5.3. Фрезерные станки

В 18 веке американский инженер Пратт установил на диск несколько резцов и тем самым изобрел фрезу, вращая которую можно резать материалы.

По технологическому признаку различают фрезы для обработки плоскостей, пазов, шлицев, фасонных поверхностей, тел вращения, зубчатых и резьбовых поверхностей, разрезания материала и др.

По конструктивным признакам фрезы подразделяют следующим образом:

1) по расположению зубьев на исходном цилиндре (торцовые, цилиндрические, дисковые, двухсторонние, угловые, фасонные, концевые и др.);

Рис. 5.36. Основные типы фрез: а – цилиндрическая; б, в – дисковая;

г – Т-образная; д – концевая; е – торцовая с хвостовиком; ж – торцовая

насадная; и – шпоночная; л – угловые

2) по конструкции зуба (с острозаточенными и затылованными зубьями);

3) по направлению зуба (с прямыми, наклонными, винтовыми, разнонаправленными зубьями);

4) по конструкции фрезы (цельные, составные, со вставными зубьями, сборные);

5) по способу крепления (насадные, концевые с коническим или цилиндрическим хвостовиком);

6) по виду инструментального материала режущей части (из быстрорежущей стали, твердых сплавов, режущей керамики, сверхтвердых материалов). Основные типы фрез показаны на рисунке 5.36.

Цилиндрические и торцовые фрезы предназначены для обработки плоскостей. Дисковые фрезы (пазовые, двухсторонние, трехсторонние) применяют для фрезерования пазов, уступов и боковых плоскостей. Прорезные и отрезные фрезы, используют для прорезания узких пазов и разрезания материалов. Концевые фрезы применяют для обработки пазов, уступов и плоскостей. Угловые фрезы применяют в основном для фрезерования стружечных канавок режущих инструментов и скосов. Фасонные фрезы предназначены для фрезерования фасонных поверхностей.

Фрезы изготовляют цельными и сборными (корпус из конструкционной стали, а режущие зубья из быстрорежущей стали или твердого сплава). Цилиндрические фрезы диаметром до 90 мм, торцовые насадные фрезы диаметром до 110 мм, дисковые трехсторонние фрезы с мелким зубом, дисковые пазовые, угловые, фасонные, отрезные, прорезные, концевые и шпоночные фрезы изготовляют цельными. Цилиндрические, торцовые и дисковые фрезы диаметром более 75 мм и торцовые фрезерные головки изготовляют со вставными зубьями.

Широкое распространение получили сборные фрезы со вставными ножами из быстрорежущей стали или твердого сплава и с механическим креплением режущих пластин. Для одновременного фрезерования нескольких поверхностей применяют набор фрез, состыкованных с помощью цилиндрических выточек на торцах фрез. Широко применяют сборные конструкции фрез с неперетачиваемыми твердосплавными пластинами. Механическое крепление пластин дает возможность их поворота для обновления режущей кромки и позволяет использовать фрезы без перетачивания. После полного износа пластина быстро заменяется новой. Торцовые фрезы общего назначения оснащаются круглыми, шестигранными, пятигранными, четырехгранными, трехгранными твердосплавными пластинами.

Для фрезерования заготовку устанавливают и закрепляют на столе станка. В единичном и мелкосерийном производстве для этого применяют универсальные приспособления (машинные тиски, прижимные планки, поворотные столы, делительные головки, магнитные плиты, приспособления для фрезерования скосов и т. д.), а в серийном и массовом – специальные приспособления. При фрезеровании движением резания является вращение фрезы.

При фрезеровании на горизонтально-фрезерных станках, как правило, используют продольную Ds_пр и реже поперечную Ds_п и вертикальную Ds_в подачи. На вертикально-фрезерных станках используют продольную и поперечную подачи в зависимости от пространственного расположения обрабатываемой поверхности, а вертикальную подачу практически не используют. Вертикальные поверхности на горизонтально-фрезерных станкахах обрабатывают торцовыми насадными фрезами или фрезерными головками, а на вертикально-фрезерных– концевыми фрезами.

Плоскости обрабатывают цилиндрическими (рис. 5.38, а), концевыми и торцовыми фрезами (рис. 5.37, б). на горизонтально-фрезерных и вертикально-фрезерных станках .

Узкие наклонные поверхности на горизонтально-фрезерных станках получают угловой фрезой. Широкие наклонные поверхности удобнее обрабатывать на вертикально-фрезерных станках с поворотной шпиндельной головкой торцовой или концевой фрезами. Уступы и прямоугольные пазы на горизонтально-фрезерных станках обрабатывают соответственно дисковыми двухсторонними и трехсторонними (рис. 5.37, г), на вертикально-фрезерных станках – концевыми (рис. 5.37, в) фрезами. Фасонные поверхности обрабатывают фасонными фрезами (рис. 5.37, д) и на фрезерно-копировальных станках (рис. 5.37, е)

Рис. 5.37. Схемы обработки поверхностей на универсальных фрезерных

станках

Одновременную обработку нескольких поверхностей выполняют набором фрез.

На продольно-фрезерных станках торцовыми и насадными фрезами обрабатывают вертикальные, горизонтальные, наклонные поверхности, уступы и пазы. Можно вести одновременную, обработку нескольких поверхностей (рис. 5.38, а). Для обработки пазов используют соответствующие угловые и концевые фрезы.

На карусельно-фрезерных станках обработку горизонтальных поверхностей (в основном торцовыми насадными фрезами) ведут

Рис. 5.38. Схемы фрезерования [9]: а – на продольно-фрезерном станке,

б – на карусельно-фрезерном станке; 1 – стол, 2 – заготовка, 3 – фреза,

4 – фрезерная головка; I – зона загрузки, II – зона обработки;

в – на барабанно-фрезерном станке; 1 – барабан, 2, 3, 4, 5 – фрезы,

6 – заготовка

при непрерывном вращении стола (рис. 5.38, б). Одна фреза выполняет черновую обработку в размер А1, вторая – окончательную обработку в размер А2. У барабанно-фрезерных станков стол-барабан имеет горизонтальную ось вращения; фрезы верхних фрезерных головок выполняют предварительную обработку (рис. 5.38, в) в размер А1 а фрезы нижних головок – окончательную обработку в размер А2. Вертикальные поверхности обрабатывают торцовыми насадными фрезами со вставными ножами.

Основные сведения о станках фрезерной группы и их классификация

Фрезерные станки в единой системе классификации станков составляют шестую группу, поэтому обозначение (шифр) любого фрезерного станка начинается с цифры 6. Различают две основные группы фрезерных станков:

1) общего назначения или уни­версальные (вертикально-фрезерные, горизонтально-фрезерные, продольно-фезерные);

2) специализированные (шлицефрезерные, шпоночно-фрезерные, карусельно-фрезерные, копировально-фрезерные, и др.)

По конструктивным особенностям эти станки подразделяются на консольные (стол расположен на подъемном кронштейне – консоли), бесконсольные (стол перемещается на неподвижной станине в продольном и поперечном направлениях) и непрерывного действия (карусельные и барабанные).

В единичном, мелко- и среднесерийном производстве наи. более распространены консольные фрезерные станки. Универсальный консольный горизонтально-фрезерный станок (рис. 5.39, а)имеет горизонтальный шпиндель 2 и выдвижной хобот 1 на который устанавливают серьгу 3, поддерживающую оправку с фрезой. Консоль 4 перемещается по направляющей стойки 5. На консоли расположены салазки 6 и стол 7.

Рис. 5.39. Фрезерные станки: а – универсальный консольный

горизонтально-фрезерный; б – широкоуниверсальный консольный горизонтально-фрезерный; в – широкоуниверсальный бесконсольно-фрезерный; г – консольный вертикально-фрезерный; д – бесконсольный вертикально-фрезерный; е – бесконсольный горизонтально-фрезерный;

ж – продольно-фрезерный; з – карусельно-фрезерный;

и – барабанно-фрезерный

Широкоуниверсальный консольный горизонтально-фрезер­ный станок (рис. 5.39, б) помимо горизонтального шпинделя имеет шпиндельную головку 1, которая может поворачиваться на хоботе в двух взаимно перпендикулярных направлениях, благодаря чему шпиндель с фрезой можно устанавливать под любым углом к плоскости стола и к обрабатываемой заготовке. На головке 1 монтируют накладую головку 2 для сверления, рассверливания, зенкерования, растачивания и фрезерования.

Консольный вертикально-фрезерный станок (рис. 5.40, г) имеет вертикальный шпиндель 3, который размещен в поворотной шпиндельной головке 2, установленной на стойке.

Бесконсольные вертикально- и горизонтально-фрезерные станки (рис. 5.40, д , е), служащие для обработки крупногабаритных деталей, имеют салазки 2 и стол 3, которые перемещаются по направляющим станины 1. Шпиндельная головка 5 перемещается по направляющим стойки 6. Шпиндель 4 имеет осевые перемещения при установке фрезы.

Продольно-фрезерные станки (рис. 5.39, ж) предназначены для обработки крупногабаритных деталей. На станине 1 установлены две вертикальные стойки 6, соединенные поперечиной 7. На направляющих стоек смонтированы фрезерные головки 3 с горизонтальными шпинделями и траверса (поперечина) 4. На последней установлены фрезерные головки 5 с вертикальными шпинделями. Стол 2 перемещается по направляющим станины 1. Карусельно-фрезерные станки (рис. 5.40, з), предназначенные для обработки поверхностей торцовыми фрезами, имеют один или несколько шпинделей 3 для черновой и чистовой обработки. По направляющим стойки 1 перемещается шпиндельная головка 2. Стол 4, вращаясь непрерывно, сообщает установленным на нем заготовкам движение подачи. Стол с салазками 5 имеет установочное перемещение по направляющим станины 6. Барабанно-фрезерные станки (рис. 5.39, и) используются в крупносерийном и массовом производстве. Заготовки устанавливают на вращающемся барабане 2, имеющем движение подачи. Фрезерные головки 3 (для черновой обработки) и 1 (для чистовой обработки) перемещаются по направляющим стоек 4.

Конструкция фрезы определяет вспомогательный инструмент для закрепления её на станке. Фрезы с осевым отверстием крепят на оправках и называют насадными. Фрезы, имеющие цилиндрический или конический хвостовик, называют хвостовыми.

Насадную фрезу 1 (цилиндрическую, дисковую, угловую и т. д.) закрепляют на центровой оправке 2 (рис. 5.40, а), которую устанавливают в коническое отверстие шпинделя 3 и затягивают болтом 4. Сухари 5, входящие в пазы фланца шпинделя и отправки, удерживают ее от проворачивания. Вращение фрезе передается через шпонку 6. Правый конец оправки поддерживают подшипники 7 серьги 8. Осевое положение фрезы на оправке фиксируют гайкой 9 и установочными кольцами 10.

Этот способ закрепления используют в основном на горизонтально-фрезерных станках. Торцовые и дисковые фрезы закрепляют на концевой оправке 11 с помощью шпонки 12 и винта 13 (рис. 5.40, б). Фрезы с коническим хвостовиком закрепляют или непосредственно в коническом отверстии шпинделя, или через переходную втулку 14 (рис. 5.40, в). Торцовые фрезы могут закрепляться непосредственно на шпинделе винтами 15 (рис. 5.40, г). Для закрепления фрез с цилиндрическим хвостовиком используют различные по конструкции патроны: цанговые (рис. 5.40, д), с регулируемым эксцентриситетом втулки 18 и корпуса оправки 19 (рис. 5.40, е), которые устанавливают в шпинделе станка как концевые оправки. При закручивании гайки 16 последняя сжимает цангу 17, которая закрепляет фрезу.

Рис. 5.40. Схемы крепления фрез

Делительные головки расширяют технологические возможности фрезерных станков. Делительные головки служат для периодического поворота обрабатываемой заготовки вокруг оси (при обработке зубьев, шлицев, пазов и др.) на равные или неравные углы, а также для непрерывного вращения заготовки, согласованных с продольной подачей стола станка при нарезании винтовых канавок. Различают головки для непосредственного деления, многошпиндельные, универсальные, оптические. Делительные головки оснащаются принадлежностями.

и обработке с использованием универсальной делительной головки заготовку 1 (рис. 5.41, а, б) устанавливают на оправке в центрах шпинделя 6 головки 2 и задней бабки 8. Модульная дисковая фреза 7 получает вращение, а стол станка – рабочую продольную подачу. После обработки впадины стол ускоренно перемещается в исходное положение. Цикл движений повторяется до полной обработки всех зубьев колеса.

Рис. 5.41. Схема обработки с

делительной головкой

Рис. 5.42. Схема фрезерования

шпоночного паза

Шпоночно-фрезерные станки предназначены для фрезерования шпоночных пазов в деталях класса валов концевыми шпоночными фрезами в условиях серийного и массового производств. Особенностью этих станков является то, что все необходимые для обработки движения совершаются фрезой при неподвижной заготовке, что позволяет снизить влияние жесткости станка на точность обработки.

Схема обработки паза представлена на рис. 5.42. Фреза диаметром D, равным ширине В шпоночного паза, получает от шпинделя станка главное вращательное движение. Шпиндельная каретка, получающая от механического или гидравлического привода станка возвратно-поступательное движение, сообщает фрезе так называемую маятниковую подачу – повторяющиеся продольные движения на длину паза и вертикальные перемещения на небольшую величину в конце каждого хода. Применение такой подачи значительно повышает стойкость фрезы и точность обработки. По компоновке шпоночно-фрезерные станки могут быть верти­кальными или горизонтальными, одношпиндельными или многошпиндельными.

Копировально-фрезерные станки предназначены для обработки поверхностей сложной формы в мелкосерийном и серийном производствах. На них выполняется обработка по контуру плоских деталей – кулачков, шаблонов, копиров, вырубных штампов и т. п. (контурное фрезерование) — и обработка пространственно-сложных поверхностей — моделей отливок, кокилей, штампов, пресс-форм, лопастей гребных валов, турбинных лопаток и т. д. (объемное фрезерование).

Копировально-фрезерные станки имеют задающее устройство (ЗУ) (например, шаблон, эталонная деталь, чертеж, модель и др.), связанное через копировальное устройство (щуп, копировальный палец, копировальный ролик, фотоэлемент) с исполнительным органом, который повторяет движение копировального устройства, необходимое для воспроизведения фрезой геометрической формы ЗУ.

Обработка ведется по копиру (шаблону) – точной копии обрабатываемой поверхности, по которому перемещается следящий элемент – щуп, палец или ролик, движения которого точно повторяет фреза, воспроизводя поверхность копира на заготовке.

Рис. 5.43. Копировально-фрезерный станок

В станках следящего действия перемещения фрезы от копира осуществляются через усилительное устройство, управление которым может быть электрическим, гидравлическим и т. п. Перемещение следящего пальца передается в такое устройство в виде команды и воспроизводится исполнительным органом станка, несущим шпиндель с фрезой.

При фрезеровании ощупывание копира производят способом горизонтальных или вертикальных строк (рис. 5.43). При первом способе стол станка совершает автоматическое задающее продольное перемещение, а фрезерная головка — непрерывное следящее движение и периодическое вертикальное перемещение на величину строки S. При втором способе фрезерная головка совершает задающее вертикальное перемещение и следящее движение, а стол — периодическое продольное перемещение на величину строки S. После обхода поверхности заготовки шпиндельная бабка с фрезой подается в поперечном направлении на глубину подачи S_поп и процесс обработки продолжается до полного удаления припуска,

Многоцелевые станки используют для обработки заготовок корпусных деталей, рычагов, кронштейнов и подобных им деталей. Эти станки характеризуются большим разнообразием компоновок и конструктивных особенностей. Компоновки станков определяются характером выполняемых на них работ. Выпускают многоцелевые станки этого типа с компоновками, как у вертикально-сверлильных, горизонтально- и вертикально-фрезерных, координатно-расточных, продольно-фрезерных и других станков с

На токарно-сверлильно-фрезерно-расточных многоцелевых станках. можно производить обработку, характерную для станков токарной, сверлильной, фрезерной и расточной групп. На многоцелевых станках многих типов можно производить не только лезвийную, но и абразивную обработку (шлифование).

На рис. 5.44, а показан внешний вид сверлильно-фре-зерно-расточного станка.

Рис. 5.44. Сверлильно-фрезерно-расточной станок

многоцелевого станка широко распространенной компоновки. По горизонтальным направляющим станины 1 в направлении оси X перемещается стол станка 2. На нем располагается прецизионный

поворотный стол 3, который обеспечивает обработку установленной на нем заготовки.

Сначала торцовой насадной фрезой обрабатывается вертикальная плоскость (рис. 5.45, а). Цикл ее обработки включает: быстрый подвод 1 инструмента к заготовке по координате Z, включение 2 вращения шпинделя, подход 3 инструмента к заготовке со скоростью рабочего хода, фрезерование 4—7 ее с продольным

Рис. 5.45. Обработка на сверлильно-фрезерно-расточных станках [9]

движением подачи заготовки и вертикальным движением подачи инструмента — быстрый отвод 8 инструмента от заготовки по координате Z и выключение 9 вращения шпинделя.

После смены инструмента концевой фрезой реализуются циклы обработки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра (рис. 5.45, в). Затем соответствующими инструментами выполняются циклы растачивания (рис. 5.45, г), сверления крепежных отверстий (рис, 5.45 д), зенкования в них фасок (рис. 5.45, е) и нарезания резьбы (рис. 5.45, ж).

После поворота заготовки на 90° производится обработка ее с другой стороны — фрезерование бобышки (рис. 5.45, ж), сверление (рис. 5.45, и) и зенкерование в ней отверстия (рис, 5.45, к).

Обработку деталей класса валов на токарных и круглошлифозальных станках производят с установкой их на центры станка центровыми отверстиями. Операцию обработки центровых отверстий (зацентровку заготовок) в условиях серийного и массового производства выполняют на центровальных и фрезерно-центровальных станках.

В первом случае производится только центровка заготовок, а во втором перед центровкой фрезеруются торцы заготовки. Обработка на фрезерно-центровальных станках предпочтительнее, поскольку предварительное фрезерование торцов облегчает работу центровочных сверл; кроме того, благодаря тому, что фрезерование торцов и сверление центровочных отверстий производится с одной установки, обеспечивается строгая перпендикулярность осей отверстий торцам.

На рис. 5.46 приведена схема работы двухпозициоиного фрезерно-центровального полуавтомата. Заготовка 4, закреп

Рис. 5.46. Схема работы фрезерно-центровочного полуавтомата

ленная в призмах 5 на столе 1 станка, поступает сначала на позицию , где ее торцы с подачей стола фрезеруются двумя фрезерными головками 3. После этого стол переносит заготовку в позицию , где Двумя центровыми сверлами 2 производится зацентровка обоих ее торцов.