Обработка Уступов И Пазов На Фрезерном Станке

Уступом называется углубление с края детали, открытое в поперечном сечении с двух сторон. Паз - углубление на поверхности детали, открытое в поперечном сечении с одной стороны. Пазы небольших размеров принято называть канавками.

В продольном направлении уступы, пазы и канавки бывают: открытые (рис. 1, а и б), закрытые (рис. 1, в и г) и полуоткрытые (рис. 1, д и е). Кроме того, пазы и канавки в поперечном сечении делятся на глухие (рис. 1, е) и сквозные (рис. 1, ж). У первых имеется дно, у вторых его нет.

Рис. 1. Разновидности уступов, пазов и канавок

Точность обработки уступов, пазов и канавок в общем случае определяется:

• точностью выполнения размеров;
• правильной геометрической формой;
• точностью расположения относительно других поверхностей детали;
• шероховатостью сторон.

Возможные погрешности не должны превышать допустимых отклонений, обусловленных техническими требованиями чертежа.

Для обработки уступов, пазов, канавок предусмотрены дисковые и концевые фрезы. Дисковые пазовые фрезы изготавливаются цельными из быстрорежущих сталей с остроконечными (рис. 2, а) и затылованными зубьями (рис. 2, б). Они предназначены для фрезерования точных по ширине пазов и выпускаются в двух исполнениях:

• для пазов с точностью обработки по девятому квалитету H9 или десятому - 10;
• для шпоночных пазов с предельными отклонениями ширины по ПШ (посадка шпонок), которые маркируются на торце фрезы.

Рис. 2. Дисковые пазовые фрезы: а - фреза с остроконечными зубьями; б - фреза с затылованными зубьями

Для фрезерования уступов могут быть использованы дисковые двусторонние фрезы преимущественно сборной конструкции (рис. 3). По действующему стандарту такие фрезы выпускаются право- и леворежущими, что позволяет выполнять одновременную обработку двух уступов комплектом фрез, устанавливаемых на центровых оправках.

Более универсальными являются дисковые трехсторонние фрезы, которыми можно обрабатывать как уступы, так и пазы. Они бывают цельными из быстрорежущей стали либо сборными с ножами из быстрорежущей стали или оснащенными твердым сплавом.

Рис. 3. Фреза дисковая двусторонняя сборная со вставными ножами, оснащенными твердым сплавом

Цельные трехсторонние фрезы изготавливаются с прямыми (рис. 4, а) или с разнонаправленными зубьями (рис. 4, б), ширина которых, как и у пaзовых фрез, выполняется по десятому квалитету Н10 или по ПШ. Поэтому их можно применять для обработки точных по ширине пазов. Сборные трехсторонние фрезы (рис. 4, в и г) имеют невысокую точность по ширине и изготавливаются только с разнонаправленными зубьями.

Рис. 4. Фрезы дисковые трехсторонние

Уступы и пазы могут быть обработаны также концевыми фрезами из быстрорежущей стали (рис. 5, а), которые состоят из рабочей части 1, шейки 2 и хвостовика 3. Хвостовики выполняются цилиндрическими (для фрез диаметром до 20 мм) и коническими по системе инструментальных конусов Морзе. Стандартами предусмотрен выпуск таких фрез диаметром 3...50 мм с нормальными и крупными зубьями, которые располагаются по окружности неравномерно с целью создания более спокойных условий резания.

Промышленностью также освоен выпуск концевых фрез, оснащенных винтовыми твердосплавными пластинами (рис. 5, б), с монолитной рабочей частью и коронками из твердого сплава, которые значительно повышают производительность фрезерования, особенно при обработке высокопрочных сталей и сплавов.

Для чернового фрезерования отливок, поковок с увеличенными припусками на обработку выпускаются обдирочные фрезы с затылованными зубьями (рис. 5, в) диаметром 25...80 мм. На главных режущих кромках таких фрез в шахматном порядке выполнены стружкоразделительные канавки, благодаря чему фрезы способны срезать значительные слои металла за один проход, обладают более высокой стойкостью и виброустойчивостью по сравнению с обычными концевыми.

Рис. 5. Фрезы концевые

Более высокая производительность обработки уступов и пазов на фрезерном станке обеспечивается применением дисковых фрез, которые по сравнению с концевыми имеют большее число зубьев, более прочны и жестки и в связи с этим способны работать с большей глубиной резания и подачей. Вместе с тем концевые фрезы незаменимы при обработке полуоткрытых и закрытых пазов и уступов, при работах на вертикально фрезерных станках, особенно при обработке крупногабаритных деталей, имеющих несколько уступов и пазов.

Точные пазы фрезеруют пазовыми и цельными трехсторонними фрезами, пазы невысокой точности - трехсторонними сборными и концевыми фрезами.

Трехсторонние и концевые фрезы после переточки по задним поверхностям зубьев теряют первоначальный размер. В связи с этим при отсутствии требуемого размера их выбирают несколько меньшими по ширине (на 1...2 мм) и выполняют фрезерование пазов за два прохода - вначале по одной стороне, затем окончательно по второй.

Рис. 6. Схема для определения минимального диаметра дисковой фрезы

Диаметр дисковых фрез следует выбирать возможно меньшим, так как в этом случае уменьшается момент силы сопротивления резанию, фреза приобретает большую жесткость и виброустойчивость. Минимально возможный диаметр D дисковой фрезы можно определить по рис. 6 из равенства

(D-d₁)/2=t+(6...8),

где - глубина паза (уступа), мм; d1 - диаметр установочного кольца (см. таблицу на рис. 7), мм; 6...8 - гарантированный зазор между установочным кольцом и заготовкой, мм.

Преобразуя равенство, получим

D=2t+d₁+(12..16).

Если уступ обрабатывается концевой фрезой, ее диаметр можно определить в зависимости от ширины уступа В по формуле

D=(1,4...1,7)В.

Рис. 7. Диаметр установочных колец d1 в зависимости от размеров центровых оправок d

Установка на станке дисковых фрез принципиально не отличается от ранее рассмотренных правил установки цилиндрических фрез на центровых оправках. Особенностью в данном случае являются более высокие требования, предъявляемые к торцовому биению дисковых фрез при обработке пазов, которое не должно превышать 0,02...0,03 мм.

Концевые фрезы с коническим хвостовиком устанавливаются в отверстие шпинделя при помощи переходных втулок и затягиваются через его сквозное отверстие шомполом.

При необходимости частой смены концевых фрез с коническим хвостовиком целесообразно пользоваться быстросменным патроном (рис. 8, а), который состоит из корпуса 4, переходной втулки 3 и гайки 2. Установка фрезы 1 с помощью такого патрона осуществляется в следующем порядке. Корпус патрона с навернутой гайкой устанавливается в отверстие шпинделя и затягивается шомполом. Затем коническим хвостовиком фрезу вводят в отверстие переходной втулки и затягивают винтом 5. После этого втулку вставляют в отверстие корпуса патрона так, чтобы ее поводковые выступы 7 прошли через пазы гайки и вошли в такие же торцовые пазы корпуса. Закрепление втулки осуществляется затяжкой гайки накидным ключом. Винт 6 ограничивает поворот гайки и позволяет (при левом крайнем положении) быстро совмещать ее пазы с пазами корпуса. Патроны снабжаются сменными переходными втулками с коническими отверстиями Морзе различных номеров.

Концевые фрезы с цилиндрическими хвостовиками устанавливаются на станке при помощи цангового патрона, одна из конструкций которого приведена на рис. 8, б. В корпус 1 патрона вставляется сменная упругая цанга 2 совместно с фрезой. Закрепление фрезы производится завинчиванием гайки 3. При этом цанга, продвигаясь в отверстие корпуса, за счет конического сопряжения сжимается и прочно закрепляет фрезу.

Рис. 8. Патрон для концевых фрез: а - быстросменный; б - цанговый

Методы обработки уступов призматической заготовки показаны на рис. 9, из которого видно, что два уступа кулачка можно обработать следующими способами: фрезерованием концевой фрезой используя вертикально-фрезерные станки (рис. 9, а); фрезерованием торцовой фрезой используя горизонтально-фрезерные станки (рис. 9, б); последовательным фрезерованием трехсторонней дисковой фрезой сначала одного, а затем другого уступа (рис. 9, в); одновременным фрезерованием двух уступов набором из двух трехсторонних фрез, установленных на оправке горизонтально-фрезерного станка (рис. 9, г); набором из трех фрез (рис. 9, д) (при этом одновременно с уступами обрабатывают и верхнюю площадку кулачка).

Рис. 9. Методы обработки уступов кулачка

Призматическую заготовку 2 кулачка (рис. 10) зажимают в тисках (перемещением подвижной губки 3), предварительно установив ее на мерную подкладку 4. При обработке необходимо стремиться, чтобы силы резания прижимали заготовку 2 к неподвижной губке 1 тисков, которая служит базой.

Рис. 10. Схема зажима призматической заготовки

Рассмотрим метод обработки пазов на вертикально-фрезерном станке концевой твердосплавной фрезой Ø40 мм (число зубьев z=6) за два хода, который является наиболее производительным при обработке пазов кулачка (см. рис. 9) при длине паза l=60 мм.

На столе фрезерного станка устанавливают машинные тиски таким образом, чтобы плоскость губок была параллельна продольному ходу стола. Тиски закрепляют болтами через сухари, установленные в Т-образных пазах стола. Точность установки тисков проверяется индикатором, который крепится на фрезерной бабке и упирается в неподвижную губку тисков. При контроле точности установки тисков стол станка перемещают в продольном направлении. Перед установкой инструмента в шпиндель фрезерной головки концы шпинделя и оправки тщательно протирают технической салфеткой.

Перед установкой на станок концевую фрезу собирают на оправке и настраивают на размер (вне станка, на специальном приспособлении). Особенно точная настройка инструмента на размер необходима при работе на станках с ЧПУ, так как от этого зависит точность фрезерной обработки.

Базирование призматической заготовки происходит в тисках (см. рис. 10) по ее длинной стороне с таким расчетом, чтобы верхняя грань заготовки выступала над тисками на 22-25 мм, для чего деталь устанавливают на подкладку 4. Затем заготовку поджимают к заранее выставленной неподвижной губке 1 тисков и к подкладке 4 и зажимают подвижной губкой 3. Как правило, подвижная губка 3 имеет большой зазор в паре винт - гайка, поэтому точность базирования определяется губкой 1.

Режим обработки выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала, марки инструмента и припусков на обработку: S_z=0,08 мм/зуб; v=120 м/мин (что соответствует частоте вращения шпинделя 1000 об/мин при диаметре фрезы 40 мм). Тогда минутная подача S_м=S_zzn=0,08x6x100=480 мм/мин.

Так как на станке ближайшая подача равна 500 мм/мин, то фактическая подача на зуб S_z=(S_м/zn)=500/(6x1000)=0,083 мм/зуб.

Таким образом, фактические параметры режима обработки следующие: инструмент - твердосплавная фреза Ø40 мм из твердого сплава Т15К6; v=120 м/мин; n=1000 об/мин; S_м=500 мм/мин; S_z=0,083 мм/зуб; применяемая СОЖ - эмульсия.

Рис. 11. Обработка пазов кулачка

Обработку производят в такой последовательности (рис. 11):

• Предварительно настроенную (вместе с оправкой) фрезу устанавливают в шпиндельную бабку станка и зажимают.
• Заготовку (см. рис. 9) зажимают в тисках.
• Устанавливают необходимую частоту вращения шпинделя и включают станок.
• Вращающуюся фрезу вручную подводят до касания (периферией) с наибольшей стороной заготовки. Лимб поперечной подачи станка устанавливают на нуль и заготовку уводят вправо.
• Заготовку (по лимбу) подают на фрезу на размер 10 мм, равный ширине уступа.
• Вертикальной подачей заготовку опускают вниз так, чтобы она была ниже торца фрезы, а под фрезу.
• Вручную (вертикальной подачей стола) заготовку поднимают и доводят до касания с вращающейся фрезой; лимб устанавливают на ноль.
• Заготовку снова отводят вправо и затем поднимают на необходимый размер 20^+0,2 мм.
• Вручную (продольной подачей стола) заготовку подводят к фрезе (с зазором 2-4 мм) и затем включают автоматическую продольную подачу.
• После окончания резания и выхода центра фрезы за пределы заготовки на 1-3 мм заготовку (поперечной подачей) на быстром ходу выводят из зоны резания и перемещают в крайнее правое положение.
• Поперечной подачей (по лимбу, от нулевой точки) заготовку перемещают на величину l=10+15+40=65 мм, где 10 мм - ширина уступа, 15 мм - ширина перемычки, 40 мм - диаметр фрезы.
• Заготовку на быстром ходу подводят к фрезе (с зазором 2-4 мм) и включают рабочую подачу.
• После окончания обработки деталь выводят из зоны резания и выключают станок.
• Не снимая детали со стола станка, контролируют обработанные поверхности с помощью штангенциркуля (с ценой деления 0,05 мм).

Обработку уступов и пазов производят используя концевые фрезы на вертикально- и горизонтально-фрезерных станках (рис. 12). Фрезы с нормальными зубьями используют при получистовом и чистовом фрезеровании, если зубья фрезы крупные - при черновом. Выбор фрез и определение параметров их работы осуществляется в соответствии с имеющимися рекомендациями.

Рис. 12. Схема фрезерования паза концевой фрезой на горизонтально-фрезерном станке, оснащенном отсчетным индикаторным устройством

При наладке станка важно правильно установить фрезу. При использовании приспособлений это достаточно просто осуществляется по установам (рис. 13). Положение установа задано относительно базовых элементов приспособления размерами L. Как правило, настройка фрезы производится с помощью щупа - металлической пластинки фиксированного размера (1, 3 или 5 мм).

Для настройки инструмента по вертикали (рис. 13, а) необходимо осторожно вручную перемещать консоль станка вверх и щупом проверять взаимное положение инструмента и установа. Инструмент считается настроенным на заданный размер, если щуп проходит плотно и без качки между поверхностью установа и режущей кромкой зуба фрезы. Недопустим резкий подъем консоли до касания зуба фрезы с поверхностью щупа, так как это может привести к выкрашиванию зуба фрезы и повреждению щупа. Иногда на щуп кладут полоску бумаги, и если при повороте фрезы бумага смещается, то для окончательной настройки на заданный размер консоль необходимо приподнять еще на 0,03-0,05 мм.

Настройка инструмента по горизонтали (рис. 13, б, в) относительно боковой его поверхности осуществляется также по щупу, но перемещением стола в поперечном направлении.

Рис. 13. Схемы ориентации фрез по установу: а, б - концевой; в - дисковой; 1 - установ; 2 - щуп

При отсутствии установа положение фрезы может быть задано по-разному. При невысоких требованиях к точности (рис. 14, а) обработку паза можно выполнить по разметке, При более точных допусках рекомендуются другие способы настройки фрезы. Так, если боковая поверхность заготовки допускает риски, стол с ней подводят к фрезе до появления на поверхности слабого следа от вращающейся фрезы. Установив лимб винта поперечных подач на нулевое деление, заготовку отводят от фрезы в продольном направлении. Затем по лимбу стол перемещают в поперечном направлении в положение, соответствующее требуемому для обработки паза (на рис. 14, а - 56 мм).

Для установки фрезы можно применить плоскопараллельные концевые меры, которые обеспечивают высокую точность настройки. Угольник 1 (рис. 14, б) прижимают к поверхности закрепленной заготовки, а в пространство между ним и фрезой 2 помещают блок 3 из плиток (на рисунке - размером 44 мм). При перемещении стола с заготовкой блоком периодически проверяют величину зазора. Установка считается выполненной, если блок плиток плотно и без качки проходит в пространство между угольником и фрезой.

Ориентацию фрезы относительно центра вала выполняют по схеме, показанной на рис. 14, в. Размер А между угольником и фрезой должен быть одинаковым как с одной стороны вала, так и с другой. Это определяется с помощью угольника и набора плиток или посредством универсального мерительного инструмента.

При обработке партии заготовок процесс настройки можно облегчить использованием устройства с двумя индикаторами, которое позволяет быстро и точно установить стол с заготовкой в требуемое положение после его смещения в поперечном и вертикальном направлениях. При настроенном станке индикаторы 1 и 2 устройства (см. рис. 12) устанавливают на нуль. Нулевое положение стрелки индикатора 1 определяет фиксированное положение стола в поперечном направлении, а индикатора 2 - в вертикальном. После смещения стола точная установка его в заданное положение не вызывает затруднений.

Рис. 14. Схемы настройки фрезы относительно заготовки без установа