animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Фрезерный станок с ЧПУ / Фрезерование Винтовых Канавок

Фрезерование Винтовых Канавок

Нарезание винтовых канавок является одной из сложных операций, выполняемых с помощью делительных головок. При фрезеровании винтовых канавок фреза получает быстрое вращательное движение, определяющее скорость резания. Обрабатываемая заготовка имеет сложное движение - медленное вращательное движение вокруг своей оси и согласованное с ним поступательное движение вдоль оси. Винтовые канавки (правые и левые) фрезеруют концевой фрезой используя вертикально-фрезерные станки и дисковой фрезой - горизонтально-фрезерные станки. Дисковыми фрезами можно обрабатывать винтовые канавки применяя специально приспособленные вертикально-фрезерные и бесконсольные фрезерные станки с поворотными головками. Этот метод целесообразно применять при фрезеровании винтовых канавок с большим углом подъема, а также канавок на крупногабаритных заготовках. При настройке универсально-фрезерного станка и делительной головки необходимо определять величину угла и направление поворота стола станка, а также число зубьев сменных зубчатых колес, обеспечивающих заданное вращение обрабатываемой заготовки.

Настройка универсальных делительных головок на фрезерование винтовой канавки позволяет обеспечить два взаимосвязанных движения заготовки относительно инструмента перемещение в продольном направлении и вращение вокруг оси. Первое движение осуществляется за счет продольной подачи стола, второе - благодаря вращению шпинделя делительной головки. Для взаимосвязи движений делительная головка сменными шестернями подсоединяется к ходовому винту привода продольной подачи стола станка.

При наличии сменных колес вращение ходового винта при перемещении стола в продольном направлении вызовет вращение шпинделя делительной головки. Чтобы получить винтовую канавку, шпиндель при перемещении стола на величину, равную шагу Т нарезаемой канавки, должен сделать один оборот.

Характеристикой универсально-фрезерного станка называется шаг винтовой канавки, полученной при передаточном отношении сменных зубчатых колес, соединяющих винт станка и валик привода делительной головки, равном единице.

Следует отметить, что установка сменных колес на гитаре при настройке делительной головки на обработку винтовой канавки довольно сложная операция, поскольку гитара имеет несколько колес с постоянным числом зубьев.

Чтобы лучше представить, как образуется винтовая линия, возьмем цилиндр диаметром d (рис. 1) и будем накручивать на него прямоугольный треугольник, вырезанный из бумаги, со стороной АБ, равной длине окружности основания цилиндра πd. Когда катет АБ обернется вокруг основания цилиндра один раз, точка В треугольника окажется на цилиндре в положении В1, а гипотенуза АВ образует винтовую линию.

Винтовая линия характеризуется шагом, углом наклона и направлением.

Шагом винтовой линии Р называется расстояние между ее одноименными точками в осевом направлении, мм.

Углом наклона винтовой линии ω считается угол, расположенный между осью цилиндра и направлением винтовой линии. Он определяется из треугольника AB1B по формуле tgω = πd/Р.

 Винтовая линия может иметь правое и левое направления. Винтовая линия правого направления, если смотреть со стороны торца цилиндра, направлена слева направо (рис. 1), а левого - справа налево.

Рис. 1. Образование винтовой линии

Процесс фрезерование винтовых канавок

Для получения на цилиндрической заготовке винтовой канавки нужного шага заготовке необходимо сообщить равномерное вращательное движение вокруг оси (за счет вращения шпинделя делительной головки) и одновременное перемещение вдоль оси от винта продольной подачи стола. Эти движения должны быть согласованы так, чтобы при повороте заготовки на один полный оборот она переместилась в продольном направлении на величину шага.

Шпиндель делительной головки получает вращение от винта продольной подачи стола через сменные колеса гитары z1, z2, z3 и z4 (рис. 2), соединяющие винт с валом механического привода делительной головки 8. Через конические шестерни 7 и 12 вращение передается делительному диску 11, а от него через связанный с ним стержень фиксатора 9, рукоятку 10, вал 6, цилиндрические колеса 5 и 4, червяк 3, червячное колесо 2 - шпинделю делительной головки 1 и обрабатываемой заготовке.

Рис. 2. Кинематическая схема делительной головки для фрезерования винтовых канавок

Если на заготовке должно быть нарезано несколько канавок, то после фрезерования первой из них заготовку необходимо повернуть относительно режущего инструмента на расчетную часть оборота.

Винтовые канавки (в зависимости от их формы) можно обрабатывать концевыми, дисковыми, угловыми или фасонными фрезами. При этом фрезерование концевыми фрезами производится только на вертикально-фрезерных, а фасонными и дисковыми угловыми - на универсально-фрезерных станках.

На рис. 3, а показана схема фрезерования прямоугольной винтовой канавки концевой фрезой на вертикально-фрезерном станке, на рис. 3, б - угловой канавки двухугловой фрезой на универсально-фрезерном станке. Стрелками обозначено направление вращения фрезы, заготовки и перемещение стола.

Винтовая канавка получит правильный профиль при условии, что плоскость вращения угловой фрезы будет совпадать с направлением винтовой канавки. По этой причине нарезание винтовой канавки дисковой угловой или фасонной фрезой производится на универсально-фрезерных станках, стол которых должен быть повернут на угол наклона канавки. При повороте стола необходимо учитывать направление винтовой канавки на обрабатываемой заготовке. Так, при фрезеровании канавок правого направления стол должен быть повернут против часовой стрелки, при обработке канавок левого направления - по часовой стрелке.

Рис. 3. Образование винтовой канавки на фрезерном станке

Расчет передаточного отношения и числа зубьев сменных колес гитары

Как было отмечено выше, для согласованного вращения заготовки, закрепленной в делительной головке с продольным перемещением стола, устанавливается гитара сменных колес, которые не только передают вращение заготовке, но и согласовывают это вращение с ее поступательным перемещением.

На делительных головках УДГ Д-250, УДГ Д-320 и УДГ Д-400 устанавливаются две гитары (рис. 4, а): малая 2 - на ходовой винт продольной подачи стола (при помощи винта 1 она крепится к торцевой поверхности стола) и большая 5 - на цилиндрический хвостовик приводного вала делительной головки. Схема установки колес гитары для фрезерования винтовых канавок правого направления показана на рис. 4, б, левого - на рис. 4, в. Колеса 3 и 4 с числом зубьев 38 (передаточное отношение равно единице) соответственно устанавливаются на шейке ходового винта и пальце гитары, на котором расположено первое сменное зубчатое колесо z1. Зубчатое колесо z0 служит для изменения направления вращения, не изменяя передаточное отношение.

Рис. 4. Гитара сменных колес УДГ Д-250, УДГ Д-320, УДГ Д-400 для фрезерования винтовых канавок

Если передаточное отношение сменных колес будет равно единице, то за один оборот винта продольной подачи стол переместится на величину, равную шагу резьбы винта, а шпиндель делительной головки с заготовкой повернется на 1/40 оборота. Для его поворота на один оборот необходимо, чтобы винт продольной подачи сделал 40 оборотов. За это время стол переместится на величину, равную шагу, умноженному на 40. Так как шаг резьбы винта продольной подачи отечественных консольно-фрезерных станков равен 6 мм, а характеристика делительной головки 40, то за один оборот заготовки стол переместится на величину

А = Р * N = 240.

Характеристикой А универсально-фрезерного станка называется шаг той винтовой канавки, которая будет нарезана на данном станке при передаточном отношении сменных колес гитары, соединяющих винт продольной подачи стола и валик привода делительной головки, равном единице. Передаточное отношение сменных колес гитары определяется по формуле

i = A/P,

где А - характеристика фрезерного станка, равная 240; Р - шаг нарезаемой винтовой канавки, мм.

Зная передаточное отношение, можно рассчитать и сменные колеса по формуле

i = A/P = z1/z2*z3/z4.

Последовательность наладки станка и делительной головки для фрезерования винтовых канавок

  • Выбрать дисковую фрезу с профилем, соответствующим профилю канавки в нормальном сечении.
  • Закрепить на столе станка делительную головку так, чтобы было возможно соединить с помощью сменных зубчатых колес ходовой винт продольной подачи стола с валиком механического привода шпинделя делительной головки. Установить на столе станка заднюю бабку и выверить соосность центров.
  • Закрепить заготовку, в центрах делительной головки и задней бабки.
  • Повернуть стол в необходимом направлении на величину угла наклона винтовой канавки и убедиться в достаточности величины зазора между столом и станиной станка. Он должен быть не менее 10-15 мм, а затем возвратить стол в исходное положение.
  • Установить и закрепить на центровой оправке фрезу.
  • Перемещением стола в необходимых направлениях совместить вершину зубьев фрезы с диаметральной плоскостью заготовки известными способами. Наиболее удобно и быстро это можно сделать, если совместить вершину центра, вставленного в коническое отверстие шпинделя, с вершиной зубьев фрезы и опустить стол станка на величину, несколько большую половины диаметра заготовки.
  • Установить необходимую величину переднего угла, смещая стол с заготовкой в поперечном направлении на величину, найденную по формуле.
  • Повернуть стол с заготовкой в необходимом направлении на величину угла наклона винтовой канавки и закрепить.
  • Из таблиц справочника выбрать подачу на зуб, скорость резания, определить частоту вращения фрезы в минуту, рассчитать минутную подачу стола и настроить станок на режим резания.
  • По формуле простого деления произвести расчет числа оборотов рукоятки, выбрать окружность с отверстиями на боковом диске и число делений для поворота заготовки после фрезерования каждой канавки.
  • Рассчитать сменные колеса по формуле, закрепить их на гитаре по схеме, приведенной на рис. 4, б, в, в зависимости от направления винтовой канавки.
  • Вертикальной подачей поднять стол до легкого касания заготовки с вращающейся фрезой, затем продольной подачей отвести заготовку из-под фрезы, по лимбу вертикальной подачи установить глубину фрезерования, равную глубине канавки, заданной чертежом. Включить продольную подачу стола и фрезеровать первую винтовую канавку на необходимую длину.
  • Выключить продольную подачу стола, опустить стол (до 5 мм) и возвратить его в исходное положение. Поворотом рукоятки относительно отверстий на боковом делительном диске повернуть заготовку на необходимую часть окружности, по лимбу вертикальной подачи поднять стол в прежнее положение, включить продольную подачу, фрезеровать вторую канавку и т. д.

Контроль профиля канавок и ее размеров производят шаблонами или универсальными измерительными инструментами.

Брак при фрезеровании винтовых канавок

При фрезеровании винтовых канавок возможны следующие виды брака:

  • Неодинаковая глубина впадин канавок, различный шаг зубьев. Причиной этого может быть небрежность фрезеровщика в отсчетах при делении и установке глубины резания по лимбу вертикальной подачи, неумение пользоваться раздвижным сектором; поворот рукоятки делительной головки на большее число оборотов, чем расчетное.
  • Неправильное направление винтовой канавки, что происходит, если неверно выбрана схема настройки гитары.
  • Шаг винтовой канавки не соответствует чертежу, что бывает, если неправильно рассчитаны или выбраны по таблице сменные колеса или если при установке фрезеровщик поменял местами ведущие и ведомые колеса.
  • Число канавок не соответствует чертежу, что имеет место, если был неверно произведен расчет числа оборотов рукоятки, неправильно выбрана окружность с отверстиями на боковом делительном диске и число делений между ними.
  • Завышенная шероховатость обработанных поверхностей, причинами которой являются: работа затупившейся фрезой, большая подача на зуб, не жесткое крепление заготовки, угол поворота стола установлен неверно.

Фрезерование винтовых канавок, расположенных равномерно по окружности (рис. 5) производят, когда заготовка 1 установлена в центрах делительной головки 2 и задней бабки 8, а стол повернут на угол β наклона винтовой линии канавки, таким образом, что дисковая фреза 7 совмещается с направлением канавки. Заготовка получает непрерывное вращение от ходового винта продольной подачи стола, а стол - продольную подачу по направлению канавки. Возможно Вы захотите узнать больше информации про делительные приспособления для фрезерования.

Рис. 5. Схема обработки деталей в делительной головке

Уравнение кинематической цепи от шпинделя делительной головки до винта продольной подачи стола имеет вид (рис. 6):

1об. z8/z7 • z6/z5 • z4/z3 • z10/z9 • d1/c1 • b1/α1 • tв = tр,

где tв - шаг ходового винта.

Учитывая, что z8/z7 • z6/z5 • z4/z3 • z10/z9 = 1/N,

1 об. заг. • d1/c1 • b1/α1 • tв/N = tр, откуда α1/b1 • c1/d1 = N(tв/tр)

Рис. 6. Кинематические схемы универсальных делительных головок

Из развертки винтовой линии канавки заготовки (рис. 7) следует, что tgβ=(πd/tр), где β - угол наклона канавки к оси заготовки, d - диаметр заготовки tр=πd/tgβ.

Следовательно, α1/b1 • c1/d1 = (Ntв • tgβ)/πd

Рис. 7. Развертка винтовой линии канавки заготовки

Правильный профиль винтовой канавки будет обеспечен лишь при условии совпадения плоскости вращения дисковой фрезы с направлением канавки. Для выполнения этого стол станка следует повернуть на угол наклона винтовой канавки, определяемый по формуле:

tgβ = πd/T

где β - угол поворота стола, град; d - диаметр заготовки, мм; Т - шаг винтовой канавки, мм. В этом случае ось дисковой фрезы будет расположена перпендикулярно развертке винтовой линии.

Угол β поворота стола отсчитывают по градусным делениям на лимбе поворотной части стола. Более точного отсчета не требуется, так как небольшое отклонение угла поворота стола приводит к очень незначительному изменению формы поверхности винтовой канавки.

При фрезеровании винтовой канавки концевой фрезой стол станка должен быть установлен в обычном положении. При повороте стола необходимо учитывать направление винтовой канавки обрабатываемой заготовки. Для обработки левой винтовой канавки стол поворачивают по часовой стрелке, как показано на рис. 8, б; для обработки правой винтовой стрелки - как показано на рис. 8, а. Установку сменных зубчатых колес производят по определенным схемам.

Рис. 8. Направление поворота стола при фрезеровании винтовых канавок

Последовательность операции при фрезеровании винтовых канавок сверл, фрез, метчиков и других аналогичных деталей, а также при обработке зубьев косозубых цилиндрических колес модульными фрезами:

  • Делительную головку для деления окружности настраиваем на семь равных частей;
  • Стол станка поворачиваем на угол β;
  • Определяем передаточное отношение сменных шестерен;
  • Выбираем сменные шестерни в соответствии с рекомендуемыми схемами; проверяем их на условие сцепляемости;
  • Устанавливаем заготовку и производим ее выверку;
  • Закрепляем режущий инструмент и проверяем биение зубьев фрезы;
  • Устанавливаем заданные частоту вращения шпинделя и величину продольной подачи;
  • Настраиваем станок на заданную глубину канавки;
  • Фрезеруем канавку и проверяем ее шаблоном; при необходимости ведем корректирование;
  • Выполняем обработку остальных канавок.