В машиностроении часто встречаются плоские детали, имеющие уступы с одной, двух, трех и даже четырех сторон. В качестве примера на рис. 194, а показана призма для установки цилиндрических деталей при фрезеровании, имеющая два уступа.

Фрезерование уступов и пазов

Уступ, замкнутый с обоих боков, называют пазом. Пазы могут иметь прямоугольную форму - тогда их называют прямоугольными, или фасонную форму - тогда их называют фасонными. На рис. 194, б изображена деталь, имеющая прямоугольный паз, а на рис. 194, в - вилка, имеющая фасонный паз.

Фрезы для обработки уступов и пазов. Фрезерование уступов и прямоугольных пазов производят либо дисковыми фрезами на горизонтально-фрезерных станках, либо концевыми фрезами на вертикально-фрезерных станках.

Неширокие цилиндрические фрезы называют дисковыми. Дисковые фрезы можно изготовлять с остроконечными и затылованными зубьями (рис. 195, а и б).

Дисковые фрезы, имеющие зубья на цилиндрической и на одной из двух торцовых поверхностей, называют двухсторонними

(рис. 195, б), а имеющие зубья на обеих торцовых поверхностях называют трехсторонними (рис. 195, г). Двухсторонние и трехсторонние дисковые фрезы изготовляют с остроконечными зубьями.

Для повышения производительности трехсторонние дисковые фрезы изготовляют с крупными разнонаправленными зубьями. На рис. 195, д изображена такая фреза, у которой зубья попеременно разнонаправлены, образуя торцовые режущие кромки через зуб.

Такая форма зубьев, подобно разведенным зубьям циркульных и продольных пил по дереву, позволяет снимать большее количество стружки и лучше ее отводить.

На рис. 196 изображены концевые фрезы, предложенные новаторами ленинградского Кировского завода Е. Ф. Савичем, И. Д. Леоновым и В. Я. Карасевым. На эти фрезы выпущен государственный стандарт (ГОСТ 8237-57). По сравнению с ранее изготовляемыми фрезами в них уменьшено количество зубьев, увеличен угол наклона винтовых зубьев до 30-45°, увеличена высота зуба и введен неравномерный окружной шаг зубьев. Спинка зубьев этих фрез выполнена криволинейной по рис. 51, в.

Фрезы этой конструкции дают повышенную производительность и чистоту обработанной поверхности и устраняют вибрацию. Концевые фрезы изготовляют двух типов: с цилиндрическим хвостовиком (рис. 196, а и б) и с коническим хвостовиком (рис. 196, виг). Каждый из этих типов изготовляется в двух исполнениях: с нормальным зубом (рис. 196, абв) и с крупным зубом (рис. 196, б и г). Режущая часть концевых фрез изготовляется из быстрорежущей стали.

Концевые фрезы с крупным зубом применяются для работ с большими подачами при больших глубинах фрезерования; фрезы с нормальным зубом - для обычных работ.

Фрезы с цилиндрическим хвостовиком изготовляют диаметром от 3 до 20 мм, с коническим хвостовиком - диаметром от 16 до 50 мм.

Фрезерование уступов. Рассмотрим пример фрезерования на горизонтально-фрезерном станке двух уступов в бруске (рис. 197, слева) для получения ступенчатой шпонки.

Выбор фрезы. Фрезерование уступов на горизонтально- фрезерном станке производят обычно двухсторонней дисковой фрезой, но в данном примере необходимо работать трехсторонней фрезой, так как надо поочередно обработать по одному уступу с каждой стороны бруска.

Выберем для фрезерования уступа трехстороннюю фрезу с разнонаправленными зубьями диаметром 75 мм, шириной 10 мм, диаметром отверстия под оправку 27 мм и числом зубьев 18.

Обработку будем вести на горизонтально-фрезерном станке с закреплением заготовки в машинных тисках.

Подготовка к работе. Установку, выверку и укрепление тисков на столе станка производим по известному нам способу, после чего устанавливаем деталь в тиски на требуемой высоте (рис. 198). Правильность положения (горизонтальность) выверяем рейсмасом по разметочным рискам, после чего накрепко зажимаем тиски. На губки тисков надо надеть накладки из мягкого металла (латунь, медь, алюминий), чтобы не испортить обработанных граней бруска.

Закрепление дисковой фрезы на оправке производим таким же образом, как и цилиндрической фрезы, соблюдая чистоту оправки, фрезы и колец.

Настройка станка на режим фрезерования. Выбор режима резания при фрезеровании уступов дисковыми быстрорежущими фрезами производим по табл. 212 «Справочника молодого фрезеровщика».

Даны: диаметр фрезы Z) = 75 мм, ширина фрезерования В = = 5 мм, глубина резания =12 мм, чистота поверхности V 5; по таблице выбираем скорость резания при подаче на один зуб S3y6 = 0,05 мм/зуб.

Выбранная скорость резания а = 21,7 м/мин соответствует 92 об/мин фрезы и подаче 83 мм/мин. Тогда поставим лимб коробки скоростей на 95 об/мин и лимб коробки подач на 75 мм/мин.

Таким образом, фрезерование уступа будем производить трехсторонней дисковой фрезой 75x10x27 мм с разнонаправленными зубьями (материал фрезы - быстрорежущая сталь Р9 или Р18) при глубине резания 12 мм, ширине фрезерования 5 мм, продольной подаче 75 мм/мин или 0,04 мм/зуб и скорости резания 22 м/мин применяем охлаждение - эмульсию.

Процесс фрезерования. Фрезерование каждого уступа состоит из следующих основных приемов:

1) включить кнопкой вращение шпинделя;

брать стружку, включить механическую продольную подачу (рис. 199, а).

После обработки первого уступа передвинуть стол на расстояние, равное ширине выступа (17 мм) плюс ширина фрезы (10 мм), т. е. на 27 мм, и профрезеровать с другой стороны, соблюдая все изложенные приемы работы (рис. 199,6);

4) по окончании обработки детали, не вынимая ее из тисков, промерить штангенциркулем глубину и ширину уступа с каждой стороны по размерам чертежа с допуском ±0,2 мм. Если размеры детали соответствуют чертежу и поверхность обработки получилась чистой, как требует знак V5 на чертеже, вынимаем деталь из тисков и передаем мастеру на проверку.

Фрезерование сквозных прямоугольных пазов. При фрезеровании сквозных прямоугольных пазов применяют трехсторонние дисковые фрезы, подобные изображенной на рис. 195, г. Ширина фрезы должна соответствовать чертежному размеру фрезеруемого паза с допускаемыми отклонениями, что справедливо только в тех случаях, когда установленная фреза не имеет торцового биения. Если фреза будет бить, то ширина отфрезерованного паза окажется больше ширины фрезы, или, как говорят, фреза разобьет паз, что может привести к браку.

Поэтому трехстороннюю фрезу выбирают по ширине несколько меньшей ширины фрезеруемого паза.

Так как трехсторонние дисковые фрезы изготовляют с остроконечными зубьями, то после последующей переточки торцовых зубьев ширина фрезы уменьшается. Следовательно, данная фреза после заточки уже не будет пригодной для фрезерования прямоугольного паза в следующей партии деталей. Для сохранения необходимой ширины трехсторонних дисковых фрез после переточки их изготовляют составными с перекрывающими друг друга зубьями (рис. 195, е), что позволяет регулировать их размер. В разъем такой составной фрезы вставляют прокладки из стальной или медной фольги.

Процесс фрезерования прямоугольных пазов, т. е. установка фрезы, закрепление детали, а также приемы фрезерования, не отличаются от описанных выше примеров фрезерования уступа.

Режимы резания при фрезеровании пазов дисковыми трехсторонними фрезами из быстрорежущей стали выбирают по табл. 213 «Справочника молодого фрезеровщика».

Фрезерование замкнутых пазов. На рис. 200 изображен чертеж планки толщиной 15 мм, в которой требуется профрезеровать замкнутый паз шириной 16 мм и длиной 32 мм.

Такая обработка должна производиться концевой фрезой на вертикально-фрезерном станке.

Подготовка к работе. Выберем для обработки вертикально-фрезерный станок 6Н12. Для фрезерования паза шириной £=16 мм берем концевую фрезу диаметром 16 мм с конусным хвостовиком; такая фреза имеет число зубьев z = 5.

Деталь поступает на фрезерный станок с размеченным пазом. Так как нужно обработать паз в середине детали, деталь можно закрепить на уровне губок тисков, но параллельные подкладки надо расположить так, чтобы концевая фреза могла иметь выход между ними (рис. 201).

После установки детали фрезу закрепляют в шпинделе станка.

Настройка станка на режим фрезерования. Режим резания для фрезерования пазов концевыми быстрорежущими фрезами выбираем по табл. 211 «Справочника молодого фрезеровщика».

Примем подачу s3y6 - = 0,01 мм/зуб. При диаметре фрезы D -16 мм, ширине паза В =16 мм, числе зубьев 2 = 5, подаче s3y6 = = 0,01 мм/зуб по таблице находим о = 43,3 м/мин, или я = 860 об/мин, и 5 =

43 мм/мин. Поставим лимб коробки скоростей станка на 750 об/мин и подсчитаем полученную при этом скорость резания по формуле (1):

Поставим лимб коробки подач станка на минутную подачу 37,5 мм/мин и подсчитаем получающуюся при этом подачу на один зуб по формуле (5):

Таким образом, фрезерование паза будем производить концевой фрезой D=16 мм из быстрорежущей стали Р9 при продольной подаче 37,5 мм/мин, или 0,01 мм/зуб, и скорости резания 37,8 м/мин; применяем охлаждение - эмульсию.

Процесс фрезерования. На рис. 202 показан процесс фрезерования паза в планке. Обычно после установки фрезы в исходное положение сначала дают небольшую ручную вертикальную подачу, чтобы фреза врезалась на глубину 4-5 мм. После этого включают механическую продольную подачу, давая, как указано стрелкой, движение вперед и назад столу с закрепленной деталью и поднимая после каждого двойного хода вручную стол на 4-5 мм, пока паз не будет профрезерован по всей глубине.

При фрезеровании замкнутых пазов фреза находится в наиболее тяжелых условиях во время врезания на глубину, поэтому ручная подача при врезании должна быть небольшой.

Уступы в ступенчатой шпонке по рис. 197 можно фрезеровать также на вертикально-фрезерном станке концевой фрезой диаметром 20 мм. Подумайте, как построить операцию. Режимы резания надо взять по табл. 211 «Справочника молодого фрезеровщика» для подачи на один зуб =0,03 мм/зуб.

Фрезерование плоскостей

Фрезеруют плоскости обычно цилиндрическими и тор­цовыми фрезами. Ширину фрезерования, как правило, устанавливают по условиям на обработку. Ширину фрезы выбирают несколько больше ширины фрезеруемой поверх­ности. Глубину резания определяют, учитывая припуск на обработку и требования к чистоте.

Подачу на оборот фрезы при обработке цилиндрическими фрезами определяют по таблице 68 в зависимости от вида обработки, принятой глубины резания, диаметра и коли­чества зубьев фрезы.

При обработке торцовыми фрезами подачу устанавли­вают по таблице 69 в зависимости от обрабатываемого мате­риала, вида обработки, принятой глубины резания, диа­метра и количества зубьев фрезы.

Скорость резания при обработке плоскостей цилиндри­ческими фрезами определяют по таблице 70 в зависимости от принятой глубины резания, подачи, диаметра, коли­чества зубьев и ширины фрезы.

Скорость резания при обработке плоскостей торцовыми фрезами находят по таблице 71 в зависимости от принятой глубины резания, подачи, диаметра и количества зубьев фрезы. В указанных таблицах приведены также и значения чисел оборотов.

Таблица 68

Выбранные из таблиц скорости резания и числа оборотовдолжны быть откорректированы, если условия обра­ботки отличаются от условий, предусмотренных таблицами.

Таблица 69

Корректирование заключается в умножении табличной скорости и числа оборотов на соответствующие коэффициен­ты. Значения их указаны в таблицах 12, 13, 14, 15.

Прямоугольные пазы и уступы фрезеруют дисковыми или концевыми фрезами. Ширину фрезерования устанавливают в соответствии с условиями на обработку и в связи g этим выбирают фрезу по ширине равной ширине паза, а при обработке уступа - несколько больше ширины фрезеруе­мой поверхности.

Глубину резания определяют, учитывая припуск на обработку.

Скорость резания и число оборотов при фрезеровании плоскостей цилиндрическими фрезами (фреза Р9 g охлажде­нием) показана ниже (табл. 70).

Таблица 70

Скорость резания и число оборотов при фрезеровании плоскостей торцевой фрезой(Р9 с охлаждением) следующая (табл. 71).

При фрезеровании пазов и уступов дисковыми фрезами подачу на оборот фрезы берут из таблицы 72 в зависимости от принятой глубины резания, диаметра и количества зубьев.фрезы и ширины паза.

Таблица 71

В таблице 73 приведены значения подач при обработке пазов и уступов концевыми фрезами в зависимости от глубины паза (уступа), диаметра и количества зубьев фрезы и обрабатываемого материала.

Скорость резания и число оборотов при обработке пазов и уступов дисковыми фрезами выбирают по таблице 74 в зависимости от принятой глубины резания, подачи и диаметра фрезы.

Таблица 72

Таблица 73

Таблица 74

В таблице 75 приведены значения скорости резания и числа оборотов при обработке пазов и уступов концевыми фрезами. Скорость резания и число оборотов определяют в зависимости от принятой глубины резания, диаметра и количества зубьев фрезы и принятой подачи.

Выбранные из таблиц 74 и 75 значения скорости реза­ния и числа оборотов должны быть пересчитаны на попра

Таблица 75

вочные коэффициенты, если условия обработки отличаются от табличных.

Подача при обработке пазов и уступов дисковыми фре­зами, мм/об, следующая (табл. 72).

Подачи при обработке пазов и уступов концевыми фре­зами, мм/об, показаны в таблице 73.

Скорость резания и число оборотов при фрезеровании пазов и уступов дисковыми фрезами (фреза Р9 с охлажде­нием) видны по таблице 74.

Скорость резания и число оборотов при фрезеровании пазов и уступов концевыми фрезами (фреза Р9 с охлажде­нием).

Таблица 76

Фрезерование уступов и пазов

К атегория:

Фрезерные работы

Фрезерование уступов и пазов

Уступом называют выемку, ограниченную двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, образующими ступень. Деталь может иметь один, два и более уступов. Паз - выемка в детали, ограниченная плоскостями или фасонными поверхностями. В зависимости от формы выемки пазы делятся на прямоугольные, Т-образные и фасонные. Пазы любого профиля могут быть сквозными, открытыми или с выходом и закрытыми.

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 определяют метод обработки.

Фрезерование уступов и пазов осуществляют 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 (СТ СЭВ 573-77), пазовые затылованные (ГОСТ 8543-71), трехсторонние с прямыми зубьями (ГОСТ 3755-78), трехсторонние с разнонаправленными мелкими и нормальными зубьями. Фрезы со вставными зубьями выполняются трехсторонними (ГОСТ 1669-78). 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 обеспечивают более высокий класс шероховатости боковых стенок паза или уступа. Для улучшения условий резания дисковые трехсторонние фрезы снабжены наклонными зубьями с переменно чередующимися направлениями 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.

Рис. 1. Уступы

Рис. 2. Типы пазов по форме

Рис. 3. Лазы: сквозные, с выходом и закрытые

Дисковые фрезы со вставными ножами, оснащенными пластинками твердого сплава, бывают трехсторонние (ГОСТ 5348-69) и двусторонние. 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 - В, D, d и z. Для фрезерования легкообрабаты-ваемых материалов и материалов средней трудности обработки с большой глубиной фрезерования применяют фрезы с нормальным крупным зубом. При обработке труднообрабатываемых материалов и фрезеровании с небольшой глубиной резания рекомендуется применять фрезы с нормальным и мелким зубом.

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

Рис. 4. Выбор диаметра дисковых фрез

На рис. 5, а, б показана схема фрезерования двух уступов на детали. Фрезерование уступов дисковыми фрезами, как указывалось выше, обычно осуществляют дисковой двусторонней фрезой. Однако в нашем случае следует выбрать дисковую трехстороннюю фрезу, так как надо обработать поочередно по одному уступу с каждой стороны детали.

Рис. 5. Фрезерование уступа дисковой фрезой

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, когда 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.

Точную установку фрез на заданную глубину производят специальными установками или габаритами, предусмотренными в приспособлении. На рис. 6 приведены схемы установки фрез на размер с помощью установов. Габарит 1 представляет собой стальную закаленную пластинку (рис. 6, а) или угольник (рис. 6, б, в), закрепленные на корпусе приспособления. Между установом и режущей кромкой зуба фрезы прокладывают мерный щуп толщиной 3-5 мм во избежание соприкосновения зуба фрезы с закаленной поверхностью установа. Если обработку одной и той же поверхности осуществляют 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. Для получения требуемого расстояния между уступами и пазами на оправку между фрезами помещают соответствующий набор установочных колец.

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 рис. 7 показана схема расположения индикаторных упоров на горизонтально-фрезерном станке для точной установки фрез при поперечных и вертикальных перемещениях стола. Поднимать и опускать стол на заданную величину с помощью такого приспособления можно 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 17026-71*) 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 (ГОСТ 4675-71) предназначены для черновой обработки заготовок, полученных литьем, ковкой.

Концевые твердосплавные фрезы (ГОСТ 20533-75-20539-75) изготовляют двух типов: оснащенные коронками твердых сплавов для диаметров 10-20 мм и винтовыми пластинками (для диаметров 16-50 мм).

Рис. 6. Применение установок для фрез

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 14-18 мм, число зубьев три. 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.

Получить точный размер по ширине паза можно его обработкой 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 рис. 8 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. В это отверстие вставляется втулка под цанги с таким же эксцентриситетом относительно внутреннего диаметра. Втулка крепится к корпусу двумя болтами. При повороте втулки гайкой при слегка отпущенных болтах происходит условное увеличение диаметра фрезы (одно деление на лимбг соответствует увеличению диаметра фрезы на 0,04 мм).

При обработке пазов концевой фрезой стружку необходимо отводить вверх по винтовой канавке, чтобы она не портила обработанной поверхности и не вызывала поломки зуба фрезы. Это возможно в том случае, когда направление винтовой канавки совпадает с направлением вращения фрезы, т. е. при их одноименном направлении. Однако осевая составляющая силы резания Рх при этом будет направлена вниз для выталкивания фрезы 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 силы резания будет направлена в сторону гнезда шпинделя и стремиться затянуть оправку с фрезой в гнездо шпинделя.

Рис. 8. Патрон для фрезерования мерных пазов стандартными фрезами

Рис. 9. Фрезерование наклонной плоскости в тисках

Рис. 10. Фрезерование выемки корпусной детали

Другие виды работ, выполняемые концевыми фрезами. Помимо обработки уступов и пазов концевые фрезы применяются для выполнения других работ на вертикально- и горизонтально-фрезерных станках.

Концевые фрезы применяются для обработки открытых плоскостей: вертикальных, горизонтальных и наклонных. На рис. 9 показано фрезерование наклонной плоскости в универсальных тисках. Приемы обработки плоскостей концевыми фрезами ничем не отличаются от приемов обработки уступов и пазов. Концевыми фрезами можно обрабатывать различные выемки (гнезда). На рис. 10 показано фрезерование выемки концевой фрезой. Фрезерование выемок в заготовке производится по разметке. Удобнее сначала произвести предварительное фрезерование контура выемки (не доходя до линий разметки), а затем - окончательное фрезерование контура.

В тех случаях, когда требуется выфрезеровать окно, а не выемку, необходимо под заготовку подложить соответствующую подкладку, чтобы не повредить тиски в момент выхода концевой фрезы.

Фрезерование уступов торцовой фрезой. Уступы можно фрезеровать как на вертикально-, так и на горизонтально-фрезерных станках. Обработку деталей с симметрично расположенными уступами можно осуществлять при закреплении заготовок в двухпозиционных поворотных столах. После фрезерования первого уступа приспособление поворачивают на 180° и ставят во вторую позицию для фрезерования второго уступа.

Фрезерование пазов – ответственная процедура, точность и правильность ее выполнения напрямую влияет на надежность и качество сопряжений в различных механических устройствах, где используются шпонки.

1 Виды шпоночных пазов и требования к их обработке

Соединения шпоночного типа можно встретить в самых разных устройствах. Чаще всего они применяются в машиностроительной отрасли. Шпонки для таких сопряжений бывают клиновыми, сегментными и призматическими, реже встречаются изделия с другими видами сечений.

Шпоночные пазы принято подразделять на следующие типы:

• с выходом (иначе говоря – открытые);
• сквозные;
• закрытые.

Любые из этих пазов необходимо фрезеровать максимально точно, так как от качества проведенной операции зависит надежность посадки изделий, сопрягаемых с валом, на шпонку. Квалитет точности пазов после обработки должен иметь такие показатели:

• 8 класс точности – длина;
• 5 класс – глубина;
• 3 либо 2 класс – ширина.

Квалитет точности должен соблюдаться неукоснительно. В противном случае после фрезерования придется выполнять трудоемкие и очень сложные работы по подгонке, в частности, подпиливание сопрягаемых элементов конструкции либо непосредственно шпонок.

Нормативные документы выдвигают строгие требования к точности расположения шпоночного паза, а также величине шероховатости его поверхности.

Квалитет шероховатости стенок (боковых) паза не может быть ниже пятого класса, а его грани обязаны размещаться абсолютно симметрично по отношению к проходящей через ось вала плоскости.

2 Фрезы для обработки шпоночных пазов

Чтобы обеспечить требуемый квалитет точности различных пазов, для их обработки применяются разные виды пазовых фрез:

1. Затылованные по Госстандарту 8543. Они могут иметь сечение 4–15 и 50–100 мм. После переточки такой инструмент не изменяется по своей ширине. Затачивают затылованные фрезы исключительно по передней поверхности.
2. Дисковые по стандарту 573. Их зубья располагаются на цилиндрической части. Дисковый режущий инструмент рекомендован для обработки пазов небольшой глубины.
3. С цилиндрическим и коническим хвостовиком. Они бывают сечением 16–40 мм (конические) и 2–20 мм (цилиндрические). Для изготовления подобных фрез обычно применяются твердые сплавы (например, ВК8). Инструмент имеет 20-градусный угол наклона канавки. Режущее приспособление из твердого сплава дает возможность выполнять фрезерование уступов и пазов из плохо поддающихся обработке материалов и сталей прошедших закалку. Такой инструмент в несколько раз увеличивает квалитет точности и шероховатости поверхности, а также существенно повышает производительность работ.
4. Насадные под шпонки сегментного типа по Госстандарту 6648. Фрезы, позволяющие обрабатывать любые разновидности пазов под сегментные шпонки сечением от 55 до 80 мм. В этом же стандарте описывается и хвостовой инструмент под такие шпонки. С их помощью фрезеруют изделия сечением не более 5 мм.

Основным инструментом для обработки пазов на являются специальные шпоночные фрезы, выпускаемые по Госстандарту 9140. Они располагают двумя зубьями с режущими торцовыми кромками, имеют хвостовик конической либо цилиндрической формы. Для обработки шпоночного паза они идеальны, так как рабочие кромки данных фрез направлены в тело инструмента, а не наружу.

Шпоночные фрезы работают и с продольной, и с осевой подачей (как на ), они гарантируют необходимый квалитет шероховатости уступов и пазов после обработки. Переточка подобного инструмента осуществляется по зубьям, расположенным в торцевой части фрезы, благодаря чему ее начальное сечение почти не изменяется.

3 Особенности обработки шпоночных уступов и пазов

Фрезерование элементов шпоночного соединения производится на валах. Для удобного крепления заготовок валов используют призму – специальное приспособление, облегчающее процесс обработки. Если вал имеет большую длину, применяют две призмы, если небольшую – достаточно и одной.

Призматическое приспособление для уступов и пазов должно располагаться максимально точно. Этого добиваются за счет наличия в его основании шипа, который вводится в паз рабочего стола. Для закрепления валов используют прихваты. Они опираются непосредственно на вал, что исключает вероятность прогиба последнего. Обычно под прихваты укладывают латунную либо медную (небольшую по толщине) пластинку. Она предохраняет готовую поверхность изделия от повреждений.

Крепление валов выполняют в обычных тисках, которые монтируют на стол так, чтобы их можно было развернуть на 90 градусов. За счет возможности поворота тиски без проблем устанавливают на вертикально- и горизонтально-фрезерные агрегаты.

На призме вал фиксируется губками (посредством маховичка его зажимают), вращающимися вокруг пальцев. Описываемое приспособление для обработки уступов и шпоночного паза имеет в своей конструкции упор. Он позволяет монтировать вал по длине.

Чаще всего применяются призмы с магнитом (оксидно-бариевым) постоянного действия. Призматический корпус сделан из двух частей. Между этими половинками и устанавливается магнит. Как видим, приспособление для фрезерования уступов и шпоночных соединений выполнено достаточно просто, но при этом гарантирует эффективную обработку изделий.

4 Как фрезеруют закрытые пазы?

Обработка пазов закрытого типа осуществляется на горизонтально-фрезерных агрегатах. Для работы используется описанное выше приспособление, которое снабжается призмами либо самоцентрирующимися тисками. Установка валов на них производится стандартным образом.

Кроме того, существует еще один вариант установки валов. Специалисты называют его "монтажом по яблочку". В этом случае вал размещается по отношению к рабочему инструменту (концевая либо шпоночная фреза для уступов и пазов) на глаз. Затем запускают режущее приспособление и аккуратно подводят его к валу до момента их взаимодействия.

При контакте фрезы и вала на последнем остается слабый след рабочего инструмента. Когда след получается в виде неполного круга, стол требуется слегка сместить. Если же рабочий видит перед собой полный круг, никаких дополнительных действий производить не нужно, можно начинать фрезерование.

Закрытые пазы, которые впоследствии слегка пригоняются, обрабатывают по двум разным схемам:

1. Врезанием фрезы (ручная операция) на всю глубину уступа и механической подачей в продольном направлении.
2. Ручным врезанием инструмента на заданную глубину и механической продольной подачей в одну сторону, а затем еще одним врезанием и подачей, но уже в противоположную сторону.

Первая методика обработки уступов и пазов используется для фрез сечением 12–14 мм. В остальных случаях рекомендована вторая схема.

5 Тонкости обработки открытых и сквозных пазов и уступов

Такие элементы фрезеруют только после того, как все работы по их цилиндрической поверхности полностью завершены. Дисковый инструмент применяют в ситуациях, когда радиусы фрезы и канавки одинаковые.

Обратите внимание – эксплуатация фрез допускается до некоторого момента. При каждой новой заточке инструмента его ширина становится меньше на определенную величину. После нескольких таких операций фрезы становятся негодными для работы с пазами, их можно использовать для выполнения других операций, которые не выдвигают высоких требований к геометрическим параметрам по ширине.

Рассмотренное ранее приспособление подходит для обработки уступов и пазов сквозного и открытого типа. Здесь важно обеспечить правильную установку режущего инструмента на оправку. Монтаж нужно производить так, чтобы биение фрезы по торцу было как можно меньшим. Заготовка фиксируется в тисках с накладками (латунь, медь) на губках.

Точность монтажа фрезы проверяют штангенциркулем и угольником. Процесс выглядит следующим образом:

• инструмент ставят поперечно со стороны конца вала, который выступает из тисков, на заданную заранее дистанцию;
• при помощи штангенциркуля проверяют правильность выставленной дистанции;
• с другого конца вала устанавливают угольник и опять выполняют проверку.

Совпадение результатов замеров говорит о том, что фреза смонтирована правильно.

Добавим, что сегментные шпонки обрабатываются специальными фрезами (насадными либо хвостовыми). Двойной радиус канавок таких шпонок определяет диаметр инструмента, который можно использовать для фрезерования. При выполнении таких работ подача выполняется вертикально (по отношению к оси вала – в перпендикулярном направлении).

6 Шпоночно-фрезерные агрегаты для обработки валов

Если пазы должны иметь максимально точную ширину, их обработку следует выполнять на специальных шпоночных станках. Они работают шпоночным двузубым режущим инструментом, а подача на таких агрегатах выполняется по маятниковой схеме.

Шпоночно-фрезерное станочное оборудование обеспечивает обработку паза по всей его протяженности при врезании рабочего инструмента на глубину от 0,2 до 0,4 миллиметров. Причем фрезерование проводится дважды (врезание и подача в одну сторону, затем – те же операции в обратную сторону).

Описываемые станки оптимальны для массового и серийного изготовления шпоночных валов. Работают они в автоматическом режиме – после обработки изделия подача бабки в продольном направлении отключается автоматически и шпиндельный узел перемещается в начальное положение.

Кроме того, данные агрегаты гарантируют высокую точность получаемого паза, а фреза по периферии почти совсем не изнашивается, так как фрезерование ведется ее торцовыми частями. Минусом применения такой технологии считается ее длительность. Стандартная обработка пазов за два или один проход осуществляется в несколько раз быстрее.

Размеры пазов при использовании шпоночно-фрезерного оборудования контролируется либо калибрами, либо измерительным штрих-инструментом. В качестве калибров применяют круглые пробки. Замеры при помощи штангенглубиномера и штангенциркуля выполняются стандартно (устанавливается сечение, ширина, длина, толщина паза).

На современных предприятиях активно эксплуатируются два шпоночных станка: 6Д92 – для обработки концевым немерным инструментом закрытых пазов, и МА-57 – для фрезерования трехсторонним инструментом открытых пазов. Эти агрегаты, как правило, интегрируют в автоматизированные технологические линии.

На рис. 8 даны три варианта фрезерования уступов на бруске.

На рис. 8, а каждый уступ фрезеруется одной трехсторонней дисковой фрезой. Такой метод обычно применяют при обработке малого количества заготовок.

На рис. 8, б оба уступа одновременно фрезеруются набором из двух дисковых двухсторонних фрез одинакового диаметра. Чтобы получить заданный размер между уступами, на оправку между фрезами помещают соответствующий набор колец. Такой метод является более производительным, и его применяют при обработке партии одинаковых заготовок.

Рисунок 8 - Фрезерование уступов

На рис. 8, в последовательно обрабатываются оба уступа одной двухсторонней дисковой фрезой на двухпозиционном приспособлении. После фрезерования первого уступа (первая позиция) приспособление поворачивают и ставят во вторую позицию для фрезерования второго уступа. Такой метод обработки требует специального приспособления и применяется при изготовлении партии одинаковых деталей. По сравнению с обработкой по первому методу (рис. 8) он дает большую точность и сокращает время на перестановку детали для фрезерования второго уступа, но он менее производителен, чем второй метод (рис. 8).

В зависимости от количества пускаемых одновременно в обработку заготовок (размер партии) каждый из трех изложенных вариантов фрезерования уступов может оказаться наиболее рациональным. 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. на 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 путем фрезерования за два перехода - предварительный и окончательный. 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 фрезы равно нулю. При наличии биения зубьев фрезы размер профрезерованного 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 рейсмуса 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.

Рисунок 9 - Фрезерование паза

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 b с размерами а и h, определяющими его положение на детали. На рис. 9 размер h отсчитывается от верхней плоскости заготовки, а на рис. 10 размер h задается от нижней опорной поверхности заготовки.

Рисунок 10 - Метод фрезерования

Порядок установки дисковой фрезы в первом случае (см. рис. 9) следующий. Вращающуюся фрезу подвести к боковой поверхности обрабатываемой заготовки до касания в виде следа (положение I). 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 II).Порядок установки на размер h, заданный от основания детали (см. рис. 10). 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 I). Затем опустить стол на размер h (положение II). После этого включить вращение фрезы и переместить стол до соприкосновения фрезы с обрабатываемой заготовкой и образования слабого следа от фрезы (положение III). Продвинуть теперь стол в продольном направлении, вывести фрезу за габариты обрабатываемой заготовки и переместить стол рукояткой поперечной подачи на размер а (положение IV). Включить продольную подачу и 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 установок или габаритов, предусмотренных в приспособлении. На рис. 83 приведены схемы установки фрез на размер с помощью установов. Габарит 1 представляет собой стальную закаленную пластинку или угольник, 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 установа.

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