Обработка заготовок на фрезерных и сверлильных станках
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить принцип фрезерования и сверления; типы фрез и сверел; устройство и работу фрезерных и сверлильных станков и операции, выполняемые на них.
I. Общие сведения о фрезерных станках
Метод фрезерования осуществляют фрезами - многолезвийными инструментами - на фрезерных станках.
Для фрезерных станков характерны исполнительные движения фрезерования, состоящие из непрерывного вращательного движения инструмента, определявшего скорость резания, и прямолинейного, кругового или винтового движения подачи. При этом движение подачи сообщается заготовке, реже - инструменту.
Существуют следующие схемы фрезерования: встречное фрезерование, когда подача заготовки направлена навстречу вращению фрезы (рис. 1, а); попутное фрезерование, когда направление подачи совпадает с направлением вращения фрезы (рис, 1, б).
Рисунок 1 – Схемы встречного (а) и попутного (б) фрезерования
При встречном фрезеровании происходит постепенное возрастание нагрузки на зуб фрезы, что обеспечивает более плавную работу; зубья фрезы режут под корку, что снижает их износ и увеличивает стойкость; фреза стремится оторвать заготовку от поверхности стола, поэтому крепление заготовки должно быть особо надежным. Зубу фрезы трудно врезаться в металл, происходит его скольжение в результате наличия упругой деформации, что увеличивает теплообразование при обработке.
При попутном фрезеровании зуб фрезы работает с ударом, сразу снимает максимальную толщину срезаемого слоя, при этомзуб фрезы встречает на поверхности заготовки корку и сильнее от этого изнашивается, что снижает стойкость фрезы; после врезывания с .ударом резание продолжается спокойно и толщина срезаемого слоя сходит на нет, чем обеспечивается чистая обработка поверхности заготовки; фреза стремится прижать заготовку к столу, что особенно выгодно при обработке заготовок малых толщин.
В целом попутное фрезерование более выгодно применять при чистовых обработках, когда уже снят поверхностный слой, а глубина резания небольшая. Наоборот, встречное фрезерование особо полезно при черновой обработке заготовок с коркой (литье) или окалиной (поковки).
Важное значение имеет правильный выбор фрезы для работы.
Фрезы с мелкими зубьями следует применять при малой глубине резания и чистовой обработке, а с крупным зубом - при черновой обработке глубиной резания свыше 3 мм, а также при чистовых проходах, если нецелесообразно менять фрезу.
Кроме того, с увеличением диаметра фрезы увеличиваются длина врезания и допустимая скорость резания, но минутная подача при работе фрезами меньшего диаметра выше (за счет большего числа оборотов), а следовательно, выше и их производительность.
Применение пластинок твердого сплава на зубъях фрез дает возможность значительно повысить режимы резания по сравнению с работой фрезами, изготовленными из быстрорежущей стали.
Торцевые фрезы по сравнение о цилиндрическими обеспечивают более высокую производительность и несколько более высокую чистоту поверхности при чистовой обработке фрезами, оснащенными твердым сплавом.
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ФРЕЗ
Существуют разнообразные конструкции фрез. Фрезы отличаются друг от друга: по конструкции зубъев (цельные и вставные, по направлению зубъев. (прямые и винтовые), по профилю зуба (остроконечные и затылованные), по своей форме и назначению (цилиндрические, торцевые, концевые, шпоночные, дисковые, угловые, резьбовые, фасонные и др.), по своей конструкции (цельные и насадные).
На рисунке 2 представлен ряд основных типов фрез. Цилиндрические цельные фрезы – (а) из быстрорежущей стали с мелкими и крупными зубъями; (б) со вставными ножами из быстрорежущей стали, оснащенные винтовыми пластинками из твердого сплава.
Рисунок 2 – Основные типы фрез
Фрезы торцевые – (г) из быстрорежущей стали, насадные с мелкими и крупными зубъями; (д) со вставными ножами из быстрорежущей стали, оснащенные твердым сплавом.
Фрезы концевые – (е) из быстрорежущей стали с нормальными и крупными зубъями, с затылованными зубьями; с винтовыми пластинками из твердого сплава.
Фрезы дисковые изготовляют: (к) пазовыми двух серий (нормальные и затылованные); трехсторонние с мелкими и нормальными зубьями, со вставными ножами из быстрорежущей стали, двухсторонними и трехсторонними со вставными ножами, оснащенными твердым сплавом.
Фрезы прорезные и полукруглые изготовляют: (к) прорезными и отрезными с мелкими, нормальными и крупными зубьями; (л) полукруглыми вогнутыми (справа) и выпуклыми (слева). Фрезы изготовляют из быстрорежущей стали.
Фрезы шпоночные изготовляют; (з) из быстрорежущей стали; оснащенными твердым сплавом; для шпонок сегментных ( xвостовые и насадные ).
Фрезы для обработки станочных Т-образных пазов изготовляют: (ж) из быстрорежущей стали с нормальными и крупными зубьями.
ТИПЫ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
На фрезерных станках обрабатывают плоскости, канавки, фасонные поверхности, поверхности вращения, резьбы, винтовые поверхности различного профиля и др.
Фрезерные станки бывают общего назначения и специализированные.
К станкам общего назначения относят:, консольно-фрезерные (горизонтальные, универсальные, широкоуниверсальные, вертикальные; бесконсольно - фрезерные (с неподвижной или поворотной шпинделевой головкой, с круглым столом, с копировальным устройством ); продольно-фрезерные (одностоечные горизонтальные или вертикальные; двухстоечные с двумя или четырьмя шпинделями ); карусельно-фрезерные (с одним, двумя, тремя шпинделями ).
К специализированным станкам относятся: копировально - фрезерные, шпоночно-фрезерные, фрезерно-отрезные, фрезерно - обточные, фрезерные для целевых деталей, фрезерные станки с программным управлением.
Горизонтально-фрезерные станки предназначаются для выполнения разнообразных фрезерных работ. Шпиндель этих станков расположен горизонтально и сообщает вращение фрезе. Обрабатываемая деталь, закрепленная в столе, совершает подачу в продольном, поперечном или вертикальном направлениях.
Универсально-фрезерные станки отличаются от горизонтальных тем, что у них стол может поворачиваться вокруг вертикальной оси (в ограниченных пределах ) .
Вертикально-фрезерные станки имеют шпиндель, расположенный вертикально; в некоторых моделях этих станков шпиндель может устанавливаться путем поворота вокруг горизонтальной оси,
Продольно - фрезерные станки бывает одно-, двух-, трех- и четырехшпинделевые; в последних двух случаях один или два шпинделя вертикальные, два других - горизонтальные.
Шпоночно-фрезерные станки предназначаются для изготовления шпоночных канавок концевыми фрезами.
Торцефрезерные станки предназначаются для обработки плоскостей.
Резьбофрезерные станки подразделяются на две группы: первые предназначаются для нарезания коротких резьб и работают гребенчатыми фрезами, вторые работают резьбовыми дисковыми фрезами и нарезают длинные винты.
Копировально - фрезерные станки применяют для фрезерования деталей криволинейного очертания.
Наиболее распространенными являются универсально-фрезерные, вертикально - фрезерные и продольно-фрезерные станки.
УНИВЕРСАЛЬНО - ФРЕЗЕРНЫЙ СТАНОК
На рисунке 3 показан универсально-фрезерный станок. Станок имеет 18 скоростей шпинделя - от 30 до 1500 об/мин и 18 подач стола (продольных, поперечных, вертикальных ) - от 19 до 950 мм/мин.
Рисунок 3 – Общий вид универсально фрезерного станка
В станине 1 помещена коробка скоростей 2. Электродвигатель II через коробку скоростей приводит во вращение шпиндель 7 с оправкой 9 и фрезу, закрепляемую на ней. По вертикальным направляющим станины 6 может перемещаться кронштейн 15 несущий стол станка (вертикальная подача); по поперечным направляющим Р8 кронштейна станка, может перемещаться стол 10 (поперечная подача); по продольным направляющим 13 нижнего стола может перемещаться верхний продольный стол 12 (продольная подача ). Коробка подач смонтирована внутри кронштейна станка. Управление станком: P1 - поворотная ручка настройки коробки скоростей; P2 - стопор ручки P1; Р3 – Р7 кнопки управления электроаппаратурой станка; P8 - поворотная ручка управления коробкой подач; Р9 – P16- рукоятки управления столом; Р17 - головка болта под ключ для перемещения хобота. Упоры У1 и У2 переключают с рабочей подачи на ускоренную (в обратном направлении); У3 и У4 включают рабочую подачу продольного стола; У5 и У6 выключают рабочую вертикальную подачу кронштейна станка.
РАБОТЫ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ
Фрезерование, применяемое при обработке самых разнообразных плоских и фасонных поверхностей, отличается высокой производительностью.
Фрезерование горизонтальных плоскостей (рис. 6) производится самыми разнообразными фрезами.
Фрезерование вертикальных плоскостей осуществляют на горизонтально-фрезерных станках (рис. 6, в, г).
Фрезерование наклонных плоскостей производят одноугловой (рис. 6, д) и двухугловой фрезой либо торцевой фрезерной головкой (рис, 6,е).
Фрезерование пазов: угловых (рис. 6 в,ж), прямоугольных ( рис. 6з), Т-образных (рис. 6 и ), типа ласточкина хвоста (рис. 6 к).
Для указанных работ используют фрезы: концевые (е), Т - образные (ж), дисковые трехсторонние ( и ), прорезные ( к), пилы
Рисунок 6 – Примеры работ, выполняемых на фрезерных станках
круглые ( л ), угловые ( м ).
Фрезерование шпоночных канавок дисковой фрезой (н), шпоночной (р), концевой (о), шпоночной (п).
Фрезерование комбинированных поверхностей (л).
Фрезерование фасонных поверхностей производят фасонными фрезами (м).
II Общие сведения о сверлильных станках
Сверление - распространенный способ получения сквозных или глухих отверстий в обрабатываемой заготовке. Режущим инструментом при сверлении являются сверла, зенкеры, развертки, машинные метчики. Скоростью резания при сверлении называют окружную скорость точки режущей кромки, наиболее удаленной от оси сверла
На величину скорости резания влияют материалы режущего инструмента и заготовки, выбранная стойкость инструмента, диаметр инструмента , глубина резания и осевая подача сверла.
Подачей S называется перемещение сверла в осевом направлении за один оборот.
Глубина резания при сверлении отверстий в сплошном материале составляет половину диаметра сверла.
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СВЕРЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ - ОТВЕРСТИЙ
Наиболее распространенным режущим инструментом при сверлении являются спиральные сверла.
Спиральное сверло (рис. 2) состоит из рабочей части I (сюда входит и режущая часть II), шейки III и хвостовика 1V (цилиндрического или конического). Рабочая часть сверла имеет две винтовые канавки, режущая часть - два режущих пера. Каждое режущее перо имеет переднюю поверхность (грань), заднюю поверхность и режущую кромку. Границей перьев является поперечная кромка. Калибрующая часть имеет две направляющие ленточки.
Спиральные сверла изготавливаются диаметром -0,5 - 90 мм. Кроме спиральных сверл, иногда применяют центровочные сверла (рис. 2а ) для зацентровывания заготовок, перовые сверла (рис. 3,б) для сверления отверстий в твердых поковках и литье; сверла, оснащенные твердыми сплавами (рис. 3 з) для сверления чугуна, цветных металлов и закаленных сталей.
Рисунок 2- Геометрия спирального сверла
К инструменту, применяемому на сверлильных, станках, относят также зенкеры, развертки, метчики.
Зенкеры (рис. 4) предназначаются:
I. Для расширения отверстий - трехперые для отверстий диаметром до 30мм рис. 4,а), четырехперые, насадные для отверстий диаметром до 100мм (рис. 4б).
Рисунок 3 – Внешний вид специальных сверел
Для образования цилиндрических углублений в отверстиях (рис. 4,в);
Для образования конических углублений в отверстиях (рис. 4 г);
Для зачистки торцевых поверхностей (рис. 4,д), кроме того существуют комбинированные зенкеры, позволяющие получать ступенчатые отверстия.
Развертки предназначаются для изготовления точных отверстий с высокой чистотой поверхности, предварительно обработанных, сверлом или зенкером.
Метчики применяются для нарезания внутренней резьбы. Метчик,
Рисунок 4 – Внешний вид зенкеров
состоит из рабочей части и хвостовика. Рабочая часть делится на заборную часть, выполняющую основную работу - резания, и калибрующую часть, служащую для центрования и направления метчика -в обрабатываемом отверстии, а также для зачистки резьбы. На конце хвостовика имеется квадрат, передающий крутящий момент от шпинделя станка. Канавки метчика образуют передние и задние грани режущих перьев, по ним отводится срезаемая стружка. Затылочные поверхности режущих перьев при пересечении с передними гранями образуют главные режущие кромки.
ТИПЫ СВЕРЛИЛЬНЫХ СТАНКОВ
Существуют следующие типы сверлильных станков: настольно-сверлильный станок, вертикально-сверлильные станки, радиально-сверлильные станки, одно- и многошпинделевые сверлильные станки для глубокого сверления, расточные и специальные. Наиболее распространенными являются вертикальные и радиально-сверлильные станки.
ВЕРТИКАЛЬНО – СВЕЛИЛЬНЫЙ СТАНОК
Общий вид и кинематическая схема станка модели 2AI25 (с наибольшим применимым диаметром сверла до 25 мм) показаны на рис. 7.
Рисунок 7 – Общий вид и кинематическая схема сверлильного станка
Станок состоит из следующих основных узлов: фундаментной плиты I, служащей опорой станка; внутри плиты находится резервуар для смазывающе-охлаждающей жидкости; станины (стойки V 3 коробчатой формы с вертикальными направляющими; коробки скоростей 7 на девять ступеней чисел оборотов: от 96,5 до 1350 об/мин; коробки подач б на девять подач: от 0,1 до 0,81 мм/об; шпинделя 4, входящего верхним шпинделевым концом в коробку скоростей (в нижнем переднем конце крепят режущий инструмент либо непосредственно в коническом отверстии, либо в приспособлении ); механизм подач 5 для механической и ручной подачи шпинделя; стола 2 для закрепления заготовок (вертикальным винтом стол перемещается по направляющим стойки и устанавливает на нужной высоте); системы охлаждения для подачи охлаждающей жидкости к режущему инструменту и заготовке (на рисунке не показано); электрооборудования, состоящего из основного электродвигателя, электродвигателя к насосу охлаждения, местного электроосвещения, электроаппаратуры.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
Какие виды работ производят на фрезерных станках?
Что понимается под встречным фрезерованием? Каковы преимущества и недостатки?
Что понимается под попутным фрезерованием? Каковы его преимущества и недостатки?
Назовите основные типы фрез.
Как производится выбор фрез для выполнения различных работ?
Какие признаки фрезерных станков используются для их классификации?
Назовите основные узлы универсально-фрезерного станка.
Дайте характеристику основных операций фрезерования.
Какие операции производят на сверлильных станках?
Как рассчитывается скорость резания, подача и глубина резания при сверлении?
Назовите основные. элементы спирального сверла.
Для чего предназначаются зенкеры и развертки?
Для чего используются метчики?
Перечислите основные типы сверлильных станков.
Назовите основные узлы вертикально-сверлильного станка?
По кинематической схеме вертикально-сверлильного станка объясните принцип осуществления главного движения резания.
По кинематической схеме вертикально-сверлильного станка объясните принцип вертикальной подачи шпинделя.