4. Обработка на фрезерных станках

 

На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, а также фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля.
Фрезерованием называют операцию механической обработки материалов резанием при помощи многолезвийных режущих инструментов – фрез. При фрезеровании режущий инструмент совершает вращательное движение резания, а заготовка – поступательное движение, движение подачи.
Основными размерами обработки поверхности заготовки при фрезеровании являются ширина и глубина срезаемого слоя.
Фрезерные станки по конструкции бывают консольные, бесконсольные, вертикальные, горизонтальные, универсальные, широкоуниверсальные.
Консольные станки получили наибольшее распространение. Консоль служит для установки рабочего стола на необходимую высоту.
Универсальным и называют фрезерные станки, имеющие поворотную плиту, которая позволяет поворачивать рабочий стол в горизонтальной плоскости и устанавливать его на требуемый угол.
Широкоуниверсальные консольно-фрезерные станки, в отличие от универсальных, имеют дополнительный шпиндель, поворачивающийся вокруг вертикальной и горизонтальной осей.
Фрезерные станки по классификации металлорежущих станков относятся к шестой группе. Основным техническим параметром фрезерных станков является условный размер рабочей поверхности стола. Например, модель станка 675 обозначает следующее: 6 – фрезерный, 7 – широкоуниверсальный, 5 – условный размер стола.
Режим резания. Элементами режима резания при фрезеровании являются скорость резания V, скорость подачи S, глубина резания t и ширина фрезерования B. Главным движением является вращение фрезы. Скорость главного движения, т. е. скорость резания, рассчитывают по формуле

V = π*D*n/1000,

где V – скорость резания (скорость вращения фрезы), м/мин;
D – диаметр фрезы, мм;
π – частота вращения шпинделя, мин-1;
1000 – коэффициент перевода миллиметров в метры.

Подача – это величина перемещения обрабатываемой заготовки относительно вращающейся фрезы Скорость движения подачи S измеряют в мм/мин. Глубиной резания t (мм) при фрезеровании является слой металла, снимаемый за один проход фрезы. Ширина фрезерования B (мм) – это ширина фрезеруемой поверхности.

 

4.1. Фрезерные станки

 

Наиболее распространёнными фрезерными станками являются консольно-фрезерные станки, которые снабжены консолью (кронштейном), несущей стол и перемещающейся по направляющим станины вверх и вниз. К консольно-фрезерным станкам относятся горизонтальные, вертикальные, универсальные и широкоуниверсальные. В горизонтально-фрезерных станках шпиндель расположен горизонтально, в вертикально-фрезерных – вертикально. Отличие универсальных консольно-фрезерных станков от горизонтальных заключается в возможности поворота стола
относительно вертикальной оси. Широкоуниверсальные станки, в отличие от универсальных, имеют дополнительную головку со шпинделем,
поворачивающуюся под углом в любом направлении.
Горизонтально-фрезерный станок состоит из следующих основных узлов: станины, консоли, стола, шпинделя, коробки скоростей, хобота и коробки подач (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема горизонтально-фрезерного станка: 1 – станина; 2 – коробка скоростей; 3 – хобот; 4 – рабочий стол; 5 – подвеска; 6 – направляющие салазки; 7 – консоль; 8 – коробка подач; 9 – шпиндель; 10 – основание

Станина 1 служит для крепления всех частей станка. Передняя часть станины представляет собой вертикальные направляющие для перемещения консоли. Верхняя часть – горизонтальные направляющие, по которым движется хобот. Внутри станины расположены: электродвигатель, привод, коробка скоростей, шпиндель. Своей нижней частью станина опирается на основание 10.
Консоль 7 представляет собой жёсткую массивную опору для стола, установленную на вертикальных направляющих станины. На ней крепят стол 4 и механизмы его перемещения в продольном, поперечном и вертикальном направлении.
Рабочий стол 4 служит для закрепления на нём и перемещения (подачи) обрабатываемой заготовки во время фрезерования. Он состоит из верхнего (продольного) стола 6 и салазок поперечного стола. Рабочий стол 4 находится на консоли 7, которую устанавливают на требуемую высоту, перемещая по вертикальным направляющим станины. Внутри консоли размещена коробка подач 8. Заготовку устанавливают на столе 4 в тисках или приспособлении. Заготовка может иметь три вида подач: продольную (перемещение стола по направляющим салазок 6), поперечную (перемещение салазок по направляющим консоли) и вертикальную (перемещение консоли по направляющим станины).
Шпиндель 9 представляет собой полый стальной вал, служащий для закрепления фрезерной оправки с фрезой или непосредственно фрезы и сообщения режущему инструменту (фрезе) вращательного движения (движения резания). Шпиндель получает вращение от коробки скоростей. Главным движением является вращение шпинделя.
Коробка скоростей 2 позволяет изменять частоту вращения шпинделя. В верхней части станины расположен хобот. Хобот 3 вместе с подвеской 5 служит для поддержания второго конца фрезерной оправки, закреплённой в шпинделе. Чтобы закрепить оправку на нужном расстоянии от шпинделя, хобот может быть передвинут по горизонтальным направляющим станины и закреплён в требуемом положении.
Коробка подач 8 предназначена для передачи движения от отдельного электродвигателя к механизмам подач стола и изменения скорости движения подачи.
Вертикально-фрезерные станки. Вертикально-фрезерные консольные станки по внешнему виду отличаются от горизонтальных вертикальным расположением оси шпинделя и отсутствием хобота (рис. 4.2).

Рис. 4. 2. Схема вертикально-фрезерного станка: 1 – станина; 2 – коробка скоростей; 3 – шпиндельная головка; 4 – шпиндель; 5 – рабочий стол; 6 – салазки; 7 – консоль; 8 – коробка подач

Станина 1 является основанием стола, коробка скоростей 2 расположена внутри станины. Вертикальные направляющие станины служат для перемещения консоли 7 с установленным на нём рабочим столом 5.
Шпиндельная головка 3 смонтирована в верхней части станины и может поворачиваться в вертикальной плоскости. Главным движением является вращение шпинделя. Ось шпинделя 4 можно поворачивать под углом к плоскости рабочего стола 5. Стол, на котором закрепляют заготовку, имеет продольное перемещение по направляющим салазок 6. Салазки имеют поперечное перемещение по направляющим консоли 7, консоль перемещается по вертикальным направляющим станины. Заготовка, установленная на столе 5, может получать подачу в трёх направлениях. Обрабатываемую заготовку устанавливают на столе, используя приспособления (тиски, делительную головку, поворотный стол, центра и т. п.). Т-образные пазы стола предназначены для головок болтов, крепящих изделие или приспособление. Инструментом являются концевые (хвостовые) фрезы, которые устанавливают хвостовиком в коническое отверстие шпинделя.

 

4.2. Типы фрез

 

В качестве режущего инструмента при обработке на фрезерных станках используют многолезвийный режущий инструмент – фрезу. Главное движение (вращательное) имеет инструмент, движение подачи – заготовка. Фрезы изготовляют цельными или сборными с напайными и вставными ножами. По расположению зубьев фрезы делятся на цилиндрические, когда зубья располагаются только на цилиндрической поверхности фрезы, и торцевые, у которых режущие зубья располагаются на торцевой и цилиндрической поверхности фрезы. Режущие лезвия могут быть прямыми или винтовыми. Фрезы имеют остроконечную или затылованную форму зуба. У фрез с остроконечными зубьями передняя и задняя поверхности плоские. У фрез с затылованными зубьями передняя поверхность плоская, а задняя выполнена по спирали Архимеда. Цилиндрическая фреза с винтовыми зубьями изображена на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Элементы фрезы: а – цилиндрическая фреза; б – зуб торцовой фрезы; 1 – корпус; 2 – зуб; 3 – передняя поверхность зуба; 4 – режущее лезвие; 5 – ленточка; 6 – задняя поверхность; 7 – спинка зуба; 8 – главное режущее лезвие; 9 – переходное режущее лезвие; 10 – вспомогательное режущее лезвие

Она состоит из корпуса 1 и режущих зубьев 2. Зуб фрезы имеет следующие элементы: переднюю поверхность 3, заднюю поверхность 6, спинку зуба 7, ленточку 5 и режущее лезвие 4. У зуба торцовой фрезы режущее лезвие состоит из главного режущего лезвия 8, переходного лезвия 9 и вспомогательного лезвия 10. Наиболее распространённые типы фрез показаны на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Типы фрез и схемы обработки поверхностей: а, в, е – торцовые; б – цилиндрическая; г, з, к – концевые; д – угловая; ж – дисковая; двухсторонняя; и – дисковая трёхсторонняя; л – фасонная; м – «ласточкин хвост»; н – набор фрез; о – прорезная; отрезная; п – шпоночная; р – Т-образная

Горизонтальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках цилиндрическими фрезами и на вертикально-фрезерных станках торцовыми фрезами. Вертикальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках торцовыми фрезами (рис. 4.4а).
Концевые фрезы (рис. 4.4г, з, к) применяют при обработке плоскостей, уступов, пазов и криволинейных контуров по разметке и копиру.
Дисковые фрезы двухсторонние и трёхсторонние (рис. 4.4ж, и) применяют для фрезерования уступов, лысок, пазов.
Прорезные (шлицевые) и отрезные фрезы (рис. 4.4о) с мелкими и средними зубьями применяют для разрезки тонких заготовок, тонкостенных труб, для прорезания неглубоких шлицев в головках винтов. Фрезы с крупными зубьями – для прорезания глубоких и узких пазов, для обрезки заготовок и для отрезных работ.
Угловые фрезы (рис. 4.4д) применяют для фрезерования стружечных канавок инструментов, а также пазов типа «ласточкин хвост» (рис. 4.4м).
Фасонные фрезы (рис. 4.4л) предназначены для фрезерования стандартных фасонных поверхностей, стружечных канавок режущих инструментов.
Комбинированные поверхности фрезеруют набором фрез (рис.4.4н).
Пазы типа «ласточкин хвост» и Т-образные (рис. 4.4р) фрезеруют за два прохода: прямоугольный паз концевой фрезой, затем нижнюю часть паза концевой одноугловой фрезой или фрезой для Т-образных пазов.
Цилиндрическое и торцовое фрезерование в зависимости от направления вращения фрезы и направления подачи заготовки можно осуществлять двумя способами: встречным фрезерованием (против подачи), при котором вращение фрезы направлено против направления подачи; попутным фрезерованием (в направлении подачи), при котором направление вращения
фрезы совпадает с направлением подачи. Преимуществом встречного фрезерования является работа зубьев фрезы «из-под корки», т. е. фреза подходит к поверхностному слою снизу.
Недостатком является скольжение зуба по наклёпанной поверхности, образованной предыдущим зубом, что вызывает повышенный износ фрезы. При попутном фрезеровании зуб фрезы сразу начинает срезать слой максимальной толщины и подвергается максимальной нагрузке. Это уменьшает износ фрезы и шероховатость обработанной поверхности.
При работе торцовыми и концевыми фрезами различают симметричное резание, когда ось фрезы совпадает с линией симметрии заготовки, и несимметричное резание, когда ось фрезы не совпадает с линией симметрии заготовки.

 

4.3. Приспособления для закрепления заготовок

 

Для установки, базирования и закрепления заготовок применяют универсальные и специальные приспособления (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Приспособления для закрепления заготовок: а – прихват; б – машинные тиски; в – угольник; г – призма; д – делительная головка

К универсальным приспособлениям относят прихваты, машинные тиски, угольники, призмы. При обработке большого количества одинаковых заготовок изготовляют специальные приспособления, пригодные только для установки и закрепления этих заготовок на данном станке.
Делительные головки служат для периодического поворота заготовки на заданный угол и для непрерывного их вращения при фрезеровании винтовых канавок.

 

Техника безопасности

 

  1. Проверить на холостом ходу станка следующие параметры: исправность органов управления механизмами главного движения, подачи, пуска, остановки; исправность системы охлаждения и смазки (обеспечение бесперебойной подачи смазки и смазочно-охлаждающей жидкости); исправность рычагов включения и переключения (исключение самопроизвольного переключения с холостого хода на рабочий); движущиеся узлы, в том числе правильность перемещения шпинделя.
  2. При фрезеровании применять режимы резания, указанные в операционной карте. Без разрешения мастера режим обработки не изменять.
  3. Во время работы станка не наклоняться к шпинделю и режущему инструменту.
  4. Обрабатываемую деталь правильно устанавливать и надёжно закреплять на столе станка в тисках или соответствующих приспособлениях, чтобы исключить возможность её вылета при фрезеровании и травмирования рабочего. Удерживать руками обрабатываемую деталь при фрезеровании не допускается.
  5. Тиски и приспособления надёжно закреплять на столе станка. Крепление производить специальными планками, упорами и струбцинами.
  6. Если изделие при обработке перемещается вместе с фрезой, необходимо остановить станок и правильно закрепить деталь в тисках или приспособлении.
  7. Тиски должны быть исправными, насечка губок не изношена.
  8. Если при обработке заготовки образуется отлетающая стружка, то при отсутствии специальных защитных устройств на станке необходимо надеть защитные очки или предохранительный щиток из прозрачного материала.
  9. При смене обрабатываемой детали или при проведении её измерений отвести фрезу на безопасное расстояние, чтобы предупредить травмирование рук рабочего инструментом.
  10. Деталь подавать к фрезе после приведения во вращение фрезы.
  11. Устанавливать и снимать режущий инструмент после полной остановки станка.
  12. Для предупреждения проворачивания шпинделя закреплять фрезерную оправку или фрезу ключом после включения механизма перебора.
  13. Своевременно удалять стружку с рабочего места и станка, используя для этого специальные крючки и щётки-сметки. Не допускать скопления стружки на фрезе и оправке.
  14. При возникновении вибрации станок остановить и проверить крепление фрезы и детали, а также величину подачи. В случае невозможности устранения вибрации, отключить станок от сети и сообщить о случившемся преподавателю или мастеру.
  15. Фрезу врезать в деталь постепенно, механическую подачу включить до соприкосновения детали с фрезой. При ручной подаче не допускать резкого увеличения скорости и глубины резания.
  16. Отключить станок от сети и, дождавшись полной остановки всех рабочих органов, произвести удаление стружки и его чистку. Смазать все трущиеся узлы станка.