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
Technologie výroby II
Vertikální CNC frézka
Obsah kapitoly
Frézka pro dělení materiálu Frézka pro gravírování
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
4
Některé druhy fréz Frézy stopkové s válcovou stopkou
Válcová fréza (při broušení)
Technologie výroby II
Sdružená fréza pro stavebnictví (frézování a vrtání)
Frézovací hlava
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 počet zubů frézy minutový posuv otáčky frézy šířka záběru
D [ mm ] z [-] sM [ mm/min ] n [ ot/min ] ap [ mm ]
šířka frézované plochy konstanta exponent Vypočítejte: maximální úhel záběru posuv na zub celkovou řeznou sílu krouticí moment užitečný výkon Zadání 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
D 50 80 63 125 50 63 80 125 50 63
z 12 16 20 14 18 20 12 16 24 24
B = 80 mm cFc = 1380 m = 0,17
ϕmax fz Fc Mk Puž sM 224 112 160 40 224 160 224 160 224 160
[°] [ mm ] [N] [N.m] [ kW ]
n 180 125 180 63 125 90 250 180 125 90
Schématické znázornění ap 20 15 9 28 10 8 26 22 6 8
Zadání 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
D 80 125 50 63 80 125 50 63 80 125
z 14 24 18 12 24 18 12 16 14 18
sM 224 160 224 160 315 224 160 224 112 160
n 180 90 180 125 180 250 125 90 250 180
ap 18 14 10 22 10 20 15 12 18 24
Tabulka řešení
Technologie výroby II
Obsah kapitoly
Vypracování př. 1 - zadání č. 1 6
Postavení zubů frézy při nesousledném frézování
n
Fz
ϕ
Fz
ϕ
Vypracování příkladu č. 1
ϕ2
ϕ1
Obsah kapitoly
ϕ1
ϕ3
a
Zadání příkladu č. 1
7
Vypracování příkladu č. 1 - zadání č. 1 Dáno:
průměr frézy počet zubů frézy minutový posuv otáčky frézy šířka záběru
D = 50 mm z = 12 sM = 224 mm/min n = 180 ot/min ap = 20 mm
šířka frézované plochy konstanta exponent
B = 80 mm cFc = 1380 m = 0,17
360° 360 = = 30 o z 12 2⋅ap 2 ⋅ 20 cos ϕ max = 1 − = 1− = 0,2 D 50
ϕt =
1. Úhlová rozteč zubů: 2. Maximální úhel záběru:
3. Úhly jednotlivých zubů v záběru: ϕ1 = ϕ max = 78o 27´ ϕ 2 = ϕ1 − ϕ t = 78o 27´ − 30° = 48°27´ ϕ 3 = ϕ 2 − ϕ t = 48°27´−30° = 18°27´ fz =
4. Posuv na zub:
SM 224 = = 0,104 mm/zub n ⋅ z 180 ⋅12
5. Celková řezná síla: nz
Fc = ∑ Fci = cFc ⋅ B ⋅ f i =1
1− m z
(
nz
⋅ ∑ sin1− m ϕ i = 1380 ⋅ 80 ⋅ 0,1041− 0,17 ⋅ (sin 78°27´) i =1
0 ,83
+ (sin 48°27´)
+ (sin 18°27´)
0 ,83
) = 36340,38 N
0,05 D = 36340,38 ⋅ = 908,51 N.m 2 2
6. Kroutící moment:
M K = Fc ⋅
7. Úhlová rychlost je:
ω = 2 ⋅ π ⋅ n = 2 ⋅ π ⋅180 = 1130,97 rad/min ⇒ 18,85 rad/s
8. Užitečný výkon na vřetenu stroje:
0 ,83
Puž =
Fc ⋅ vc 908,51 ⋅18,85 = M K ⋅ω = = 17,125 kW 4 1000 6 ⋅10
Postavení zubů frézy při nesousledném frézování
Obsah kapitoly
Zadání příkladu č. 1 8
Tabulka řešení příkladu č. 1 Zadání 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
D 50 80 63 125 50 63 80 125 50 63 80 125 50 63 80 125 50 63 80 125
Vypracování příkladu č. 1
z 12 16 20 14 18 20 12 16 24 24 14 24 18 12 24 18 12 16 14 18
sM 224 112 160 40 224 160 224 160 224 160 224 160 224 160 315 224 160 224 112 160
n 180 125 180 63 125 90 250 180 125 90 180 90 180 125 180 250 125 90 250 180
ap 20 15 9 28 10 8 26 22 6 8 18 14 10 22 10 20 15 12 18 24
ϕmax 78,46 51,32 44,42 56,50 53,13 41,75 69,51 49,61 40,54 41,75 56,63 39,10 53,13 72,45 41,41 47,16 66,42 51,75 56,63 51,98
Obsah kapitoly
fz 0,10 0,06 0,04 0,05 0,10 0,09 0,07 0,06 0,07 0,07 0,09 0,07 0,07 0,11 0,07 0,05 0,11 0,16 0,03 0,05
Fc Mk 35181,28 879,53 15940,39 637,62 11123,05 350,38 14242,81 890,18 28230,82 705,77 19925,96 627,67 22573,28 902,93 15088,54 943,03 17500,64 437,52 18168,66 572,31 23285,55 931,42 16686,96 1042,94 20996,88 524,92 34687,00 1092,64 17982,35 719,29 13522,57 845,16 30773,10 769,33 36448,99 1148,14 9355,69 374,23 15446,96 965,44
Puž 16,58 8,35 6,60 5,87 9,24 5,92 23,64 17,78 5,73 5,39 17,56 9,83 9,89 14,30 13,56 22,13 10,07 10,82 9,80 18,20
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 sM [ mm/min ] šířka frézované plochy B [ mm ] hloubka řezu úhel nastavení hl. ostří konstanta exponenty Vypočítejte: maximální úhel záběru posuv na zub celkovou řeznou sílu krouticí moment užitečný výkon
ϕmax fz Fc Mk Puž
h = 10 mm κr 45° cFc = 2030 m = 0,2 c = 0,1 [°] [ mm ] [N] [N.m] [ kW ]
Schématické znázornění
Zadání
D
z
n
sM
ap
B
Zadání
D
z
n
sM
ap
B
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
63 160 200 63 100 100 250 160 200 200
10 12 12 10 14 18 10 18 12 16
250 63 125 180 90 125 63 112 500 355
224 112 224 224 112 160 80 224 450 630
10 12 10 14 18 16 12 14 16 18
40 90 140 50 50 40 200 70 140 90
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
125 80 200 200 80 100 63 80 160 250
18 16 12 20 12 10 12 14 14 10
90 250 125 90 180 355 125 250 355 180
112 315 224 160 315 450 160 630 315 112
10 10 8 18 14 8 12 10 12 18
50 40 120 70 50 70 40 40 90 200
Tabulka řešení
Technologie výroby II
Obsah kapitoly
Vypracování př. 2 - zadání č.1 10
B
ϕ max
Postavení zubů frézy a obrobku při čelním frézování
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 otáčky frézovací hlavy počet zubů frézy (nožů) minutový posuv šířka frézované plochy
D = 63 mm n = 250 ot/min z = 10 sM = 224 mm/min B = 40 mm
hloubka řezu úhel nastavení hl. ostří konstanta exponenty
h = 10 mm κr = 45° cFc = 2030 m = 0,2 c = 0,1
360° 360 = = 36 z 10 ϕ B 40 sin max = = = 0,6349 2 D 63 ϕ max = 78°49´ ϕt =
1. Úhlová rozteč zubů: 2. Max. úhel záběru:
3. Počet zubů v záběru (zaokrouhluje se na celé čísle nahoru): n z =
ϕ max 78°49´ = = 2,189 ⇒ 3 ϕt 36°
4. . Úhly jednotlivých zubů v záběru: ϕ1 = 90 o − ϕ t = 90 − 36 = 54° ϕ 2 = 90 o ϕ 3 = 90 o + ϕ t = 90 + 36 = 126° S 224 fz = M = = 0,0896 mm/zub 5. Posuv na zub: n ⋅ z 250 ⋅10 6. Celková řezná síla: nz
Fc = ∑ Fci = c Fc ⋅ a p
1−c
i =1
⋅ f z1−m ⋅ sin
nz
κ r ⋅ ∑ sin 1−m ϕ i =
−m
(
i =1
)
⋅ sin 45 ⋅ (sin 54°) + (sin 90°) + (sin 126°) = 6743,565 N 63 D M K = Fc ⋅ = 6743,565 ⋅ = 212422,3 N ⋅ mm ⇒ 212,422 N ⋅ m 7. Krouticí moment: 2 2 ω = 2 ⋅ π ⋅ n = 2 ⋅ π ⋅ 250 = 1570,8 rad/min ⇒ 26,18 rad/s 8. Úhlová rychlost je: F ⋅v 6743,565 ⋅ 49,48 Puž = c 4c = M K ⋅ ω = = 5,56 kW 9. Užitečný výkon na vřetenu stroje: 6 ⋅10 6 ⋅10 4 1− 0 ,1
= 2030 ⋅ 10
1− 0 , 2
⋅ 0,0896
−0, 2
0 ,8
Postavení zubů frézy a obrobku při čelním frézování
0 ,8
0 ,8
Obsah kapitoly
Zadání příkladu č. 2
12
Tabulka řešení příkladu č. 2 Zadání 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
D 63 160 200 63 100 100 250 160 200 200 125 80 200 200 80 100 63 80 160 250
Vypracování příkladu č. 2
z 10 12 12 10 14 18 10 18 12 16 18 16 12 20 12 10 12 14 14 10
n 250 63 125 180 90 125 63 112 500 355 90 250 125 90 180 355 125 250 355 180
sM 224 112 224 224 112 160 80 224 450 630 112 315 224 160 315 450 160 630 315 112
ap 10 12 10 14 18 16 12 14 16 18 10 10 8 18 14 8 12 10 12 18
B 40 90 140 50 50 40 200 70 140 90 50 40 120 70 50 70 40 40 90 200
ϕmax 78,83 68,46 88,85 105,06 60,00 47,16 106,26 51,89 88,85 53,49 47,16 60,00 73,74 40,97 77,36 88,85 78,83 60,00 68,46 106,26
Obsah kapitoly
fz 0,09 0,15 0,15 0,12 0,09 0,07 0,13 0,11 0,08 0,11 0,07 0,08 0,15 0,09 0,15 0,13 0,11 0,18 0,06 0,06
Fc 5891,57 10812,48 9172,68 10027,42 10543,01 7918,91 9272,97 10051,05 8403,88 12440,23 5139,17 5652,66 7370,30 10640,42 12114,13 6279,04 8163,58 10444,87 5087,37 6890,53
Mk 185584,46 864998,40 917268,00 315863,73 527150,50 395945,50 1159121,25 804084,00 840388,00 1244023,00 321198,13 226106,40 737030,00 1064042,00 484565,20 313952,00 257152,77 417794,80 406989,60 861316,25
Puž 4,86 5,71 12,01 5,95 4,97 5,18 7,65 9,43 44,00 46,25 3,03 5,92 9,65 10,03 9,13 11,67 3,37 10,94 15,13 16,24
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 844, typ NR (ISO 1641), φ14 mm, které se vyznačují tvarovým profilem ostří. Tyto nástroje se vyrábí v provedení celokarbidovém (ISO K 20-40) 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 = 14 mm počet zubů z=4 počet otáček n = 710 ot/min použitý posuv fmin = 160 mm/min hloubka řezu ap = 16,9 mm šířka řezu ae = 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: Přez Po α
[kW] příkon při obrábění [kW] příkon naprázdno [W] výchylka na stupnici wattmetru
Technologie výroby II
Obsah kapitoly
Vypracování příkladu č. 3
14
Vypracování příkladu č. 3 Výpočet pro nástroj č. 1 α ⋅ K 270 ⋅ 8 Po = = = 2,16 kW 10 3 10 3
Přez =
Výpočet tangenciální složky řezné síly: F ⋅v Puž = Fc ⋅ vc [ W ] ⇒ Puž = c c3 [ kW ] 60 ⋅10
vc =
vc =
Přez =
π ⋅ D ⋅ n π ⋅14 ⋅ 710 = = 31,22 m/min 1000 1000
Výpočet pro nástroj č. 3 α ⋅ K 260 ⋅ 8 Po = = = 2,08 kW 103 103 π ⋅ D ⋅ n π ⋅14 ⋅ 710 = = 31,22 m/min 1000 1000
⇒
Puž = Přez − Po = 2,48 − 2,16 = 0,32 kW
6 ⋅10 4 ⋅ Puž Fc = [N] vc
6 ⋅10 4 ⋅ Puž 6 ⋅10 4 ⋅ 0,32 Fc = = = 614,99 N vc 31,22
π ⋅ D ⋅ n π ⋅14 ⋅ 710 vc = = = 31,22 m/min 1000 1000 Výpočet pro nástroj č. 2 α ⋅ K 265 ⋅ 8 Po = = = 2,12 kW 103 103
α ⋅ K 310 ⋅ 8 = = 2,48 kW 10 3 10 3
α ⋅ K 300 ⋅ 8 = = 2,4 kW 103 103 Fc =
Přez =
6 ⋅ 104 ⋅ Puž 6 ⋅ 104 ⋅ 0,28 = = 538,12 N 31,22 vc
α ⋅ K 290 ⋅ 8 = = 2,32 kW 103 103 Fc =
Puž = Přez − Po = 2,4 − 2,12 = 0,28 kW
Puž = Přez − Po = 2,08 − 2,32 = 0,24 kW
6 ⋅ 104 ⋅ Puž 6 ⋅ 104 ⋅ 0,24 = = 461,24 N 31,22 vc
Přez Po Odečt. Odečt. Puž Číslo Přep. Přep. hodn. hodn. fmin fz měření hodn. hodn. α α [mm.min-1] [mm] [ - ] [ kW ] [-] [ kW ] [ kW ] 270 2,16 310 2,48 0,32 1 160 0,056 265 2,12 300 2,4 0,28 2 260 2,08 290 2,32 0,24 3 Posuv
Technologie výroby II
Obsah kapitoly
Řezná síla Fc
Druh povlaku
[N] 614,99 bez povlaku 538,12 TiAlN 461,24 TiN
Zadání příkladu č. 3
15
