22 125 6 19 80 1 112 250 18 10 63 2 160 90 8 20 125 18 160 180 2 Tabulka řešení Technologie výroby II Obsah kapitoly Vypracování př. 1 - zadání č. 1 6
Postavení zubů frézy při nesousledném frézování n Fz ϕ Fz ϕ3 ϕ ϕ2 ϕ1 ϕ1 a Vypracování příkladu č. 1 Obsah kapitoly Zadání příkladu č. 1 7
Vypracování příkladu č. 1 - zadání č. 1 Dáno: průměr frézy D = 50 mm šířka frézované plochy B = 80 mm počet zubů frézy z = 12 konstanta c Fc = 1380 minutový posuv s M = 22 mm/min exponent m = 0,17 otáčky frézy n = 180 ot/min šířka záběru a p = 20 mm 1. Úhlová rozteč zubů: 360 360 o ϕ t = = = 30 z 12 2. Maximální úhel záběru: 2 a p 2 20 cos ϕ max = 1 = 1 = 0, 2 D 50 3. Úhly jednotlivých zubů v záběru: ϕ1 =ϕmax = 78 o 27 o ϕ = ϕ = 78 27 30 = 8 27 ϕ 2 1 ϕ t 3 = ϕ 2 ϕ t = 8 27 30 = 18 SM 22. Posuv na zub: f z = = = 0, 10 mm/zub n z 180 12 5. Celková řezná síla: n z n z 27 0,83 0,83 0,83 ( sin 78 27 ) + ( sin 8 27 ) + ( sin 18 27 ) ) = 3630, N 1 m 1 m 1 0,17 Fc = Fci = cfc B f z sin ϕi = 1380 80 0,10 38 i= 1 i= 1 D 0,05 6. Kroutící moment: M K = Fc = 3630,38 = 908, 51N.m 2 2 7. Úhlová rychlost je: ω = 2 π n = 2 π 180 = 1130,97 rad/min 18,85 rad/s Fc vc 908,51 18,85 8. Užitečný výkon na vřetenu stroje: Puž = = M ω = = 17, 125 K kw 6 10 1000 Postavení zubů frézy při nesousledném frézování Obsah kapitoly Zadání příkladu č. 1 8
Tabulka řešení příkladu č. 1 Zadání D z s M n a p ϕ max f z F c M k P už 1 50 12 22 180 20 78,6 0,10 35181,28 879,53 16,58 2 80 16 112 125 15 51,32 0,06 1590,39 637,62 8,35 3 63 20 160 180 9,2 0,0 11123,05 350,38 6,60 125 1 0 63 28 56,50 0,05 122,81 890,18 5,87 5 50 18 22 125 10 53,13 0,10 28230,82 705,77 9,2 6 63 20 160 90 8 1,75 0,09 19925,96 627,67 5,92 7 80 12 22 250 26 69,51 0,07 22573,28 902,93 23,6 8 125 16 160 180 22 9,61 0,06 15088,5 93,03 17,78 9 50 2 22 125 6 0,5 0,07 17500,6 37,52 5,73 10 63 2 160 90 8 1,75 0,07 18168,66 572,31 5,39 11 80 1 22 180 18 56,63 0,09 23285,55 931,2 17,56 12 125 2 160 90 1 39,10 0,07 16686,96 102,9 9,83 13 50 18 22 180 10 53,13 0,07 20996,88 52,92 9,89 1 63 12 160 125 22 72,5 0,11 3687,00 1092,6 1,30 15 80 2 315 180 10 1,1 0,07 17982,35 719,29 13,56 16 125 18 22 250 20 7,16 0,05 13522,57 85,16 22,13 17 50 12 160 125 15 66,2 0,11 30773,10 769,33 10,07 18 63 16 22 90 12 51,75 0,16 368,99 118,1 10,82 19 80 1 112 250 18 56,63 0,03 9355,69 37,23 9,80 20 125 18 160 180 2 51,98 0,05 156,96 965, 18,20 Vypracování příkladu č. 1 Obsah kapitoly Zadání příkladu č. 1 9
Zadání příkladu č. 2 Nakreslete postavení zubů frézy a obrobku při čelním frézování. Vypočítejte kroutící moment a užitečný výkon na vřetenu stroje pro čelní frézování frézovací hlavou, je-li: Dáno: průměr frézovací hlavy D [ mm ] otáčky frézovací hlavy n [ ot/min ] počet zubů frézy (nožů) z [ - ] minutový posuv s M [ mm/min ] šířka frézované plochy B [ mm ] hloubka řezu h = 10 mm úhel nastavení hl. ostří κ r 5 konstanta c Fc = 2030 exponenty m = 0,2 c = 0,1 Vypočítejte: maximální úhel záběru ϕ max [ ] posuv na zub f z [ mm ] celkovou řeznou sílu F c [ N ] krouticí moment M k [ N. m ] užitečný výkon P už [ kw ] Schématické znázornění Zadání D z n s M a p B Zadání D z n s M a p B 1 63 2 160 3 200 63 5 100 6 100 7 250 8 160 9 200 10 200 10 250 22 10 0 11 125 18 90 112 10 50 12 63 112 12 90 12 80 16 250 315 10 0 12 125 22 10 10 13 200 12 125 22 8 120 10 180 22 1 50 1 200 20 90 160 18 70 1 90 112 18 50 15 80 12 180 315 1 50 18 125 160 16 0 16 100 10 355 50 8 70 10 63 80 12 200 17 63 12 125 160 12 0 18 112 22 1 70 18 80 1 250 630 10 0 12 500 50 16 10 19 160 1 355 315 12 90 16 355 630 18 90 20 250 10 180 112 18 200 Tabulka řešení Technologie výroby II Obsah kapitoly Vypracování př. 2 - zadání č.1 10
Postavení zubů frézy a obrobku při čelním frézování max ϕ B ϕ3 ϕ2 ϕ1 Vypracování příkladu č. 2 Obsah kapitoly Zadání příkladu č. 2 11
Vypracování příkladu č. 2 - zadání č.1 Dáno: průměr frézovací hlavy D = 63 mm hloubka řezu h = 10 mm otáčky frézovací hlavy n = 250 ot/min úhel nastavení hl. ostří κ r = 5 počet zubů frézy (nožů) z = 10 konstanta c Fc = 2030 minutový posuv s M = 22 mm/min exponenty m = 0,2 šířka frézované plochy B = 0 mm c = 0,1 360 360 1. Úhlová rozteč zubů: ϕ t = = = 36 z 10 ϕ B 0 2. Max. úhel záběru: sin max = = = 0, 639 2 D 63 ϕ max = 78 9 ϕ max 78 9 3. Počet zubů v záběru (zaokrouhluje se na celé čísle nahoru): n z = = = 2,189 3 ϕ 36.. Úhly jednotlivých zubů v záběru: ϕ ϕ = 90 o 2 o ϕ3 = 90 + ϕ t = 90 + 36 = 126 o = 90 ϕ = 90 36 = 5 1 t S M 22 5. Posuv na zub: f z = = = 0, 0896 mm/zub n z 250 10 6. Celková řezná síla: F c = n i= 1 z n z F ci = c Fc a 1 c p f 1 m z sin m r i= 1 1 m i t 0,8 0,8 0,8 ( sin 5 ) + ( sin 90 ) + ( sin 126 ) ) = 673,565 N 1 0,1 1 0,2 0,2 = 2030 10 0,0896 sin 5 7. Krouticí moment: D 63 M K = Fc = 673,565 = 21222,3 N mm 212, 22 2 2 N m 8. Úhlová rychlost je: ω = 2 π n = 2 π 250 = 1570,8 rad/min 26,18 rad/s 9. Užitečný výkon na vřetenu stroje: Fc vc 673, 565 9,8 P už = = M ω = = 5, 56 K kw 6 10 6 10 κ sin ϕ = Postavení zubů frézy a obrobku při čelním frézování Obsah kapitoly Zadání příkladu č. 2 12
Tabulka řešení příkladu č. 2 Zadání D z n s M a p B ϕ max f z F c M k P už 1 63 10 250 22 10 0 78,83 0,09 5891,57 18558,6,86 2 160 12 63 112 12 90 68,6 0,15 10812,8 86998,0 5,71 3 200 12 125 22 10 10 88,85 0,15 9172,68 917268,00 12,01 63 10 180 22 1 50 105,06 0,12 10027,2 315863,73 5,95 5 100 1 90 112 18 50 60,00 0,09 1053,01 527150,50,97 6 100 18 125 160 16 0 7,16 0,07 7918,91 39595,50 5,18 7 250 10 63 80 12 200 106,26 0,13 9272,97 1159121,25 7,65 8 160 18 112 22 1 70 51,89 0,11 10051,05 8008,00 9,3 9 200 12 500 50 16 10 88,85 0,08 803,88 80388,00,00 10 200 16 355 630 18 90 53,9 0,11 120,23 12023,00 6,25 11 125 18 90 112 10 50 7,16 0,07 5139,17 321198,13 3,03 12 80 16 250 315 10 0 60,00 0,08 5652,66 226106,0 5,92 13 200 12 125 22 8 120 73,7 0,15 7370,30 737030,00 9,65 1 200 20 90 160 18 70 0,97 0,09 1060,2 10602,00 10,03 15 80 12 180 315 1 50 77,36 0,15 1211,13 8565,20 9,13 16 100 10 355 50 8 70 88,85 0,13 6279,0 313952,00 11,67 17 63 12 125 160 12 0 78,83 0,11 8163,58 257152,77 3,37 18 80 1 250 630 10 0 60,00 0,18 10,87 1779,80 10,9 19 160 1 355 315 12 90 68,6 0,06 5087,37 06989,60 15,13 20 250 10 180 112 18 200 106,26 0,06 6890,53 861316,25 16,2 Vypracování příkladu č. 2 Obsah kapitoly Zadání příkladu č. 2 13
Zadání příkladu č. 3 Pro čelní frézování ocelí se v současné době používají frézy čtyřzubé válcové hrubovací se 2 břity ke středu - DIN 8, typ NR (ISO 161), φ1 mm, které se vyznačují tvarovým profilem ostří. Tyto nástroje se vyrábí v provedení celokarbidovém (ISO K 20-0) nebo z rychlořezných ocelí (HSS Co8), vybrušované z plna. Pro zvolený obráběný materiál (uhlíkatá ocel 12 050.1) a dané řezné podmínky obrábění určete, zda-li je rozdíl v silovém namáhání fréz při nesousledném frézování při různých druzích povlaků nástroje. Dáno: obráběný materiál 12 050.1 průměr nástroje φd = 1 mm počet zubů z = počet otáček n = 710 ot/min použitý posuv f min = 160 mm/min hloubka řezu a p = 16,9 mm šířka řezu a e = 3 mm konstanta přístroje dle jeho rozsahu K = 8 Při měření wattmetrem byly zjištěny následující hodnoty: 1. nástroj bez povlaku Výkon na prázdno: odečtená hodnota α = 270 Výkon při řezu: odečtená hodnota α = 310 2. nástroj s povlakem TiAlN Výkon na prázdno: odečtená hodnota α = 265 Výkon při řezu: odečtená hodnota α = 300 3. nástroj s povlakem TiN Výkon na prázdno: odečtená hodnota α = 260 Výkon při řezu: odečtená hodnota α = 290 Vypočítejte: P řez [kw] příkon při obrábění P o [kw] příkon naprázdno α [W] výchylka na stupnici wattmetru Technologie výroby II Obsah kapitoly Vypracování příkladu č. 3 1
Vypracování příkladu č. 3 Výpočet pro nástroj č. 1 α K 270 8 α K 310 8 P o = = = 2,16 kw P 2, 8 3 3 řez = = = kw P 3 3 už = Přez Po = 2,8 2,16 = 0,32 kw 10 10 10 10 Výpočet tangenciální složky řezné síly: F vc Puž = Fc vc [ W ] P = c už [ kw ] 3 60 10 F c 6 10 = v π D n π 1 710 6 10 Puž 6 10 0,32 v c = = = 31,22 m/min Fc = = = 61, 99 N 1000 1000 v 31,22 Výpočet pro nástroj č. 2 α K 265 8 α K 300 8 P o = = = 2,12 kw P 2, 3 3 řez = = = kw P 3 3 už = Přez Po = 2, 2,12 = 0,28 kw 10 10 10 10 π D n π 1 710 6 10 Puž 6 10 0,28 v c = = = 31,22 m/min Fc = = = 538, 12 N 1000 1000 v 31,22 Výpočet pro nástroj č. 3 α K 260 8 α K 290 8 P o = = = 2,08 kw P 2, 32 3 3 řez = = = kw P 3 3 už = Přez Po = 2,08 2,32 = 0,2 kw 10 10 10 10 π D n π 1 710 6 10 Puž 6 10 0,2 v c = = = 31,22 m/min Fc = = = 61, 2 N 1000 1000 v 31,22 Číslo měření Posuv P o P Odečt. Odečt. Přep. f z hodn. hodn. hodn. α α f min c c c řez P už Přep. hodn. [ N ] P už Řezná síla F c Druh povlaku [mm.min -1 ] [mm] [ - ] [ kw ] [ - ] [ kw ] [ kw ] [ N ] 1 270 2,16 310 2,8 0,32 61,99 bez povlaku 2 160 0,056 265 2,12 300 2, 0,28 538,12 TiAlN 3 260 2,08 290 2,32 0,2 61,2 TiN c Technologie výroby II Obsah kapitoly Zadání příkladu č. 3 15