10. Фрезерні верстати (0)

Фрезерними називають верстати, які застосовують при фрезеруванні плоских, фасонних і гвинтових поверхонь, нарізуванні шліців, різьби та зубів зубчастих коліс, утворенні гвинтових канавок і т. ін.

За прийнятою класифікацією фрезерні верстати належать до шостої групи, тому перша цифра марки фрезерного верстата — 6, наприклад: 6М80Г, 6Н81, 6Р12 тощо. Друга цифра означає тип верстата, третя або третя з четвертою — основний параметр верстата.

Сучасні фрезерні верстати високопродуктивні, наприклад верстат 6Н82 має швидкість обертання шпинделя 1500 хв-1, а швидкість верстата марки 6Н12Б удвічі більша — 3150 хв-1. Окрім швидкісних, сучасні верстати дуже потужні, наприклад фрезерний верстат 6Н82, потужність двигуна привода шпинделя якого 10 кВт, а двигуна приводу подач — 2,8 кВт. Фрезерний верстат марки ГФ204 оброблює поверхню в 2 м за один прохід, при цьому різальний інструмент — фреза — має діаметр 2,25 м. Для оброблення великогабаритних деталей генераторів гідроелектростанцій діаметром до 3 м застосовують фрезерний верстат ГФ187, довжина якого 17 м, ширина 9,5 м, висота 5,5 м, маса 180 т. Чотиришпиндельний верстат 6Н82 призначений для оброблення деталей масою до 120 т, а його маса становить 330 т, довжина — 30 м, ширина — до 10 м, висота — 9 м. Потужність двигунів шпинделя 40 кВт, а для переміщення стола — 22 кВт.

Фрезерні верстаті поділяють на верстати загального призначення і спеціальні. До верстатів загального призначення належать горизонтально- і вертикально-фрезерні, універсально-фрезерні, поздовжньо-фрезерні. До спеціальних належать торцефрезерні, безконсольно-фрезерні, карусельно-фрезерні, барабанно-фрезерні, копіювально-фрезерні, різьбофрезерні, шпонково-фрезерні, агрегатно-фрезерні та ін. (рис. 19.1—19.10). Кожний тип фрезерних верстатів має декілька моделей. Основними є горизонтально- та вертикально-фрезерні верстати.

 

Рис. 19.1. Широкоуніверсальний верстат

Рис. 19.2. Горизонтально-фрезерний верстат

Рис. 19.3. Консольно-вертикальний фрезерний верстат

Рис. 19.4. Верстат вертикально-фрезерний з хрестовим столом

 

Рис. 19.5. Шпонково-фрезерний верстат

Рис. 19.6. Одностояковий поздовжньо-фрезерний верстат

Рис. 19.7. Двостояковий поздовжньо-фрезерний верстат

Рис. 19.8. Копіювально-фрезерний верстат

 

Рис. 19.9. Барабанно-фрезерний верстат

Рис. 19.10. Карусельно-фрезерний верстат

Фрезерні верстати розрізняють також за конструктивними особливостями: консольні (у яких стіл пересувається разом з підйомним кронштейном, — консоллю, на якій він розташовується), безконсольні (у яких стіл пересувається по нерухомій станині у поздовжньому й поперечному напрямках), і безперервної дії (консольні й барабанні).

На машинобудівних заводах найчастіше застосовуються консольні фрезерні верстати з горизонтально розташованим шпинделем і неповоротним столом, вертикально розташованим шпинделем і поворотним столом (універсальні), а також широкоуніверсальні.

В умовах одиничного й серійного виробництва застосовують горизонтально-фрезерні верстати при обробці плоских поверхонь невеликих за розміром металевих деталей. Для оброблення заготовок із чорних і кольорових металів застосовують циліндричні, торцеві, фасонні, кутові, модульні фрези, а також набір фрез. При обробленні деталей фрезами середніх розмірів із сталі, чавуну й кольорових металів застосовують вертикально-фрезерні верстати та торцеві, хвостові, кінцеві фрези й фрезерні головки.

Окрім названих фрезерних верстатів, для оброблення фрезеруванням застосовують широкоуніверсальний горизонтально-фрезерний верстат з горизонтальним шпинделем і поворотною шпиндельною головкою. Наявність цієї головки дає змогу встановити шпиндель з фрезою під будь-яким кутом відносно стола та фрезерувати складні поверхні виробів.

Фрезерні верстати, залежно від типу, бувають різних моделей, наприклад: 6Н81Г, 8Р82, 6Р8Ш, 6Р83Ш — консольні горизонтально-фрезерні; 6Н11, РМ10, 6Р13 — вертикально-фрезерні.

Наведені вище шифри металорізальних верстатів згідно з розробленою Експериментальним науково-дослідним інститутом металорізальних верстатів (ЕНДІМВ) класифікацією поділено на дев'ять груп, які, в свою чергу, поділяються на дев'ять типів, і кожний металорізальний верстат маркують тризначним або чотиризначним числом, інколи додаючи літери.

Перша цифра позначає групу верстатів: 1 — токарні, 2 — свердлувальні й розточувальні, 3 — шліфувальні й полірувальні, 5 — зубо- й різьбообробні, 6 — фрезерні, 7 — стругальні, довбальні, протяжні, 8 — розрізні, 9 — різні; а друга цифра — це тип верстата в групі, наприклад для фрезерної групи: 1 — вертикально-фрезерні консольні, 2 — фрезерні безперервної дії, 3 — вільна група, 4 — копіювальні й гравірувальні, 5 — вертикальні безконсольні, 6 — поздовжні, 7 — широкоуніверсальні, 8 — горизонтальні консольні, 9 — різні фрезерні; третя цифра (іноді третя й четверта) характеризує технічні особливості (розмір стола, величини його пересування тощо); літера свідчить про модернізацію, літера в кінці — галузь застосування верстата, наприклад: П — підвищеної точності, Ш — широкоуніверсальний.

Верстати фрезерної групи залежно від типу мають свої відмінні особливості за їх призначенням та конструкцією. Наприклад, горизонтально-фрезерний верстат відрізняється від вертикально-фрезерного розташуванням шпинделя: якщо шпиндель розташовано горизонтально, то і верстат буде називатися горизонтально-фрезерним і відповідно вертикально-фрезерний верстат має конструкцію, в якій шпиндель розташовано вертикально. Універсально-фрезерні та широкоуніверсальні верстати конструктивно відрізняються тим, що у першого може обертатися стіл, а у другого — ще й шпиндельна головка. За конструкцією поздовжньо-фрезерних верстатів їх столи пересуваються тільки в поздовжньому напрямку. У разі, коли за конструкцією стола фрезерного верстата він може обертатися навколо своєї осі, такі верстати називають карусельно-фрезерними.

Агрегатно-фрезерні верстати — це спеціальні верстати, які складаються з окремих агрегатів (нормалізовані вузли і деталі), що дозволяють швидко переналагоджувати їх на іншу роботу.

Перевагами агрегатних верстатів є те, що можна створювати потрібну комбінацію для фрезерування складних деталей будь-якого призначення.

Агрегатні верстати бувають з автоматичним і напівавтоматичним циклом. Ці верстати високопродуктивні та економічні, особливо при використанні їх у типових автоматичних лініях.

Фрезерні верстати, на яких виготовляють складні за формою деталі за копіром чи рисунком, відносять до копіювально-фрезерних верстатів. Верстати, призначені для нарізування різі на деталях або зубів на зубчастих колесах відповідно призначеними фрезами називають різьбофрезерними або зубофрезерними.

Найпоширенішими є консольно-фрезерні верстати. Стіл консольно-фрезерних верстатів із полозками розташовано на консолі та пересувається в трьох напрямках: поздовжньому, поперечному та вертикальному.

Консольно-фрезерні верстати поділяються на горизонтально-фрезерні (з неповоротним верстатом), універсально-фрезерні (з поворотним столом) і вертикально-фрезерні. На базі вертикально-фрезерних верстатів випускають копіювально-фрезерні, з програмним керуванням тощо.

Обробляти заготовки на консольно-фрезерних верстатах можна циліндричними, торцевими, кінцевими, дисковими, кутовими, фасонними та іншими фрезами.

У табл. 1 наведено значення основного параметра — ширини стола в залежності від розміру (номера) верстата.

№ верстата	-	-	-	1	2	3	4
Ширина стола	125	160	200	250	320	400	500

Таблиця 1

Ширина стола в залежності від номера верстата

Консольно-фрезерні верстати малих розмірів з шириною стола 125×160 мм

Ці верстати призначені для оброблення заготовок невеликих розмірів, головним чином з кольорових металів і сплавів, пластмас і для чистового фрезерування заготовок зі сталі та чавуну. Автоматизовані верстати дозволяють вести обробку за заданим циклом.

Консольно-фрезерні верстати № 0 з шириною стола 200 мм

Верстати призначені для фрезерування заготовок невеликих розмірів і сталі, чавуну, кольорових металів і сплавів, пластмас. Їх виготовляють у трьох основних виконаннях: горизонтальні моделі 6М80Г, універсальні моделі 6М80 і вертикальні моделі 6М10. На базі цих моделей випускають широкоуніверсальні (моделі 6П80Ш), копиювальні (моделі 6П10К) та операційні автоматизовані верстати.

Консольно-фрезерні верстати № 1 з шириною стола 250 мм

Такі верстати виготовляють у таких виконаннях: 6Н81Г — горизонтально-фрезерний, 6Н81 — універсально-фрезерний, 6Н11 — вертикально-фрезерний, копіювально-фрезерний 6Н11К і верстати з програмним керуванням 6Н11Пр.

Консольно-фрезерні верстати № 2 з шириною стола 320 мм

Ці верстати випускаються таких моделей: 6М82Г — горизонтально-фрезерний, 6М82 — універсально-фрезерний, 6М82ГБ — горизонтально-фрезерний швидкохідний, 6М82Ш — широкоуніверсальний фрезерний, 6М12П — вертикально-фрезерний, 6М12ПБ — вертикально-фрезерний швидкохідний і 6М12К — копиювально-фрезерний. Проведено модернізацію консольно-фрезерних верстатів серії Н, що випускалися раніше. Нові верстати серії М відрізняються від верстатів серії Н більш високою точністю, жорсткістю на вібростійкістю. Вони дозволяють краще використовувати різальні властивості твердосплавних фрез. У цих верстатах здійснено широку уніфікацію окремих деталей і вузлів.

Верстати моделей 6М82Г, 6М82 і 6М82ГБ призначені для виконання різноманітних фрезерних робіт циліндричними, дисковими, торцевими, кінцевими та фасонними фрезами в умовах одиничного та серійного виробництва. На універсально-фрезерному верстаті 6М82, що має поворотний стіл, за допомогою ділильної головки можна фрезерувати гвинтові канавки.

На швидкохідних верстатах 6М82ГБ і 6М12ПБ можна обробляти деталі з кольорових металів і сплавів, пластмас та інших матеріалів за підвищених швидкостей різання. Широкоуніверсальний фрезерний верстат моделі 6М82Ш призначений для виконання різноманітних фрезерних, свердлувальних і нескладних розточувальних робіт, головним чином в умовах одиничного виробництва (в експериментальних, інструментальних і ремонтних цехах).

Змонтована на висувному контурі поворотна шпиндельна головка дозволяє робити оброблення деталей, габаритні розміри яких перевищують розміри стола.

Верстати моделей 6М12П і 6М12ПБ призначені для фрезерування різноманітних деталей торцевими фрезами, фрезерними головками, кінцевими та іншими фрезами.

У всіх описуваних верстатів рух стола в напрямку поздовжньої подачі автоматизовано й може здійснюватися як вручну, так і за напівавтоматичним або автоматичному циклам роботи. В умовах великосерійного виробництва такі верстати можуть бути використані для виконання операційних робіт.

На рис. 19.11 подано кінематичну схему верстатів 6Н81Г і 6Н81. Кінематична схема вертикально-фрезерного верстата 6Н11 відрізняється від кінематичної схеми верстатів 6Н81Г і 6Н81 вертикальним розташуванням шпинделя і валів коробки швидкостей. Кінематичне коло руху подачі стола однаковий для всіх трьох верстатів.

Рис. 19.11. Кінематична схема горизонтально-фрезерних верстатів 6Н81Г і 6Н81

Коло головного руху. Від електродвигуна потужністю 5,8 кВт рух передається через напівжорстку муфту І коробки швидкостей. На шліцьовому валу І насаджено рухомий подвійний блок зубчастих коліс з кількістю зубів 38 і 24.

На валу ІІ нерухомо закріплені зубчасті колеса 34, 31, 28, 24 і 38. З вала І на вал ІІ рух передається через дві пари зубчастих коліс 38/24 або 24/38, тобто вал II може отримати дві різні швидкості обертання.

По валу ІІІ пересуваються два подвійних блоки зубчастих коліс: 38, 34 і 28, 31. Від вала ІІ на вал ІІІ рух передається через одну з чотирьох пар зубчастих коліс:

34/28, 31/31, 28/34 і 24/38.

Вал III має вісім різних швидкостей.

З вала III на вал IV рух передається через зубчасті колеса 20/20.

Вал IV — допоміжний, він служить для того, щоб регулювати натяг пасів клинопасової передачі від шківа діаметром 140 мм, що сидить на валу IV, до шківа діаметром 210 мм на валу V. Вал V має також вісім різних кількостей оборотів.

Рух від вала V на шпиндель можна передати двома шляхами: безпосередньо або за допомогою перебору, що складається з зубчастих коліс 30, 64, 25 і 69. Передатне відношення перебору і дорівнює:

тобто перебір працює як знижувальна передача. Таким чином, шпиндель має вісім найбільших кількостей обертів при включеній муфті М1, що зв'язує вал V з валом VII (шпинделем), і вимкненому переборі та ще вісім різної (меншої) кількості обертів при роботі з перебором, тобто всього шістнадцять різних чисел швидкостей.

Для визначення мінімальної кількості обертів шпинделя слід з різних варіантів передач з одного вала на інший вибрати передачі з найменшим передатним відношенням, а для визначення максимальної кількості обертів — з найбільшим. У нашому випадку рух з вала І на вал ІІ передається за допомогою двох варіантів передач з різним передатним відношенням і: 38/24 та 24/38. З них передача 24/38 дає найменше, а 38/24 — найбільше передатне відношення.

При передачі обертання з вала II на вал III можливі чотири варіанти передатних відношень і: 34/28, 31/31, 28/34 та 24/38.

При написанні рівняння кінематичного ланцюга для мінімальної кількості обертів слід з цих дробів обрати найменший, а для максимальної кількості швидкостей, навпаки,— найбільший з дробів. Рівняння кінематичного ланцюга головного руху для найменшої кількості швидкостей шпинделя з урахуванням пружного ковзання паска визначається залежністю:

Найбільша кількість обертів буде:

Зміна напрямку обертання шпинделя відбувається при реверсуванні електродвигуна.

Коло подач. Механізми подач приводяться в рух від фланцевого електродвигуна потужністю 1,7 квт, безпосередньо пов'язаного напівжорсткою муфтою з валом VIII коробки подач. На цьому валу знаходиться рухомий блок зубчастих коліс 24 і 38, що надає дві швидкості обертання вала IX за допомогою зачеплення коліс 24/38 або 38/24.

Вал X отримує обертання від вала IX через два блоки зубчастих коліс за допомогою передач:

38/24, 34/28 і 28/34.

Таким чином, вал X має вісім (2 × 4 = 8) різних кількостей обертань обертів. На кінці вала X закріплено широке зубчасте колесо 18, що знаходиться в постійному зачепленні з зубчастим колесом 37 рухомого блока (37 і 15), насадженого на валу XI. З вала XI на вал XII рух передається за допомогою двох можливих передач:

37/15 або 15/37,

отже, вал XII має шістнадцять (8 × 2 = 16) різних швидкостей обертання. Від вала XII на вал XIII обертання передається через черв'ячну передачу 3/30, тризахідний черв'як, черв'ячне колесо 30 та обгінну муфту Мо. На протилежному кінці вала XIII закріплено зубчасте колесо 22, яке через пару зубчастих коліс 42/42 обертає центральний XIV коробки реверсів.

Розподільне зубчасте колесо 42 пов'язане з валом XIV запобіжною муфтою Мп і знаходиться одночасно в зачепленні з трьома зубчастими колесами: 42, закріпленим на валу XV; 30, закріпленим на валу XVII, і 42, закріпленим на валу XVIII. Ліве зубчасте колесо 30, закріплене на валу XVII, знаходиться в постійному зачепленні із зубчастими колесами 42 і 42, що вільно насаджені на валах XV і XVIII. Легко побачити, що ліві зубчасті колеса 42 і 42 на валах XV і XVIII обертатимуться з такою самою швидкістю, як і праві зубчасті колеса 42 і 42, але в зворотному напрямку. Кулачкова муфта М3 служить для реверсування вертикальної подачі стола, що здійснюється ходовим гвинтом XVI, що отримує обертання від коробки реверса через конічну передачу 15/30. Кулачкова муфта М4 служить для реверсування поперечної подачі, що здійснюється ходовим гвинтом XVIII. Від коробки реверсів передається рух на поздовжню подачу стола через передачу 42/33, далі через передачу 35/27, шестеренчастий вал 19, зубчасті колеса 19/19, конічну передачу 14/28 і конічний реверс 19/19 на ходовий гвинт XXII поздовжньої подачі стола. Кулачкова муфта M5 служить для реверсування поздовжньої передачі.

Рівняння кінематичного кола для найменшої поздовжньої подачі:

Величина найбільшої поперечної подачі може бути визначена з рівняння кінематичного ланцюга:

Швидкі пересування стола, поперечних полозків і консолі. Ці пересування здійснюються з постійною швидкістю. В цьому випадку обертання від електродвигуна безпосередньо передається через вал VIII, гвинтові зубчасті колеса 12/24 і фрикційну муфту М2 на вал XIII і далі робочим органам верстата. При швидкому обертанні вал XIII автоматично розчіплюється обгінною муфтою Мо з корпусом черв'ячного зубчастого колеса 30. Маючи обгінну муфту Мо, можна ввімкнути за допомогою фрикційної муфти М2 швидкий хід, не вимикаючи робочої подачі. При цьому вал XIII обертатиметься швидше, ніж черв'ячне зубчасте колесо 30. Швидкість швидких пересувань стола Sб в поздовжньому напрямку визначається рівнянням:

Кінематика поздовжньо-фрезерного верстата А662

Верстат має дві шпиндельні бабки, конструкція та кінематика яких однакові. Розглянемо кінематику приводу правої шпиндельної бабки.

Шпинделю X (рис. 19.12) з фрезою надається обертання електродвигуном потужністю 6 кВт через шестерні 24/72, вал VIII, змінні колеса C/D, вал IX і циліндричні колеса 18/84.

Рис. 19.12. Кінематична схема агрегатного поздовжньо-фрезерного верстата моделі А662

До верстата додається шість пар змінних коліс, що забезпечує дванадцять різних кількостей обертів шпинделя.

Рух подачі. Привід подачі стола складається з двоступінчастого редуктора, триступінчастої коробки подач, парнозмінних коліс, черв'ячної передачі, планетарного механізму й коробки приводу стола. Обертання від електродвигуна потужністю 1,7 кВт (рис. 2.9.18) через шестерні 24/66 і 31/55, вал ІІ, потрійний рухомий блок шестерень Б1 (35—40—30), вал ІІІ, парнозмінні колеса А/В, вал IV і черв'ячну передачу 1/32 передається центральному колесу 24 планетарного механізму.

Центральне колесо 24 приводить у рух два сателіти 24 і два сателіти 16, що сидять з ними на одних валах. Останні, обкочуючи нерухоме колесо 32, закріплене на втулці, пов'язаній із загальмованим черв'ячним колесом 32, приводять у рух водило В1 і зв'язані з ним вали V та VI.

Вал VI обертатиметься з тією самою кількістю обертань, що і черв'ячне колесо 32, але в протилежному напрямку.

Обертання від вала VI надається колесами 28/19 і двозахідній маточній гайці Г1. Гайка Г1 передає поздовжній поступальний рух ходовому гвинту VII і зв'язаному з ним столу. Швидкість поздовжньої подачі стола S визначається з рівняння:

До верстата додаються дві пари змінних коліс.

Для швидких пересувань стола на верстаті встановлено окремий електродвигун потужністю 2,3 кВт, обертання від якого через черв'ячну передачу 2/32, планетарний механізм і коробку приводу стола передається маточній гайці Г1.

Установне ручне пересування кожної шпиндельної бабки в вертикальному напрямку здійснюється поворотом квадратного хвостовика через шестерні 18/54 і конічні колеса 15/30. Конічне колесо одночасно є гайкою.

Осьове установне пересування кожного шпинделя здійснюється через черв'ячну передачу 1/21 і косозубу рейку m = 3 мм, нарізану на гільзі шпинделя.

 

Контрольні запитання

1. Як класифікують фрезерні верстати загального призначення?

2.Які основні вузли має горизонтально-фрезерний верстат?

3.Для чого призначені станина, привід, коробка швидкостей фрезерного верстата?

4.У чому відмінність горизонтально- й вертикально-фрезерних верстатів?

5.У чому призначення поздовжньо-фрезерних верстатів?

6.Які рухи здійснюються в поздовжньо-фрезерних верстатах?

7.Для чого призначені шпонково-фрезерні верстати?

8.Які рухи здійснюються в горизонтально-фрезерних верстатах?

9.Які рухи здійснюються у вертикально-фрезерних верстатах?

10.Які вимоги безпеки ставлять до фрезерних верстатів?