Фрезерование пазов. Фрезерование замкнутых пазов

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.

При фрезеровании канавок и пазов зачастую предпочтительней применять трёхсторонние дисковые фрезы, чем концевые.

• Обрабатываемые пазы или канавки могут иметь различную геометрию – быть короткими или протяженными, открытыми или закрытыми, прямолинейными или криволинейными, глубокими или мелкими, широкими или узкими
• Обычно выбор инструмента определяется шириной и глубиной канавки и, в некоторой степени, её длиной
• Тип станка и серийность производства определяют, какую фрезу следует использовать – концевую, длиннокромочную или дисковую
• Трехсторонние дисковые фрезы являются более эффективным решением для обработки длинных и глубоких пазов, особенно при использовании горизонтальных станков. Однако распространение вертикальных фрезерных станков и обрабатывающих центров означает, что концевые и длиннокромочные фрезы также часто используются для целого ряда операций по фрезерованию канавок

Сравнение различных типов фрез

Трёхстороннее фрезерование

+ Открытые пазы
+ Глубокие пазы
+ Регулируемая ширина/допуски
+ Фрезерование набором фрез
+ Отрезка
+ Широкий ассортимент разной ширины/глубины
– Закрытые пазы
– Только прямолинейные канавки
– Эвакуация стружки

Концевые фрезы

+ Закрытые пазы
+ Неглубокие пазы
+ Нелинейные пазы
+ Универсальность (дополнительные методы):

• Трохоидальное фрезерование пазов на деталях из труднообрабатываемых материалов (закаленные стали, жаропрочные сплавы и т.д.)
• Плунжерное фрезерование для решения задач при работе с большими вылетами
• Возможность выполнения другого типа операций получистового или чистового фрезерования
• Концевые фрезы можно использовать не только для фрезерования пазов

– Глубокие пазы
– Большие силы резания
– Склонность к вибрации при отжатии

Трёхстороннее фрезерование

Трёхсторонние дисковые фрезы более эффективны при обработке длинных, глубоких, открытых пазов и обеспечивают оптимальную стабильность и производительность в этом виде фрезерования. Для одновременной обработки нескольких пазов в одной плоскости операция может быть осуществлена набором фрез.

Особенности применения

• Размер фрезы, шаг зубьев и расположение фрезы в совокупности должны обеспечивать постоянное наличие в зацеплении хотя бы одного зуба
• Контролируйте толщину срезаемой стружки для достижения оптимального значения подачи на зуб
• При фрезеровании в сложных условиях проверьте требования к мощности и крутящему моменту. При креплении фрезы на оправке, чрезвычайно важным является жесткость последней и величина вылета наладки
• Необходимо обеспечить жесткость и надежность закрепления детали и самой оправки для того чтобы противостоять усилиям резания встречного фрезерования

Попутное фрезерование:

• Предпочтительный метод фрезерования
• Используйте жёсткий упор в направлении тангенциальных сил резания для предотвращения сдвига заготовки Направление подачи совпадает с направлением сил резания, что накладывает высокие требования к жёсткости станка и отсутствию зазоров в ШВП

Встречное фрезерование:

• Хорошая альтернатива при недостаточной жёсткости или при работе с труднообрабатываемыми материалами
• Является хорошим решением при возникновении проблем с эвакуацией стружки при прорезке глубоких пазов.

Фрезерование с использованием маховика:

• Дополнительный метод фрезерования при малой жесткости системы и при недостаточных мощностных характеристиках станка
• Располагайте маховик как можно ближе к инструменту
• Повышение надежности закрепления заготовки всегда способствует хорошим результатам обработки

Фрезерование открытых пазов трёхсторонними дисковыми фрезами

Расчёт подачи на зуб

Критическим фактором при фрезеровании трёхсторонними дисковыми фрезами является достижение подходящей подачи на зуб, f z . Недостаточная подача на зуб становится причиной серьёзных недостатков, поэтому при вычислениях необходимо проявлять особую внимательность.

Подачу на зуб, f z , следует уменьшать при фрезеровании глубоких пазов и увеличивать при фрезеровании неглубоких пазов для поддержания рекомендуемой максимальной толщины стружки. Например, при фрезеровании на всю ширину паза с применением геометрии M30 начальное значение максимальной толщины стружки должно составлять 0,12 мм.

Примечание: Поскольку при фрезеровании на всю ширину паза вместе работают две пластины, для вычисления подачи берётся половина количества пластин z n .

a e / D cap (%)​	f z (мм/зуб)	​h ex (мм)
​25	0,14​	0,12
​10	0,20	0,12
​5	0,28	0,12

Глубина резания

Для более глубоких пазов можно заказать специальную фрезу. При обработке глубоких пазов следует уменьшить подачу на зуб. Если паз неглубокий, увеличьте подачу.

Примечание: глубина обрабатываемого паза может быть ограничена диаметром оправки, прочностными характеристика шпоночного соединения и условиями эвакуации стружки.

Использование маховика на горизонтальных станках

При трехстороннем фрезеровании в зацеплении находится небольшое число зубьев, из-за чего в процессе резания возникают вибрации. Это отрицательно сказывается на результате обработки и производительности.

• Установка маховика на фрезерную оправку зачастую является эффективным методом борьбы с вибрациями. Проблемы, вызванные недостаточной мощностью, крутящим моментом и стабильностью станка, часто решаются путём грамотного использования маховиков
• Необходимость в использовании маховика тем выше, чем ниже мощность предполагаемого для обработки станка или чем выше уровень его износа
• Располагайте маховик как можно ближе к инструменту.
• Использование маховика делает обработку более плавной, что в свою очередь ведёт к снижению шума и вибрации и повышает стойкость инструмента
• Маховик рекомендуется использовать совместно с встречным методом фрезерования
• Для дальнейшего повышения стабильности при работе трёхсторонней дисковой фрезой используйте маховик максимально большого размера, который допустим на конкретной операции
• В качестве маховика можно использовать несколько стальных дисков с отверстиями, соответствующими диаметру фрезерной оправки

Обработка пазов набором фрез с шахматным расположением зубьев

Фрезы, имеющие крепление с 2 шпонками, можно располагать в шахматном порядке для одновременного фрезерования нескольких пазов. Смещение фрез относительно друг друга помогает избежать вибрации. Также снижается потребность в маховиках.

Фрезерование узких и неглубоких пазов и канавок

Универсальные фрезы имеют многокромочные пластины различных форм, подходящих для обработки большинства типов канавок небольшой глубины. К распространённым областям применения относится фрезерование внутренних канавок под стопорные (пружинные) и уплотнительные кольца, а также небольших прямых или круговых наружных канавок, особенно на невращающихся деталях.

Обработка внутренних канавок

• При круговом фрезеровании необходимо запрограммировать плавный вход инструмента в резание.
• Учитывайте отношение диаметра фрезы к диаметру отверстия, D c /D w . Чем меньше это соотношение, тем больше будет длина линии контакта инструмента и обрабатываемого материала

Обработка пазов концевыми фрезами

Концевые фрезы используются, когда необходимо получить короткие неглубокие канавки, в частности, закрытые пазы и карманы, а также шпоночные пазы. Концевые фрезы – единственные инструменты, способные фрезеровать закрытые пазы со следующими характеристиками:

• Прямые, изогнутые или расположенные под углом
• Более широкие, чем диаметр используемой фрезы

Более тяжёлое фрезерование пазов зачастую выполняется длиннокромочными фрезами.

Выбор инструмента

Концевые и длиннокромочные фрезы

​​	​	​	​	​
	Цельные твердосплавные концевые фрезы	Концевые фрезы для фрезерования уступов​	Длиннокромочные фрезы	Концевые фрезы со сменными головками ​
Размер шпинделя/станка	​ISO 30, 40, 50	ISO 40, 50​	ISO 40, 50​	​ISO 30, 40, 50
Требования к стабильности	Высокие​	Средние	Высокие​	Низкие​
Черновая обработка ​	Очень хорошая	​Хорошая	Очень хорошая	​Приемлемая
​Чистовая обработка	Очень хорошая	​Хорошая	​Приемлемая	Очень хорошая
​Глубина резания a p	Большая	Средняя	Большая	Маленькая
​Универсальность	Очень хорошая	​Хорошая	​Приемлемая	Очень хорошая
Производительность	Очень хорошая	​Хорошая	Очень хорошая	​Хорошая

Особенности применения

• Используйте концевые фрезы для ненагруженного резания с высокой прогнозируемой стойкостью совместно с высокопроизводительными патронами
• Для получения минимально возможного вылета минимизируйте расстояние от патрона до режущей кромки
• Для получения стружки удовлетворительной толщины обеспечьте соответствующую подачу на зуб Во избежание образования тонкой стружки, которая может стать причиной вибрации, заусенцев и неудовлетворительного качества обработанной поверхности используйте фрезы с крупным шагом зубьев
• Для получения оптимального соотношения диаметра/длины и стабильности используйте инструмент максимально возможного диаметра
• Для достижения наиболее благоприятного режущего действия используйте попутное фрезерование
• Обеспечьте эвакуацию стружки из канавки. Во избежание скопления стружки используйте сжатый воздух
• Для получения оптимальной стабильности и поддержки в направлении шпинделя используйте соединение Coromant Capto®

Фрезерование канавок концевыми фрезами

При фрезеровании канавки или паза, которое часто называют фрезерованием на всю ширину паза, обрабатывается три поверхности:

• Закрытые с обоих концов пазы – карманы – требуют концевых фрез, способных работать с осевой подачей
• Фрезерование на всю ширину паза концевой фрезой – сложная операция. Глубина резания в осевом направлении, как правило, должна составлять 70% длины режущей кромки. При определении оптимального метода обработки паза следует также учитывать жёсткость станка и эвакуацию стружки
• Концевые фрезы чувствительны к воздействию сил резания. Ограничивающими факторами могут быть отжатие и вибрация, особенно при высоких скоростях обработки и больших вылетах

Обработка шпоночных пазов

Эта операция требует отдельных указаний в дополнение к общим рекомендациям по фрезерованию плоскостей и канавок. Направление сил резания и отжим инструмента при фрезеровании закрытого шпоночного паза не позволяют получить точного прямоугольного сечения. Точность обработки может быть повышена, если использовать фрезу несколько меньшего диаметра и обрабатывать паз за два прохода:

1. Фрезерование шпоночных пазов – черновое фрезерование на полную ширину паза
2. Фрезерование уступов – обработка паза по контуру методом встречного фрезерования для обеспечения перпендикулярности стенок.

На чистовых этапах обработки необходимо работать с небольшой глубиной резания, чтобы минимизировать отжим инструмента, что является определяющим фактором качества обработанной поверхности и геометрической точности паза (угол в 90°).

Фрезерование шпоночных пазов за два прохода

Методы расфрезеровывания закрытого паза или кармана в цельной заготовке

​При подготовке к фрезерованию длинных и узких пазов на всю ширину самым распространённым после сверления методом раскрытия карманов является линейное фрезерование с врезанием под углом.
– Глубокие пазы обрабатываются за несколько проходов

Трохоидальное фрезерование

+ Низкие радиальные силы резания – меньше склонность к вибрации
+ Минимальное отжатие при фрезеровании глубоких канавок
+ Производительный метод для:

• обработки сталей высокой твёрдости и жаропрочных сплавов (ISO H и S)
• областей применения, чувствительных к вибрации

+ Диаметр фрезы должен быть не более 70% ширины паза
+ Хорошая эвакуация стружки
+ Выделяется немного тепла
– Требуется больше программирования

Плунжерное фрезерование

​+ Отлично показывает себя при склонности к вибрации:

• с большим вылетом инструмента
• при фрезеровании глубоких пазов
• при недостаточной жёсткости станка или наладки

– Низкая производительность в стабильных условиях
– Требуется остаточное фрезерование/чистовая обработка
– Фрезерование концевыми фрезами может привести к трудностям с эвакуацией стружки
– Ограниченный выбор инструментов

Черновое фрезерование пазов длиннокромочными фрезами

• Фрезы с высоким показателем скорости съёма металла обычно используются для черновой обработки
• Более короткие версии способны фрезеровать пазы глубиной, равной диаметру фрезы, на стабильных и мощных фрезерных станках
• Для таких операций выбирайте станки с 50 конусом, так как работа фрез данного типа сопровождается высокими радиальными усилиями резания
• Проверьте требования к мощности и крутящему моменту, поскольку они зачастую являются ограничивающими факторами для получения оптимальных результатов
• Подбирайте оптимальный шаг зубьев для каждого типа операции

Более длинные исполнения фрез главным образом
предназначены для обработки кромок (по контуру).

Шаг	​L	​​M	​​H
Область применения	Длинные сборки	Универсальные​	Короткие сборки​
​Фрезерование уступов	​Большая глубина a p /a e	​Средняя глубина a p /a e	Небольшая глубина a p /a e
	Небольшая глубина a p /a e	​Ограничения	​__
v c м/мин	​	​	​

Фрезерование пазов . Выемку металла в детали, ограниченную фасонными или плоскими поверхностями, называют пазом. Пазы бывают прямоугольными, Т-образными, типа «ласточкин хвост», фасонными, сквозными, открытыми, закрытыми и др. Обработка пазов является распространенной операцией на фрезерных станках различных типов и осуществляется дисковыми, концевыми и фасонными фрезами (рис. 5.23).

Рис. 5.23. Схемы фрезерования прямоугольных и фасонных пазов:
а - дисковые трехсторонние фрезы; б - дисковые пазовые или концевые фрезы; г - концевые фрезы; D r - направление вращения фрезы

Сквозные прямоугольные пазы чаще всего фрезеруют дисковыми трехсторонними фрезами (рис. 5.23, а), дисковыми пазовыми или концевыми фрезами (рис. 5.23, б). При фрезеровании точных пазов ширина дисковой фрезы (диаметр концевой фрезы) должна быть меньше ширины паза, а фрезерование на заданный размер производят за несколько проходов. Обработка пазов концевыми фрезами требует правильного выбора направления вращения шпинделя станка относительно винтовых канавок фрез. Оно должно быть взаимно противоположным.

Фрезерование замкнутых пазов производят на вертикальнофрезерных станках концевыми фрезами (рис. 5.23, г). Диаметр фрез следует принимать на 1...2 мм меньше ширины паза. Врезание на заданную глубину резания осуществляют перемещением стола с заготовкой в продольном и вертикальном направлениях, затем включают продольное движение подачи стола и фрезеруют паз на необходимую длину с последующими чистовыми проходами по боковым сторонам паза.

Криволинейные пазы фрезеруют за один рабочий ход на полную их глубину. Соответственно этому условию назначают результирующее движение подачи, равное сумме векторов поперечного и продольного движения подач. Для уменьшения врезания в местах изменений направлений пазов необходимо вести обработку фрезами с минимальными вылетами и уменьшать скорости подачи.

Фрезерование пазов специальных профилей - Т-образных, типа «ласточкин хвост» - осуществляют на вертикально- или продольно-фрезерных станках за три (Т-образные пазы) или два (пазы типа «ласточкин хвост») перехода. Учитывая неблагоприятные условия работы Т-образных и одноугловых фрез, используемых при выполнении указанных операций, подача на зуб S. не должна превышать 0,03 мм/зуб; скорость резания - 20...25 м/мин.

Особенности фрезерования шпоночных пазов . Шпоночные пазы на валах подразделяют на сквозные, открытые, закрытые и полузакрытые. Они могут быть призматическими, сегментными, клиновыми и др. (соответственно сечениям шпонок). Заготовки валов удобно закреплять на столе станка в призмах. Для коротких заготовок достаточно одной призмы. При большой длине вала заготовку устанавливают на двух призмах. Правильность расположения призмы на столе станка обеспечивается с помощью шипа в основании призмы, входящего в паз стола (рис. 5.24).

Рис. 5.24. Установка призмы на столе станка

Шпоночные пазы фрезеруют пазовыми дисковыми фрезами, пазовыми затылованными (ГОСТ 8543-71), шпоночными (ГОСТ 9140-78) и насадными фрезами. Пазовая или шпоночная фреза должна быть установлена в диаметральной плоскости заготовки.

Фрезерование открытых шпоночных пазов с выходом канавки по окружности, радиус которой равен радиусу фрезы, производят дисковыми фрезами. Пазы, в которых не допускается выход канавки по радиусу окружности, фрезеруют концевыми или шпоночными фрезами.

Гнезда под сегментные шпонки фрезеруют хвостовыми и насадными фрезами на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках. Направление движения подачи - только к центру вала (рис. 5.25, а).

Рис. 5.25. Фрезерование шпоночных пазов:
а - дисковыми фрезами с вертикальным или поперечным движением подачи; б - шпоночными фрезами с маятниковым движением подачи; D r - направление движения резания; h - глубина фрезерования; D ф - диаметр концевой фрезы; t - припуск, снимаемый за один проход инструмента

Для получения точных по ширине пазов обработку ведут на специальных шпоночно-фрезерных станках с маятниковой подачей (рис. 5.25, б). При этом способе фреза врезается на 0,2...0,4 мм и фрезерует паз по всей длине, затем опять врезается на ту же глубину и фрезерует паз на всю длину, но в другом направлении.

Операцией, аналогичной фрезерованию пазов, является фрезерование канавок на заготовках режущих инструментов. Канавки могут быть расположены на цилиндрической, конической или торцовой части заготовок. В качестве инструмента для обработки канавок применяют одноугловые или двухугловые фрезы.

При фрезеровании угловых канавок на цилиндрической части режущего инструмента с передним углом γ = 0° одноугловыми фрезами вершины зубьев фрез должны проходить через диаметральную плоскость заготовки. Установку фрезы производят с помощью угольника (рис. 5.26, а) по центру вставленного в коническое отверстие шпинделя так, чтобы вершины зубьев фрез и центра совместились, а затем перемещают заготовку в поперечном направ-, лении на величину, равную половине ее диаметра, или по проведенной на торце или цилиндрической поверхности заготовки риске, проходящей через ее диаметральную плоскость (рис. 5.26, б).

Рис. 5.26. Схема установок фрез при фрезеровании канавок режущих инструментов:
а, б, в, г - переходы при наладке станка; D - диаметр заготовки; h - глубина фрезерования; х - смещение торца фрезы относительно осевой плоскости заготовки

При обработке угловых канавок с заданным положительным значением переднего угла у торцовая поверхность одноугловой фрезы должна находиться от диаметральной плоскости на некотором расстоянии х (рис. 5.26, в), которое можно определить по формуле

х = D/(2sinγ),

где D - диаметр заготовки, мм; γ - передний угол (°).

Вершины зубьев двухугловой фрезы при настройке на обработку угловых канавок следует установить в диаметральной плоскости с помощью одного из рассмотренных выше способов, а затем - сместить заготовку относительно фрезы на величину х (рис. 5.26, г), которая зависит от диаметра заготовки D, глубины профиля канавки h, угла рабочей фрезы δ и переднего угла фрезы γ:

х = D/(2sin(γ + δ) - hsinδ/cosγ).

При γ = 0° х = (D/2 - h)sinγ.

Заготовка может быть установлена и закреплена одним из следующих способов: в центрах делительной головки и задней бабки или в центрах на оправке.

Угловые фрезы также используют при фрезеровании угловых канавок на конической поверхности. Устанавливают фрезы относительно диаметральной плоскости заготовки так же, как и при фрезеровании угловых канавок на цилиндрической поверхности.

Заготовка при фрезеровании угловых канавок на конической поверхности может быть закреплена в трехкулачковом патроне, на концевой оправке, вставленной в коническое отверстие шпинделя делительной головки или в центры делительной головки и задней бабки. Последний из перечисленных способов установки заготовки используют при небольшом угле конусности.

Фрезерование уступов . Две взаимно-перпендикулярные плоскости образуют уступ. На заготовках может быть один или несколько уступов. Обработка уступов - это распространенная операция, которую и осуществляют дисковыми или концевыми фрезами, или набором дисковых фрез (рис. 5.27, а-в) на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках так же, как и обработку пазов. Уступы, имеющие большие размеры, фрезеруют торцовыми фрезами (рис. 5.27, г).

Рис. 5.27. Схема обработки уступов:
а - дисковыми фрезами; б - концевыми фрезами; в - набором фрез; г - торцовыми фрезами; D r - направление движения резания

Торцовые фрезы используют при фрезеровании заготовок с широкими уступами на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках. Деталь с симметрично расположенными уступами обрабатывают на двухпозиционных поворотных столах. После фрезерования первого уступа деталь в приспособлении поворачивают на 180°.

Для легкообрабатываемых материалов и материалов средней трудности обработки с большой глубиной фрезерования применяют дисковые фрезы с нормальными и крупными зубьями. Фрезерование труднообрабатываемых материалов следует вести фрезами с нормальными и мелкими зубьями. При фрезеровании уступа следует брать дисковую фрезу, ширина которой на 5...6 мм больше ширины уступа. В этом случае точность размера уступа по ширине не зависит от ширины фрезы.

Разрезание заготовок . Операции полного отделения части материала от заготовки, разделения заготовок на отдельные части, а также образования одного или нескольких мерных узких пазов (прорезей, шлицов) осуществляют отрезными и прорезными фрезами. Диаметр отрезной фрезы следует выбирать по возможности минимальным. Чем меньше диаметр фрезы, тем выше ее жесткость и виброустойчивость.

Заготовки чаще всего устанавливают и закрепляют в тисках (рис. 5.28). Отрезку тонкого листового материала и его разрезку на полосы предпочтительнее вести при попутном фрезеровании и небольших подачах (S z = 0,01...0,08 мм/зуб). Скорости резания при отрезании отрезными и прорезными фрезами из быстрорежущей стали в зависимости от глубины фрезерования и подачи на зуб фрезы составляют: при обработке заготовок из серого чугуна v = 12...65 м/мин; из ковкого чугуна - 27...75 м/мин; из стали - 24...60 м/мин.

Рис. 5.28. Разрезание заготовок: D r - направление движения резания

Контроль пазов, уступов и разрезанных заготовок. Эту операцию производят измерительным инструментом (табл. 5.1).

Таблица 5.1 Измерительный инструмент для контроля деталей после фрезерования

Контрольные вопросы

1. Расскажите о технологии фрезерования пазов.
2. Каковы особенности фрезерования шпоночных пазов на валах?
3. Что вы знаете о технологии фрезерования канавок?
4. Какие особенности технологии фрезерования уступов вам известны?
5. Расскажите о технологии разделения заготовок на фрезерных станках.
6. Как производится контроль пазов, уступов и разрезанных заготовок?

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.

В планке толщиной 15мм (рис. 129) требуется профрезеровать замкнутый паз шириной 16мм и длиной 32мм .

Такая обработка должна производиться концевой фрезой на вертикально - фрезерном или горизонтально-фрезерном станке с накладной вертикальной фрезерной головкой.Выбор фрезы. Выберем для обработки вертикально - фрезерный станок 6М12П и концевую фрезу диаметром 16мм с цилиндрическим хвостовиком и нормальными зубьями (число зубьев z=5).Подготовка к работе. Заготовка поступает на фрезерный станок с размеченным пазом. Так как нужно обработать паз в середине заготовки, ее можно закрепить на уровне губок тисков, но параллельные подкладки надо расположить так, чтобы концевая фреза могла иметь выход между ними (рис. 130).

После установки заготовки фрезу закрепляют в шпинделе станка. Для этого вставляют хвостовик концевой фрезы в патрон по рис. 48, а сам патрон закрепляют в коническом гнезде шпинделя.Настройка станка на режим фрезерования. Подача фрезы задана 0,01мм/зуб , скорость резания 25м/мин , что соответствует 500об/мин при диаметре фрезыD = 16мм . При этом минутная подача по формуле (4):

Так как наименьшая подача на станке 31,5мм/мин , выбираем эту подачу.Поставим лимб коробки подач станка на минутную подачу 31,5мм/мин и подсчитаем получающуюся при этом подачу на 1 зуб по формуле (5):

Таким образом, фрезерование паза будем производить концевой фрезойD = 16мм из быстрорежущей стали Р18 при скорости резания 25м/мин , или 500об/мин , и при подаче 31,5мм/мин , или 0,013мм/зуб . Применяем охлаждение - эмульсию.Фрезерование паза, На рис. 131 показано, как фрезеруется паз в планке. Обычно после установки фрезы в исходное положение сначала дают небольшую ручную вертикальную подачу, чтобы фреза врезалась на глубину 4-5мм . После этого включают механическую продольную подачу, давая, как указано стрелкой, движение столу с закрепленной заготовкой вперед и назад, поднимая после каждого двойного хода вручную стол на 4-5 мм, пока паз не будет профрезерован по всей длине.

Скоростное фрезерование уступов и пазов

Скоростники-фрезеровщики широко применяют скоростное фрезерование уступов и пазов дисковыми фрезами с пластинками из твердых сплавов. При скоростной обработке уступов и пазов надофрезеровать по подаче .На рис. 132 и 133 показаны конструкции дисковых фрез для скоростного резания.

На рис. 132 показана фреза с припаянными пластинкамитвердого сплава2 к стальному корпусу1 . Такие фрезы применяют при небольшой ширине фрезерования. Одно из преимуществ фрез с припаянными пластинками - возможность частого расположения зубьев, что важно для плавности работы. Другим преимуществом является возможность использовать пластинку в работе почти на весь ее размер. Основными недостатками этих фрез являются невозможность регулировать ширину и диаметр, сложность замены зубьев в случае их поломки и трудность напайки. На рис. 133 показана дисковая фреза для скоростного фрезерованиясо вставнымив корпус1 рифлеными ножами2 , оснащенными пластинками твердого сплава. Для закрепления ножей в корпусе служат клинья3 .Для фрезерования уступов и широких пазов более целесообразно применять дисковые фрезы с вставными твердосплавными ножами.