Фрезерный станок для пазов. Фрезерование пазов. Фрезерование канавок концевыми фрезами

К атегория:

Фрезерные работы

Фрезерование шпоночных пазов на валах

Шпоночные соединения весьма распространены в машиностроении. Они могут быть с призматическими, сегментными, клиновыми и другими сечениями шпонок. На рабочих чертежах вала должны быть проставлены размеры для вала с призматической шпонкой и для вала с сегментной шпонкой.

Шпоночные пазы делятся на сквозные, открытые (с выходом) и закрытые. Фрезерование шпоночных пазов является весьма ответственной операцией. От точности шпоночного паза зависит характер посадки на шпонку сопрягаемых с валом деталей. К обработанным фрезерованием шпоночным пазам предъявляются жесткие технические требования. Ширина шпоночного паза должна быть выполнена по 2-му или 3-му классу точности: по глубине шпоночный паз должен быть выполнен по 5-му классу точности; длина паза под шпонку - по 8-му классу точности. Невыполнение этих требований при фрезеровании шпоночных пазов влечет за собой трудоемкие пригоночные работы при сборке - припиливание шпонок или других сопрягаемых деталей.

Кроме указанных выше требований, в отношении точности к шпоночному пазу предъявляется также требование в отношении точности его расположения и шероховатости поверхности. Боковые грани шпоночного паза должны быть расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось вала; шероховатость поверхности боковых стенок должна находиться в пределах 5-го класса шероховатости, а иногда и выше.

Сопоставляя допуски на фрезы с допусками на размер шпоночного паза, можно убедиться в трудности выполнения паза требуемой точности на станках, работающих мерным инструментом. Возьмем для примера паз шириной 12ПШ

Практика показывает, что для обработки шпоночного, паза, укладывающегося в поле допуска ПШ, приходится тщательно подбирать. фрезы и делать пробные проходы. В серийном и массовом производстве стремятся по возможности шпоночные соединения заменять шлицевыми.

Дисковые фрезы пазовые (СТ СЭВ 573-77) предназначаются для фрезерования неглубоких пазов. Они имеют зубья только на цилиндрической части.

Пазовые фрезы затылованные по ГОСТ 8543-71 предназначаются также для обработки пазов. Их затачивают только по передней поверхности. Достоинством этих фрез является то, что они не теряют размера по ширине после переточек. Они выпускаются диаметром от 50 до 100 мм,от 4 до 16 мм.

Шпоночные фрезы по ГОСТ 9140-78 применяются для фрезерования шпоночных пазов и изготовляются с цилиндрическим и коническим хвостовиком. Шпоночные фрезы имеют два режущих зуба с торцовыми режу

щими кромками, выполняющими основную работу резания. Режущие кромки фрезы направлены не наружу, как у сверла, а в тело инструмента. Такие фрезы могут работать с осевой подачей (как сверло) и с продольной подачей. Переточка фрез производится по торцовым зубьям, вследствие чего диаметр фрезы практически остается неизменным. Это очень важно для обработки пазов.

Фрезы с цилиндрическим хвостовиком изготовляют для диаметра от 2 до 20 мм, с коническим хвостовиком - от 16 до 40 мм. В настоящее время инструментальные заводы выпускают цельные твердосплавные шпоночные фрезы диаметром 3, 4, 6, 8 и 10 мм с углом наклона винтовой канавки 20° из сплава ВК8. Эти фрезы применяют главным образом при обработке закаленных сталей и труднообрабатываемых материалов. Применение этих фрез позволяет увеличить производительность труда в 2-3 раза и повысить класс шероховатости обработанной поверхности.

Фрезы для пазов под сегментные шпонки хвостовые по ГОСТ 6648-68* предназначаются для фрезерования всех пазов под сегментные шпонки диаметром 4-5 мм.

Фрезы для пазов под сегментные шпонки насадные по ГОСТ 6648-68* предназначаются для фрезерования всех пазов под сегментные шпонки диаметром 55-80 мм.

Закрепление заготовок. Заготовки валов для фрезерования в них шпоночных пазов и лысок удобно закреплять в призмах. Для коротких заготовок достаточно одной призмы. При большей длине вала заготовку устанавливают на двух призмах. Правильность расположения призмы на столе станка обеспечивается шипом в основании призмы, входящим в паз стола, как показано на рисунке справа. Валы закрепляют прихватами. Во избежание прогиба вала при закреплении необходимо следить, чтобы прихваты опирались на вал над призмами. Под прихваты следует положить тонкую медную или латунную прокладку, чтобы не повредить окончательно обработанной цилиндрической поверхности вала. На рис. 4 показаны тиски для закрепления валов. Тиски на столе можно закреплять либо в положении, показанном на рис., либо можно повернуть их на 90°. Поэтому они пригодны для закрепления валов как на горизонтально-, так и на вертикально-фрезерных станках. Вал устанавливается цилиндрической поверхностью на призму и при вращении маховичка зажимается губками, которые поворачиваются вокруг пальцев. Призму можно установить в тисках другой стороной закрепления вала большего диаметра. Упор служит для установки вала по длине.

Рис. 1. Вал со шпоночными пазами

Рис. 2. Схема расположения полей допусков шпоноч-ною паза и фрезы

Рис. 3. Закрепление вала на оизмах

Рис. 4. Тиски для закрепления валов

На рис. 5 показана магнитная призма с постоянным магнитом. Корпус призмы состоит из двух частей, между которыми размещен оксидно-бариевый магнит. Для закрепления валика достаточно повернуть рукоятку выключателя на 90°. Сила зажима вполне достаточна для фрезерования на валиках шпоночных пазов, лысок и т. д. Одновременно с закреплением детали призма притягивается к опорной поверхности стола станка.

Фрезерование сквозных шпоночных пазов. Шпоночные пазы фрезеруют после окончательной обработки цилиндрической поверхности. Сквозные и открытые пазы с выходом канавки по окружности, радиус которой равен радиусу фрезы, обрабатывают дисковыми фрезами. Превышение размера ширины паза по сравнению с шириной фрезы составляет 0,1 мм и более. После заточки дисковых пазовых фрез ширина фрезы несколько уменьшается, поэтому использование фрез возможно лишь до определенных пределов, после чего их применяют для других работ, когда не столь важен размер по ширине.

На рис. 6 показана установка заготовки и фрезы при.фрезеровании сквозного шпоночного паза. При установке фрезы на оправку необходимо добиться, чтобы фреза имела минимальное биение по торцу. Заготовку закрепляют в машинных тисках с медными или латунными накладками на губках.

При правильно установленных тисках точность установит закрепленного в них вала можно и не проверять. Установить фрезу следует так, чтобы она была расположена симметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось вала. Для выполнения этого условия пользуются следующим приемом. После закрепления фрезы и проверки ее биения индикатором фрезу устанавливают предварительно в диаметральной плоскости вала. Точная установка осуществляется угольником и штангенциркулем.

Для установки фрезы необходимо поставить ее в поперечном направлении на размер S со стороны одного из выступающих над тисками концов вала. Проверить этот размер штангенциркулем. Затем поставить угольник с другой стороны вала, как это показано на рис. 7 пунктиром, и еще раз проверить размер S.

Рис. 5. Магнитная призма для закрепления валов

дить одновременно медленный подъем стола до касания с фрезой и перемещение в продольном направлении. Установив момент касания фрезы с валом, отвести стол из-под фрезы. Выключить станок и вращением рукоятки вертикальной подачи поднять стол на глубину шпоночной канавки.

Фрезерование закрытых шпоночных пазов. Фрезерование закрытых шпоночных пазов можно производить на горизонтально-фрезерных станках. Для закрепления вала пользуются специальными самоцентрирующими тисками или призмами. Так как установка для фрезерования по рис. 9, а отличается от установки по рис. 9, б лишь расположением шпинделя, разберем только порядок фрезерования шпоночного паза на горизонтально-фрезерном станке.

Рис. 9. Фрезерование закрытых шпоночных пазов

Другой способ установки («по яблочку») шпоночной или концевой фрезы в диаметральной плоскости фрезы состоит в следующем. Вал устанавливают по возможности точно (на глаз) относительно фрезы и вращающуюся фрезу медленно приводят в соприкосновение с обрабатываемым валом до тех пор, пока на поверхности вала не появится едва заметный след фрезы. Если этот след получается в виде полного круга, то это означает, что фреза расположена в диаметральной плоскости вала. Если след имеет форму неполного круга, то необходимо сместить стол.

Установка на глубину паза. Обрабатываемый вал, диаметральная плоскость которого совпадает с осью фрезы, подводят до соприкосновения с фрезой. При этом положении стола отмечают показание лимба винта поперечной или вертикальной подачи, затем перемещают или поднимают стол на глубину резания В.

Закрытые шпоночные пазы, допускающие пригонку, фрезеруют одним из двух способов:
а) врезанием вручную на определенную глубину и продольной механической подаЧей, затем снова врезанием на ту же глубину и продольной подачей, но в другом направлении;
б) врезанием вручную на полную глубину паза и дальнейшей механической продольной подачей. Этот способ применяют при фрезеровании шпоночными фрезами диаметром свыше 12-14 мм.

Рис. 10. Схема установки концевой фрезы в диаме! ральной плоскости вала

Контроль ширины шпоночного паза следует производить калибром согласно допуску, указанному на чертеже.

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.

Фрезерование пазов сегментных шпонок осуществляют хвостовыми или насадными фрезами под сегментные шпонки, диаметр которых должен быть равен двойному радиусу канавки. Подача производится в вертикальном направлении, перпендикулярном оси вала (рис. 11).

Фрезерование валов на шпоночно-фрезерных станках. Для получения точных по ширине пазов обработку ведут на специальных шпоночно-фрезерных станках с маятниковой подачей, работающих двузубыми шпоночными фрезами. При этом способе фреза врезается на 0,2-0,4 мм и фрезерует паз по всей длине, затем опять врезается на ту же глубину, как и в предыдущем случае, и фрезерует паз опять на всю длину, но в другом направлении. Отсюда и происходит название метода - «маятниковая подача».

Рис. 11. Фрезерование шпоночных пазов под сегментные шпонки

Рис. 12. Схема фрезерования шпоночных пазов способом «маятниковая подача»

Рис. 13. Контроль размером паза калибрами

По окончании фрезерования шпиндель автоматически возвращается в исходное положение и выключается продольная подача фрезерной бабки. Этот метод является наиболее рациональным при изготовлении шпоночных валов в серийном и массовом производстве, так как дает точный паз, обеспечивающий взаимозаменяемость в шпоночном соединении. Кроме того, поскольку фреза работает торцовыми режущими кромками, она долговечнее, так как не изнашивается по периферии. Недостатком этого способа является значительно большая затрата времени по сравнению с фрезерованием за один-два прохода.

Фрезерование пазов на автоматизированных шпоночно-фрезерных станках немерным инструментом производится с осциллирующим (колебательным) движением инструмента. Регулируя размах осциллирования от нуля до требуемой величины, можно фрезеровать шпоночные пазы с требуемой точностью по ширине.

При фрезеровании с осциллированием ширина фрезы меньше ширины обрабатываемог о паза. Так, станок МА-57 предназначается для фрезерования открытых шпоночных пазов на валах электродвигателей дисковыми трехсторонними фрезами в автоматизированном производстве. Станок 6Д92 предназначен для фрезерования закрытых шпоночных пазов немерными концевыми фрезами. Требуемая ширина паза достигается за счет того, что фрезе придается осциллирующее движение в направлении, перпендикулярном продольной подаче. Станок может быть встроен в автоматическую линию.

Контроль размеров пазов и канавок. Контроль размеров пазов и канавок можно производить как штриховыми измерительными инструментами (штангенциркуль, штангенглуби-номер), так и калибрами. Измерение и отсчет размеров пазов с помощью универсальных инструментов не отличаются от измерений других линейных размеров (длина, ширина, толщина, диаметр). Ширину паза можно контролировать круглыми и листовыми предельными калибрами-пробками. На рис. 13, а показан контроль ширины паза, заданного размером 20+см мм. В этом случае проходная сторона калибра имеет размер 20,0 мм, а непроходная- 20,1 мм.

Симметричность расположения шпоночного паза относительно оси вала контролируется специальными шаблонами и приспособлениями.

Шпонки служат для соединения различных деталей передач (зубчатых колес, шкивов и др.) с валом. Для этого на валу и соединяемой с ним детали выполняются шпоночные пазы (рис. 63, а), в которые устанавливается общая призматическая шпонка (рис. 63, б) в виде прямоугольного бруска или сегментная шпонка (рис. 63, в), имеющая форму части диска.

Особыми требованиями, предъявляемыми к точности шпоночных пазов, являются выполнение их ширины в пределах допустимых отклонений по ПШ и строгая симметричность паза к оси вала. Для соблюдения этих требований необходимо правильно подобрать фрезу, установить ее на станке с минимальным биением (не более 0,02 мм по боковым зубьям) и выверить приспособление и заготовку относительно направления продольной подачи стола станка.

Для фрезерования на валах шпоночных пазов стандартами предусмотрены дисковые пазовые и трехсторонние цельные фрезы (см. рис. 52 и 54, а и б), которыми могут быть обработаны открытые и полуоткрытые пазы, имеющие выход по радиусу фрезы. Закрытые пазы выполняются двузубыми шпоночными фрезами (рис. 64), торцовые зубья которых пересекаются в центре. Такие фрезы перетачиваются главным образом по задним поверхностям торцовых зубьев и могут работать с осевой подачей.

Шпоночные фрезы выполняются с цилиндрическими или коническими хвостовиками и изготавливаются из быстрорежущей стали или оснащаются пластинками твердого сплава. Для фрезерования закаленных и труднообрабатываемых материалов освоен выпуск монолитных твердосплавных шпоночных фрез.

Пазы на валах под сегментные шпонки обрабатываются специальными грибковыми фрезами (рис. 65, а) с цилиндрическими хвостовиками либо насадными фрезами (рис. 65, б) - для пазов крупного диаметра.

При обработке шпоночных пазов валы можно закреплять в станочных тисках, на призмах, непосредственно на столе станка или в специальных самоцентрирующихся тисках. При установке заготовок в станочных тисках (рис. 66) на губки следует надеть угловые нагубники из мягкого листового металла, предохраняющие поверхность вала от смятия. В этих случаях целесообразно также применять специальные призматические накладные губки к тискам.

Призмы 4 (рис. 67) имеют паз 1 с углом профиля 90° и направляющие шпонки 5, с помощью которых осуществляют выверку призм по пазу стола. Заготовка 3 прижимается к призмам прихватами 2.

Длинные валы часто устанавливают непосредственно на столе по фаскам Т-образного паза и закрепляют по концам прихватами.

Самоцентрирующие тиски (рис. 68) могут быть применены для установки заготовок типа валов как на горизонтально-фрезерных, так и на вертикально-фрезерных станках, что достигается наличием у них двух взаимно перпендикулярных опорных плоскостей 8. Заготовку ставят цилиндрической поверхностью на призму 5 и при вращении маховичка 1 зажимают губками 3 и 6, которые поворачиваются на осях 2 и 7. Для установки валов крупного диаметра призма 5 может быть повернута и установлена в тисках другой стороной. Регулируемый упор 4 служит для закрепления вала в требуемое положение по длине.

Приемы фрезерования шпоночных пазов практически мало отличаются от соответствующих приемов обработки пазов общего назначения. Особенностью здесь являются способы установки фрезы симметрично оси вала и контроль поперечного расположения паза на нем.

Заготовку обрабатываемого вала обычно закрепляют на станке так, чтобы она имела свободный конец. В этом случае фрезу подводят до касания с боковой образующей цилиндра заготовки (рис. 69, а), а затем уже известными действиями смещают стол в поперечном направлении на расстояние

где d - диаметр вала, мм; b - ширина паза, мм.

Контроль расположения фрезы относительно оси вала выполняют угольником и штангенциркулем по размеру S (рис, 69, б), который определяется по формуле

где T - ширина полки угольника, мм; В - ширина фрезы, мм.

Если размер S с двух сторон вала одинаков, то фреза расположена правильно.

Когда конец заготовки не выступает из приспособления, расположить фрезу симметрично оси вала можно с помощью сравнительно простого приспособления (рис. 69, в), которое состоит из стойки 1 и подвижной призмы 2. Нижним V-образным пазом призма устанавливается на поверхность вала, а в верхний паз вводится фреза до касания уголков зубьев с его сторонами. Точность симметричного расположения шпоночного паза проверяют шаблоном (рис. 69, г).

В массовом производстве для обработки шпоночных пазов широкое распространение получили станки с программным управлением мод. 6Д95, работающие немерными концевыми фрезами. Необходимая точность ширины паза на этих станках достигается за счет регулируемого осциллирующего (колебательного) движения фрезы в направлении, перпендикулярном продольной подаче.

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

Концевые фрезы

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 .

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

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

Плунжерное фрезерование

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 – 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.

Фрезерование паза – это операция представляющая собой выемку металла с детали ограниченной плоскими или фасонными поверхностями. В зависимости от формы пазы подразделяются на прямоугольные, «ласточкин хвост», Т-образные, фасонные, сквозные, открытые и др. Вырезание пазов является одной из основных операций в фрезеровании и ниже мы рассмотрим её особенности.

Особенности выбора и применения инструмента

При выборе фрез для нарезания пазов и канавок, а также в процессе их нарезки, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

• Для сквозных прямоугольных пазов желательно использовать дисковые трехсторонние, концевые или дисковые пазовые фрезы.
• Фрезерование точных размеров производится инструментом меньшего диаметра в несколько проходов.
• Работа с концевой фрезой требует правильного выбора направления вращения – взаимно противоположным относительно винтовых канавок инструмента.
• Для замкнутых пазов необходима концевая фреза с обработкой на вертикальном станке диаметром на 1-2 мм меньше чем требуемая ширина.
• Врезка замкнутого паза осуществляется путем продольного и поперечного перемещения стола. Далее, при продольном движении стола производится фрезерование на требуемую глубину и чистовые проходы по боковым сторонам.
• Фрезеровка криволинейных пазов осуществляется за один проход на полную глубину. В местах изменения направления ведётся обработка фрезой с минимальным вылетом и сниженной скоростью.
• Для специального Т-образного профиля необходимо три прохода фрезы с подачей не более 0,03 мм/зуб и скоростью реза 20-25 м/мин.

Фрезерование шпоночных пазов

Методика фрезерования шпоночного паза зависит от его типа – сквозного, открытого, закрытого или полузакрытого. Для фрезерования используются пазовые дисковые, шпоночные, пазовые затылованные или насадные фрезы. При нарезке открытых пазов с выходом по окружности, радиус которой равен радиусу фрезы, используется дисковый инструмент. Если выход канавки по окружности не допускается, то необходимы концевые или шпоночные фрезы. Для сегментных шпонок используются насадные или хвостовые фрезы при направлении подачи строго к центру вала.

При высоких требованиях к точности шпоночного паза используются шпоночно-фрезерные станки с маятниковой подачей инструмента. Особенностью данного способа металлообработки является поочередный заход инструмента с противоположных направлений – по 0,2 – 0,4 мм съёма за проход по всей длине сначала с одной, затем с другой стороны.

• Дисковые пазовые. Скорость реза от 25 до 40 м/мин, подача от 0,03 до 0,06 мм/зуб.
• Шпоночные. Скорость реза от 15 до 20 м/мин, подача от 0,02 до 0,04 мм/зуб.

Прорезание канавок производится аналогично фрезерованию пазов. Данная операция может производиться на торцовой, цилиндрической или конической части детали с помощью одно- или двухугловых фрез.

Особенности фрезерования закрытых пазов

Для нарезания данного типа пазов используется две схемы. В первом случае применяется ручная операция врезания инструмента на всю глубину уступа. Далее производится механическая подача в продольном направлении. Второй способ – это маятниковая подача. Производится ручное врезание на требуемую глубину и продольная подача, затем повторение цикла, но движение осуществляется в противоположную сторону. Данный способ применяется для фрез сечением более 14 мм.