Обработка плоских поверхностей фрезерованием. Как выполняется фрезерование плоскостей
Фрезерование - это метод обработки поверхностей, основанный на поочередной работе зубьев фрезы. Существует огромное разнообразие инструментов в зависимости от их функционального назначения, обрабатываемых материалов, характеристик изготавливаемых деталей.
Особенности процесса
Процесс фрезерования, как и все существующие методы обработки материалов резанием, основан на главном и вспомогательном движениях. Первый - это вращение инструмента, а второй - подача его на рабочий ход.
Фрезерование поверхности обычно производится в несколько последовательных этапов:
- Черновое - первоначальное снятие объемной стружки с целью оформления необходимого общего профиля, имеет невысокий класс точности. Припуск на обработку (толщина снимаемого слоя с учетом всех дополнительных факторов) может составлять от 3 до 7 мм в зависимости от материала заготовки.
- Получистовое - второй этап зачистки намеченного фрезеровального объекта, стружка меньше, точность работ повышается и достигает 4-6-го классов.
- Чистовое - тщательная отделка обеспечивает высокое качество поверхности и контуров, высокую точность (6-8-й классы). Припуск должен составлять 0,5-1 мм.
Реализация каждого из этапов обработки имеет собственные отличительные требования к рабочим инструментам по характеру их конструкции, материалу, количеству и качеству режущих кромок. К примеру, приспособление для фрезерования, имеющее назначение черновой обработки, характеризуется крупными зубьями, в то время как чистовая фреза имеет мелкую многозубчатую структуру.
Виды фрезерных работ
Широкий диапазон существующих фрез позволяет проводить обработку материалов различной сложности и конфигурации, под любым углом. Все виды процессов можно разделить на несколько групп:
- Работа с плоскими поверхностями. Совершается черновая и чистовая зачистка необъемных плоскостей, имеющих горизонтальное, вертикальное или наклонное положение.
- Обработка объемных фасонных заготовок и деталей. Осуществляется объемная зачистка, придание объектам определенной формы.
- Разделение. Производится разделение деталей на несколько частей, отрезание излишнего материала.
- Модульная отделка. Основана на формировании необходимого профиля имеющейся заготовки, оформлении зубьев, фасонных углублений.
Для каждого отдельного метода чаще всего используется отдельное приспособление для фрезерования. Заготовки особой сложности обрабатываются с помощью комплекта из фрез. Так, фрезерование широких поверхностей осуществляется с использованием набора инструментов, которые имеют разнонаправленные винтовые зубья с целью уменьшения осевых сил.
Разновидности фрез в зависимости от назначения
Известно несколько классификационных признаков, по которым распределяются все известные фрезеровальные приспособления: по материалу, по типу ножей, по форме, в зависимости от направления рабочего хода. Основным параметром все же является назначение.
- Цилиндрические - обработка фрезерованием всех горизонтальных и вертикальных плоскостей.
- Торцевые - отделка всех плоскостей в любом положении.
- Концевые - работы разной сложности, возможность осуществления плоского, фасонного, модульного, художественного фрезерования.
- Угловые и фасонные - снятие стружки с боковых поверхностей заготовок, профильных объектов, зачистка конусообразных углублений.
- Отрезные, разрезные, шлицевые - разделение, нарезание зубцов на заготовках, формирование канавок.
Один и тот же тип инструментов может иметь отличия по диаметру, количеству ножей и их особенностям.
Конструкционные отличия фрез
Характеристики ножей и способы их закрепления являются важными параметрами, определяющими назначение фрезы, в частности, по качеству осуществляемой обработки.
- Цельные. Изготавливаются из инструментальной легированной и быстрорежущей сталей. Чаще всего - цилиндрические, дисковые, шлицевые, отрезные фрезы.
- Составные. Существует два варианта. В первом хвостовик из приварен к режущей головке - из инструментальной, реже - из твердого сплава. Во втором - быстрорежущие или твердосплавные ножи напаиваются на корпус приспособления. Применяются в торцевых и концевых фрезах.
- Сборные. Ножи, чаще всего твердосплавные, механически соединены с основным телом.
Цельные фрезы имеют большее количество зубьев, что позволяет осуществлять более точную обработку. Та же возможность имеется у составных инструментов, состоящих из твердосплавной головки и конструкционного хвостовика. Их недостатком является высокая степень износа. Чаще всего это оборудование задействовано в получистовых и чистовых этапах снятия стружки.
Сборные фрезы характеризуются высокой степенью стойкости к износу, прочностью, твердостью и остротой ножей, простотой точения и демонтажа. Однако количественно, в соотношении на одну головку, они значительно проигрывают. Такие преимущественно задействованы при черновой обработке.
Станки
Требующие выполнения фрезеровочные работы определяют необходимое оборудование, в том числе тип станка, на котором они будут производиться.
Горизонтально-фрезерные предназначены для обработки горизонтальных плоскостей и фасонных поверхностей, изготовления оформления некоторых профильных объектов. Их устройство обусловливает горизонтальное крепление инструмента, чаще всего цилиндрической, дисковой или торцевой фрезы.
Те же но с отличительными особенностями, позволяет выполнять вертикальный станок для фрезерования. Особенностью является вертикальное крепление инструмента и, следовательно, преимущественное использование торцевых, концевых и модульных фрез.
Универсальные фрезеровочные станки обладают дополнительными устройствами поворотности стола в 3 плоскостях, что позволяет работать с горизонтальными, вертикальными и фасонными поверхностями.
В серийном производстве деталей, имеющих одинаковый профиль, применяются копировальные фрезерные установки, позволяющие выполнять повторяющиеся узоры или углубления на плоскости с повышенной точностью.
Оборудованием будущего являются станки с ЧПУ. Они обеспечивают выполнение запрограммированного комплекса действий, преимущественно для художественного фрезерования или несерийного производства деталей. Применяются концевые, торцевые и модульные фрезы с различным количеством режущих кромок.
Фрезерование - это работа на специальном режущем станке, который обеспечивает рабочий ход инструмента и подачу заготовки.
Влияние режимов резания на результаты работ
Результаты определяет не только рационально подобранное оборудование. Их качество зависит от того, насколько правильно подобраны режимы фрезерования.
- Необходимо точно определить необходимый диаметр фрезы, ее конструкцию, материал, количество зубьев, установить соотношения между размерами инструмента и толщиной снимаемого слоя. Профессионалу важно стремиться к тому, чтобы необходимая толщина металла снималась за один проход.
- Размер инструмента определяет устанавливаемую скорость его вращения и, соответственно, скорость работ. Они задаются на станке путем установки частот вращения шпинделя - основополагающей оси для закрепления фрезы. Слишком медленные или слишком быстрые основные рабочие движения режущей головки приводят к низкому качеству обработки.
- Важным является подача. Существует разделение в этом цельном понятии. Первоначально определяется подача фрезы на один зуб. Она выбирается по справочникам в соответствии с используемым инструментом и типом рабочей поверхности. После определяется подача за один оборот и за минуту, соответственно.
Расчет фрезерования производится на основе информации о допустимых мощностях оборудования, типе обрабатываемой поверхности и выбранных инструментах. Существуют номинальные таблицы, наполненные требуемыми и контрольными значениями. Рациональный подбор и расчет основных параметров работы определяет ее качество.
Сопровождающие явления
Фрезерование - это процесс снятия стружки, который характеризуется повышенными тепловыми эффектами и механическими воздействиями, которые могут негативно отразиться на способностях инструментов и особенностях отделки. Некоторые явления, оказывающие влияние на результаты фрезеровочных работ:
- Налипание и усадка стружки. Слипание металла на режущей поверхности, прессование его портит процесс отделки и сами ножи. Это более актуально для мягких материалов.
- Наклеп. Повышение твердости, снижение прочности и пластичности поверхностного слоя детали - побочный эффект пластической деформации, снимаемый последующей термообработкой.
- Трение, повышение тепла в рабочей зоне, вибрация - факторы, снижающие работоспособность фрезы.
Для предотвращения побочных эффектов необходимо использовать дополнительные технологии и средства.
Защита обрабатываемых изделий и инструмента
Чтобы избежать или минимизировать негативные влияния процессов резания на инструмент и обрабатываемый материал, используются следующие приемы:
- Применение охладительных и смазывающих веществ и жидкостей, подача их непосредственно в зону фрезерной работы уменьшает трение, образование наклепа, налипание стружки, сохраняет длительный срок службы ножей.
- Предусмотренная система отвода стружки ликвидирует влияние усадки, а рациональный подбор режимов резания для особо мягких металлов предотвращает ее налипание.
- Вибрации возможно снижать за счет подбора передних и задних углов режущих кромок, нужных скоростей и использования виброгасителей.
Фрезерование с минимальными побочными процессами требует высокого профессионализма и опыта.
Фрезерование - это сложный комплексный процесс отделки разнообразных поверхностей, успешность которого определяется рациональным выбором оборудования, инструментов, режимов резания, смазочно-охладительных веществ и дополнительных приспособлений, повышающих качество работ.
ОБРАБОТКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Обработку плоских поверхностей режущим инструментом можно
производить на различных станках: строгальных, долбежных,
фрезерных, протяжных, карусельных, расточных, токарных и шабровочных; обработку абразивным инструментом - на шлифовальных станках
Наиболее широкое применение получили строгание, фрезерование, протягивание и шлифование.
1. Обработка плоских поверхностей строганием и долблением
Строгание производится на продольно- и поперечно строгальных станках (последние называются шепингами). При строгании на продольно-строгальных станках стол с закрепленной на нем деталью (или деталями) совершает возвратно – поступательнoe движение; подача в поперечном направлении придается резцу путем перемещения резцового суппорта, которое осуществляется прерывисто после каждого рабочего хода. Стружка снимается во время хода стола в одном направлении, т. е. рабочего хода, хотя обратный - холостой ход - совершается со скоростью, в 2-3 раза большей, чем скорость рабочего хода, тем не менее потеря времени при холостых ходах делает строгание менее производительным способом обработки, чем другие способы (например, фрезерование).
Рис. 1. Схема строгания плоскости.
Схема строгания плоскости представлена на рис.1. На поперечно-строгальных станках возвратно-поступательное движение имеет резец, который закреплен в суппорте ползуна. Обрабатываемая деталь, закрепляемая на столе станка, получает поперечную подачу благодаря прерывистому перемещению стола в поперечном направлении после каждого рабочего хода. Продольно-строгальные станки изготовляются одностоечными и двухстоечными, с одним, двумя и четырьмя суппортами. Одностоечные строгальные станки применяются для деталей, которые не помещаются полностью на столе, а свешиваются с него.
Продольно-строгальные и поперечно-строгальные станки широко применяются в единичном, мелко- и среднесерийном производстве вследствие их универсальности, простоты управления, достаточной точности обработки и меньшей цены по сравнению с фрезерными станками.
На долбежных станках, относящихся к классу строгальных, долбяк с закрепленным в нем резцом совершает возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости. Стол станка, на котором закрепляется обрабатываемая деталь, имеет движение подачи в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Долбежные станки применяются в единичном производстве для получения шпоночных канавок в отверстиях, а также для обработки квадратных, прямоугольных и других форм отверстий. Для этих работ в серийном и массовом производстве применяют протяжные станки.
Строгание, так же как и точение, разделяется на черновое и чистовое. Чистовое строгание производится с малой подачей или резцами с широким лезвием.
При строгании крупных литых и сварных деталей особенное значение имеет правильность закрепления их на столе станка. Необходимо избегать при закреплении деформации детали, так как в противном случае после окончания обработки и освобождения детали от прижимов она примет свою первоначальную форму и обработанная поверхность окажется искривленной.
Наличие внутренних напряжений в отливках сильно отражается на точности строгания. Когда при строгании удаляется поверхностный слой металла, равновесие внутренних напряжений нарушается и деталь деформируется. Для устранения или уменьшения внутренних напряжений стальные детали подвергают отжигу, а чугунные отливки – искусственному или естественному старению.
Основное время для строгальных работ на продольно-строгальных станках определяется также по основной формуле, причем значение равно длине обработки в направлении подачи. Так как в строгальных станках подача идет по направлению строгания, т. е. по ширине детали, то в этом случае будет обозначать ширину строгания, которая сложится из ширины строгаемой поверхности, врезания и боковых сходов резца; тогда эта формула примет вид:
,мин,
где ; - ширина строгаемой поверхности в мм; - врезание резца и; Ь 2 - боковые сходы резца в мм; i - число ходов; п - число двойных ходов стола в минуту; s - подача резца за один двойной ход стола в мм;
,
где р.х - скорость рабочего хода стола; L - длина хода стола, равная длине строгаемой поверхности 1 плюс подход 2 и перебег 3 в начале и конце рабочего хода в мм. . – отношение скорости рабочего хода стола к скорости холостого хода.
Тогда получим:
, мин,
врезание резца: ,мм,
где - глубина резания в мм;
- главный угол резца в плане; =0,5-2 мм
- подход при рабочей подаче. Боковые сходы b
2
=
2–5 мм.
Подход 2 и перебег 3 резца в продольном направлении, входящие в величину , принимаются:
Длина хода стола L в мм |
мм |
Если число двойных ходов стола для упрощения подсчетов принять по средней скорости хода стола (по отношению к скорости рабочего и холостого хода стола), что несколько менее точно, то: .
где - средняя скорость хода стола в м/мин.
Основное время для работ на поперечно-строгальных станках определяется также по формуле:. ,мин, Число двойных ходов п определяется по тем же формулам, что и для продольно-строгальных станков.
Подход и перебег резца в продольном направлении, входящие в величину L, принимаются для поперечно-строгальных станков по следующим данным:
Длина хода резца L в мм |
Сумма подхода и перебега резца ( 2 + 3) в мм |
Врезание резца = 2-5 мм.
2. Обработка плоских поверхностей фрезерованием
При фрезеровании поверхность обрабатывается не однолезвийным инструментом - резцом, как при строгании, а многолезвийным вращающимся инструментом - фрезой. Подача осуществляется путем перемещения обрабатываемой детали, закрепленной на столе станка. Фреза получает вращение от шпинделя станка.
Плоские поверхности можно фрезеровать торцовыми и цилиндрическими фрезами. Фрезерование торцовыми фрезами более производительно, чем цилиндрическими. Это объясняется тем, что при торцовом фрезеровании происходит одновременное резание металла несколькими зубьями, причем возможно применение фрез большого диаметра с большим числом зубьев.
Фрезерование цилиндрическими фрезами производится двумя способами. Первый способ - встречное фрезерование (рис. 2, а), когда вращение фрезы направлено против подачи; второй способ - попутное фрезерование (рис. 2, б), когда направление вращения фрезы совпадает с направлением подачи.
Рис. 2. Схемы фрезерования: a - встречное; б - попутное
При первом способе фрезерования толщина стружки постепенно увеличивается при резании металла каждым зубом фрезы, достигая величины а тах. Перед началом резания происходит небольшое проскальзывание режущей кромки зуба по поверхности резания, что вызывает наклеп обработанной поверхности и затупляет зубья.
При втором способе фрезерования толщина стружки постепенно уменьшаеся. Производительность может быть больше и качество обработанной поверхности лучше, чем при первом, но при втором фрезерования зуб фрезы захватывает металл сразу на полную глубину резания и, таким образом, резание происходит с ударами. Ввиду этого второй способ фрезерования можно применять только для работы на станках с большой жесткостью конструкции и устройством для устранения зазоров в механизмах подачи. По этой причин первый способ фрезерования применяется чаще, чем второй.
Фрезерные станки разделяются на следующие виды: 1) горизонтально-фрезерные, 2) вертикально-фрезерные, 3) универсально – фрезерныe, 4) продольно-фрезерные, 5) карусельно – фрезерцые, 6) барабанно – фрезерные и 7) специальные.
Фрезерные станки первых трех видов являются станками общего назначения и применяются во всех видах производства; остальные относятся к высокопроизводительным и применяются в серийном, преимущественно крупносерийном и массовом производстве. На горизонтально-фрезерных и вертикально-фрезерных станках можно устанавливать на стол станка 3 одну деталь 1 или несколько деталей рядами, обрабатывая их одновременно или последовательно (рис. 3) фрезами 2, закрепленными в приспособлении 4
Рис. 3. Фрезерование деталей, установленных рядами:1 - обрабатываемые детали; 2 - набор фрез; 3 - стол станка; 4 - приспособление.
Рис. 4. Производительные методы фрезерования:
1 и 2 - обрабатываемые детали; 3 - стол станка; 4 - поворотный стол
На рис. 4, а показано фрезерование деталей торцовой фрезой на вертикально-фрезерном станке так называемым методом маятниковой подачи (подача в обе стороны); при этом вспомогательное время затрачивается только на передвижение стола 3 на длину расстояния между деталями. Применение этого метода может значительно повысить производительность станка. Универсально-фрезерные станки в отличие от горизонтально-фрезерных имеют поворотный стол, которому можно придавать положение в горизонтальной плоскости под углом к оси шпинделя. Это дает возможность фрезеровать винтовые поверхности при использовании универсальной делительной головки.
Продольно-фрезерные станки бывают с горизонтальными и вертикальными шпинделями в различном сочетании: с одним горизонтальным или с одним вертикальным шпинделем; с двумя горизонтальными; с двумя горизонтальными и одним вертикальным; с двумя горизонтальными и двумя вертикальными. Такие станки бывают больших размеров (с ходом стола до 8 м, а иногда и более); их применяют для обработки крупных деталей - одновременно с двух или трех сторон.
На рис. 4, показано высокопроизводительное фрезерование на продольно-фрезерном (а) и горизонтально-фрезерном (б) станках с применением поворотного стола 4, благодаря которому смена обработанных деталей 1, 2 производится во время фрезерования; вспомогательное время затрачивается только на обратный отвод стола и поворот его, что не превышает 0,2-0,5 минуты на две детали.
Карусельно-фрезерные станки имеют круглые вращающиеся столы большого диаметра и один (рис. 5, а) или два (рис. 5, б)
вертикально расположенных шпинделя.
Рис. 5. Примеры фрезерования деталей на фрезерных станках.
карусельно-фрезерном с одним шпинделем; б - шпинделями; барабанно-фрезерном; 1 - фрезы; 2 - обрабатываемые детали; 3 - стол станка; 4 - барабан.
На этих станках обрабатываются плоские поверхности торцовыми фрезами. Детали устанавливают для обработки и снимают их по окончании обработки во время вращения стола; таким образом, детали обрабатываются непрерывно. Если на станке два шпинделя, то одним шпинделем производится черновая обработка, другим - чистовая (рис. 5, б). Такие станки применяют в крупносерийном и массовом производствах. -Барабанно-фрезерные станки служат для обработки параллельных плоскостей детали одновременно с двух сторон (рис. 5, в). Детали подлежащие обработке, устанавливают на барабан 4, который вращается внутри станины, имеющей портальную форму. Фрезы 1 помещены на расположенных с двух сторон четырехшпиндельных бабках, с каждой стороны по две. Одна фреза с каждой стороны производит черновое фрезерование, другая - чистовое. Нa этих станках детали устанавливают и снимают на ходу станка, таким образом, фрезерование идет непрерывно. Такие станки отличаются большой производительностью и применяются в крупносерийном и массовом производстве.
Фрезерные полуавтоматы и автоматы широко применяются в массовом производстве для фрезерования деталей малых размеров. Основное время при цилиндрическом и торцовом фрезеровании определяется по формуле:
Или ,мин,
где – расчетная длина обработки фрезой в мм; i - число ходов; – подача в мм/мин; s 2 - подача на зуб фрезы в мм; z - число
зубьев фрезы; п - число оборотов фрезы в минуту.
Величина врезания фрезы для цилиндрического фрезерования определяется (рис. 6 а) по формуле:
где t - глубина фрезерования в мм; D - диаметр фрезы в мм.
Рис. 6. Схемы фрезерования:
а - цилиндрической фрезой; б - торцовой фрезой
Для торцового симметричного фрезерования (рис. 6, б) величина врезания фрезы равна:
,мм,
Где b - ширина фрезерования в мм; - главный угол фрезы в плане.
Перебег фрезы п принимается равным 2-5 мм в зависимости от диаметра фрезы.
Основное время для фрезерования с круговой подачей стола определяется: ,мин. В крупносерийном и массовом производстве =l.
3. Обработка плоских поверхностей протягиванием
Протягивание наружных плоских поверхностей (как и фасонных) благодаря высокой производительности и низкой себестоимости обработки находит все большее применение в крупносерийном и массовом производстве; этот метод экономически выгоден, несмотря на высокую Себестоимость оборудования и инструмента. Многие операции вместо фрезерования выполняются посредством наружного протягивания. К числу таких операций относится протягивание пазов, канавок, плоскостей блоков двигателей и других деталей, зубьев шестерен и т. д. При обработке протягиванием наружных черных (предварительно не обработанных) поверхностей за один ход протяжки достигаются высокая точность и чистота поверхности. В процессе обработки каждый режущий зуб протяжки снимает слой металла, составляющий часть припуска, а калибрующие зубья зачищают поверхность, при этом они долго не теряют своей режущей способности и формы.
Рис. 7. Схемы плоских протяжек:а - обычные; 6, в, г - прогрессивные.
При обработке черных поверхностей поковок и отливок более целесообразно применять не обычные плоские протяжки (рис. 7, а), а прогрессивные (рис. 7, б, в, г). У обычных плоских протяжек каждый зуб снимает стружку по всей ширине обрабатываемой поверхности; поэтому при обработке черной поверхности, имеющей. корку, первые зубья протяжки быстро тупятся или выкрашиваются. У прогрессивных протяжек режущие зубья делают переменной ширины, постепенно увеличивающейся, и каждый режущий зуб срезает металл не по всей ширине обрабатываемой поверхности, а полосой, причем ширина этих полос с каждым зубом увеличивается, и только калибрующие зубья зачищают обрабатываемую поверхность, по всей ее ширине.
Для обработки наружным протягиванием широких плоскостей (более 50 мм) устанавливают несколько протяжек рядом.
Протягивание наружных поверхностей производится большей частью на вертикально-протяжных станках - полуавтоматах и автоматах. На рис. 8 показаны детали, поверхности которых обрабатываются наружным протягиванием (обрабатываемые поверхности обозначены буквой ).
Рис. 8. Детали, обрабатываемые протяжками
Применение наружного протягивания для обработки лысок на концах валика изображены на рис. 9, а. Одновременно обрабатываются два валика; каждый валик обрабатывается двумя протяжками. На рис. 9, б изображена схема протягивания крышки и головки шатуна автомобильного двигателя. Цилиндрическая поверхность крышки протягивается круглыми протяжками 1 и 3, которые по мере затупления одной половины повертываются на 180°, и в работу вступает другая половина. Протяжки 2 и 4 обрабатывают плоскости разъема крышки. Головка шатуна обрабатывается протяжками 5,6,7 и 8. Протяжки делают из трех секций по длине - обдирочной, получистовой и калибровочной. После износа калибровочная секция перетачивается и ставится на место полу чистовой, а полу чистовая - на место обдирочной.
В массовом производстве применяют высокопроизводительные протяжные станки непрерывного действия. Станки с цепным приводом имеют цепь, вращающуюся на звездочках (подобно гусенице тракторов), которая перемещает детали, закрепленные на ней; когда цепь двигает детали мимо протяжек, находящихся в верхней части станка, протяжки снимают стружку с оббатываемой поверхности.
Рис. 9. Схемы протягивания:
в - лысок на валиках; 6 - крышки и головки шатуна
Нa станках непрерывного действия с карусельным столом (рис. 10, а) или с барабаном (рис. 10, б), по окружности которых детали 1 располагаются в приспособлениях, стол или барабан при вращении перемещает детали мимо протяжек 2, которые обрабатывают поверхности деталей.
Рис. 10. Схемы работы станках для непрерывного протягивания с карусельным столом:
1 - обрабатываемые детали; 2 - протяжка
4. Обработка плоских поверхностей шлифованием
Шлифование плоских поверхностей применяется как для обдирочной, так и для черновой и чистовой обработки. Обдирочное шлифование плоскостей может быть предварительной или окончательной операцией, если не требуется большой точности и чистоты поверхности. Припуск для обдирочного шлифования должен быть значительно меньше, чем для фрезерования и строгания. При больших припусках обдирочное шлифование оказывается неэкономичным. Обдирочное шлифование плоскостей применяется в том случае, когда наличие твердой корки на поверхности детали или большая твердость материала затрудняют фрезерование или строгание. Оно применяется
также при обработке плоских поверхностей деталей с малой жесткостью.
Обдирочное шлифование применяется для чугунных отливок, поковок и сварных конструкций и реже - для стальных отливок.
Черновое и чистовое шлифование плоскостей производится для получения большой точности и чистоты поверхности, когда не представляется возможным строгание. Оно применяется достигнуть этого фрезерованием или строганием.
Круги больших диаметров для шлифования изготовляют составными из отдельных частей - брусков и сегментов, прикрепленных к металлическому диску (рис. 11). При работе такими кругами уменьшается выделение тепла, улучшается удаление пыли и мелкой стружки, образующихся при шлифовании, повышается безопасность шлифовальных работ.
Рис. 11. Составные шлифовальные круги
Чистовое шлифование плоскостей производится мелкозернистыми, большей частью цельными кругами. Шлифование производится торцовой частью круга и периферией круга. При шлифовании торцевой частью круга применяют круги чашечной или тарельчатой формы. При такой форме круга изнашивается только та часть его, которая находится в соприкосновении с обрабатываемой поверхностью, и поэтому отпадает необходимость править всю поверхность круга. Кроме того, при такой форме различие скоростей вращения отдельных точек торца круга меньше влияет на точность и качество обработки поверхности.
Шлифование торцом круга более производительно, чем шлифование
периферией, так как в процессе работы торцом круга большая площадь круга находится в соприкосновении с обрабатываемой поверхностью и большее количество абразивных зерен одновременно работает; к тому же этот способ шлифования обеспечивает достаточно высокую точность; в силу указанных
Шлифование периферией круга менее производительно, но с его помощью достигается более высокая точность, чем при шлифовании торцом круга, поэтому шлифование периферией круга применяют обычно для окончательной отделки деталей измерительных инструментов, приборов и др. Плоскошлифовальные станки изготовляются для обдирочного, чернового и чистового (точного) шлифования.
Станки для обдирочного шлифования бывают:
а) односторонние (для обработки с одной стороны) - с горизонтальным или вертикальным расположением шпинделя;
б) двусторонние (для обработки с двух сторон) - двухшпиндель-Кые с горизонтальным расположением шпинделей (рис. 12). Станки для чернового и чистового (точного) шлифования изготовляются:
причин этот способ шлифования является весьма распространенным.
Рис. 12. Схема расположения шпинделей у двусторонних станков для об
дирочного шлифования.
а) для работы торцовой частью круга с прямоугольным и круглым столом; последние бывают одношпиндельные и двухшпиндельные; на рис. 13 показана схема работы станка;
б) для работы периферией круга с прямоугольным и круглым столом.
Для шлифования пластин, торцов колец и подобных тонких деталей используют плоскошлифовальные станки с магнитным столом или с применением магнитных плит, дающие весьма чистую поверхность и высокую точность.
Магнитный стол
Рис. 13. Схема работы двухшпиндельного плоскошлифовального станка
Основное время для плоского шлифования торцом круга на станках карусельного типа (рис. 14, а) определяется по формуле: ,мин,
Где – припуск на сторону в мм; -вертикальная подача круга на один оборот стола в мм; п – число оборотов стола в минуту т – количество деталей, одновременно устанавливаемых на столе- k - коэффициент, учитывающий точность шлифования.
Рис.14. Схемы плоского шлифования.
Основное время для шлифования торцом круга на станках продольного типа (рис. 14,6 - ширина шлифуемой поверхности В я принимается в долях высоты круга.
Основное время для шлифования периферией круга на станках карусельного типа (рис. 14, г) определяется по формуле:
,мин.
5 Отделка плоских поверхностей абразивами и шабрением
Окончательная чистовая обработка плоских поверхностей - отделка - кроме шлифования может производиться с применением абразивов - доводкой, притиркой, полированием. Помимо этого, для окончательной чистовой обработки применяется шабрение. Отделка плоских поверхностей с применением абразивов производится аналогично отделке наружных цилиндрических поверхностей.
Шабрение плоских поверхностей можно выполнять с помощью шабера вручную или механическим способом.
Первый способ требует большой затраты времени и высокой квалификации исполнения, но обеспечивает сравнительно высокую точность.
Второй способ - механический - осуществляется при помощи специальных станков, на которых шабер получает возвратно-поступательное движение от электродвигателя небольшой мощности. Такой способ шабрения требует меньшей затраты времени, однако его нельзя использовать для шабрения сложных поверхностей и поэтому применение его ограничено. Первый способ имеет широкое расппространение.
Проверка плоскостности обрабатываемых поверхностей производится с помощью поверочных плит и линеек на краску (по числу пятен). Поверочная плита покрывается краской и при соприкосновении с шабреной поверхностью детали оставляет пятна краски на последней в местах соприкосновения.
Число пятен краски, приходящееся на квадрат обработанной поверхности размером 25X25 мм 2 , характеризует неровность поверхности. Так, для поверхности высокой точности (детали измерительных приборов и инструментов) число пятен должно быть 25-30; для поверхностей средней, обычной точности - 20-25 и для поверхностей пониженной точности - 12-20 пятен.
6. Особенности обработки плоскостей у крупных литых деталей сложной формы
При обработке крупных литых деталей сложной формы (например, станин металлорежущих станков или других подобных деталей) возникает вопрос о целесообразности применения строгания или фрезерования.
Прежде всего следует отметить, что при том и другом способе обработки чистовую обработку надо отделять от черновой, потому что станки более продолжительное время сохраняют точность на чистовой обработке и, кроме того, крупные литые детали после черновой обработки подвергаются естественному или искусственному старению. ни получается экономия времени. Однако в ряде случаев оказывается целесообразным такие детали не фрезеровать, а строгать.
Затраты на станки и инструмент, применяемые при строгании меньше, чем аналогичные затраты при фрезеровании (фрезерные станки изнашиваются значительно быстрее), но при строгании требуется высокая квалификация рабочих.
При строгании сила резания и нагрев обрабатываемых плоскостей значительно меньше, вследствие чего и деформация обрабатываемых деталей меньше, чем при фрезеровании. Эти преимущества имеют качение при чистовой обработке крупных деталей, тем более что при фрезеровании набором фрез оправки часто прогибаются, вследствие чего искажается профиль обрабатываемой поверхности, т. е. понижается точность обработки. Черновое фрезерование наборами фрез крупных литых деталей дает экономию времени только при большой партии деталей, так как наладка станка занимает много времени. Применение этого способа обработки ограничивается быстрым затуплением фрез, работающих по корке, а также трудностью заточки набора фрез, размеры которых должны быть точно выдержаны после переточки.
Значительно экономичнее способ фрезерования крупных литых деталей сложной фермы торцовыми фрезами. Стойкость инструмента здесь значительно выше, режимы резания более высокие и заточка торцовых фрез проще, чем наборных. Таким образом, фрезерование торцовыми фрезами имеет преимущества перед фрезерованием наборами фрез; по сравнению со строганием этот способ также экономичен, как менее трудоемок.
Из всего сказанного видно, что для черновой обработки выгодно применять фрезерование торцовыми фрезами, в особенности при большом объеме выпуска деталей, когда можно рационально использовать ммогошпиндельные станки.
На заводах тяжелого машиностроения для обработки широких и длинных плоскостей применяют фрезы больших диаметров. При использовании фрезы диаметром 700 мм и более на расточном станке она крепится на планшайбе станка болтами с гайками.
Горьковским заводом фрезерных станков изготовлены мощные фрезерные станки, работающие фрезами диаметром 2250 мм и снимающие припуск за один проход до 20 мм. Мощность электродвигателя станка 155 кВт, что позволяет добиться резкого сокращения основного времени при обработке плоскостей шириной до 2000 мм и повышения производительности труда в 5 - 7 раз.
Фрезерование – наиболее распространенный, продуктивный и популярный метод получения плоских прямолинейных поверхностей, хотя только ними не ограничиваются технологические возможности процесса фрезерования.
Протяженные плоские поверхности обрабатываются при помощи торцевых фрез. При этом желательно выполнения условия: длина обрабатываемой поверхности меньше диаметра фрезы.
Для обработки различного рода уступов (как правило, нешироких) используются цилиндрические двусторонние фрезы. Канавки и открытые пазы получаются применением дисковых фрез. Полуоткрытые пазы обрабатываются дисковыми и концевыми фрезами. Закрытый паз является наиболее трудоемким по своему исполнению и требует использования специальных шпоночных фрез на станках-полуавтоматах методом маятниковой подачи. Концевая фреза не используется в данном случае, поскольку не имеет возможности вертикального врезания. Одним из вариантов обработки закрытого паза концевой фрезой является предварительное засверливание отверстия, диаметром равного ширине паза, и начало обработки с него.
При помощи специального набора фрез обрабатываются Т-образные пазы под крепление станочных болтов: первый проход – обработка обычного вертикального паза концевой или дисковой фрезой, второй проход осуществляется специальной фрезой для Т-образных пазов, выполняя нижнюю широкую ступень.
Обработка прямолинейных поверхностей, расположенных под разными углами относительно друг друга, может вестись набором стандартных фрез: скажем, комплект из двух дисковых фрез, дисковой и цилиндрической, нескольких угловых фрез и так далее.
Фасонные специальные фрезы позволяют получать поверхности сложных профилей: закругленный паз, бочкообразный паз и т.д. Байонетные (винтовые) пазы на валах также обрабатываются концевыми фрезами при строгом совмещении поворота заготовки с движением инструмента (используется специальное приспособление или универсальная делительная головка). Большая резьба с крупным шагом и сложным профилем также может нарезаться на фрезерном оборудовании.
При любом виде фрезерования возможны две схемы обработки: встречное и попутное фрезерование.
Встречное фрезерование характеризуется изменением толщины среза от нуля до максимума. При этом одна из составляющих сил резания стремится оторвать заготовку от стола, что нарушает общую жесткость технологической системы. Но врезание, происходящее по нарастающей, уменьшает нагрузку и износ режущего инструмента.
Попутное фрезерование срезает припуск в динамике от максимума к нулю. Вертикальная составляющая силы резания прижимает заготовку к столу, тогда как горизонтальная – воздействует на пару винт-гайка в механизме перемещения стола станка. Подача может идти рывками, если зазор в передаче стола достаточно велик. Инструмент работает с удара на врезании, что отрицательно сказывается на его состоянии. Шероховатость повышена по сравнению с встречным фрезерованием.
Вышеуказанное актуально как к цилиндрическим, так и к дисковым фрезам. Торцовая фреза использует обе схемы, в зависимости от установки инструмента относительно поверхности перед началом обработки.
Черновое фрезерование позволяет получить 12-ый квалитет точности и шероховатость Rа 6,3 микрометров, чистовое – 9-ый квалитет точности и шероховатость Rа 3,2 микрометра, тонкое фрезерование обеспечит точность вплоть до 6-ого квалитета и параметр чистоты поверхности Ra 1,25..0,63 микрометра.
ОБРАБОТКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ЛЕКЦИЯ № 18
Процесс фрезерования основан на сочетании главного движения – вращения фрезы и поступательного движения - перемещения заготовки. При фрезеровании используют специальное оборудование и технологическую оснастку.
По классификации металлорежущего оборудования фрезерные станки относятся к шестой группе, которая разделяется на десять типов. Нулевой тип – резервный, к первому относят вертикально-фрезерные консольные станки, ко второму типу – копировальные и гравировальные, к пятому - вертикально-фрезерные бесконсольные, к шестому – продольные, к седьмому – консольные широкоуниверсальные, к восьмому – горизонтально-фрезерные консольные, к девятому – разные.
Обычно фрезерование предполагает относительно большие силы резания, резко изменяющиеся по величине, поэтому к жесткости оборудования предъявляют повышенные требования.
На фрезерных станках можно обрабатывать плоскости и тела вращения, резьбы, фасонные криволинейные, винтовые поверхности, прорезать, отрезать заготовки, подрезать торцы, и выполнять различные другие операции различной сложности.
Существуют понятия разрезание, отрезание, прорезание и подрезание заготовок. Разрезают обычно прокат, (абразивными кругами, ножовками) на фрезерно-отрезных станках, разрезку проводят дисковыми пилами, оснащенными твердосплавными пластинами.
Затем от частей, разрезанного проката на универсально-фрезерных станках, отрезают заготовки нужного размера для конкретных деталей. В этих заготовках прорезают канавки, пазы и др.
Для этих операций при фрезеровании используют прорезные и отрезные фрезы. Уступы, пазы и проушины обрабатывают дисковыми или кольцевыми фрезами.
Подрезание торцов заготовок (валов) обычно сопровождается их зацентровкой на фрезерно-центровальных станках, позволяющих при одном ус- танове произвести обработку торцов и зацентровку.
Продольные фрезерно-расточные станки предназначены для фрезерования, расточки, сверления, резьбо-нарезания и других работ. Фрезерные станки позволяют, в частности, проводить последовательную обработку отверстий, резьбового профиля, торцевых поверхностей и канавок.
Различают консольные и бесконсольные станки.
У консольных станков стол расположен на подъемном кронштейне (консоли), а у бесконсольных, стол перемещается на неподвижной станине.
К оборудованию непрерывного действия относятся карусельные и барабанные станки.
а б в |
Рис. 18.1. Схемы обработки заготовок на продольно-фрезерных станках
Вертикально-фрезерные, горизонтально-фрезерные и продольно-фрезерные станки можно отнести к универсальному оборудованию; шлице-фре- зерные, карусельно-фрезерные, копировально-фрезерные – к специализированному оборудованию.
Фрезерные станки с ЧПУ обычно оснащены дискретной системой, которая задает размеры по координатам в пределах 0,01 мм и инструментальным магазином с 6-24 инструментами.
Станки с ЧПУ изготавливают с вертикальным и горизонтальным расположением шпинделя, консольные и бесконсольные – с одновременным уп-равлением по трем координатам.
На фрезерных станках с ЧПУ обработку можно вести как при попутной, так и при встречной подаче. Автоматическая смена инструмента и изменение скорости вращения шпинделя, наличие возможностей наряду с фрезерованием проводить сверление, зенкерование, развертывание и растачивание значительно расширяют технологические возможности таких станков.
Основой технологической оснасткой является инструмент.
Фреза – лезвийный инструмент с вращательным главным движением резания без изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с одним движением подачи, направление которого совпадает с осью вращения.
По технологическому признаку фрезы разделяют для обработки плоскостей, шлицев, шпонок, зубчатых, резьбовых, фасонных поверхностей, тел вращения и др.
По конструктивным признакам фрезы отличаются расположением зубьев (торцевые, дисковые, угловые и др.), т. е. режущие зубья могут быть расположены на цилиндрической или торцевой поверхности фрезы; направлением зубьев (прямые, наклонные, винтовые и др.); конструкцией зубьев (острозаточенные, затылованные); конструкцией корпуса (цельные, сборные и др.); способом крепления (насадные, концевые и др.) и материалом режущей части фрезы.
Большое распространение получили концевые фрезы, обладающие широкими технологическими возможностями. Они могут иметь сложную форму рабочего профиля, что позволяет обрабатывать ими различные поверх-
ности (рис. 18.2). Форма рабочей поверхности концевых борфрез бывает цилиндрической (рис. 18.2, а, б, в), цилиндрической закругленной (рис. 18.2, г), шаровой (рис. 18.2, д), конической (рис. 18.2, е, ж, з), факелообразной закругленной (рис. 18.2, и), факелообразной острой (рис. 18.2, к) и овальной (рис. 18.2, л, м).
Названные фрезы выполняют как со стружколомами, так и без них. Угол заострения конических фрез в большинстве случаев составляет 14°, 25°, 30°, 45°, 60° или 90°.
Концевые борфрезы обычно применяют при обработке плоских поверхностей, галтелей, непрямолинейных сварных швов, фасок, сложных профилей и криволинейных профилей в сложнодоступных местах.
Рис. 18.2. Формы рабочего профиля концевых фрез
При снятии больших припусков, а, следовательно, повышении нагрузок на инструмент применение борфрез нецелесообразно, в этом случае исполь-
зуют цельные или сборные концевые фрезы. Концевые фрезы можно изготавливать целиком из быстрорежущей стали или из твердого сплава, с напайными винтовыми или закругленными пластинами. Такие фрезы могут работать с подачей в радиальном или осевом и радиальном направлениях. Широкое применение приобретают концевые фрезы с механическим креплением неперетачиваемых пластин, например, для снятия фасок. Твердо-
сплавные неперетачиваемые пластины на концевых фрезах могут иметь различную форму, например круглую или закругленную, такие фрезы целесообразно использовать для работы по копиру.
Режущие элементы дисковых фрез расположены на внешней цилиндрической поверхности или торцевых поверхностях. Они предназначены для обработки канавок, пазов и других углублений (рис. 18.3).
Рис. 18.3.Схемы дисковых трехсторонних фрез:
а – прямозубая фреза; б- фреза с разнонаправленными зубьями;
в - обработка паза фрезой с разнонаправленными зубьями
Выпускают односторонние, двусторонние и трехсторонние дисковые фрезы, т. е. режущие кромки на них располагаются соответственно только на цилиндрической (односторонние), на цилиндрической части и на, одном из торцов (двусторонние), на цилиндрической части и обоих торцах (трехсторонние). Твердосплавные режущие элементы закрепляются в корпусе фрезы механическим способом.
Обработку поверхностей фрезерованием проводят не только на специальных фрезерных станках, но и на других видах оборудования.
Торцевое фрезерование в основном обеспечивает многостороннюю обработку плоскостей корпусных заготовок. В торцевых фрезах соотношение рабочего диаметра к его длине равно 4:6. Стандартные фрезы имеют диаметр от 60 до 600 мм, что позволяет проводить обработку значительных по ширине плоскостей заготовок за одни проход.
Торцевые фрезерные головки изготавливают со смежными режущими элементами из быстрорежущей стали, твердого сплава или минералокерамики. Крепление режущих элементов осуществляется различными способами. Наиболее простое и надежное крепление обеспечивается при установке неперетачиваемых пластин. Принципиальным отличием способов крепления можно считать наличие или отсутствие системы регулирования положения режущих элементов на корпусе инструмента (рис. 18.4, а). Нерегулируемые системы режущих элементов выполняют по модульному принципу (рис. 18.4, б).
Современное машиностроительное производство требует высокой производительности и хорошего качества обработки при снижении количества операций. Это можно достигнуть применением комбинированного инструмента (например, фреза – зенкер).
В то же время необходимо уменьшать время на наладку инструмента, что достигается путем обработки заготовок набором фрез, и позволяет обеспечить допуск на заданную ширину обработки в пределах ±0,025 мм.
Конструкция механического крепления пластин должна обеспечивать высокую точность и долговечность корпуса, жесткое и беззазорное крепление пластин, создавая условия беспрепятственного схода стружки, легкую и быструю их смену.
Рис. 18.4. Схемы крепления неперетачиваемых пластин на насадной торцевой фрезе:
а - схема регулируемой конструкции; б - модульной конструкции
При оценке процесса фрезерования требуется учитывать направление вращения фрезы и подачи, распределение усилий резания и режимов обработки. Торцевые фрезы с винтовыми твердосплавными механически жестко закрепленными четырехгранными неперетачиваемыми пластинами обеспечивают фрезерование чугуна со скоростью 1 ...2 м/с и подачей от 1 до 0,6 мм/зуб.
В последнее время все более широкое применение находит процесс вихревого фрезерования валов и резьб. При вихревом фрезеровании инструмент устанавливается в кольцеобразной державке, которая закрепляется в специальном роторном устройстве и совершает вращательное движение. Режущие кромки инструмента направлены внутрь державки. Подача может производиться параллельно оси вращения вихревого контура, в радиальном направлении и по окружности. Обычно подача осуществляется в радиальном направлении.
Применение дисковых фрез, оснащенных твердосплавными пластинами, не имеет принципиальных отличий по конструкции от обычного инструмента (кроме того, что режущие кромки инструмента направлены внутрь). При изготовлении коленчатых валов вместо токарной обработки перед шлифованием возможно применение вихревого фрезерования коренных и шатунных шеек.
При круглом наружном фрезеровании фреза имеет форму диска диаметром 600... 1100 мм, на котором по внешней стороне размещены твердосплавные неперетачиваемые пластины. При обработке шейки коленчатого вала фреза, вращаясь, подается до момента достижения заданного размера, затем начинает вращаться вал, за одни оборот которого происходит фрезерование его шейки (рис. 18.5). Главное движение совершает фреза.
При вихревом (внутреннем, охватывающем) фрезеровании фреза тоже имеет форму кольца (диска), но режущие твердосплавные пластины расположены внутри диска, наружный диаметр которого равен 800... 1000 мм. В этом случае зубья фрезы располагаются на внутренней поверхности ее корпуса.
Следует учитывать, что профиль фрезы соответствует негативной форме шейки коленчатого вала, следовательно, этот инструмент может быть использован для конкретного размера вала. При вихревом фрезеровании вал не
Рис. 18.5. Схема наружного фрезерования Рис. 18.6.Схема вихревого фрезерования
вала: 1 - обрабатываемая шейка вала; вала: 1 – фреза; 2 – обрабатываемая шейка
2 - фреза вала
вращается и главное (вращательное) движение выполняет инструмент (рис. 18.6).
Во время обработки фреза эксцентрично вращается, совершая планетарное движение вокруг неподвижной шейки вала. Вихревое фрезерование по
сравнению с наружным имеет большую производительность, обеспечивает плавность работы и стойкость инструмента.
Фрезерование цилиндрическими фрезами можно выполнять в условиях, когда их вращение и направление подачи совпадают (попутное фрезерование). В этом случае толщина срезаемого слоя постепенно уменьшается от h max до нуля (рис. 18.7, а). Если фреза вращается против направления подачи (встречное фрезерование), то толщина среза увеличивается от нуля до h max (рис. 18.7, б).
При фрезеровании большое влияние на точность обработки оказывают силы резания. При работе прямозубой цилиндрической фрезой равнодейcт- вующую силу резания R можно разложить на окружную (тангенциальную) Р: и радиальную Р у составляющие. Окружная сила оказывает влияние на эффективную мощность резания. Радиальная составляющая отжимает фрезу от заготовки.
Рис. 18.7. Схемы резания при цилиндрическом фрезеровании:
а - попутное фрезерование; б - встречное фрезерование
Равнодействующую силу R можно разложить также на две взаимно-перпендикулярные составляющие - горизонтальную P h и вертикальную Р v .
Горизонтальная составляющая сила оказывает влияние на механизм крепления заготовки и подачи стола. При встречном фрезеровании она наоборот стремится отжать (приподнять) заготовку и стол станка (рис. 18.7, б). При попутном фрезеровании вертикальная составляющая сила прижимает заготовку и стол к направляющим станка (рис. 18.7, а).
Одной из особенностей фрезерования является то, что зуб фрезы воспринимает ударную нагрузку, срезает неравномерный слой стружки, находясь в контакте с обрабатываемой заготовкой сотые доли секунды. Необходимо создавать условия резания такими, чтобы в работе находилось одновременно несколько зубьев, тогда вход и выход зубьев не будет сопровождаться значительными колебаниями усилий резания, что позволит повысить качество обработанной поверхности и стойкость инструмента. Винтовое расположение зубьев способствует обеспечению равномерной и более плавной работы фрезы.
Цилиндрические фрезы применяют для обработки плоскостей. Зубья цилиндрической фрезы располагают по винтовой линии с определенным углом наклона винтовой канавки со.
Цилиндрические фрезы изготовляют по ГОСТ 3752-71 с мелкими зубьями и с крупными зубьями, со вставными ножами по ГОСТ 9926-61 и со вставными ножами составные. Фрезы, оснащенные винтовыми пластинками твердого сплава, изготовляют по ГОСТ 8721 - 69.
Основными размерами цилиндрических фрез являются длина фрезы L, диаметр фрезы Д диаметр отверстия d, число зубьев z.
Цилиндрические фрезы изготовляют из быстрорежущей стали, а также оснащают пластинками твердых сплавов. Изготовление цилиндрических фрез со вставными ножами (зубьями) позволяет более экономно использовать дорогостоящий инструментальный материал.
По направлению вращения фрезы делят на право- и леворежущие. Праворежущими называют такие фрезы, которые при работе должны вращаться по часовой стрелке, если на фрезу смотреть со стороны заднего конца шпинделя (или против часовой стрелки, если смотреть со стороны подвески-серьги). Леворежущими фрезами называют такие фрезы, которые при работе должны вращаться против часовой стрелки, если смотреть со стороны заднего конца шпинделя (или по часовой стрелке, если смотреть со стороны подвески).
Если смотреть на фрезу со стороны подвески, то праворежущая фреза отбрасывает стружку вправо, а леворежущая - влево.
Цилиндрические фрезы в зависимости от того, какой стороной они установлены на оправке, могут быть использованы и как праворежущие, и как леворежущие. Направление резания можно изменить, перевернув фрезу на оправке.
Выбор типа и размера цилиндрической фрезы
Выбор типа и размера фрезы зависит от данных конкретных условий обработки (размеры обрабатываемой заготовки, марка обрабатываемого материала, величины припуска на обработку и др.).
Фрезы с крупным зубом применяют для черновой и получистовой обработки плоскостей, фрезы с мелким зубом - для получистовой и чистовой обработки.
Рис. 31. Номограмма для выбора оптимального типоразмера цельных цилиндрических фрез
На рис. 31 приведена номограмма для выбора оптимального размера цельных цилиндрических фрез с мелкими и крупными зубьями для заданных условий обработки. На рис. 31 приняты следующие обозначения материалов:
Т - труднообрабатываемые материалы (нержавеющая жаропрочная сталь и др.);
С - материалы средней трудности обработки (конструкционная сталь, серый чугун и др.);
Л - легкообрабатываемые материалы (медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы и др.);
I - черновая обработка;
II - чистовая обработка.
Порядок пользования номограммой поясним на примере. Требуется определить размеры цельной цилиндрической фрезы при черновом фрезеровании заготовки из стали 45 (σ в = 75 кГ/мм 2), ширина фрезерования В = 15 мм, глубина резания t = 5 мм.
1. Определяем длину фрезы. Длина фрезы должна быть больше ширины обрабатываемой заготовки. В правой верхней части номограммы по оси абсцисс даны две шкалы: нижняя, по которой откладывается ширина фрезерования В, и верхняя, по которой отложены стандартные значения длины цилиндрических фрез, соответствующие различным значениям ширины фрезерования. Так, для нашего случая для ширины В = 75 мм ближайшая длина фрезы L = 80 мм.
2. Далее необходимо определить диаметр отверстия фрезы (или диаметр оправки). Из точки, соответствующей L = 80 мм, проводим вертикальную линию до пересечения с наклонной линией, соответствующей условиям обработки - С-I (черновая обработка материала средней трудности обрабатываемости). Из полученной точки проводим горизонтальную линию до пересечения с осью d (диаметр оправки). Точка пересечения находится ближе к d - 40 мм. Поэтому выбираем фрезу с диаметром отверстия d = 40 мм.
3. Определяем диаметр фрезы. Из точки, соответствующей d = 40 мм, проводим горизонтальную линию до пересечения с наклонной линией I (черновая обработка). Из полученной таким путем точки проводим вертикальную линию вниз до пересечения с осью D - диаметр фрезы. Как видно из графика, ближайший диаметр фрезы равен 100 мм.
4. Находим число зубьев фрезы. Из точки, соответствующей D = 100 мм, проводим вертикальную линию вниз до пересечения с линией, соответствующей заданным условиям обработки С-Ь Из точки пересечения указанных линий проводим горизонтальную линию до пересечения с осью z (число зубьев фрезы) - нижняя левая часть номограммы. Эта точка находится между z = 12 и z = 14. Принимаем z = 12, так как фрезы полученных параметров с z = 14 по стандарту нет. Таким образом, искомые параметры фрезы: цилиндрическая фреза с крупными зубьями L = 80 мм, D =100 мм, d = 40 мм, z = 12.
Для заданных условий фрезерования определяем по справочникам технолога оптимальные геометрические параметры фрезы: γ = 15°, α = 5°.
На рис. 32 приведена номограмма, по которой можно произвести выбор оптимального типоразмера цилиндрических фрез со вставными ножами.
Рис. 32. Номограмма для выбора оптимального типоразмера цилиндрических фрез со вставными ножами
Наладка и настройка
фрезерного станка для
выполнения различных работ
Наладка - подготовка технологического оборудования и оснастки к выполнению определенной технологической операции (установка оправки на станке; установка фрезы и установочных колец на оправке; проверка биения фрезы; установка приспособления на станке; выверка заготовки относительно инструмента; расстановка упоров, ограничивающих ход стола и др.).
Настройка фрезерного станка заключается в установлении требуемого числа оборотов шпинделя станка, заданной минутной подачи и глубины фрезерования.
Установка и закрепление фрезы . После того как выбран оптимальный для данных условий обработки типоразмер цилиндрической фрезы, производят ее установку и закрепление. В соответствии с размером диаметра отверстия фрезы выбирают необходимый диаметр оправки.
На отечественных заводах применяются оправки стандартных диаметров: 16, 22, 27, 32, 40, 50 и 60 мм. На рис. 33 показана фрезерная оправка 3 для крепления цилиндрической или дисковой фрез или набора фрез с установочными кольцами 5.
Рис. 33. Оправка для закрепления фрез
Фрезерная оправка ставится в конус шпинделя и затягивается шомполом 7. На оправку надевают установочные (проставные) кольца и на требуемом расстоянии от торца шпинделя - фрезу 4. Затем снова надевается ряд колец и конусная втулка 8 под серьгу с учетом желаемого удаления серьги от фрезы. Набор колец с фрезой (или набором фрез) и конусной втулкой затягивается на оправке гайкой 1. После этого серьга подвигается на конусную втулку оправки до отказа и крепится на хоботе гайки 2. Хобот также должен быть закреплен на станине гайками 6. При тяжелых работах устанавливается вторая серьга, для чего в набор включается и вторая конусная втулка.
Для расположения одной или нескольких фрез на оправке пользуются установочными кольцами двух типов различной ширины (рис. 34, а, б).
Рис. 34. Установочные кольца
Нормальный набор установочных колец, прилагаемых к фрезерному станку, состоит и * колец шириной от 1 до 50 мм; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 3,0; 5,0; 8,0;10; 15. 20; 30; 40 и 50 мм.
Когда устанавливают на оправке одну фрезу, ее желательно располагать ближе к шпинделю станка, так как в этом положении прогиб оправки будет минимальным. Требуемое расположение фрезы относительно обрабатываемой заготовки при этом достигается соответствующей установкой стола в поперечном направлении.
Если невозможно установить фрезу вблизи шпинделя, рекомендуется применять дополнительную подвесную серьгу 1 (рис. 35). Если на оправке должно быть установлено несколько фрез, не имеющих торцового кантакта, то правильность их взаимного расположения достигается набором промежуточных колец 2, которые устанавливают между ними.
Рис. 35.
Порядок установки и закрепления фрезы
1. Выдвинуть хобот станка поворотом торцового ключа, предварительно отвернув стопорящие винты (рис. 36).
Рис. 36. Выдвижение хобота и снятие серьги
2. Снять серьгу, предварительно отвернув винт.
3. Вставить оправку концческим концом в отверстие шпинделя, совместить пазы во фланце оправки с сухарями на конце шпинделя и закрепить оправку шомполом. Конический хвостик оправки должен плотно входить в коническое отверстие шпинделя. Поэтому необходимо оберегать конический хвостик оправки и гнездо в шпинделе от забоин, тщательно очищать их от пыли перед закреплением.
4. Надеть на оправку подобранные установочные кольца и фрезу. Обратить внимание на соответствие направления вращения шпинделя станка направлению винтовых канавок фрезы
Следует запомнить, что надо выбирать обязательно схемы с разноименными направлениями винтовых канавок фрезы и направлением вращения шпинделя.
При работе на горизонтально-фрезерных станках следует применять цилиндрические фрезы с левым направлением винтовых канавок при правом вращении фрезы или с правым направлением винтовых канавок при левом направлении вращения фрезы. Это объясняется тем, что в случаях с разноименным направлением винтовых канавок фрезы и направлением ее вращения осевая составляющая силы резания Рх направлена в сторону шпинделя, т. е. более жесткой опоры. При этом она будет вдавливать оправку в отверстие шпинделя, а не вытягивать фрезу с оправкой из гнезда шпинделя и давить на менее жесткую опору - серьгу. Теперь возвратимся к установке и закреплению фрезы. После того как надели на оправку установочные кольца и фрезу, далее следует надеть на оправку остальные установочные кольца и затянуть гайку на конце оправки. При этом надо следить за тем, чтобы гайка не закрывала шейки оправки, которая входит в подшипник серьги.
5. Установить серьгу так, чтобы конец оправки (шейка) вошел в подшипник серьги (рис. 37, а).
Рис. 37. Закрепление фрезы на оправке
6. Закрепить фрезу на оправке, затянув ключом гайку (рис. 37, 6).
7. Закрепить хобот и смазать подшипник серьги.
8. Проверить биение фрезы и оправки, которое должно соответствовать существующим нормам. Для проверки биения оправки и фрезы следует пользоваться индикатором со штативом.
Проверка биения фрезы
Для проверки биения фрезы применяют прибор, показанный на рис. 38. Радиальное биение режущих кромок относительно отверстия для фрез диаметром до 100 мм не должно превышать 0,02 мм для двух смежных зубьев и 0,04 для двух противоположных зубьев. Биение опорных торцов при проверке на оправке 0,02 мм для фрез длиной до 50 мм и 0,03 мм для фрез длиной более 50 мм.
Рис. 38. Прибор для проверки фрез на биение
Радиальное биение двух смежных зубьев фрез диаметром от 100 до 125 мм не более 0,02 мм, а фрезы - не более 0,05 мм; для фрез диаметром свыше 125 мм - соответственно 0,03 мм и 0,08 мм.
Применение упоров . Фрезерные станки снабжены устройствами для автоматизации рабочего цикла, которые позволяют настроить станок на быстрый подвод стола, переключение его на рабочую подачу и останов в конечном положении. На рис. 39 показана расстановка упоров, ограничивающих продольный ход стола широкоуниверсального станка 6Р82Ш. Упорные кулачки 7 и 2 устанавливают и закрепляют в боковом продольном пазу стола, в положении, соответствующем началу и окончанию рабочего хода стола, в зависимости от требуемой длины фрезерования. После включения вправо рычагом 3 механической подачи стол с обрабатываемой заготовкой начинает перемещаться слева направо до тех пор, пока кулачок 1 не упрется в выступ рычага 3 и не поставит его в среднее положение, выключив тем самым механическую подачу.
Рис. 39. Растановка упоров для автоматического выключения продольной подачи
После поворота рычага 3 влево стол получит автоматическую подачу справа налево и будет перемещаться до тех пор, пока кулачок 2 не упрется в выступ на рычаге 3 и не поставит его в среднее положение, выключив механическую подачу. Подобные устройства применяют во фрезерных станках для ограничения и автоматического выключения поперечной и вертикальной подачи. В тех случаях, когда по условиям обработки не требуется автоматическое выключение подачи стола, кулачки устанавливают и закрепляют в крайних рабочих положениях стола.
Подача смазочно-охлаждающей жидкости . Следует подобрать для данных условий обработки соответствующую СОЖ (см. § 7) и убедиться в надежности работы системы подачи жидкости.
Выбор режимов фрезерования . Выбрать режимы фрезерования означает, что для заданных условий обработки (материал и марка заготовки, ее профиль и размер) выбрать оптимальный тип и размер фрезы, марку материала фрезы и геометрические параметры режущей части, а также оптимальные параметры режимов фрезерования: ширина фрезерования, глубина фрезерования, подача на зуб, скорость резания, число оборотов шпинделя, минутная подача, эффективная мощность фрезерования и машинное время.
В гл. IX подробно разобран вопрос об установлении режимов фрезерования. Здесь ограничимся лишь некоторыми сведениями по этому вопросу(в серийном производстве все данные для выбора фрезы и режимов фрезерования указывают в операционных технологических картах).
Выбор типа и размера цилиндрических фрез и их геометрических параметров разобран ранее. Режим резания определяют по таблицам, которые приведены в справочниках фрезеровщика, технолога, нормировщика или в справочниках по режимам резания. Ширину фрезерования, как правило, не выбирают, так как она зависит от размеров заготовки детали. Глубина чернового фрезерования зависит от припуска на обработку и мощности электродвигателя станка. Припуск на обработку желательно снять за один проход. При чистовом фрезеровании глубина резания не превышает 1-2 мм.
Подача на зуб фрезы выбирается в зависимости от характера обработки (черновое или чистовое фрезерование). При черновом фрезеровании подача на зуб больше, чем при чистовом, так как чем меньше подача на зуб, тем выше класс шероховатости обработанной поверхности.
По выбранным значениям глубины, ширины фрезерования и подачи на зуб определяют скорость резания. Разберем подробно настройку горизонтально-фрезерного станка 6Р82 на случай чернового фрезерования заготовки из стали 45 (σ в 75 кГ/мм 2), ширина фрезерования В 15 мм, глубина резания t 5 мм. В данном примере выберем типоразмер цилиндрической фрезы со вставными ножами, а не цельной.
Решение . По номограмме (см. рис. 32) определяем типоразмер цилиндрической фрезы со вставными ножами. Решение примера на рис. 32 показано стрелками. Для ширины фрезерования В = 15 мм ближайший размер длины фрезы равен 100 мм. Из точки с отметкой L = 100 мм проводим вертикальную прямую до пересечения с линией С-I (черновая обработка, материал средней трудности обработки). Далее из полученной точки проводим горизонтальную линию до пересечения с осью d (диаметр оправки). Ближайший размер оправки d = 40 мм. Из точки с отметкой d = 40 мм проводим горизонтальную прямую до пересечения с линией I (черновая обработка). Затем из полученной точки проводим вниз вертикальную линию до пересечения с осью, на которой обозначен диаметр фрезы D. Получаем промежуточное значение диаметра фрезы (между 90 и 110 мм). Из точки, соответствующей выбранному диаметру, например 110 мм, проводим вертикальную линию до пересечения с линией С-I. Из полученной точки проводим горизонтальную линию до пересечения с линией z (число зубьев фрезы). Таким образом, для данного случая оптимальные размеры фрезы будут: L = 100 мм, d = 40 мм, D = 90 мм, z = 8 или L = 100 мм, d = 40 мм, D = 110 мм, z = 10.
Предпочтительнее взять второй вариант, так как здесь z=10, а не 8, как в первом случае. Теперь для заданного обрабатываемого материала и материала режущей части фрезы Р6М5 находим по таблицам оптимальные геометрические параметры режущей части γ = 15°, α = 8°.
В порядке, указанном ранее, определяем режим резания по таблицам. Для фрез со вставными ножами и крупным зубом подача на зуб задается в пределах 0,05-0,4 мм/зуб. Примем подачу на зуб S z 0,02 мм/зуб. Скорость резания при обработке стали этими фрезами назначается в пределах 35-55 м/мин. Для нашего случая v = 42 м/мин.
Для определения числа оборотов шпинделя по заданной скорости резания и выбранному диаметру фрезы можно воспользоваться графиком (рис. 40). Из точки, соответствующей принятой скорости резания, проводят горизонтальную линию, а из точки с отметкой выбранного диаметра фрезы - вертикальную. В точке пересечения указанных линий определяют ближайшую ступень чисел оборотов фрезы, имеющихся на данном станке. Так, например, в нашем примере число оборотов шпинделя при фрезеровании цилиндрической фрезой диаметром D = 110 мм при скорости резания 42 м/мин согласно графику будет равно 125 об/мин.
Рис. 40. График выбора числа оборотов фрезы
Искомое число оборотов обычно находится между двумя соседними значениями чисел оборотов шпинделя. В таких случаях выбирают ближайшую ступень чисел оборотов к найденному значению по графику (рис. 40).
Численное значение минутной подачи и соответственно выбор имеющейся на данном станке величины S м можно определить без подсчета, пользуясь графиком (рис. 41).
Рис. 41. График выбора минутной подачи
Для нашего примера определим минутную подачу при фрезеровании фрезой с числом зубьев z = 10, при s z = 0,2 мм/зуб и n = 125 об/мин. Из точки, соответствующей подаче на зуб, s z = 0,2 мм/зуб, проводим вертикальную до пересечения с наклонной линией, соответствующей числу зубьев фрезы z = 10. Из полученной точки проводим горизонтальную линию до пересечения с наклонной линией, соответствующей принятому числу оборотов шпинделя n = 125 об/мин. Далее из полученной точки проводим вертикальную линию. Точка пересечения этой линии с нижней шкалой минутных подач, имеющихся на данном станке, определяет ближайшую ступень минутных подач.
Для нашего примера, как видно из графика, минутная подача совпадает с одной из ступеней минутных подач, имеющихся на горизонтально-фрезерных станках серии М и Р, и равна 250 мм/мин. Для других типов станков легко построить подобные графики.
Если бы в разобранном выше примере была бы дана заготовка не из стали, а из серого чугуна твердостью НВ - 180, то при той же ширине фрезерования В = 75 мм и глубине резания t = 5 мм и для той же фрезы со вставными ножами (L = 100 мм, d = 40 мм, D = 110 мм, z = 10) следовало бы внести следующие изменения. Геометрические параметры фрезы для этого случая γ = 0°, α = 15°. Подача на зуб при обработке чугуна выбирается в пределах 0,1-0,5 мм/зуб, т. е. соответственно больше, чем при обработке стали. Скорость резания при обработке чугуна назначается в пределах 15-45 м/мин, т. е. меньше, чем при обработке стали 45.
Режим чистового фрезерования отличается от режимов чернового фрезерования тем, что при чистовом фрезеровании стали и чугуна назначается сравнительно малая подача на зуб фрезы (s z = 0,05-0,12 мм/зуб) при больших скоростях резания (по указанному выше верхнему пределу скоростей для обоих случаев).
Режимы фрезерования обычно указывают в операционных картах механической обработки. Следует иметь в виду, что несоблюдение этих режимов фрезерования приводит к нерациональному использованию станка и инструмента, снижению производительности труда или даже к получению бракованных деталей.
Настройка коробки скоростей и подач на заданное число оборотов в минутную подачу осуществляется путем установки рукоятки и лимба переключения скоростей и подач в соответствующие положения.
Установка на глубину фрезерования . Прежде чем поднимать или опускать стол, надо ослабить затяжку стопорных винтов. При вращающемся шпинделе осторожно подвести вручную стол вместе с закрепленной заготовкой под фрезу до момента легкого касания. Далее ручным перемещением стола в продольном направлении вывести заготовку из-под фрезы.
Затем вращением рукоятки вертикальной подачи поднять стол на величину, равную глубине резания. Отсчет величины перемещения стола производят по лимбу, т. е. кольцу с делениями (рис. 42). Отсчет по лимбу можно принципиально вести от любого деления шкалы, однако для удобства и упрощения отсчета, после того как фреза коснулась обрабатываемой заготовки, лимб следует установить на нулевое положение (т. е. риску лимба с отметкой О совместить с визирной риской).
Рис. 42. Лимб для отсчета перемещений
Ценой деления лимба называется величина, на которую переместится стол станка, если рукоятку винта подачи стола повернуть на одно деление лимба. Если, например, цена деления лимба равна 0,05 мм и лимбовое кольцо имеет 40 делений, то это означает, что за один оборот рукоятки ручного подъема стола он переместится на величину 0,05 х 40 = 2 мм. Чтобы поднять стол на 3 мм, нужно повернуть лимб на 3:0,05 = 60 делений, т. е. на полтора оборота.
При вращении рукоятки вертикальной подачи стола нужно учитывать наличие «мертвого хода». В результате износа винта й гайки в соединении винт-гайка образуется зазор. Поэтому если вращать рукоятку подачи винта в одном направлении, а затем изменить направление вращения винта, то он повернется на какую-то часть оборота вхолостую (пока не будет выбран зазор в соединении винт-гайка), т. е. стол перемещаться не будет.
Поэтому подводить лимб до нужного деления надо очень плавно и по возможности осторожно (без рывков). Если же случайно все-таки повернули, скажем до 40-го деления, а нужно до 35-го, то нельзя исправить ошибку путем поворота лимба в обратном направлении на 5 делений. В таких случаях необходимо повернуть маховичок с лимбом в обратном направлении почти на полный оборот и осторожно подвести лимб заново до требуемого деления.
После установки фрезы на требуемую глубину фрезерования необходимо застопорить консоль и салазки поперечной подачи и установить кулачки включения механической подачи на требуемую длину фрезерования.
После осуществления наладки и настройки станка плавным вращением рукоятки продольной подачи стола подвести обрабатываемую заготовку к фрезе, немного не доводя, включить станок, включить механическую подачу и приступить к работе.
Перед подачей стола в исходное положение (вывод детали из-под фрезы) надо удалить с помощью щетки всю стружку с обработанной поверхности, а стол немного опустить, чтобы не испортить обработанной поверхности детали при обратном ходе. Затем произвести измерение обработанной детали, размеры которой должны соответствовать размерам, указанным в операционной карте. В случае необходимости произвести исправление размера путем дополнительного прохода.
Фрезерование наклонных плоскостей и скосов . Плоскость детали, расположенную под некоторым углом к горизонтальной плоскости, называют наклонной плоскостью . Наклонную плоскость детали, имеющую небольшие размеры, называют скосом . Фрезерование наклонных плоскостей и скосов цилиндрическими фрезами может быть осуществлено путем установки заготовки под требуемым углом к оси фрезы. Этот поворот можно произвести разными путями.
Установка заготовки в универсальных тисках . При установке универсальных тисков на требуемый угол следует иметь в виду, что подлежащая обработке наклонная плоскость должна быть расположена горизонтально, т. е. параллельно оси фрезы.
Установка заготовки на универсальной поворотной плите . На рис. 43 показана заготовка, установленная под требуемым углом на универсальной поворотной плите.
Рис. 43. Фрезерование наклонной плоскости на универсальной поворотной плите
Поворотные плиты позволяют обрабатывать плоскости с любым углом наклона в пределах от 0 до 90° при возможности одновременного поворота обрабатываемой заготовки в горизонтальной плоскости на угол до 180°. Заготовку крепят к столу универсальной плиты прихватами или болтами, как и при закреплении на столе фрезерного станка. Универсальные тиски и универсальные поворотные плиты применяют в единичном или мелкосерийном производстве.
Установка заготовок в специальных приспособлениях . При обработке заготовок с наклонными плоскостями или скосами в условиях крупносерийного и массового производства целесообразно установку заготовок под требуемым углом к оси фрезы производить в специальных приспособлениях.
На рис. 44 показано приспособление для фрезерования наклонных плоскостей. В приспособлении устанавливают две обрабатываемые заготовки и фрезеруют одновременно торцовой или цилиндрической фрезой.
Рис. 44. Приспособление для фрезерования наклонных плоскостей