10.5. Фрезерные работы

Фрезерование – высокопроизводительный процесс обработки плоских, фасонных и винтовых поверхностей многолезвийными инструментами – фрезами, которые совершают вращательное движение в контакте с поступательно перемещающейся заготовкой детали при встречном или попутном её движении.Встречноефрезерование обычно применяется при черновой обработке грубой поверхности заготовок (с литейной коркой, окалиной),попутноефрезерование, как правило, используется при чистовой обработке.

Для выполнения различных видов работ на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках применяются фрезыцилиндрические,торцовые(для обработки плоскостей),дисковые (отрезные, прорезные для обработки уступов, плоскостей, пазов, разрезания заготовок),концевые(для обработки уступов, плоскостей, пазов),угловые(см. рис. 10.6). Применение специальных делительных головок (см. рис. 10.8) позволяет изготавливать на фрезерных станках разнообразные зубчатые колёса методами копирования и обкатки (огибания) профиля, а также червячные колёса методом обкатки.

Рис. 10.6. Типы фрез:

а – цилиндрическая с винтовыми зубьями; б – торцовая; в – дисковая для разрезания

заготовок; г – для специальных работ; д – концевая для обработки плоских участков;

е, ж – для изготовления специальных пазов; з – угловая; и, к – фасонные

Группу фрезерных (по классификации 6 группа) составляют станки разного конструктивного исполнения и назначения (типы 1…9), обеспечивающие возможность выполнения самых разнообразных работ.

Рис. 10.8. Универсальная делительная головка, применяемая при изготовлении зубчатых и червячных колёс:

1 – задняя бабка; 2 – люнет; 3 – поводок, переводящий заготовку в новое положение; 4 – диск с ценой делений около 5';

5 – сменный делительный диск; 6 – головка;

7 – рукоятка привода делительного диска

Рис. 10.7. Бесконсольно-фрезерный станок:

1 –станина; 2 – подвижный стол; 3 – шпиндельная бабка; 4 – выносной кнопочный пульт

При использовании специальных приспособлений фрезерный станок можно превратить в строгальныйилидолбёжныйи изготавливать на нём зубчатые колёса наружного и внутреннего зацепления при помощи долбяка.

Среди других видов лезвийного инструмента фрезы выделяются наибольшим разнообразием. Их различают по технологическому назначению,расположению,формеиматериалу режущих зубьев,способу закрепления на станке и по другим признакам.

По конструкциифрезы могут быть цельными и сборными, в которых режущие элементы могут быть закреплены при помощи пайки или на винтах (рис. 10.9,а-в). В ряде случаев при фрезеровании применяются приспособления, позволяющие регулировать положение инструмента. В этом случае фреза 1 (или не- сколько фрез) (рис. 10.10), одевается на оправку 2 со шпонкой 6 и фиксируется в нужном положении при помощи набора установочных втулок 3 разных размеров и гайки 4. Между втулками и гайками находится подшипник 5 дополнительной опоры. Левый конец оправки с конической поверхностью, резьбовым отверстием и пазомАслужит для надёжного соединения со шпинделем.

Инструмент, применяемый для получения определённых элементов на заготовке, часто имеет дополнительное название.

Рис. 10.9. Схемы устройства фрезы со вставными ножами из быстрорежущей стали (а), закреплёнными пайкой, крупногабаритной цилиндрической (б) и торцовой фрезы (в) с ножами из твёрдого сплава:

1 – нож из быстрорежущей стали; 2 – корпус фрезы; 3 – нож из твёрдого сплава, затачиваемый вне пределов фрезы; 4 – корпус; 5 – планка крепления; 6 – прижимная втулка; 7 – винт;

8 – неперетачиваемый нож из твёрдого сплава;

9 - корпус

Рис. 10.10. Схема расположения дисковой фрезы на оправке:

1– фреза; 2 – оправка; 3 – набор установочных втулок; 4 – гайка; 5 – подшипник скольжения; 6 – шпонка

Так фреза для прорезания впадин зубчатых колёс (см. рис. 10.6, г) называетсямодульной, фреза на рис. 10.6,е,Т-образной пазовой, фреза (см. рис. 10.6, ж) -шпоночной.

Цилиндрической фрезой можно обрабатывать только одну плоскую поверхность, другие допускают одновременную обработку двух (например угловая фреза на рис. 10.6, з) или трёх (например дисковая трёхсторонняя на рис. 10.6,в) поверхностей.

Широкое распространение получили фрезы цилиндрические с прямыми (см. рис. 10.1,г) и винтовыми зубьями (рис. 10.11,а-г);торцовые(см. рис. 10.11,б) - цилиндрические, предназначенные для обработки плоскостей;дисковые, для обработки плоских участков выступов, уступов, пазов (рис. 10.11,з), для разрезания заготовок (см. рис. 10.6,в), для выполнения специальных работ (рис. 10.11,и);концевые- для обработки плоских участков (рис. 10.11, д) и специальных пазов (см. рис.10.6,е,ж);угловые(см. рис. 10.6,з) ифасонные(см. рис.10.6,и,к) - для обработки фасонных поверхностей сложного профиля.

Цилиндрические фрезы обычно выполняются насадными из быстрорежущей стали с наружным диаметром от 40 до 100 мм. Насадной цельной из быстрорежущей стали может быть и торцовая фреза.

Рис. 10.11. Схемы обработки поверхностей заготовок различной

конфигурации фрезами разной конструкции на горизонтально-

и вертикально-фрезерных станках:

а, б – обработка горизонтальных плоскостей цилиндрической и торцовой фрезами; в, г – обработка вертикальных плоскостей торцовой и цилиндри-ческой фрезами; д, е, ж – обработка наклонных поверхностей разными по конструкции фрезами; з – фрезерование комбинированных поверхностей; и, к, с – фрезерование уступов и прямоугольных пазов; л, м – обработка фасонных пазов; н, о – фрезерование пазов типа «ласточкин хвост»; п, р, с, т – обработка шпоночных пазов; у – фрезерование

криволинейных поверхностей

Цилиндрические и торцовые фрезы начиная с диаметра 75 мм изготавливают со вставными ножами из быстрорежущей стали. Для корпуса фрезы используют обычно сталь 40Х. Насадная торцовая фреза с ножами, оснащёнными твёрдым сплавом, может иметь диаметр от 100 до 630 мм.

Торцовые фрезы изготавливают также в хвостовом варианте. Хвостовая часть всех видов фрез при диаметре свыше 10 мм делается из стали 45 или 50 и затем приваривается встык к рабочей части. Ножи 1 из быстрорежущей стали (см. рис. 10.9, а) делают клиновидными с рифлениями, что позволяет многократно перетачивать затупившуюся фрезу, сместив предварительно на одно или несколько рифлений ножи в корпусе 2. Крупногабаритные фрезы (см. рис. 10.9,б) изготавливают с твердосплавными ножами 3, затачиваемыми вне корпуса 4. После заточки ножи крепятся в пазах при помощи планки 5, прижимаемой втулкой со скосом 6. Эта фреза допускает регулировку положения ножей в осевом и радиальном направлениях, что используется для ступенчатого снятия припуска.

Для повышения качества пазов, обрабатываемых при глубоком внедрении в тело заготовки фрезы, например, Т-образной (см. рис. 10.6, е) или трёхсторонней (см. рис. 10.11,о), режущие зубья делаются разнонаправленными, что обеспечивает создание положительных передних углов для всех обрабатываемых поверхностей. Торцовые фрезы с твердосплавными неперетачиваемыми пластинками (см. рис. 10.9,в) изготавливаются диаметром от 160 до 315 мм. В этом случае нож 8 с пластинкой крепится в пазах корпуса 9 винтами 7. При резании чугуна и стали эти фрезы допускают глубину резания до 15 мм.

Процесс резания для каждого зуба имеет прерывистый характер, большую часть времени зуб свободен от резания. В этот период зуб охлаждается, что положительно влияет на стойкость фрезы. В зависимости от направления вращения цилиндрической фрезы и движения подачи различаютвстречное (против подачи, рис. 10.12, г) ипопутное (по подаче) фрезерование (рис. 10.12,а).

Рис. 10.12. Элементы режима резания (а, б) и разновидности

метода фрезерования (в, г)

При встречном фрезеровании главное движение зуба противоположно направлению движения подачи. Сечение срезаемого им слоя изменяется номинально от 0 доа_max (рис. 10.12,б). В действительности врезание зуба происходит с проскальзыванием, что увеличивает шероховатость обработанной поверхности и ускоряет износ зубьев фрезы. Фреза стремится оторвать заготовку от опоры, что требует усиленного её закрепления. К преимуществам этой схемы обработки, используемой при черновом фрезеровании, следует отнести плавное возрастание нагрузки на зуб, слабое воздействие на него литейной корки, окалины и других дефектов обрабатываемой поверхности.

При попутномфрезеровании, наиболее часто применяемом при чистовой обработке заготовок, главное движение зуба фрезы совпадает с движением подачи. Сечение срезаемого слоя уменьшается ота_max до 0.

Взависимости от расположения торцовой фрезы относительно заготовки при резании различаютсимметричное(рис. 10.12,в) иасимметричное(рис. 10.12,г) фрезерование.

Рис. 10.13. Схема устройства продольно-фрезерного (а)

и карусельно-фрезерного (б) станков

Из фрезерных станков наиболее широко распространёнными являются универсальные, довольно малой массы консольно-фрезерные станки;бесконсольно-фрезерные(см. рис. 10.7) являются более тяжелыми станками. По направлению движений фрезерные станки различаютпродольно-фрезерные(рис. 10.13,а),карусельно-фрезерные(рис. 10.13,б) ибарабанно-фрезерные.

У продольно-фрезерного станка (см. рис. 10.13, а) стол может иметь размеры от 320х1000 до 3600х12000 мм и перемещаться только в продольном направлении. По массе одностоечные станки этой разновидности относятся к средним, двухстоечные – к тяжелым, а отдельные модели – к уникальным. При наладке станка шпиндельные бабки 2 с горизонтальными шпинделями можно перемещать по стойкам 1 вверх и вниз, шпиндельные бабки с вертикальными шпинделями – влево и вправо по траверсе 4, а также вверх и вниз вместе с ней. Все эти движения проводятся механически. Кроме того, каждый шпиндель может выдвигаться из бабки, а сама шпиндельная бабка у ряда разновидностей продольно-фрезерных станков может поворачиваться в одну и другую сторону от своего среднего положения на угол до 30^о. Важными размерами, ограничивающими габариты заготовки, являются наибольшее и наименьшее расстояние А от торца вертикального шпинделя до плоскости стола 5, а также наибольшее и наименьшее расстояние Б между торцами горизонтальных шпинделей.

В карусельно-фрезерных (см. рис. 10.13, б) и барабанно-фрезерных станках рабочие столы диаметром до 2000 мм совершают круговое вращение, осуществляя тем самым круговую подачуS_К. Заготовки закрепляются в приспособлениях, установленных на плоскости круглого 6 или грани барабанного столов. Многие конструкции станков имеют два и более шпинделей 7, что позволяет вести одновременно обработку несколькими фрезами. Эти станки допускают производить загрузку и выгрузку заготовок без остановки медленно вращающейся карусели или барабана. Непрерывная работа делает эти станки высокопроизводительными, поэтому их широко применяют в серийном и массовом производстве.

К числу важнейших приспособлений при обработке заготовок на фрезерных станках относятся делительные головки(см. рис. 10.8). Они позволяют поворачивать установленную заготовку на любой угол или на любую часть окружности, медленно вращать её при фрезеровании винтовой канавки или равномерно поворачивать на заданный угол при нарезании зубьев на зубчатом колесе, поэтому широко применяются при изготовлении зубчатых (прямозубых, косозубых и конических) и червячных колёс, при нарезании червяков.

Точностные показатели заготовок, обработанных фрезерованием, изменяются в широких пределах [4] и определяются многими факторами. В среднем можно считать, что точность размера и шероховатость обработанной поверхности составляют:

при черновом фрезеровании 11 квалитет и R_z= 40-20 мкм;

при чистовом фрезеровании 9 квалитет и R_z= 20-6,3 мкм;

при тонком фрезеровании R_z= 6,3-3,2 мкм.