Обработка пазов и уступов
Продолжаем публикацию материалов из Справочника фрезеровщика под редакцией В.Ф. Безъязычного. На этот раз разберем обработку пазов и уступов на обрабатывающих фрезерных станках.
Уступом называют выемку, ограниченную двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, образующими ступень. Деталь может иметь один, два и более уступов (рис. 5.11). В зависимости от формы выемки пазы делятся на прямо-угольные, Т-образные и фасонные (рис. 5.11, а–д). Пазы любого профиля могут быть сквозными, открытыми и закрытыми.
Рис. 5.11. Пазы и уступы:
а–д – формы пазов; е – деталь с пазом и уступом
К обработанным фрезерованием уступам и пазам предъявляют различные технические требования в зависимости от назначения продукции, серийности производства, точности размеров, расположения и шероховатости поверхностей. Все эти требования определяют метод обработки. Фрезерование уступов и пазов осуществляют дисковыми и концевыми фрезами, а также набором дисковых фрез. Кроме того, уступы можно обрабатывать торцовыми фрезами.
Тип и размер дисковой фрезы выбирают в зависимости от размеров обрабатываемых поверхностей и материала заготовки (рис. 5.12). Исходя из этого устанавливают тип фрезы, материал режущей части и основные размеры – В, D, d и z. Для легкообрабатываемых материалов и материалов средней трудности обработки с большой глубиной фрезерования применяют фрезы с нормальным и крупным зубом. Для труднообрабатываемых материалов с небольшой глубиной резания рекомендуется применять фрезы с нормальным и мелким зубом.
Рис. 5.12. Схема фрезерования уступа дисковой фрезой на горизонтально-фрезерном станке
Диаметр фрезы следует выбирать минимально возможным. Чем меньше диаметр фрезы, тем выше ее жесткость и виброустойчивость. Кроме того, с уменьшением диаметра иногда возрастает стойкость фрезы.
При заданной глубине фрезерования необходимо обеспечить гарантированный зазор между установочным кольцом на оправке и заготовкой. Если принять величину зазора равной 6...8 мм, то минимальный диаметр фрезы определится по соотношению, мм:
D = 2t + d1 +(12...16),
где d1 – диаметр установочного кольца, мм.
Дисковыми пазовыми фрезами обрабатывают преимущественно сквозные и открытые пазы. Применение этих фрез позволяет получать наиболее точные пазы; ширину паза можно обработать по 9…10 квалитетам. Пазовые фрезы имеют режущие кромки только на цилиндрической части, для уменьшения трения на боковых поверхностях фрезы предусмотрены поднутрения под углом 2°. По мере перетачивания зубьев ширина фрезы уменьшается, что приводит к изменению размера паза. Зубья этих фрез срезают стружку, размер которой равен ширине паза. При большой глубине резания стружка пакетируется во впадине, что иногда вызывает поломку зуба и фрезы в целом, поэтому эти фрезы используют при фрезеровании неглубоких пазов.
Дисковая трехсторонняя фреза обеспечивает более высокую производительность обработки пазов. Наличие боковых зубьев, а также срезание стружки, размер которой меньше ширины паза, улучшают условия резания, повышают точность размеров паза и качество его поверхностей. Однако недостатком этих фрез является уменьшение размера В (ширина фрезы) после первой же переточки. С целью устранения этого применяют регулируемые по ширине фрезы, которые состоят из двух половинок, имеющих зубья переменного направления на цилиндрической части. Между половинками закладывают кольцо, ширина которого и обеспечивает получение размера В.
Уступы и пазы обрабатывают концевыми фрезами на вертикально- и горизонтально-фрезерных станках (рис. 5.13). Фрезы с нормальными зубьями используют при получистовом и чистовом фрезеровании, а фрезы с крупными зубьями – при черновом. Выбор фрез и определение параметров их работы осуществляется в соответствии с имеющимися рекомендациями.
Рис. 5.13. Схема фрезерования паза концевой фрезой на горизонтально- фрезерном станке, оснащенном отсчетным индикаторным устройством:
1 и 2 – индикаторы
При наладке станка важно правильно установить фрезу. При использовании приспособлений это достаточно просто осуществляется по установам (рис. 5.14). Положение установа задано относительно базовых элементов приспособления размерами L. Как правило, настройка фрезы производится с помощью щупа – металлической пластинки фиксированного размера (1, 3 или 5 мм).
Рис. 5.14. Схемы ориентации фрез по установу:
а, б – концевой; в – дисковой; 1 – уставов; 2 – щуп
Для настройки инструмента по вертикали (рис. 5.14, а) необходимо вручную перемещать консоль станка вверх и щупом проверять взаимное положение инструмента и установа. Инструмент считается настроенным на заданный размер, если щуп проходит плотно и без качки между поверхностью установа и режущей кромкой зуба фрезы. Недопустим резкий подъем консоли до касания зуба фрезы с поверхностью щупа, так как это может привести к выкрашиванию зуба фрезы и повреждению щупа. Иногда на щуп кладут полоску бумаги, и если при повороте фрезы бумага смещается, то для окончательной настройки на заданный размер консоль необходимо приподнять еще на 0,03…0,05 мм.
Настройка инструмента по горизонтали (рис. 5.14, б, в) относительно боковой его поверхности осуществляется также по щупу, но перемещением стола в поперечном направлении.
При отсутствии установа положение фрезы может быть задано по-разному. При невысоких требованиях к точности обработку паза можно выполнить по разметке. При более точных допусках рекомендуются другие способы настройки фрезы. Так, если боковая поверхность заготовки допускает риски, стол с ней подводят к фрезе до появления на поверхности слабого следа от вращающейся фрезы. Установив лимб винта поперечных подач на нулевое деление, заготовку отводят от фрезы в продольном направлении. Затем по лимбу стол перемещают в поперечном направлении в положение, соответствующее требуемому для обработки паза (на рис. 5.15, а – 56 мм).
Рис. 5.15. Схемы настройки фрезы относительно заготовки без установа
Для установки фрезы можно применить плоскопараллельные концевые меры, которые обеспечивают высокую точность настройки. Угольник 1 (cм. рис. 5.15, б) прижимают к поверхности закрепленной заготовки, а в пространство между ним и фрезой 2 помещают блок 3 из плиток (на рисунке – размером 44 мм). При перемещении стола с заготовкой блоком периодически проверяют величину зазора. Установка считается выполненной, если блок плиток плотно и без качки проходит в пространство между угольником и фрезой.
Ориентацию фрезы относительно центра вала выполняют по схеме, показанной на рис. 5.15, в. Размер А между угольником и фрезой должен быть одинаковым как с одной стороны вала, так и с другой. Это определяется с помощью угольника и набора плиток или посредством универсального мерительного инструмента.
При обработке партии заготовок процесс настройки можно облегчить использованием устройства с двумя индикаторами, которое позволяет быстро и точно установить стол с заготовкой в требуемое положение после его смещения в поперечном и вертикальном направлениях. При настроенном станке индикаторы 1 и 2 устройства (см. рис. 5.13) устанавливают на ноль. Нулевое положение стрелки индикатора 1 определяет фиксированное положение стола в поперечном направлении, а индикатора 2 – в вертикальном. После смещения стола точная установка его в заданное положение не вызывает затруднений.
Погрешность в получении размеров при обработке во многом зависит от принятой схемы базирования заготовки в приспособлении (на станке). С целью уменьшения погрешности необходимо стремиться к совмещению базы технологической (установочной) с базой конструкторской (измерительной, исходной). Несоблюдение принципа единства баз приводит к появлению погрешности базирования Δб или к необходимости пересчета допусков.
Если, например, при фрезеровании уступа в размер 65Н13 (+0,46) заготовку установить на плоскость Б (рис. 5.16, а), то появление погрешности базирования неизбежно. Это объясняется тем, что для обработки партии заготовок фреза настраивается относительно плоскости Б (на пересчетный размер – 20 мм), а измерительной (исходной) базой для заданного размера 65Н13 является плоскость А. Таким образом, возникает несовмещение баз. Поскольку на настроенном станке положение фрезы по высоте относительно плоскости Б будет неизменным, то в размер 65Н13 при обработке будет вноситься погрешность. Максимальная величина погрешности определится допуском на размер 85 мм, определяющим расстояние между поверхностями А и Б у заготовок (т.е. между базами). Этот допуск (0,54 мм) и определит погрешность базирования Δб. Поскольку Δб больше допуска на размер 65 мм, то при обработке с принятой схемой базирования у части заготовок не будет выдержана точность в получении заданного размера. Избежать этого можно совмещением баз, если изменить положение заготовки в приспособлении (рис. 5.16, б). Составив размерную цепь (рис. 5.16, в), можно также пересчитать размеры и определить допуск на пересчетный размер А, который и выдерживают при обработке по принятой схеме.
Рис. 5.16. Схема возникновения погрешности базирования при фрезеровании концевыми фрезами
Фрезерование шпоночных пазов на валах имеет ряд особенностей. Сквозные и открытые пазы (под призматические шпонки) с выходом канавки по окружности, радиус которой равен радиусу фрезы, обрабатывают дисковыми фрезами.
Закрытые и полузакрытые пазы (под призматические шпонки) фрезеруют концевыми или специальными шпоночными фрезами. При обработке паза концевой фрезой в крайней его части необходимо просверлить отверстие для ее установки, поскольку концевые фрезы не работают при осевых подачах.
Шпоночные фрезы имеют два режущих зуба с торцовыми режущими кромками. Фрезы могут работать с осевой подачей (как сверло) и с продольной подачей. Шпоночные фрезы обычно применяют для получения шпоночных пазов при обработке заготовок на специальных шпоночно-фрезерных станках с маятниковой подачей. Фреза здесь врезается на глубину 0,2...0,4 мм, и фрезерует паз по всей длине. Затем паз фрезеруют снова на всю длину, но в другом направлении, и т.д.
Фрезерование пазов сегментных шпонок производят хвостовыми или насадными фрезами под сегментные шпонки, диаметр которых должен быть равен двойному радиусу канавки. Подача осуществляется в направлении, перпендикулярном оси вала.
Концевые фрезы после переточки изменяют свой рабочий диаметр. Поэтому для получения необходимой ширины паза переточенной фрезой применяют специальные патроны (см. рис. 5.17). Патрон состоит из корпуса 1, в который устанавливают втулку 2 с режущим инструментом 3. Колпачковая гайка 4 предназначена для крепления втулки в корпусе. Крепление фрезы во втулке осуществляется винтами 5. Ось отверстия втулки смещена относительно оси хвостовика на величину е = 0,3 мм. Поворотом втулки в отверстии корпуса можно обеспечить смещение размера фрезеруемого паза (в пределах 2е относительно диаметра фрезы d). Величину поворота определяют по шкале 6. При закреплении фрезы следует следить за тем, чтобы ее зуб был расположен против нулевой отметки шкалы.
Рис. 5.17. Конструкция патрона, обеспечивающего компенсацию износа фрезы
Фрезерование фасонных канавок, Т-образных пазов и пазов типа «ласточкин хвост» ведется по различным схемам.
Рис. 5.18. Последовательность обработки Т-образного паза
Обработку Т-образных пазов обычно выполняют за несколько проходов. Сначала дисковой фрезой фрезеруют паз (см. рис. 5.18, а), затем Т-образной фрезой обрабатывают боковые поверхности (см. рис. 5.18, б), далее угловой фрезой снимают фаски (см. рис. 5.18, в) и, наконец, мерной фрезой обеспечивают получение заданного размера В паза (см. рис. 5.18, г).