Фрезерные станки

В XVIII веке американский инженер Пратт установил на диск несколько резцов и тем самым изобрел фрезу, вращая которую можно резать материалы.

По технологическому признаку различают фрезы для обработки плоскостей, пазов, шлицев, фасонных поверхностей, тел вращения, зубчатых и резьбовых поверхностей, разрезания материала и др.

По конструктивным признакам фрезы подразделяют следующим образом:

• по расположению зубьев на исходном цилиндре (торцовые, цилиндрические, дисковые, двухсторонние, угловые, фасонные, концевые и др.);
• по конструкции зуба (с острозаточенными и затылованными зубьями);
• по направлению зуба (с прямыми, наклонными, винтовыми, разнонаправленными зубьями);
• по конструкции фрезы (цельные, составные, со вставными зубьями, сборные);
• по способу крепления (насадные, концевые с коническим или цилиндрическим хвостовиком);
• по виду инструментального материала режущей части (из быстрорежущей стали, твердых сплавов, режущей керамики, сверхтвердых материалов).

Основные типы фрез показаны на рис. 33.

Рис. 33, а–е. Основные типы фрез: а — цилиндрическая; б, в — дисковая; г — Т-образная; д — концевая; е — торцовая с хвостовиком

Рис. 33, ж–и. Основные типы фрез: ж — торцовая насадная; з — шпоночная; и — угловые

Цилиндрические и торцовые фрезы предназначены для обработки плоскостей. Дисковые фрезы (пазовые, двухсторонние, трехсторонние) применяют для фрезерования пазов, уступов и боковых плоскостей; прорезные и отрезные — для прорезания узких пазов и разрезания материалов; концевые — для обработки пазов, уступов и плоскостей; угловые — для фрезерования стружечных канавок режущих инструментов и скосов. Фасонные фрезы предназначены для фрезерования фасонных поверхностей.

Фрезы изготавливают цельными и сборными (корпус из конструкционной стали, а режущие зубья из быстрорежущей стали или твердого сплава). Цилиндрические фрезы диаметром до 90 мм, торцовые насадные фрезы диаметром до 110 мм, дисковые трехсторонние фрезы с мелким зубом, дисковые пазовые, угловые, фасонные, отрезные, прорезные, концевые и шпоночные фрезы делают цельными. Цилиндрические, торцовые и дисковые фрезы диаметром более 75 мм и торцовые фрезерные головки снабжают вставными зубьями.

Широкое распространение получили сборные фрезы со вставными ножами из быстрорежущей стали или твердого сплава и с механическим креплением режущих пластин. Для одновременного фрезерования нескольких поверхностей применяют набор фрез, состыкованных с помощью цилиндрических выточек на торцах фрез. Существуют сборные конструкции фрез с неперетачиваемыми твердосплавными пластинами. Механическое крепление пластин дает возможность их поворота для обновления режущей кромки и позволяет использовать фрезы без перетачивания. После полного износа пластину быстро заменяют новой. Торцовые фрезы общего назначения оснащают круглыми, шестигранными, пятигранными, четырехгранными, трехгранными твердосплавными пластинами.

Для фрезерования заготовку устанавливают и закрепляют на столе станка. В единичном и мелкосерийном производстве для этого применяют универсальные приспособления (машинные тиски, прижимные планки, поворотные столы, делительные головки, магнитные плиты, приспособления для фрезерования скосов и т. п.), а в серийном и массовом — специальные приспособления. Движение резания при фрезеровании — вращение фрезы.

При фрезеровании на горизонтально-фрезерных станках, как правило, используют продольную Ds_пр и реже поперечную Ds_п и вертикальную Ds_в подачи. На вертикально-фрезерных станках задают продольную и поперечную подачи в зависимости от пространственного расположения обрабатываемой поверхности, а вертикальная подача практически не встречается. Вертикальные поверхности на горизонтально-фрезерных станках обрабатывают торцовыми насадными фрезами или фрезерными головками, а на вертикально-фрезерных — концевыми фрезами.

Плоскости обрабатывают цилиндрическими (рис. 34, а), концевыми и торцовыми фрезами (рис. 34, б) на горизонтально-фрезерных и вертикально-фрезерных станках.

Рис. 34. Схемы обработки поверхностей на универсальных фрезерных станках

Узкие наклонные поверхности на горизонтально-фрезерных станках получают угловой фрезой. Широкие наклонные поверхности удобнее обрабатывать на вертикально-фрезерных станках с поворотной шпиндельной головкой торцовой или концевой фрезами. Уступы и прямоугольные пазы на горизонтально-фрезерных станках выполняют соответственно дисковыми двух- и трехсторонними (рис. 34, г), на вертикально-фрезерных станках — концевыми (рис. 34, в) фрезами. Фасонные поверхности обрабатывают фасонными фрезами (рис. 5.и34,над)фрезернокопировальных станках (рис. 34, е)

Торцевые фрезы применяют для черновой обработки валов (рис. 34, ж).

На продольно-фрезерных станках торцовыми и насадными фрезами обрабатывают вертикальные, горизонтальные, наклонные поверхности, уступы и пазы (рис. 35, а). Можно вести одновременную обработку нескольких поверхностей набором фрез. Для пазов используют соответствующие угловые и концевые фрезы.

Рис. 35. Схемы фрезерования: а — на продольно-фрезерном станке; б — на карусельно-фрезерном станке; 1 — стол, 2 — заготовка, 3 — фреза, 4 — фрезерная головка; I — зона загрузки, II — зона обработки; в — на барабанно-фрезерном станке: 1 — барабан, 2, 3, 4, 5 — фрезы, 6 — заготовка

На карусельно-фрезерных станках горизонтальные поверхности (в основном торцовыми насадными фрезами) обрабатывают при непрерывном вращении стола (рис. 35, б). Одна фреза выполняет черновую обработку в размер А1, вторая — окончательную обработку в размер А2. У барабанно-фрезерных станков столбарабан имеет горизонтальную ось вращения; фрезы верхних фрезерных головок выполняют предварительную обработку (рис. 35, в) в размер А1, а фрезы нижних головок — окончательную обработку в размер А2. Вертикальные поверхности обрабатывают торцовыми насадными фрезами со вставными ножами.

Основные сведения о станках фрезерной группы и их классификация

Фрезерные станки в единой системе классификации станков составляют шестую группу, поэтому обозначение (шифр) любого фрезерного станка начинается с цифры 6. Различают две основные группы фрезерных станков:

• общего назначения или универсальные (вертикально-фрезерные, горизонтальнофрезерные, продольно-фезерные);
• специализированные (шлицефрезерные, шпоночно-фрезерные, карусельнофрезерные, копировально-фрезерные и др.).

По конструктивным особенностям эти станки подразделяются на консольные (стол расположен на подъемном кронштейне — консоли), бесконсольные (стол перемещается на неподвижной станине в продольном и поперечном направлениях) и непрерывного действия (карусельные и барабанные).

В единичном, мелко- и среднесерийном производстве наиболее распространены консольные фрезерные станки. Универсальный консольный горизонтально-фрезерный станок (рис. 36, а) имеет горизонтальный шпиндель 2 и выдвижной хобот 1, на который устанавливают серьгу 3, поддерживающую оправку с фрезой. Консоль 4 перемещается по направляющей стойки 5. На консоли расположены салазки 6 и стол 7.

Рис. 36, а и б. Фрезерные станки: а — универсальный консольный горизонтально-фрезерный; б — широкоуниверсальный консольный горизонтально-фрезерный

Рис. 36, в–и. Фрезерные станки: в — широкоуниверсальный бесконсольно-фрезерный; г — консольный вертикально-фрезерный; д — бесконсольный вертикально-фрезерный; е — бесконсольный горизонтально-фрезерный; ж — продольно-фрезерный; з — карусельно-фрезерный; и — барабанно-фрезерный

Широкоуниверсальный консольный горизонтально-фрезерный станок (рис. 36, б) помимо горизонтального шпинделя имеет шпиндельную головку 1, которая может поворачиваться на хоботе в двух взаимно перпендикулярных направлениях, благо-

даря чему шпиндель с фрезой можно устанавливать под любым углом к плоскости стола и к обрабатываемой заготовке. На головке 1 монтируют накладную головку 2 для сверления, рассверливания, зенкерования, растачивания и фрезерования.

Консольный вертикально-фрезерный станок (рис. 36, игм) еет вертикальный шпиндель 3, который размещен в поворотной шпиндельной головке 2, установленной на стойке.

Бесконсольные вертикально- и горизонтально-фрезерные станки (рис. 36, д, е), служащие для обработки крупногабаритных деталей, включают салазки 2 и стол 3, которые перемещаются по направляющим станины 1. Шпиндельная головка 5 перемещается по направляющим стойки 6. Шпиндель 4 имеет осевые перемещения при установке фрезы.

Продольно-фрезерные станки (рис. 36, ж) предназначены для обработки крупногабаритных деталей. На станине 1 установлены две вертикальные стойки 6, соединенные поперечиной 7. На направляющих стоек смонтированы фрезерные головки 3 с горизонтальными шпинделями и траверса (поперечина) 4. На последней установлены фрезерные головки 5 с вертикальными шпинделями. Стол 2 перемещается по направляющим станины 1.

Карусельно-фрезерные станки (рис. 36, з), предназначенные для обработки поверхностей торцовыми фрезами, снабжены одним или несколькими шпинделями 3 для черновой и чистовой обработки. По направляющим стойки 1 перемещается шпиндельная головка 2. Стол 4, вращаясь непрерывно, сообщает установленным на нем заготовкам движение подачи. Стол с салазками 5 имеет установочное перемещение по направляющим станины 6.

Барабанно-фрезерные станки (рис. 36, и) используют в крупносерийном и массовом производстве. Заготовки устанавливают на вращающемся барабане 2, имеющем движение подачи. Фрезерные головки 3 (для черновой обработки) и 1 (для чистовой обработки) перемещаются по направляющим стоек 4.

Конструкция фрезы определяет вспомогательный инструмент для закрепления ее на станке. Фрезы с осевым отверстием крепят на оправках и называют насадными. Фрезы, имеющие цилиндрический или конический хвостовик, называют хвостовыми.

Насадную фрезу 1 (цилиндрическую, дисковую, угловую и т. п.) закрепляют на центровой оправке 2 (рис. 37, а), которую устанавливают в коническое отверстие шпинделя 3 и затягивают болтом 4. Сухари 5, входящие в пазы фланца шпинделя и отправки, удерживают ее от проворачивания. Вращение фрезе передается через шпонку 6. Правый конец оправки поддерживают подшипники 7 серьги 8. Осевое положение фрезы на оправке фиксируют гайкой 9 и установочными кольцами 10.

Этот способ закрепления используют в основном на горизонтально-фрезерных станках. Торцовые и дисковые фрезы закрепляют на концевой оправке 11 с помощью шпонки 12 и винта 13 (рис. 37, б). Фрезы с коническим хвостовиком закрепляют или непосредственно в коническом отверстии шпинделя, или через переходную втулку 14 (рис. 37, в). Торцовые фрезы могут закрепляться непосредственно на шпинделе винтами 15 (рис. 37, г). Для закрепления фрез с цилиндрическим хвостовиком используют различные по конструкции патроны: цанговые (рис. 37, д, с) регулируемым эксцентриситетом втулки 18 и корпуса оправки 19 (рис. 37, е), которые устанавливают в шпинделе станка как концевые оправки. При закручивании гайки 16 последняя сжимает цангу 17, которая закрепляет фрезу.

Рис. 37. Схемы крепления фрез

Делительные головки, расширяющие технологические возможности фрезерных станков, служат для периодического поворота обрабатываемой заготовки вокруг оси (при обработке зубьев, шлицев, пазов и др.) на равные или неравные углы, а также для непрерывного вращения заготовки, согласованных с продольной подачей стола станка при нарезании винтовых канавок. Различают головки для непосредственного деления, многошпиндельные, универсальные, оптические. Делительные головки оснащаются принадлежностями.

При обработке с использованием универсальной делительной головки (например, шестерни с зубьями) заготовку 1 (рис. 38) устанавливают на оправке в центрах шпинделя 6 головки 2 и задней бабки 8. Модульная дисковая фреза 7 получает вращение, а стол станка — рабочую продольную подачу. После обработки впадины стол ускоренно перемещается в исходное положение, заготовку поворачивают на

угол при помощи диска 4, линеек 5 и рукоятки 3 с фиксатором. Цикл повторяется до полной обработки всех впадин зубьев колеса.

Шпоночно-фрезерные станки предназначены для фрезерования шпоночных пазов в деталях класса валов концевыми шпоночными фрезами в условиях серийного и массового производств. Особенность этих станков — все необходимые для обработки движения фреза совершает при неподвижной заготовке, что позволяет снизить влияние жесткости станка на точность обработки.

Схема обработки паза приведена на рис. 39. Фреза диаметром D, равным ширине В шпоночного паза, получает от шпинделя станка главное вращательное движение. Шпиндельная каретка, получающая от механического или гидравлического привода станка возвратно-поступательное движение, сообщает фрезе так называемую маятниковую подачу — повторяющиеся продольные движения на длину паза и вертикальные перемещения на небольшую величину в конце каждого хода. Такая подача значительно повышает стойкость фрезы и точность обработки. По компоновке шпоночно-фрезерные станки могут быть вертикальными или горизонтальными, одноили многошпиндельными.

Рис. 38. Схема обработки с делительной головкой

Риc. 39. Схема фрезерования шпоночного паза

Копировально-фрезерные станки предназначены для обработки поверхностей сложной формы в мелкосерийном и серийном производствах. На них выполняется обработка по контуру (контурное фрезерование) плоских деталей (кулачков, шаблонов, копиров, вырубных штампов и т. п.) и обработка пространственно-сложных поверхностей (моделей отливок, кокилей, штампов, пресс-форм, лопастей гребных валов, турбинных лопаток и т. п.) (объемное фрезерование).

Копировально-фрезерные станки имеют задающее устройство (ЗУ) (например, шаблон, эталонная деталь, чертеж, модель и др.), связанное через копировальное устройство (щуп, копировальный палец, копировальный ролик, фотоэлемент) с исполнительным органом, который повторяет движение копировального устройства, необходимое для воспроизведения фрезой геометрической формы ЗУ.

Обработка ведется по копиру (шаблону) — точной копии обрабатываемой поверхности, по которому перемещается следящий элемент — щуп, палец или ролик, движения которого точно повторяет фреза, воспроизводя поверхность копира на заготовке.

Рис. 40. Копировально-фрезерный станок

В станках следящего действия перемещения фрезы от копира осуществляются через усилительное устройство, управление которым может быть электрическим, гидравлическим и т. п. Перемещение следящего пальца передается в такое устройство в виде команды и воспроизводится исполнительным органом станка, несущим шпиндель с фрезой.

При фрезеровании копир ощупывают способом горизонтальных или вертикальных строк (рис. 40). При первом способе стол станка совершает автоматическое задающее продольное перемещение, а фрезерная головка — непрерывное следящее движение и периодическое вертикальное перемещение на величину строки S. При втором способе фрезерная головка совершает задающее вертикальное перемещение и следящее движение, а стол — периодическое продольное перемещение на величину строки S. После обхода поверхности заготовки шпиндельная бабка с фрезой подается в поперечном направлении на глубину подачи S_поп и процесс обработки продолжается до полного удаления припуска,

Многоцелевые станки используют для обработки заготовок корпусных деталей, рычагов, кронштейнов и подобных им деталей. Эти станки характеризуются большим разнообразием компоновок и конструктивных особенностей. Компоновка станков определяется характером выполняемых на них работ. Выпускают многоцелевые станки этого типа с компоновками, как у вертикально-сверлильных, горизонтально- и вертикальнофрезерных, координатно-расточных, продольно-фрезерных и других станков.

На токарно-сверлильно-фрезерно-расточных многоцелевых станках можно проводить обработку, характерную для станков токарной, сверлильной, фрезерной и расточной групп. На многоцелевых станках многих типов можно выполнять не только лезвийную, но и абразивную обработку (шлифование).

На рис. 41, а показан внешний вид сверлильно-фрезерно-расточного станка многоцелевого станка широко распространенной компоновки. По горизонтальным направляющим станины 1 в направлении оси X перемещается стол станка 2. На нем располагается прецизионный поворотный стол 3, который обеспечивает обработку установленной на нем заготовки.

Рис. 41. Сверлильно-фрезерно-расточной станок

Сначала торцовой насадной фрезой обрабатывается вертикальная плоскость (рис. 42, а). Цикл ее обработки включает: быстрый подвод 1 инструмента к заготовке по координате Z, включение 2 вращения шпинделя, подход 3 инструмента к заготовке со скоростью рабочего хода, фрезерование 4–7 заготовки с продольным движением подачи заготовки и вертикальным движением подачи инструмента — быстрый отвод 8 инструмента от заготовки по координате Z и выключение 9 вращения шпинделя.

После смены инструмента концевая фреза реализует циклы обработки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра (рис. 42, б и в). Затем соответствующие инструменты выполняют циклы растачивания (рис. 42, г), сверления крепежных отверстий (рис. 42, д), зенкования в них фасок (рис. 42,наер) еиз ания резьбы (рис. 42, ж).

Рис. 42, а–ж. Обработка на сверлильно-фрезерно-расточных станках

Рис. 42, з–к. Обработка на сверлильно-фрезерно-расточных станках

После поворота заготовки на 90° ее обрабатывают с другой стороны — фрезеруют бобышку (рис. 42, ж), сверлят (рис. 42, и) и зенкеруют в ней отверстия (рис. 42, к).

Детали класса валов на токарных и круглошлифовальных станках обрабатывают с установкой их на центры станка центровыми отверстиями. Обработку центровых отверстий (зацентровку заготовок) в условиях серийного и массового производства выполняют на центровальных и фрезерно-центровальных станках.

Рис. 43. Схема работы фрезерно-центровочного полуавтомата

В первом случае осуществляется только центровка заготовок, а во втором перед центровкой фрезеруются торцы заготовки. Обработка на фрезерно-центровальных станках предпочтительнее, поскольку предварительное фрезерование торцов облегчает работу центровочных сверл; кроме того, благодаря тому, что фрезерование торцов и сверление центровочных отверстий проводится с одной установки, обеспечивается строгая перпендикулярность осей отверстий торцам.

На рис. 43 приведена схема работы двухпозиционного фрезернцоентровального полуавтомата. Заготовка 4, закрепленная в призмах 5 на столе 1 станка, поступает сначала на позицию I, где ее торцы фрезеруют две фрезерные головки 3 с подачей стола. После этого стол переносит заготовку в позицию II, где два центровых сверла 2 центруют оба ее торца одновременно.