12. Фрезерування фасонних поверхонь. (3 розряд) (0)

У техніці широко застосовуються деталі з фасонними поверхнями.

Усю різноманітність фасонних поверхонь можна поділити на такі типи:

Фасонні поверхні обертання (рис. 20, а, б, в).

Фасонні поверхні замкненого криволінійного контуру з прямолінійною твірною (рис. 20, г). Ці поверхні є циліндричними поверхнями, обмеженими двома площинами (основами). Від циліндричних поверхонь тіл обертання вони відрізняються тим, що напрямній таких поверхонь є замкнена крива, а не коло. Ці поверхні здебільшого являють собою плоскі кулачки.

Фасонні поверхні незамкненого контуру з криволінійною твірною та прямолінійною напрямною або, навпаки, з прямолінійною твірною та криволінійною напрямною (рис. 20, д) (наприклад, зуб фасонної фрези, фасонні пази й ін.).

Просторово-складні фасонні поверхні. До цієї групи фасонних поверхонь належать усі інші фасонні поверхні, що не ввійшли в попередні групи, наприклад, поверхні лопаток турбін, кузовів автомобілів, прес-форм тощо (рис. 20, е).

Поверхні зубів зубчастих коліс і шліців, поверхні гвинтових канавок і різьб також наложать до фасонних поверхонь. Вони широко застосовуються в машинобудуванні й обробляються, як правило, спеціальними (рідше універсальними) верстатами й різальними інструментами.

Рис. 20. Класифікація фасонних поверхонь:

а, б, в — фасонні поверхні обертання; г — фасонні поверхні замкненого криволінійного контуру з прямолінійною твірною; д — фасонні поверхні незамкненого контуру з криволінійною твірною та прямолінійною напрямною;е — просторово-складні фасонні поверхні

 

Фрезерування за накладними копірів

Цей метод застосовується в умовах одиничного і дрібносерійного виробництва при обробці фасонних поверхонь замкнутого криволінійного контуру — дискових кулачків і деталей з фасонним і прямолінійним контуром. На рис. 20.1 показана налагодження для обробки кулачка на вертикально-фрезерному верстаті з поворотним столом.

Рис. 20.1. Фрезерування кулачка за накладному копіру

Обробка по замкнутому контуру здійснюється кінцевий фрезою, якій повідомляється траєкторія руху, що відповідає заданому контуру оброблюваної деталі. Необхідна форма заготовки 1 досягається з допомогою накладного копіра 2. Накладної копір являє собою дисковий кулачок, профіль якого повторює профіль оброблюваної деталі. Копір накладають на заготівлю і кріплять у оправці разом з нею. Оправлення вставляють в центральний отвір поворотного столу 5. На хвостовику кінцевої фрези 4 встановлюють загартований ролик 3 із зовнішнім діаметром, рівним діаметру фрези. Фрезерування здійснюється при одночасному обертанні столу 5 (з ручним або механічним приводом) і ручному управлінні рукоятками поздовжньої і поперечної подач, які координуються таким чином, щоб забезпечити постійний контакт ролика з копіром. Якщо ролик весь час котиться по копіру, то фреза точно відтворить профіль копіра. При цьому методі зазвичай досягається точність профілю обробленого кулачка в межах 0,05—0,15 мм. При такому методі обробки кулачків шлюб практично виключається, так як фреза, що спрямовується роликом по копіру, не може «зарізати» контур деталі. Щоб не було викривлення профілю деталі після кожної переточування фрези, ролик також слід прошлифовывать на розмір переточенной фрези.

Копіювальне фрезерування фасонних поверхонь замкнутого контуру на вертикально-фрезерних верстатах

Сутність копіювального фрезерування полягає в тому, що оброблюваної заготівлі повідомляють рух за певною програмою у відповідності з формою контуру оброблюваної деталі. На рис. 20.2 наведена схема копіювального фрезерування фасонної поверхні замкнутого контуру (кулачка). На стіл 9 вертикально-фрезерного верстата встановлюють плиту 10. За її напрямних вільно переміщається під дією вантажу 1 плита 12. На плиті 12 встановлений поворотний стіл 11 із пристосуванням. На осі столу закріплені за допомогою болта і гайки б копір 8 і заготівля 7. На плиті 10 встановлена стійка 3 з копіювальним роликом 4. Під дією вантажу 1 забезпечується постійний контакт між роликом 4 і копіром 8, так як вантаж 1 прикріплений тросом 2 до плиті 12. В процесі фрезерування столу 11 разом із заготівлею повідомляється обертальний рух.

Рис. 20.2. Схема копіювального фрезерування по замкнутому колу

Отримання фасонної поверхні криволінійного замкнутого контуру досягається тим, що копір 8 має профіль, відповідний профілю деталі. При цьому гвинт поздовжньої подачі стола верстата отсодиняют і переміщення стола в поздовжньому напрямку визначається профілем копіра, притиснутого до кулачку. Обробка фасонної поверхні кулачка проводиться за один оборот столу (заготівлі).

Після переточування фрези 5 діаметр її зменшується і, отже, при обробці такої фрезою деталь буде виходити «повніше», тобто з контуром великих розмірів.

Компенсація зносу фрези 3 і неточності виготовлення копіра 1 досягається тим, що ролик 4 виготовляють конічним (з кутом конуса α), а не циліндричним (рис. 20.3), копір — з похилим кутом α/2. Така форма ролика і копіра дозволяє компенсувати знос фрези підйомом ролика на величину, при якій розміри оброблюваної деталі 2 досягнуть початкових, як при обробці неизношенной фрезою. Застосування конічного ролика бажано також при обробці кулачків за накладному копіру (див. рис. 20.1).

Рис. 20.3. Компенсація зносу ролики і копіра

На рис. 20.4 наведена схема для фрезерування кінцевий фрезою 5 замкнутих канавок по циліндричній поверхні з перемінним кроком (циліндричні кулачки). В стійці 3 шпиндель переміщується 7, отримує рівномірний обертальний рух від приводу подачі столу. На шпиндель жорстко посаджений торцевий копір 2. На нижньому кінці шпинделя встановлений патрон, в якому кріпиться заготівля 4. Стійка 3 переміщається по напрямних плити 8, закріпленої на столі вертикально-фрезерного верстата. Програма цього руху задається профілем копіра 2, в який впирається ролик 7. Постійний контакт ролика і копіра забезпечується пружиною чи пневмоцилиндром 6, поршень якого через шток 9 з'єднаний зі стійкою 3.

Рис. 20.4. Схема копіювального фрезерування канавок по замкнутому колу

Такі поверхні можна фрезерувати на верстатах з програмним керуванням.

Просторово-складні фасонні поверхні, як правило, в жодному з перерізів двома взаємно перпендикулярними площинами не утворюють прямолінійного контуру. Вони не можуть бути отримані фрезеруванням фасонними фрезами. Такі поверхні обробляють на копіювально-фрезерних верстатах.

Оброблення фасонних поверхонь на копіювально-фрезерних верстатах

Деталі складної конфігурації, наприклад штампу, прес-форми, лопатки турбін тощо, у багатосерійному та масовому виробництві обробляють на копіювально-фрезерних верстатах кінцевими фрезами. Розрізняють контурне та об'ємне копіювальне фрезерування.

При контурному фрезеруванні фрезі або оброблюваній заготовці необхідно надати одночасно руху в двох напрямках: х та у (поздовжньому й поперечному) — за заданою програмою (кривою копіра) (рис. 20.5, а).

Рис. 20.5. Схеми копіювального фрезерування: а — контурне фрезерування; б — об'ємне копіювання

Для забезпечення точного обведення контуру результована швидкість пересування щупу Spез відносно копіру й різального інструмента по заготовці деталі, так звана подача копіювання, завжди має бути спрямована по дотичній до контуру в даній точці. Її складові — задаюча (поздовжня) подача Sx і спостережна (поперечна) подача Sy — мають бути відповідно пропорційні синусу й косинусу кута нахилу дотичної до кривої в даній точці (до напрямку поздовжньої подачі), тобто

Sx = Spез sinα,

Sy = Spез cosα.

Виконання цієї умови забезпечується спеціальним пристроєм — синусним розподілювачем. Просторово-складні фасонні поверхні при об'ємному копіюванні (рис. 20.5, б) обробляються послідовно окремими проходами кінцевої фрези із заокругленими торцевими зубами.

Під час кожного такого проходу фреза пересувається вздовж профілю оброблюваної заготовки в даному перерізі в напрямку осі х (задаюча подача Sx).

У процесі поздовжнього пересування фреза має змінювати своє положення в напрямку осі у (спостережна подача Sy). Для переходу до оброблення сусіднього перерізу необхідний періодичний зсув фрези в напрямку осі z. Такий зсув має назву рядкової подачі (Sz).

Копіювально-фрезерні верстати мають задаючий пристрій (копір, шаблон, еталонна деталь, креслення, модель тощо), пов'язаний через копіювальний пристрій (щуп, копіювальний палець, копіювальний ролик, фотоелемент) з виконавчим органом, що повторює рух копіювального пристрою для відтворення різальним інструментом форми задаючого пристрою.

Існують дві схеми роботи копіювально-фрезерних верстатів: без спостережної системи та зі спостережною системою. У першій узгодження взаємного положення щупу (копіювального пальця) здійснюється за допомогою жорсткого зв'язку між задаючим і виконавчим пристроями. Друга система має спостережний механізм у системі виконання команд. У задаючому пристрої утворюються керівні сигнали, що подаються у спостережний механізм.

Останній порівнює задану програму з виконаною та у разі їх розходження подає сигнал виконавчому пристрою для коректування траєкторії різального інструмента. Копіювальні верстати зі спостережною системою характеризується також наявністю підсилюючих пристроїв, яких немає у верстатах з жорстким зв'язком. На відміну від механічних копіювальних пристроїв, у яких сила різання сприймається копіром (шаблоном), у спостережних системах спостережний орган (щуп), пересуваючись по копіру, тільки подає команду виконавчим органам, що здійснюють відповідне пересування робочих органів верстата. Тому спостережні копіювальні пристрої працюють з дуже малим тиском на копіри (шаблони або моделі), що дає можливість застосовувати дешеві та прості у виготовленні копіри та робити оброблення крутих і точних переходів профілю фасонної поверхні. Малі тиски спостережного органу (щупу) на копір забезпечують високу точність і клас чистоти обробленої поверхні, дозволяють робити оброблення при оптимальних режимах фрезерування. Найбільше застосування отримали копіювально-фрезерні верстати з електромеханічною та гідравлічною копіювальними системами.

Копіювально-фрезерні верстати бувають таких видів:

верстати з вертикальним розташуванням шпинделя і горизонтальною поверхнею стола (верстати консольного і безконсольного типів);

верстати з горизонтальним розташуванням шпинделя і з вертикальним розташуванням площини кріплення заготовок.

До верстатів з вертикальним розташуванням шпинделя належать:

копіювально-фрезерні верстати з пантографом для контурного копіювання;

вертикально-фрезерні консольні верстати з копіювальним пристроєм;

вертикально-фрезерні верстати з хрестовим столом і копіювальним пристроєм;

копіювально-фрезерні верстати для контурного та об'ємного копіювання з вертикальним шпинделем.

До верстатів з горизонтальним розташуванням шпинделя належать:

копіювально-фрезерні верстати для контурного та об'ємного копіювання з горизонтальним шпинделем і нерухомою стояком;

копіювально-фрезерні верстати для контурного та об'ємного копіювання з горизонтальним шпинделем і рухомою стояком.

Основним видом браку при обробленні фасонних поверхонь є невідповідність профілю обробленої поверхні профілю, заданому кресленням. Похибки профілю виникають з таких причин.

При обробленні кінцевими фрезами з ручним керуванням — низькою кваліфікацією робітника, недостатньо точно виконаною розміткою, а також неуважністю фрезерувальника.

При обробленні по копіру похибки профілю можуть бути викликані похибкою виготовлення самого копіру або втратою розміру фрези після її переточування.

У випадку оброблення фасонних поверхонь фасонними фрезами похибки профілю можуть бути викликані похибками профілю інструмента або змінами його геометричних параметрів (переднього кута γ) після переточування. Для попередження браку з цієї причини перед фрезеруванням слід впевнитися в правильності профілю вибраної фрези та її заточки. Рідше похибки форми можуть виникнути в результаті неправильного встановлення оброблюваної заготовки відносно фрези, неправильного комплектування набору фрез або неправильного встановлення на глибину фрезерування.

Брак по шорсткості поверхні виникає в результаті тих самих причин, що й при фрезеруванні площин, пазів і уступів. Виправлення побічних дефектів практично неможливо, тому в процесі фрезерування слід не перевищувати подачі на зуб, зазначеної в операційних картах, не доводить фрезу до більшого затуплення, не робити оброблення фасонними фрезами, особливо в наборі, на верстатах зниженої жорсткості та вібростійкості.

Контрольні запитання

1. Як класифікують фасонні поверхні?
2. Які методи фрезерування фасонних поверхонь ви знаєте?
3. Як відбувається фрезерування фасонних поверхонь за допомогою круглого поворотного стола?
4. Як здійснити налагодження фрезерного верстата на обробку кругового Т-подібного паза?
5. Як здійснити налагодження фрезерного верстата на фрезерування за накладними копірами?
6. Опишіть процес копіювального фрезерування фасонних поверхонь замкненого контуру на вертикально-фрезерних верстатах.
7. Як здійснюється фрезерування фасонних поверхонь незамкненого контуру?
8. Як правильно здійснюється установлення фасонних фрез?
9. Опишіть принцип дії копіювального пристрою для фрезерування фасонної поверхні циліндричною фрезою.
10. Якими методами здійснюється фрезерування просторово-складних фасонних поверхонь?