Обработка на фрезерных станках

Фрезерование. На фрезерных станках отре­зают заготовки, фрезеруют плоские поверхно­сти, пазы, уступы, криволинейные и винтовые поверхности, тела вращения, резьбы. Разли­чают фрезерные станки с прерывистым ци­клом обработки (простые и универсальные, резьбофрезерные и др.), предусматривающие вспомогательный обратный ход или выключе­ние подачи для снятия и закрепления загото­вок, и станки с непрерывным циклом (с вра­щающимся столом, барабаном или конвейер­ного типа), на которых заготовки снимают и закрепляют во время рабочего хода.

Вибро- и износостойкость фрез повышает механическое крепление сменных многогран­ных пластин на рабочей части винтом (рис. 169). Тангенциальное расположение плас­тин позволяет значительно увеличивать пода­чу на зуб фрезы s_z, так как силу деформации воспринимает пластина высотой h > b.

Производительность фрезерования харак­теризует минутная подача s_м = 318s_zvК, где s_z - подача на зуб, мм; v - скорость резания, м/мин; К = z/D (число зубьев z на 1 мм диа­метра фрезы D).

На эффективность обработки кроме форси­рования режимов резания влияет сокращение вспомогательного времени на управление станком, закрепление заготовки, смену и на­стройку инструмент а. Высокопроизводитель­ное фрезерование сопровождается значи­тельными силами резания, резко колеблющи­мися по величине, поэтому следует уделять особое внимание жесткости технологической системы.

Отрезка. На универсально-фрезерных стан­ках отрезают литники и прибыли; набором дисковых отрезных фрез отрезают крышки ко­ренных подшипников двигателя, отлитые в об­щий блок и подвергнутые ранее механической обработке, а также выполняют другие опера­ции, используя фрезы: из быстрорежущей ста­ли диаметром 20—315 мм, b = 0,2 ÷ 6,0 мм; сборные с вставными ножами диаметром 125 — 315 мм, 6 = 5 ÷ 12 мм; твердосплавные монолитные диаметром 20—125 мм, b = 0,2÷1,6 мм; с припайными пластинами диаметром до 315 мм, b ≥ 1,6 мм. При отрез­ке твердосплавными фрезами заготовок из черных металлов v = 50÷180 м/мин, s_z = 0,01÷0,04 мм/зуб; при отрезке заготовок из цветных металлов v = 80÷400 м/мин, s_z = 0,02÷0,10 мм/зуб.

Заготовки из проката отрезают на фрезерно-отрезных станках дисковыми пилами: мо­нолитными диаметром 210 — 315 мм, b = 1,6÷3 мм; сегментными диаметром 210—1800 мм, b = 3 ÷ 15 мм, дисковыми с диаметром 210 — 1800 мм, b = 4÷12,5 мм с припайными твердосплавными пластинами; диаметром 210 — 2000 мм, b = 6,35 мм с меха­ническим креплением твердосплавных пла­стин. Шаг зубьев пил приведен в табл. 17. Для отрезки заготовок из черных металлов пилами v = 9÷30 м/мин, s_M ≤ 800 мм/мин; пилами с припайными твердосплавными пластинами v = 70÷150 м/мин, s_z = 0,15-0,22 мм/зуб; за­готовок из алюминия b = 500 ÷ 2000 м/мин, s_м ≤ 1500 мм/мин.

Плоские поверхности предпочтительно фрезеровать торцовыми фрезами с СМП с углом в плане φ, равным 45, 60 и 75º (рис. 170, табл. 18), или с круглыми пластинами. Для плоских поверхностей с прямым уступом φ = 90º, При черновом фрезеровании глубина резания (снимаемый припуск а) лимитируется длиной режущей поверхности пластины; при чистовом фрезеровании а = 0,5 ÷ 1 мм. Шпин­дель чистовой фрезы устанавливают с укло­ном 0,0001, чтобы исключить контакт с обра­ботанной поверхностью зубьев, не участвую­щих в резании. Диаметр торцовой фрезы D ≥ 1,2В, где В — ширина фрезеруемой пло­ской поверхности, мм. Режимы резания тор­цовыми фрезами приведены в табл. 19.

Фирма Сандвик Короманг (Швеция) про­изводит торцовые фрезы с креплением твер­досплавных пластин подпружиненными плун­жерами (рис. 171), что ускоряет процесс смены пластин. Корпус торцовой фрезы состоит из массивной планшайбы 1 (закрепленной на шпинделе станка постоянно) и съемной ажурной обоймы 2 с режущими пластинами 3, ко­торая прикрепляется к планшайбе цен­тральным болтом 4, благодаря чему значи­тельно облегчена смена инструмента диаме­тром 315 — 500 мм. Торцовыми фрезами с механическим креплением минералокерамических пластин — многозубыми (К = 0,06÷0,075) и однозубыми при достаточной жесткости СПИД возможна обработка плоских поверхностей с повышенными режи­мами резания (табл. 20). Торцовые фрезы, ос­нащенные сверхтвердым материалом (СТМ), используют для чистовой обработки загото­вок из закаленных сталей и чугунов повышенной твердости, а также цветных металлов (на­пример, при фрезеровании заготовок из леги­рованного чугуна HRC 58—60 фрезой диаме­тром 100 мм, z = 7, с пластинами из кубиче­ского нитрида бора диаметром 9,5 мм, а = 0,5 мм; В = 65 мм, s_z = 0,28 мм/зуб, v = 200 м/мин; при фрезеровании заготовок из алюминиевого сплава, содержащего 8—10 % Si, фрезой, оснащенной пластинами из поли­кристаллического синтетического алмаза, а = 0,2 мм, s_z = 0,08 мм/зуб, v = 1480 м/мин, Ra = 0,6÷0,3 мкм).

На многошпиндельных фрезерных станках с непрерывным циклом проводят последова­тельную обработку плоских поверхностей чер­новыми и чистовыми фрезами, а при двусто­ронней обработке поверхностей — с пере­кладыванием заготовок (рис. 172, 173), обеспе­чивая их высоту с точностью 11 —13-го квалитета и параметр шероховатости поверхности Ra = 3,2 ÷ 1,25 мкм. Отличительной особен­ностью двусторонней обработки плоских по­верхностей чугунного блока автомобильного двигателя набором торцовых фрез (рис. 173), оснащенных твердым сплавом (1 и 2 — чер­новых, 4 и 5 — чистовых на карусельно-фрезерном станке с непрерывно вращающимся бара­баном), является применение «пульсирующего» шпинделя с фрезой 3. Этот шпиндель получает добавочное перемещение на 150 мм от копира, смонтированного на барабане с та­ким расчетом, чтобы траектория относитель­ного движения фрезы 3 была параллельна ос­нованию блока (вид А) и при вращении барабана эта фреза не срезала нижнего уступа блока, выступающего за пределы фрезеруемой поверхности. За каждый оборот барабана сни­мают одну обработанную деталь и на ее ме­сто устанавливают заготовку.

На рис. 174 покачана наладка фрезерно-центровочного станка. Применение торцовых фрез с СМП точного исполнения исклю­чает подналадку при повороте и смене пла­стин. Центровочные сверла закрепляют в сменных втулках с регулируемым упором, что позволяет налаживать вылет сверл вне станка.

Плоские поверхности обрабатывают ци­линдрическими фрезами с встречной или по­путной подачей. Попутное фрезерование способствует повышению стойкости фрез и уменьшению параметра шероховатости обработанной поверхности, но для его осу­ществления требуется устройство, компенсирующее зазоры в механизме, подачи. На стан­ках с обычной гайкой ходового винта реко­мендуется встречное фрезерование. Направле­ние винтовых зубьев цилиндрических фрез выбирают из расчета действия осевой соста­вляющей силы резания в сторону шпинделя станка (рис. 175). Широкие плоские поверхно­сти обрабатывают набором фрез с разнона­правленными винтовыми зубьями (рис. 176).

Уменьшения параметра шероховатости по­верхности и вибраций достигают, работая фрезами минимально возможного диаметра D с малым шагом, закрепленными на корот­ких бесконсольных оправках.

Уступы, пазы и проушины обрабатывают двумя способами: дисковыми или концевыми (торцовыми насадными) фрезами, Выбор варианта зависит от конструктивно заданного на изделии выхода инструмента и от высоты (глубины) обрабатываемой поверхности Н (рис. 177), которую лимитируют диаметры D дисковой фрезы и d₁ проставочных колец или длина режущей части концевой фрезы l; H > (D – d₁)/2; Н < l. Фрезерование нескольких уступов или пазов наборами фрез с МКНРП следует выполнять на мощных станках, используя оправку наименьшей возможной длины с поддержкой в подшипниках кронш­тейнов с маховиком для снижения крутильных колебаний (рис. 178).

Режущую часть концевых и насадных торцовых фрез для обработки уступов изгото­вляют из быстрорежущей стали или твердого сплава: монолитными, с припайными пласти­нами и с СМП. Фрезы из быстрорежущей стали имеют угол подъема винтовых канавок ω ≈ 40º, неравномерный угловой шаг и небольшое число зубьев; фрезы с припайными винтообразными пластинами: чистовые имеют угол ω ≈ 30º (рис. 179,а); черновые с волнистой режущей кромкой («кукурузные») угол ω ≈ 30º (рис. 179,б); концевые фрезы диа­метром 32—100 мм (рис. 177,в) и торцовые насадные фрезы диаметром 80—125 мм (рис. 180) с привертными твердосплавными пластинами, расположенными в шахматном по­рядке на винтовых зубьях, имеют угол ω ≈ 20º.

Концевыми и насадными торцовыми фрезами обрабатывают открытые пазы с про­дольной подачей на всю глубину. Для обра­ботки закрытых пазов («карманов») предварительно сверлят отверстие на глубину паза, предпочтительно сверлом с СМП, а затем вводят в отверстие концевую фрезу и с про­дольной подачей проводят обработку па за­данной длине. Однако с применением сверлопазовых фрез возможна комбинированная обработка заготовок из алюминиевых и тита­новых сплавов с осевой подачей на глубину паза (рис. 181, а) и с продольной подачей на его длину (рис. 181,б). Один из двух зубьев сверлопазовой фрезы состоит из припаянной твердосплавной пластины 1, работающей пе­риферией и торцовой режущей кромкой дли­ной, равной половине диаметра, а второй — из припаянной периферийной пластины 2.

Шпоночные пазы закрытого типа обра­батывают на валах двухзубой концевой фре­зой по «челночной» схеме с ручной или авто­матической осевой подачей в конце каждого продольного хода. Шпоночные пазы, располо­женные на валах с угловым шагом, фрезеруют последовательно с поворотом вокруг оси, а диаметрально расположенные пазы — одно­временно на двусторонних фрезерных станках. Для компенсации износа фрезы по диаметру и получения точных по ширине пазов приме­няют патроны, регулирующие эксцентриситет фрезы (рис. 182). При фрезеровании сегментных пазов фрезу поддерживают цент­ром (рис. 183,а). Глубокие проушины об­рабатывают на горизонтально-фрезерном станке с поддержкой инструмента втулкой (рис. 183,б), Т-образные пазы фрезеруют за две операции: дисковой и грибковой фрезами (рис. 183, в), угловые пазы (ласточкин хвост) — угловой фрезой на вертикально-фрезерном станке с поворотной головкой (рис. 183, г).

Профильные поверхности фрезеруют фа­сонными фрезами, наборами фрез, червячны­ми фрезами и с помощью копирных устройств, Затылованные или острозаточенные фрезы из быстрорежущей стали (табл. 21), армированные твердым сплавом или с СМП, характеризует небольшое число зубьев, малая подача на зуб и, как следствие этого, низкая производительность. У острозаточенных фасонных фрез большее число зубь­ев и лучшие геометрические параметры, по­этому применение их предпочтительно при наличии специального оборудования для пере­точки. Наборы фрез с СМП, рассчитанные на использование стандартных пластин, огра­ничивают обрабатываемый профиль прямы­ми, угловыми и, частично, радиусными участ­ками. Наборы фрез (рис. 184) рекомендуется хранить и эксплуатировать собранными на оправках. В чертежах наборов фрез указывают коды всех входящих в них инструментов, рас­стояния между фрезами, допустимую разницу диаметров, торцовое и радиальное биения, а также другие условия, обеспечивающие экс­плуатацию без дополнительной подналадки на станке.

Для нарезания зубцов храповиков, звездо­чек и т. п. методом обкатывания на зубофрезерных станках используют червячные фрезы. Однако путем последовательного единичного поворота заготовки эти работы можно выпол­нять фасонными фрезами, но с меньшей про­изводительностью и точностью. Режимы резания для: фрез из быстрорежущей стали и твердого сплава приведены в табл. 21. Копирное фрезерование осуществляют на станках (приспособлениях) прямого действия и на станках со следящим приводом. В первом случае изменение формы копира передается непосредственно на копировальный ролик, ко­торый воспринимает силы резания, возникаю­щие при фрезеровании (рис. 185). Во втором случае изменение формы копира воспринимает следящее устройство (электрическое, гидра­влическое или пневматическое), которое через усилитель передает команду рабочему меха­низму станка (рис. 186). Станки со следящим приводом более совершенны, обеспечивают бесступенчатое регулирование скоростей по­дач, отклонение размеров изделия от разме­ров копира в пределах ±(0,02 ÷ 0,2) мм и па­раметр шероховатости обработанной поверх­ности Ra = 1,2÷0,3 мкм. На станках со следящим приводом возможна обработка сложных плоских криволинейных поверхно­стей в системе осей XY и пространственно-сложных поверхностей в системе XYZ.

Усовершенствуют копировально-фрезерные станки путем замены копиров, управления обработкой с помощью команд-аппаратов, программных устройств с электронно-гидра­влическим приводом и использования станков с ЧПУ.

Контурное фрезерование поверхностей тел вращения — наиболее производительный спо­соб обработки, заменяющий точение. Фрезе­рование проводят периферией дисковой фрезы при внешнем касании и поверхностью отвер­стия кольцевого (полого) инструмента — при внутреннем касании. В обоих случаях заготов­ку обрабатывают по всему контуру, включая подрезание торцов фланцев, щек и тому подобных поверхностей, примыкающих к шей­кам, единичными фрезами или наборами, со­стоящими из монолитных быстрорежущих или сборных фрез с СМП. Пластинки чере­дуются от зуба к зубу в шахматном порядке, охватывая весь обрабатываемый контур. Особо широкие цилиндрические поверхности фре­зеруют на два перехода, перемещая инстру­мент в осевом направлении.

Тела вращения фрезеруют путем внешнего (рис. 187, а) или внутреннего касания фрез (рис. 187,б). Подача при этом может быть врезная (радиальная) или круговая (при вра­щении заготовки или планетарном движении инструмента).

При достижении максимальной площади срезаемого слоя врезную подачу уменьшают на 50—60%, круговую — на 25 — 30%, при раз­дельной врезной и круговой подачах — за один оборот заготовки, при совмещенной — за 1,1 — 1,2 оборота.

Скорость резания определяет частота вра­щения инструмента. В зависимости от обра­батываемого материала для инструмента из быстрорежущей стали v = 40÷60 м/мин, из твердого сплава v = 80÷135 м/мин. Врезная подача 0,2—0,3 мм/зуб, круговая подача 0,4-0,5 мм/зуб.

На рис. 188 показана схема контурного фрезерования ступенчатого вала набором фрез с СМП: Т_м = 0,33 мин; Т_шт = 0,63 мин с учетом вспомогательного времени на обслу­живание станка 0,2 мин и автоматической смены заготовки 0,1 мин.

Контурное фрезерование коленчатых валов проводят на станках двух типов: при стацио­нарном положении вала или при его вращении вокруг оси коренных подшипников. Фрезеро­вание осуществляют методом наружного или внутреннего касания, т е. дисковыми или кольцевыми фрезами с СМП. Дисковые фрезы центрируют на станке по отверстию, а коль­цевые — по наружному диаметру инструмен­та.

В процессе фрезерования шатунных шеек вращающегося вала инструмент (дисковая или кольцевая фреза) совершает возвратно-посту­пательное движение, управляемое копиром или по заданной программе, обеспечивая кон­такт с обрабатываемой поверхностью в со­ответствии с положением шейки в простран­стве.

При обработке неподвижно закрепленного вала методом внутреннего касания диаметр кольцевой фрезы, совершающей планетарное вращение, меньше диаметра дисковой фрезы; условия работы привода передачи лучше и расходы на инструмент примерно на 30% ниже. Обработку, как правило, осуществляют двумя фрезерными роторами, что позволяет одновременно фрезеровать по две пары ко­ренных шеек, попарно фрезеровать шатунные шейки или по одной шатунной и коренной шейке. Достигаемые допуски при обработке: диаметра шейки ±0,1 мм, расстояния между подшипниками ±0,15 мм, радиуса кривошипа ±0,1 мм. Параметр шероховатости поверхно­сти Ra = 5 ÷ 8 мкм. Мощность главного привода каждого из роторов 30 — 55 кВт, мощ­ность привода круговой подачи 2,5 — 4 кВт. Подача 0,35 — 0,45 мм/зуб, Вспомогательное время (снять и установить деталь в автомати­зированном цикле) 0,8-1,0 мин; время на управление станком 0,25 — 0,3 мин/цикл; Т_м = 1,0 ÷ 2,5 мин, Т_шт = 3 ÷ 6 мин.

Фреза имеет по 10 комплектов пластин и более из сплава ТТ10К8Б, закрепляемых ме­ханическим путем. Внутренний диаметр фрезы при совпадении ее оси с осью центров станка (нейтральное положение) должен обеспечить возможность беспрепятственного прохода сквозь него коленчатого вала с патронами на передней и задней бабках, выгрузку, загрузку, а также перемещение роторов в процессе обработки.

Стойкость фрезы составляет 400 шеек при массе снятой стружки 1 кг и 100 шеек при мас­се 4 кг. Средняя стойкость 480 мин.

На рис. 189 показаны переходы обработки коленчатого вала для восьмицилиндрового V-образного автомобильного двигателя. Заго­товку подвергают предварительной обработ­ке: фрезерованию торцов, центрованию, фре­зерованию базовых площадок.

Всю контурную обработку проводят на специальных однотипных фрезерных станках. Рис. 189 поясняет положение фрезы относи­тельно обрабатываемой поверхности вала: I — нейтральное положение для загрузки и вы­грузки заготовки вала; II—врезание при неподвижном роторе Р; III, IV— планетарное вращение фрезы (круговая подача) на участке с углом 360°; V — остановка вращения и отвод ротора с фрезой в нейтральное положение I.

Контурную обработку вала осуществляют на трех станках. Наборами фрез 3 и 4 с СМП фрезеруют поверхности хвостови­ка, фланца и прилегающих к нему участков. При этом вал фиксируют в осевом направле­нии и по базовым площадкам опорой 8 с за­жимом 7 (рис. 189,б). На другом станке, у ва­ла, закрепленного в патронах 1 и 2, фрезами 5 с СМП обрабатывают попарно за два перехода четыре коренные шейки (рис, 189, в). На третьем станке, зафиксированный в осевом направлении вал, закрепленный в патронах 1 и 2 с поддержкой люнетом 9, подвергают дальнейшей обработке — фрезеруют попарно шатунные шейки, оси которых расположены в горизонтальной плоскости (рис. 189, г). По­сле фрезерования первой пары шеек вал пово­рачивают (для чего на передней бабке предус­мотрено делительное устройство), переме­щают роторы с фрезами 6 и фрезеруют вторую пару шатунных шеек.

Винтовые поверхности фрезеруют дисковы­ми, концевыми («пальцевыми») и червячными фрезами. Условно винтовые поверхности мож­но разделить на несопрягаемые (канавки режу­щих инструментов, копиры и т. п.) и сопря­гаемые (резьбы, винтовые шестерни и др.). Производящая поверхность инструмента дол­жна быть рассчитана исходя из заданных па­раметров винтовых канавок, особенно при больших углах подъема винтовой линии. Вин­товые поверхности фрезеруют при одновре­менном относительном вращательно-поступательном движении заготовки и инструмента. При фрезеровании винтовых канавок заготов­ку закрепляют в делительной головке, вклю­ченной в кинематическую цепь станка, на­строенного на заданный угол и шаг винтовой линии. При фрезеровании винтовых канавок на конической поверхности заготовку устана­вливают под углом, близким к половине угла конуса. Настроив станок на осредненный шаг винтовой линии, угол поворота незакреплен­ного стола корректируют копиром-угольни­ком в процессе продольного движения.

На фрезерных станках с ЧПУ фрезеруют винтовые канавки на конической поверхности заготовки, повернутой в горизонтальной пло­скости на угол винтовой линии ω, но без на­клона оси в вертикальной плоскости. При этом переменный шаг винтовых канавок и их глубину корректируют по программе.

Прямоугольные или трапецеидальные вин­товые канавки копиров фрезеруют пальцевой фрезой. Винтовые эвольвентные поверхности зубьев шестерен и валов обрабатывают чер­вячными фрезами на зубофрезерных станках.

Резьбы крупного шага и большой длины фрезеруют монолитными или сборными ди­сковыми резьбовыми фрезами при непрерыв­ном вращении и осевом перемещении заготов­ки. Требуемой глубины резьбы достигают установкой соответствующего межцентрового расстояния за пределами детали.

Производительность фрезерования резьб гребенчатыми фрезами ниже производитель­ности нарезания резьб головками и метчика­ми, а тем более накатывания. Фрезеруют резьбы: крупных деталей, закрепление ко­торых на других станках невозможно, пересе­ченных шпоночными пазами или лысками (рис. 190); тонкостенных деталей; с ограни­ченным сбегом. За период фрезерования ре­зьбы гребенчатой фрезой продольная подача s_пр = (1,1 ÷ 1,2)Рi, где Р— шаг резьбы; i — число заходов. Резьбофрезерование обеспечивает поле допуска 6h/6H и параметр шерохо­ватости Ra = 5 ÷ 2,5 мкм. Гребенчатой фрезой определенного шага и длины можно фрезеро­вать все наружные резьбы данного шага неза­висимо от их диаметра; при фрезеровании внутренних резьб (рис. 191) диаметр инструмента не должен быть больше ¾ диаметра резьбы. Скорость резания v = 20÷50 м/мин; подача s_z = 0,03 ÷ 0,05 мм/зуб. Эффективность резьбофрезерования возрастает с применением фрез, армированных твердым сплавом, и сборных фрез внутреннего касания, напри­мер, с дисковыми гребенками. Для последних требуются специальные резьбофрезерные стан­ки.

Интенсификация фрезерной обработки. Осна­щение фрезерных станков специальными ли­нейками с визирами и устройством цифровой индикации повышает точность выполнения фрезерных операций по трем координатам до сотых долей миллиметра, значительно упро­щает обслуживание станка и повышает про­изводительность труда. Применение специальных приспособлений на обычных фре­зерных станках сокращает или полностью исключает потери времени на вспомога­тельный ход и закрепление заготовок (рис. 192 — 194). Схема чистового фрезерования замка поршневого кольца на горизонтально-фре­зерном станке приведена на рис. 194. Пакет предварительно разрезанных поршневых ко­лец вручную укладывают на полукруглое ос­нование корпуса приспособления так, чтобы нож, вмонтированный в корпус, вошел в про­резь поршневого кольца. После включения подачи толкатель вдвигает кольца в кониче­скую трубчатую часть приспособления. По ме­ре продвижения кольца сжимаются до нужно­го диаметра, проходят через фрезу, калибрую­щую ширину замка, и падают, нанизываясь на штангу, вмонтированную в толкатель. По окончании рабочего хода стол приводят в пер­воначальное положение, и новый пакет колец загружают в приспособление Оснащение уни­версальных фрезерных станков пневматически­ми или гидравлическими зажимными приспособлениями и команд-аппаратами, управляю­щими производственным циклом, превращает их в полуавтоматы. Фрезерные и многоопера­ционные станки с ЧПУ особенно целесообраз­но использовать для комплексной обработки деталей в серийном производстве.