Фасонными принято называть поверхности, имеющие криволинейную образующую. По форме их можно разделить на простые и сложные. У простых криволинейный профиль выполнен по дуге окружности постоянного радиуса, а у сложных он может состоять из участков различной кривизны, иногда соединенных прямыми линиями.
Кроме этого, различают контурные и объемные фасонные поверхности. Контурные поверхности ограничены двумя плоскими основаниями и имеют криволинейный профиль только в сечении, проведенном параллельно им. Такие поверхности могут быть получены обработкой на консольно-фрезерных станках. На рис. 1 показаны контурные фасонные поверхности у гаечного ключа (рис. 1, а), профильных дисковых кулачков (рис. 1, б) и рычага (рис. 1, в).
Объемная фасонная поверхность в сечениях, проведенных в двух взаимноперпендикулярных направлениях, имеет криволинейную форму, а для ее обработки требуются специальные копировально-фрезерные станки. Такие поверхности имеются в штампах, пресс формах и других деталях.
Рис. 1. Детали, имеющие фасонные поверхности
Требованиями, предъявляемыми к фасонным поверхностям, являются обеспечение точности их формы, размеров, определенного расположения их относительно других поверхностей и получение заданной шероховатости в соответствии с техническими условиями чертежа.
Фрезерование фасонных поверхностей относится к сложным и трудоемким операциям и требует от фрезеровщика большого внимания и аккуратности.
На консольно-фрезерных станках существуют следующие способы обработки фасонных поверхностей:
- обработка комбинированием двух подач;
- фрезерование по копиру;
- обработка заготовки на круглом поворотном столе;
- обработка фасонным инструментом.
В данной статье будут рассмотрены методы обработки фасонных поверхностей с комбинированием двух подач, в следующих материалах будут изучены варианты фрезерования по копиру и обработка фасонных поверхностей с помощью специальных приспособлений (круглый стол).
Обработка фасонных поверхностей комбинированием двух подач
Согласно технологии обработки наружных фасонных поверхностей детали, перед фрезерованием на плоской поверхности заготовки при помощи разметочного инструмента воспроизводят точную форму фасонной поверхности (согласно рабочему чертежу). Операцию разметки обычно делают слесари-разметчики, однако при изготовлении единичных деталей ее часто выполняют и фрезеровщики.
Чтобы хорошо были заметны линии разметки, необработанные поверхности заготовки окрашивают меловым раствором, а обработанные - медным купоросом.
В качестве разметочного инструмента применяют чертилки, разметочные циркули, рейсмасы, штангенциркули, угольники, шаблоны, а закрепление размеченного контура производят при помощи кернера, делая небольшие углубления вдоль линий разметки с интервалом 5...15 мм. Сущность обработки комбинированием двух подач состоит в том, что размеченную заготовку, закрепленную на столе станка или в приспособлении, одновременно перемещают относительно вращающейся фрезы в двух направлениях, следя за тем, чтобы фреза снимала слой металла по линиям разметки. При фасонном фрезеровании на вертикально-фрезерных станках, как правило, применяют продольную и поперечную подачи, а на горизонтально-фрезерных - продольную и вертикальную. Обычно одну из подач (чаще всего продольную) осуществляют механически, а другую - вручную.
Обработку фасонной поверхности комбинированием двух подач в основном производят на вертикально-фрезерных станках концевыми фрезами. Диаметр фрезы обычно подбирают по наименьшему радиусу вогнутого участка. Характерной особенностью обработки этим способом является непостоянство глубины фрезерования, которая может изменяться в широких пределах в зависимости от припуска на отдельных участках заготовки и формы поверхности. По этой причине такие поверхности фрезеруют за несколько проходов. При черновых проходах криволинейному участку придают приближенную форму, оставляя припуск до 1 мм на чистовой проход.
На рис. 2 показано фрезерование концевой фрезой фасонной поверхности планки комбинированием двух подач. Размеченная заготовка 4 базируется на параллельной подкладке 3 и при помощи прихватов 1 и 2 закрепляется на столе станка. Фрезерование начинают с участка, имеющего наибольший припуск на обработку. За один или несколько черновых проходов поверхности придают приближенную форму относительно линии разметки. При чистовом фасонном фрезеровании производят плавные перемещения стола в продольном и поперечном направлениях, непрерывно и внимательно следя, чтобы режущие кромки зубьев фрез проходили по линиям разметки.
Рис. 2. Обработка фасонной поверхности планки сочетанием двух подач
Для контроля размеров и формы фасонной поверхности применяют шаблоны с профилем в соответствии с размерами чертежа детали. Поверхность считается обработанной правильно, если при наложении шаблона на фасонную поверхность размер световой щели между ними будет одинаков по всей длине профиля. Обработка пазов этого типа производится при глубине резания не более половины диаметра фрезы, подаче на зуб SZ = 0,01...0,03 мм/зуб и скорости резания v = 20...30 м/мин.
Рассматриваемый способ обработки используется главным образом в условиях единичного производства при изготовлении небольшого количества одинаковых деталей, так как он является наиболее доступным и не требует применения специальных режущих инструментов, оборудования и приспособлений. Однако ввиду сложности осуществления плавного одновременного перемещения стола с заготовкой по линиям разметки относительно фрезы точность обработки получается невысокой, а шероховатость обработанных поверхностей завышенной. Поэтому в этом случае требуется дополнительная слесарная обработка напильниками и шлифовальной шкуркой.
Обработка фасонных и криволинейных поверхностей
В машиностроении часто встречаются детали типа кулачков (рис. 3, а), вилок (рис. 3, б), планок (рис. 3, в), эксцентриков (рис. 3, г), прихватов (рис. 3, д), упоров (рис. 3, е), кулачков закрытой формы (рис. 3, ж) и др., контуры которых получаются путем сопряжения дуг окружностей, прямых и кривых линий.
Рис. 3. Детали с фасонными и криволинейными поверхностями
Фасонные и криволинейные поверхности этих деталей с определенной точностью можно обработать применяя вертикально-фрезерные станки (по разметке, комбинируя вручную продольную и поперечную подачи, или по разметке, используя круглый поворотный стол). Точная доводка кулачков после фрезерования производится с помощью лекал.
Для примера рассмотрим фрезерование криволинейного контура прихвата, чертеж которого показан на рис. 4.
Рис. 4. Чертеж прихвата
В качестве заготовки (рис. 5) принимаем планку размерами 150х50х15 из стали 45 с предварительно просверленными отверстиями диаметром 12 и 18 мм. Для получения готовой детали необходимо обработать наружный криволинейный контур и профрезеровать паз шириной 20 и длиной 70 мм. В соответствии с чертежом размещаем заготовку (см. пунктирные линии на рис. 5).
Рис. 5. Чертеж заготовки прихвата
Из чертежа (см. рис. 4) видно, что деталь имеет закрытый паз шириной 20 мм и вогнутый переход на наружном контуре радиусом 25 мм. Для возможности обработки этих двух поверхностей одним инструментом выбираются удлиненные концевые фрезы Ø20 мм с коническим хвостовиком, оснащенные винтовыми твердосплавными пластинами (z=4; длина режущей части зуба 21 мм).
Заготовку крепят непосредственно на столе вертикально-фрезерного станка с помощью прихватов (рис. 6). Чтобы при обработке фреза не касалась стола, под заготовку устанавливают подкладку толщиной 10-15 мм. Подкладку и прихваты располагают так, чтобы при обработке криволинейного профиля они не касались детали. При установке необходимо следить, чтобы стружка и грязь не попадали под сопрягающиеся поверхности стола, подкладки и детали.
Рис. 6. Крепление заготовки прихвата на станке
Так как часть криволинейной поверхности имеет радиус 15 мм (см. рис. 4), то используются круглые поворотные столы с центрированием по отверстию Ø12мм.
Для обработки детали из стали 45 (твердостью НВ 170-229) твердосплавной фрезой из сплава Т15К6 выбирают (по справочнику) подачу на Sz=0,03 мм/зуб и скорость резания v=70 м/мин. Тогда частота вращения шпинделя
n=1000v/πD=(1000x70)/(3,14х20)=1110 об/мин
Согласно паспорту станка принимают n=1000 об/мин, после рассчитывают минутную подачу Sм=0,03•4х1000=120 мм/мин.
Из двух паспортных подач, ближайших к расчетной (100 и 125 м/мин), выбираем подачу 125 м/мин. Тогда фактические скорость резания и подача на зуб соответственно составят: v=πDn/1000=(3,14х20х1000)/1000=62,8 м/мин; Sz=Sм/Zn=125/(4х1000)=0,031 мм/зуб.
При фрезеровании контура припуск снимают за несколько ходов (рис. 7) при глубине резания не более 5 мм (подача ручная). В результате послойного съема металла на криволинейной поверхности остаются уступы, которые сфрезировывают при зачистном ходе по контуру (подача ручная - одновременно в двух направлениях).
Рис. 7. Фрезерование криволинейного контура прихвата
Криволинейную поверхность радиусом 15 мм более точно можно обработать, используя круглый поворотный стол. В этом случае заготовку отверстием Ø12 мм базируют на палец, установленный в центральном отверстии круглого стола. Фрезу подводят к центру отверстия на расстояние 15 мм и поворотом стола на 180° производят окончательную обработку криволинейного участка радиусом 15 мм.
При описанном методе качество и точность обработки во многом зависят от квалификации рабочего.
Среди машиностроительных деталей многие имеют угловой или фасонный профили самой различной конфигурации, для обработки которых служат нормализованные или специальные дисковые фасонные фрезы: одноугловые (рис. 8, а); двухугловые (рис. 8, б); для обработки полукруглых выступов и пазов (рис. 8, в, г); для обработки специальных фасонных поверхностей (рис. 8, д); для предварительного фрезерования зубьев конических колес (рис. 8, е) и др.
При фрезеровании углеродистых и легированных сталей и чугуна применяют фрезы из быстрорежущей стали марок Р12, Р6М3, Р6М5 (твердость HRC 62-65); при фрезеровании труднообрабатываемых материалов - фрезы из быстрорежущей стали повышенной производительности марок Р9К10, Р12Ф4, Р9М4К8Ф, Р6М5К5 (твердость HRC 63-67).
Скорость резания при фасонном фрезеровании на 30-35% меньше, чем при обработке дисковыми трехсторонними фрезами.
Рис. 8. Типы фасонных фрез
Фасонные поверхности, контур которых представляет собой кривые линии, имеют многие детали. Метод обработки таких поверхностей зависит от конфигурации, размеров, требуемой точности, материала заготовки, количества обрабатываемых деталей и других условий. Как правило, для обработки деталей с фасонными поверхностями применяют универсальные фрезерные станки, копировально-фрезерные станки, портальные фрезерные станки и обрабатывающие центры с ЧПУ.
Фасонные поверхности замкнутого контура в условиях единичного и мелкосерийного производства можно обрабатывать фрезерованием на вертикально-фрезерных станках с помощью ручного управления по разметке.
Фрезерование по разметке ведут преимущественно концевыми фрезами при одновременном перемещении стола в продольном и поперечном направлениях (рис. 9). Заготовку 1 устанавливают не на столе станка, а на подкладке 2, закрепив ее прихватами 3 с болтами так, чтобы фреза при обработке не касалась рабочей поверхности стола. При фрезеровании следят за тем, чтобы при перемещении стола фреза не срезала металл с разметочной линии. Заготовку следует закреплять так, чтобы при формировании фасонной поверхности движение стола в продольном направлении было более длительным. Если фасонная поверхность образована сравнительно плавной кривой, то иногда включают механическую подачу стола в продольном направлении, а необходимое перемещение стола в поперечном направлении обеспечивается ручной подачей.
Рис. 9. Схема фрезерования фасонной поверхности по разметке
Обработку фасонной поверхности целесообразно осуществлять за два прохода: первый - предварительный, второй - окончательный. При окончательном фрезеровании стол следует перемещать более плавно, внимательно наблюдая за положением фрезы относительно разметочной линии.
Фрезерование фасонных поверхностей незамкнутого контура в ряде случаев обрабатывают фасонными фрезами. Профиль зуба фасонных затылованных фрез должен соответствовать фасонному профилю детали, поскольку точность фасонного профиля обработанной детали зависит непосредственно от точности профиля фрезы.
Контроль фасонного профиля обработанной поверхности осуществляют при помощи шаблона. Для проверки фрез служит контршаблон, изготовленный из листового материала в соответствии с профилем детали. Во избежание брака необходимо клеймить фрезу, шаблон и контршаблон.
Фрезерование фасонных поверхностей при использовании копиров, поворотных столов и других приспособлений имеет ряд особенностей.
