Обработка металла

Фрезерное дело

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Фрезерование уступов и пазов

Уступом называют выемку, ограниченную двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, образующими ступень. Деталь может иметь один, два, три и более уступов (55). Паз — выемка в детали, ограниченная плоскостями или фасонными поверхностями. В зависимости от формы выемки пазы делятся на прямоугольные, Г-образные и фасонные (56, а, б, в, г, д, е). Пазы любого профиля могут быть сквозными (57, а), открытыми или с выходом (57, б) и закрытыми (57, в).

Обработка уступов и пазов является одной из операций, выполняемых на фрезерных станках.

К обработанным фрезерованием уступам и пазам предъявляют различные технические требования в зависимости от назначения, серийности производства, точности размеров, точности расположения и шероховатости поверхности. Все эти требования оказывают влияние на выбор метода обработки.

Фрезерование уступов и пазов производят дисковыми концевыми фрезами, а также набором дисковых фрез. Кроме того, уступы можно фрезеровать торцовыми фрезами.

Фрезерование уступов и пазов дисковыми фрезами

Дисковые фрезы предназначены для обработки плоскостей, уступов и пазов.

Различают дисковые фрезы цельные и со вставными зубьями. Цельные дисковые фрезы делятся на пазовые (ГОСТ 3964—69), пазовые затылованные (ГОСТ 8543—72), трехсторонние с прямыми зубьями (по ГОСТ 3755—69), трехсторонние с разнонаправленными мелкими и нормальными зубьями (ГОСТ 8474—60). Фрезы со вставными зубьями выполняются трехсторонними (ГОСТ 1669—69). Дисковые пазовые фрезы имеют зубья только на цилиндрической части, их применяют для фрезерования неглубоких пазов. Основным типом дисковых фрез являются трехсторонние. Они имеют зубья на цилиндрической поверхности и на обоих торцах. Их применяют для обработки уступов и более глубоких пазов. Они обеспечиваю! более высокий класс шероховатости боковых стенок паза или уступа. Для улучшения условий резания дисковые трехсторонние фрезы снабжены наклонными зубьями с переменно чередующимися направлением канавок, т. е. один зуб имеет правое направление канавки, а другой, смежный с ним, — левое. Поэтому такие фрезы и называют разнонаправленными. Благодаря чередующемуся наклону зубьев осевые составляющие силы резания правых и левых зубьев взаимно уравновешиваются. Эти фрезы имеют зубья и на обоих торцах. Основным недостатком дисковых трехсторонних фрез является уменьшение размера по ширине после первой же переточки по торцу. При использовании регулируемых фрез, состоящих из двух половинок одинаковой толщины с перекрывающими друг друга зубьями в разъеме, после переточки можно восстановить начальный размер. Это достигается с помощью прокладок соответствующей толщины из медной или латунной фольги, которые помещают в разъем между фрезами.

Дисковые фрезы со вставными ножами, оснащенными пластинками твердого сплава, бывают трехсторонние (ГОСТ 5348—69) и двусторонние (ГОСТ 6469—69). Трехсторонние дисковые фрезы применяют для фрезерования пазов, а двусторонние для фрезерования уступов и плоскостей.

Крепление вставных ножей в корпус у обоих типов фрез осуществляется при помощи осевых рифлений и клина с углом 5°. 'Достоинством такого способа крепления вставных ножей является возможность компенсации износа и слоя, снятого при переточке. Восстановление размера по диаметру достигается перестановкой ножей на одно или несколько рифлений, а по ширине — соответствующим выдвижением ножей. Трехсторонние фрезы имеют ножи с попеременно чередующимся наклоном с углом 10 , у двусторонних— в одном направлении с углом наклона 10° (для праворежущих и леворежу-щих фрез).

Применение дисковых трехсторонних фрез с пластинками твердых сплавов дает наиболее высокую производительность при обработке пазов и уступов. Дисковая фреза лучше «выдерживает» размер, чем концевая.

Выбор типа и размера дисковых фрез. Тип и размер дисковой фрезы выбирают в зависимости от размеров обрабатываемых поверхностей и материала заготовки. Для заданных условий обработки выбирается тип фрезы, материал режущей части и основные размеры — А 5, d иг. Для фрезерования легко обрабатываемых материалов и материалов средней трудности обработки с большой глубиной фрезерования применяют фрезы с нормальным и крупным зубом. При обработке труднообрабатываемых материалов и фрезеровании с небольшой глубиной резания рекомендуется применять фрезы с нормальным и мелким зубьями.

Диаметр фрезы следует выбирать минимально возможным, так как чем меньше диаметр фрезы, тем выше ее жесткость и виброустойчивость. Кроме того, с увеличением диаметра фрезы возрастает ее стоимость.     

Наладку и настройку станка на фрезерование уступов дисковыми фрезами поясним на примере обработки уступов призмы (59, а, б). Выбор типоразмера дисковой фрезы зависит от размеров уступа, марки обрабатываемого материала, мощности электродвигателя станка и других условий.

Фрезерование уступов дисковыми фрезами, как указывалось выше, обычно производят двусторонней дисковой фрезой. Однако в нашем случае следует выбрать трехстороннюю фрезу, так как надо поочередно обработать по одному уступу с каждой стороны призмы (60, а, б). Выбираем трехстороннюю фрезу со вставными ножами по ГОСТ 5348—69, оснащенными пластинками твердого сплава Т15К6. Диаметр фрезы D = 100 мм, ширина 5=18 мм. число зубьев z=8. При фрезеровании пазов и уступов тиски должны быть выверены с помощью рейсмуса или индикатора со стокой и закреплены. Установку и закрепление заготовки производим в машинных тисках с подкладкой. Закрепление дисковой фрезы на оправке производят так же, как и цилиндрической. Режимы фрезерования выбирают либо по справочникам, если они не указаны в операционных картах, либо непосредственно по операционным или инструкционным картам.

Режим фрезерования для нашего случая: 5=13 мм, £ = 4 мм, 5г = 0,06 мм/зуб, v = = 335 м/мин. По графику (см. 40) определяем число оборотов шпинделя станка — 1000 об/мин.

По графику (см. 41) определяем минутную подачу — 5М = 500 мм/мин. Затем производим настройку станка на требуемое число оборотов шпинделя станка и требуемую минутную  подачу.

Фрезерование каждого уступа состоит из следующих основных приемов:

1. Нажатием кнопки «Пуск» включить электродвигатель. Шпиндель должен вращаться в направлении, противоположном направлению винтовой канавки фрезы.

2.         Подвести заготовку ручным перемещени

ем стола рукоятки продольного, поперечного

и вертикального перемещения под вращающую

ся фрезу до легкого касания боковыми режущи

ми кромками заготовки. Затем вращением ру

коятки вертикальной подачи опустить стол до

выхода фрезы за пределы обрабатываемой за

готовки. Далее вращением рукоятки попереч

ной подачи передвинуть заготовку в направле

нии фрезы на 13 мм, пользуясь лимбом попереч

ной подачи. Поднять стол до легкого касания

вращающейся фрезой верхней плоскости заго

товки. Вращением рукоятки продольной пода

чи вывести заготовку из-под фрезы, выключить

станок и поднять стол на 4 мм, пользуясь лим

бом вертикальной подачи. Застопорить верти

кальные и поперечные салазки.

3.         Установить кулачки механического вы

ключения продольной подачи стола на длину

фрезерования. Включить вновь вращение шпин

деля,   подать   вручную   заготовку   вращением

рукоятки продольной подачи стола по направ

лению к вращающейся фрезе, включить меха-

ническую продольную подачу и произвести фрезерование первого уступа (см. 60, а). Выключить станок, не производя перемещений стола.

Проверить размер обработанного уступа по ширине и глубине с помощью штангенциркуля. Если размер выдержан неточно, следует исправить дефекты обработки.

4. Порядок установки фрезы относительно заготовки при обработке второго уступа (см. 60, б) зависит от того, какой из размеров надо выдержать точно (размер 13 мм или размер выступа между уступами 89 мм). Так как в нашем примере задан размер 13 мм, то порядок обработки второго уступа будет точно такой же, как и первого. Если бы требовалось выдержать размер выступа по длине, то после обработки первого уступа обработку второго уступа можно проводить по одному из двух вариантов в зависимости от длины выступа. При сравнительно короткой длине выступа следует возвратить стол в исходное положение до выхода фрезы за пределы обраба-

тываемой заготовки. Затем переместить стол в поперечном направлении на расстояние, равное ширине выступа плюс ширины фрезы, и профрезеровать второй уступ.

Последовательность обработки по второму варианту дадим лишь в общем виде.

Так как в нашем случае ширина выступа составляет 89 мм, а ширина фрезы равна 18 мм, то для перемещения стола в поперечном направлении на расстояние, равное ширине выступа плюс ширина фрезы, т. е. 89 + 18 = 107 мм, потребовалось бы сделать свыше 17 оборотов лимба поперечной подачи (при шаге винта поперечной подачи t = 6 мм). Поэтому в таких случаях получения точного размера выступа можно достичь фрезерованием за два перехода — предварительное фрезерование можно производить по разметке, оставляя припуск по длине выступа на окончательное фрезерование в пределах 1—2 мм.

После предварительного фрезерования произвести измерение длины выступа и в соответствии с полученным размером, определить число делений, на которое следует повернуть лимб поперечной подачи, не нарушая установки по высоте, и произвести окончательное фрезерование второго уступа. Второй вариант обработки уступов в единичном и мелкосерийном производстве является предпочтительным.

Наладка станка на фрезерование сквозных прямоугольных пазов дисковыми фрезами. При фрезеровании уступов точность размера уступа по ширине не зависит от ширины фрезы. Необходимо выполнять лишь одно условие: ширина фрезы должна быть больше ширины уступа (по возможности не более чем на 3—5 мм).

При фрезеровании прямоугольных пазов ширина дисковой фрезы должна быть равна ширине фрезеруемого паза в том случае, если биение торцовых зубьев равно нулю. При наличии биения зубьев фрезы размер профрезеро-ванного такой фрезой паза будет соответственно больше размера ширины фрезы. Это следует иметь в виду, особенно при обработке точных по ширине пазов.

Установка на глубину резания может осуществляться по разметке. Для четкого выделения линий разметки заготовку предварительно окрашивают меловым раствором и на прочерченной чертилкой рейсмаса линии кернером наносят углубления (керны). Установку на глубину резания по линии разметки осуществляют пробными проходами. При этом следят за тем, чтобы фреза срезала припуск только на половину углублений от кернера.

При наладке станка на обработку пазов очень важно правильно установить фрезу относительно обрабатываемой заготовки. В том случае, когда заготовку устанавливают в специальном приспособлении, ее положение относительно фрезы определяется самим приспособлением.

В том случае, когда обработка производится без специального приспособления, задача усложняется и решение ее зависит прежде всего от того, какие размеры должны быть выдержаны при обработке паза. Поясним это на примере. Допустим, требуется профрезеровать прямоугольный паз шириной Ъ с размерами а и h, определяющими его положение на детали. На 61 размер h отсчитывается от верхней плоскости заготовки, а на 62 размер h задается от нижней опорной поверхности заготовки.

Порядок установки дисковой фрезы в первом случае (см. 61) следующий. Вращающуюся фрезу подвести к боковой поверхности, обрабатываемой заготовки до касания в виде следа (приложение Л. Затем опустить стол так, чтобы фреза оказалась выше верхней поверхности заготовки и переместить его рукояткой

поперечной подачи на размер а. Затем поднять стол на высоту, при которой фреза оставит легкий след на верхней поверхности детали. Далее надо продвинуть стол в продольном направлении, вывести фрезу за габариты обрабатываемой заготовки и, подняв стол на размер h, включить продольную подачу и отфрезеровать паз (положение //).

Порядок установки на размер /г, заданный от основания детали (62). Поднять стол до соприкосновения фрезы с поверхностью стола, если деталь установлена непосредственно на столе, или до соприкосновения с опорой, .если деталь установлена в приспособлении (положение 7). Затем опустить стол на размер h (положение 77). После этого включить вращение фрезы и переместить стол до соприкосновения фрезы с обрабатываемой заготовкой и образования слабого следа от фрезы (положение 777). Продвинуть теперь стол в продольном направлении, вывести фрезу за пределы обрабатываемой заготовки и переместить стол рукояткой . поперечной подачи на размер а (положение IV). Включить продольную подачу я произвести фрезерование паза.

Если вместо размера а в обоих случаях был бы задан размер с, то перемещение стола в поперечном направлении следовало бы производить на величину с + В, где В — ширина фрезы. Точную установку фрез на заданную глубину производят с помощью специальных уста-новов или габаритов, предусмотренных в приспособлении. На 63 приведены схемы установки фрез на размер с помощью установов. Габарит 1 представляет собой стальную закаленную пластинку (63, а) или угольник (63, б, в), закрепленные на корпусе приспособления. Между установом и режущей кромкой зуба фрезы прокладывают мерный щуп 2 толщиной 3—5 мм, во избежание соприкосновения зуба фрезы 3 с закаленной поверхностью уста-нова.

Если обработку одной и той же поверхности производят за два прохода (черновой и чистовой), то для установки фрезы от одного и того же габарита применяют щупы разной толщины.

Фрезерование уступов и пазов набором дисковых фрез

При обработке партии одинаковых деталей одновременное фрезерование двух уступов, двух и более пазов может осуществляться набором фрез (см. 52). Для получения требуемого

размера между уступами и пазами на оправку между фрезами помещают соответствующий набор установочных колец (см. 34).

При обработке заготовок набором фрез по габариту устанавливается одна фреза, так как взаимное расположение набора на оправке достигается подбором установочных колец.

При установке фрез на заданный размер прибегают к использованию специальных установочных шаблонов.

Для точной установки фрез применяют плоскопараллельные концевые меры и индикаторные упоры.

На 64 показана схема расположения индикаторных упоров 1 и 2 на горизонтально-фрезерном станке для точной установки фрез при поперечных и вертикальных перемещениях стола.

Для упрощения отсчета перемещений стола вместо лимба фрезеровщик Кировского завода Н. М. Пронин предложил приспособление, снабженное счетчиком величин перемещения стола. Подъем и опускание стола на заданную величину с помощью такого приспособления можно производить при ускоренном перемещении, не боясь ошибиться в отсчете. .

Целесообразность обработки уступов и пазов -набором фрез можно установить, исходя из суммарных затрат времени (калькуляционное время), приходящихся на одну деталь для сопоставляемых вариантов обработки пазов.

Фрезерование уступов и пазов концевыми фрезами

Уступы и пазы могут быть обработаны концевыми фрезами на вертикально- и горизонтально-фрезерных станках.

Концевые фрезы (ГОСТ 8237—57) предназначены для обработки плоскостей, уступов и пазов. Их изготовляют с цилиндрическим и коническим хвостовиком.

Концевые фрезы изготовляют с нормальными и крупными зубьями. Фрезы с нормальными зубьями применяют при получистовой и чистовой обработке уступов и пазов. Фрезы с крупными зубьями используют для черновой обработки.

Концевые фрезы обдирочные с затылованными зубьями по ГОСТ 4675—71 предназначены для черновой обработки заготовок, полученных литьем, свободной ковкой и т. д.

Концевые      твердосплавные

фрезы (ГОСТ 8720—69) изготовляют двух типов: оснащенные коронками твердых сплавов для диаметров 10—20 мм и винтовыми пластинками (для диаметров 16—50 мм).

В настоящее время инструментальные заводы выпускают цельные твердосплавные концевые фрезы диаметром 3—10 мм и концевые фрезы с целой твердосплавной рабочей  частью,

впаянной в стальной конический хвостовик. Диаметр фрез 14 -ь-18 мм, число зубьев 3.

Применение твердосплавных фрез особенно эффективно при обработке пазов и уступов в заготовках из закаленных и труднообрабатываемых сталей.

Точность пазов по ширине при обработке их мерным инструментом, каким являются дисковые и концевые фрезы, в значительной степени зависит от точности применяемых фрез. а также от точности, жесткости фрезерных станков и от биения фрезы после закрепления в шпинделе. Недостаток мерного инструмента — потеря его номинального размера при износе

и' после переточек. У концевых фрез после первой же переточки по. цилиндрической поверхности искажается размер по диаметру, и они оказываются непригодными для получения точных размеров паза по ширине.

Получение точного размера по ширине паза можно достичь путем его обработки за два прохода: черновой и чистовой. При чистовой обработке фреза будет лишь калибровать паз по ширине, сохраняя в течение длительного периода времени свой размер. В последнее время появились патроны для закрепления концевых фрез, позволяющие устанавливать фрезу с .регулируемым эксцентриситетом, т. е. регулируемым биением.

На 65 показан цанговый патрон, применяемый на Ленинградском станкостроительном объединении им. Я. М. Свердлова. В корпусе патрона расточено отверстие эксцентрично на 0,3 мм относительно его хвостовика 5. В это отверстие вставляется втулка под цанги 1 с таким же эксцентриситетом относительно внутреннего диаметра. Втулка крепится к корпусу двумя болтами 3. При повороте втулки с помощью гайки 2 при слегка отпущенных болтах происходит условное увеличение диаметра фрезы (одно деление на лимбе 4 соответствует увеличению диаметра фрезы на 0,04 мм).

Патрон для фрезерования мерных пазов стандартными фрезами

При обработке пазов концевой фрезой стружку необходимо отводить вверх по винтовой канавке фрезы, чтобы она не портила обработанной поверхности и не вызывала поломки зуба фрезы. Это возможно лишь в том случае, когда направление винтовой канавки совпадает с направлением вращения фрезы, т. е. при их одноименном- направлении (табл. 6). Однако осевая составляющая силы резания Рх при этом будет направлена вниз и стремиться вытолкнуть фрезу из гнезда шпинделя. Поэтому при обработке пазов крепление фрезы приходится выполнять более надежно, чем при обработке концевой фрезой открытой плоскости. Направление вращения фрезы и винтовой канавки, как и в случае обработки торцовыми и цилиндрическими фрезами, должно быть разноименным, так как в этом случае осевая составляющая сила резания будет направлена в

сторону гнезда шпинделя и стремиться затянуть оправку с фрезой в шпиндель (см. табл. 6).

В табл. 6 указаны правила выбора направления вращения шпинделя при фрезеровании пазов и открытых плоскостей концевыми фрезами с винтовыми канавками.

Наладка и настройка на фрезерование уступа. Рассмотрим пример фрезерования уступов в детали (см. 59). Выбираем концевую фрезу с пластинками твердого сплава Т15К6 и коническим хвостиковым диаметром D = 40 мм, с числом зубьев z = 6. Чтобы стружка отводилась вверх по винтовым канавкам для правого направления шпинделя, выбираем фрезу с правым направлением винтовых канавок.

Заготовку устанавливают, выверяют и закрепляют точно так же, как и в случае фрезерования дисковой фрезой. Концевую фрезу за-

крепляем в переходной втулке и вместе с втулкой вставляем в коническое отверстие шпинделя, предварительно протерев все посадочные поверхности, и закрепляем шомполом. Для детали (см. 59) ширина фрезерования 5= 13 мм, глубина резания t = 4 мм.

Принимаем подачу на зуб s- = 0,05 мм/зуб. Скорость резания для концевой фрезы с пластинками твердого сплава составляет v — = 180 м/мин. По графику (см. 40) определяем ближайшую ступень чисел оборотов. Принимаем п = 1250 об мин. Фактическая скорость резания при этом будет v-= 160 об мин. Определяем минутную подачу (см. 41): s = = 400 мм/мин.

Обработка первого уступа (66, а) включает следующие приемы. Вращающуюся фрезу довести до контакта с торцовой поверхностью заготовки призмы; опустить стол до выхода фрезы за габариты заготовки, рукояткой поперечной подачи передвинуть стол с заготовкой в направлении фрезы на 13 мм: поднять стол до легкого касания верхней плоскости заготовки с вращающейся фрезой; вывести заготовку из-под фрезы и поднять стол на 4 мм; включить механическую продольную подачу и произвести фрезерование.

Обработку второго уступа (66, 6) также можно производить двумя способами, в зависимости от длины выступа. При небольшой длине выступа надо вывести фрезу за пределы обрабатываемой заготовки и переместить стол в поперечном направлении на расстояние, равное ширине выступа плюс диаметр фрезы. Затем включить продольную подачу и профрезеро-вать второй уступ. Обработать второй уступ в том случае, если ширина выступа достаточно велика, можно за два перехода: черновой и чистовой.

Наладка станка на обработку пазов, как и в случае их обработки дисковыми фрезами, зависит от способа отсчета размера И. Сначала разберем случай, когда размер h задан от верхней плоскости заготовки (67). Вращающуюся фрезу подвести к боковой поверхности заготовки (положение I). Опустить стол и переместить рукояткой поперечной подачи на размер а (положение //). Далее поднять стол до касания фрезы с верхней поверхностью обрабатываемой заготовки. Затем продвинуть стол в продольном направлении, вывести фрезу за пределы обрабатываемой заготовки и поднять стол на размер h; включить продольную подачу и профре-зеровать паз. Теперь рассмотрим случай, когда размер паза отсчитывается от нижней опорной поверхности заготовки, установленной непосредственно на столе или на подкладке (68). В этом случае следует сначала фрезу довести до соприкосновения с подкладкой или очень аккуратно до соприкосновения с поверхностью стола, если заготовка установлена непосред-

ственно на столе (положение /). Далее надо опустить консоль на размер h (положение II). Включить вращение фрезы и переместить стол в поперечном направлении до легкого соприкосновения с боковой поверхностью заготовки (положение III). Продвинуть стол в продольном направлении, вывести фрезу за пределы обрабатываемой заготовки и переместить поперечные салазки на размер а (положение IV).

В ряде случаев для достижения требуемого размера паза по ширине целесообразно обработку производить за две операции: черновую и чистовую. При этом чистовую обработку желательно производить твердосплавными концевыми фрезами.

Фрезерование закрытых пазов

Закрытые пазы обрабатывают на вертпкаль-но-фрезерных или горизонтально-фрезерных станках с вертикальной накладной головкой концевыми фрезами. Фрезерование закрытых пазов поясним на примере. В планке из стали 45 толщиной 12 мм необходимо профрезеровать закрытый паз шириной 16 мм и длиной 40 мм.

Выбор типоразмера фрезы. Диаметр фрезы определяется шириной паза. В данном случае D = 16 мм. Примем концевую фрезу с цилиндрическим хвостовиком и нормальными зубьями (z = 4) из быстрорежущей стали Р6М5.

Наладка и настройка станка. Заготовка поступает на фрезерную операцию размеченной, с просверленными отверстиями для выхода концевой фрезы и образования радиуса закругления (69, а). Заготовку закрепляют в тисках.  Верхняя плоскость  находится на  уровне

губок тисков. Следует обратить внимание на правильность расположения параллельных подкладок — они не должны мешать свободному выходу фрезы при фрезеровании паза (69, б).

На 69. б показано фрезерование паза. После ввода фрезы в ранее просверленные отверстия сначала дают ручную вертикальную" подачу стола на глубину фрезерования (4 мм). Затем включают механическую продольную подачу в одну сторону, выключают ее; дают вертикальную подачу на глубину резания, измеряют направление подачи, включают механическую подачу в другую сторону и т. д., попеременно изменяя направление движения стола и давая подачу на глубину на каждый ход стола. Надо соблюдать особую осторожность при подаче на глубину перед последним проходом в момент выхода фрЧзы со стороны нижней опорной поверхности.

Другие виды работ, выполняемых концевыми фрезами

Помимо обработки уступов и пазов конце вые фрезы применяются для выполнения другр работ на вертикально-фрезерных и горизонтально-фрезерных станках.

Концевые фрезы применяются для обработки открытых плоскостей: вертикальных, горизонтальных и наклонных.

На 70 показано фрезерование наклонной плоскости в универсальных тисках. Приемы обработки плоскостей концевыми фрезами ничем не отличаются от приемов обработки уступов и пазов. Концевыми фрезами можно производить обработку различных выемок (гнезд).

На 71 показано фрезерование выемки концевой фрезой. Фрезерование выемок в заготовках производится по разметке.

Удобнее сначала произвести предварительное фрезерование контура выемки (не доходя до линий разметки), а затем — окончательное фрезерование контура.

Фрезерование наклонной плоскости в тисках

В тех случаях, когда требуется выфрезеро-вать окно, а не выемку, необходимо под заготовку подложить соответствующую подкладку.

Фрезерование уступов торцовой фрезой

Фрезерование уступов можно производить как на вертикально-фрезерных, так и на горизонтально-фрезерных станках.

Обработку деталей с симметрично расположенными уступами можно производить при закреплении заготовок в двухпозиционных приспособлениях или в двухпозиционных поворотных столах. После фрезерования первого уступа приспособление поворачивают на 180° и ставят во вторую позицию для фрезерования второго уступа (см. 212).