5. Фрезерные станки

Фрезерные станки предназначены для обработки наружных и внутренних плоских и фасонных поверхностей, уступов, пазов, прямых и винтовых канавок, шлицев на валах, нарезания зубчатых колес и т. д.

Конструкции фрезерных станков многообразны. Выпускают универсальные, специализированные и специальные фрезерные станки. Основными формообразующими движениями являются вращение фрезы (главное движение) и движение подачи, которое преимущественно сообщают заготовке.

Приводы главного движения и подачи выполнены раздельно.

Вспомогательные движения, связанные с подводом и отводом заготовки к инструменту, механизированы и осуществляются от привода ускоренных перемещений.

Основные элементы механизмов станков унифицированы.

Основным параметром, характеризующим фрезерные станки общего назначения, является размер рабочей поверхности стола.

Фрезерные станки можно подразделить на две основные группы: 1) общего назначения, или универсальные (горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные, продольно-фрезерные); 2) специализированные и специальные (шлицефрезерные, шпоночно-фрезерные, карусельно-фрезерные, копировально-фрезерные и др.) По конструктивным особенностям эти станки подразделяют на консольные (стол расположен на подъемном кронштейне – консоли), бесконсольные (стол перемещается по неподвижной станине в продольном и поперечном направлениях) и непрерывного действия (карусельные и барабанные).

В единичном, мелко- и среднесерийном производстве наиболее распространены консольные фрезерные станки. Универсальный консольный горизонтально-фрезерный станок (см. рис. 5.1, а) имеет горизонтальный шпиндель 2 и выдвижной хобот 1, на который устанавливают серьгу 3, поддерживающую оправку с фрезой, консоль 4 перемещается по направляющим стойки 5. На консоли расположены салазки 6 и стол 7.

Широко универсальный консольный горизонтально-фрезерный станок (см. рис. 5.1, б) помимо горизонтального шпинделя имеет шпиндельную головку 1, которая может поворачиваться на хоботе в двух взаимно перпендикулярных направлениях, благодаря чему шпиндель с фрезой можно устанавливать под любым углом к плоскости стола и к обрабатываемой заготовке. На головке 1 монтируют накладную головку 2, предназначенную для сверления, рассверливания, зенкерования, растачивания и фрезерования.

Консольный вертикально-фрезерный станок (см. рис. 5.1, г) имеет вертикальный шпиндель 3, который размещен в поворотной шпиндельной головке 2, установленной на стойке 1.

Бесконсольные вертикально- и горизонтально-фрезерные станки (см. рис. 5.1, д, е) служат для обработки крупногабаритных деталей, имеют салазки 2 и стол 3, которые перемещаются по направляющим станины 1. Шпиндельная головка 5 перемещается по направляющим стойки 6. Шпиндель 4 имеет осевое перемещение при установке инструмента на размер обработки.

Продольно-фрезерные станки (см. рис. 5.1, ж) предназначены для обработки крупногабаритных деталей. На станине 1 установлены две вертикальные стойки 6, соединенные попереченой 7. На направляющих стоек смонтированы фрезерные головки 3 с горизонтальными шпинделями и траверса 4. На последней установлены фрезерные головки 5 с вертикальными шпинделями. Стол 2 перемещается по направляющим станины 1.

Карусельно-фрезерные станки (см. рис. 5.1, з) предназначены для обработки поверхностей заготовок торцовыми фрезами, имеют один или несколько шпинделей 3 для черновой и чистовой обработки. По направляющим стойки 1 может перемещаться шпиндельная головка 2 (установочное движение). Круглый стол 4, непрерывно вращаясь, обеспечивает установленным на нем заготовкам круговую подачу. Стол с салазками 5 имеет установочное перемещение по направляющим станины 6.

Барабанно-фрезерные станки (см. рис. 5.1, и) используются в крупно-серийном и массовом производстве. Заготовки, установленные на вращающемся шестигранном барабане 2, получают движение подачи. Фрезерные головки 3 (для черновой обработки) и 1 (для чистовой обработки) могут перемещаться по направляющим стоек 4 (установочное движение).

Широкоуниверсальный консольный горизонтально-фрезерный станок 6Р82Ш

Станок служит для выполнения различных фрезерных работ, а также сверлильных и несложных расточных работ в заготовках из чугуна, стали, цветных металлов.

Техническая характеристика станка: размер рабочей поверхности стола (длинаширина) – 1250320 мм; наибольшее перемещение стола в продольном направлении – 800 мм, в поперечном – 240 мм, в вертикальном – 360 мм, пределы частоты вращения шпинделя 31,5 – 1600 мин^–1.

а

б

в

г

д

е

ж

з

и

Рис. 5.1. Фрезерные станки:

а – универсальный консольный горизонтально-фрезерный; б – широкоуниверсальный консольный горизонтально-фрезерный; в – широкоуниверсальный консольно-фрезерный; г – консольный вертикально-фрезерный; е – бесконсольный горизонтально-фрезерный; ж – продольно-фрезерный; з – карусельно-фрезерный; и – барабанно-фрезерный

Рис. 5.2. Широкоуниверсальный консольный горизонтально-фрезерный станок

Основной шпиндель 1 (рис. 5.2) выступает из станины (стойки) 9. На выдвижном хоботе 2 закреплена поворотная головка 3 со шпинделем, имеющим независимый привод, и может быть пристыкована накладная головка 4 с собственным шпинделем.

Первая из головок имеет две оси поворота: горизонтальную (ось хобота) и перпендикулярную к ней. Накладная головка 4 может поворачиваться вокруг третьей оси, перпендикулярной к первым двум. Фрезы закрепляют непосредственно на шпинделях или на оправках. Для поддержки оправки, вставленной в основной шпиндель, служат серьги 5. Это дает возможность работать цилиндрическими фрезами или набором дисковых (фасонных фрез). Заготовка получает продольную подачу от стола 6, поперечную подачу от салазок 7, вертикальную – от консоли 8, которая представляет собой коробку с большим вылетом относительно вертикальных направляющих, сопрягающих ее со стойкой 9. В консоль встроены привод подач (электродвигатель и коробка подач), в стойку – коробка скоростей основного шпинделя.

У универсальных станков, имеющих один шпиндель, стол может поворачиваться на угол 45 вокруг вертикальной оси, что обеспечивает фрезерование винтовых канавок.

Привод горизонтального шпинделя (главного движения) (см. рис. 5.3) осуществляется электродвигателем М1 через зубчатые передачи. Структурная формула коробки скоростей

.

Минимальная частота вращения шпинделя

 мин^–1.

Шпиндель поворотной головки приводится во вращение от электродвигателя М2 через зубчатые передачи.

Число ступеней этой коробки скоростей будет

.

Максимальная частота вращения шпинделя поворотной головки

 мин^–1.

Привод подач стола в продольном, поперечном, вертикальном направлениях осуществляется через зубчатые передачи от электродвигателя М3.

Структурная формула коробки подач

.

Минимальная продольная подача

Ускоренная подача стола в продольном направлении (скорость холостого хода)

 м/мин.

Рис. 5.3. Кинематическая схема станка мод. 6Р82Ш:

1–17 – кинематическая цепь механизма движения горизонтального шпинделя 18 (коробки скоростей); 19–45 – кинематическая цепь коробки подач; 46–77 – детали механизмов передач продольного, поперечного, вертикального перемещения стола; 78–97 – кинематическая цепь механизма движения шпинделя поворотной головки 98

Коробка скоростей горизонтального шпинделя располагается в станине и соединяется с валом электродвигателя упругой муфтой. Шпиндель 11 станка (см. рис. 5.4) вращается в подшипниках 4, 2, 12. Осевую нагрузку на шпиндель в процессе резания воспринимают подшипники 2. Подшипник 4 обеспечивает высокую точность вращения шпинделя и воспринимает только радиальную нагрузку. Осевой зазор в шпинделе регулируют подшлифовкой колец 9, 10. Повышенный зазор в подшипнике 4 устраняют подшлифовкой полуколец 5 и регулировочной гайкой 1 следующим образом. Снимают крышку 3 (или боковую крышку), фланец 6 пружинное кольцо 7, кольца 8 и вынимают полукольца 5. Предварительно расфиксированной гайкой 1 выбирают зазор так, чтобы при работе нагрев подшипников не превышал 60. Замеряют расстояние между подшипником и буртом шпинделя в соответствии с этим подшлифовывают полукольца 5, затем устанавливают полукольца 5 и монтируют детали 8, 7, 6, 3.

Рис.5.4. Шпиндельный узел станка 6Р82Ш

В продольно-фрезерных станках шпиндель и коробка скоростей представляют собой отдельную шпиндельную головку (рис. 5.5), перемещаемую по направляющей стойки или поперечины. Перемещение на глубину фрезерования и некоторые другие виды работ требуют наличия осевого перемещения шпинделя. В этом случае шпиндель 1 монтируют в пиноли 2, которая перемещается парой шестерня-рейка 3. В рабочем положении пиноль закрепляют механизмом зажима 4, представляющим собой винт с разнонаправленной нарезкой и две резьбовые втулки со скосами, контактирующими с наружной цилиндрической поверхностью пиноли.

Шпиндель фрезерных станков имеет сквозное отверстие для размещения тяги механизма зажима оправки с инструментом. Передний конец шпинделя имеет внутреннее коническое отверстие с конусностью 7:24 для базирования оправки или фрезы. На переднем торце шпинделя установлена шпонка, входящая в паз оправки. Опоры шпинделей фрезерных станков мало отличаются от опор, применяемых в токарных станках.

Рис. 5.5. Шпиндельная головка продольно-фрезерного станка

Поскольку процесс фрезерования характеризуется переменной величиной силы резания, на шпинделях фрезерных станков иногда устанавливают маховики, повышающие равномерность вращения шпинделя. Иногда роль маховика выполняет шестерня большого диаметра, которую предпочтительно размещать непосредственно у переднего конца шпинделя (например, большая шестерня на рис. 5.4). Переключение частот вращения шпинделя и подач во фрезерных станках обеспечивается относительно сложным, но удобным в эксплуатации механизмом управления.

Механизм управления главным движением фрезерного станка (рис. 5.6). В отдельном корпусе 1, монтируемом на передней стенке коробки скоростей, расположен указатель 2 частот вращения шпинделя. Поворачивая этот указатель через установленные на валиках 4 и 6 конические колеса 5 и 7 можно поворачивать диск переключения 16.

Рис. 5.6. Механизм управления главным движением фрезерного станка

В диске переключения имеются концентрично расположенные отверстия определенного диаметра, которые при фиксированном повороте диска устанавливаются против каждой пары толкателей 14 и 15, предназначенных для переключения одного блока. Число пар толкателей соответствует числу перемещаемых блоков зубчатых колес или кулачковых муфт. На рисунке показан только один блок 11. Толкатели связаны между собой шестеренно-реечной передачей 8, 9, 10, причем на одном из толкателей закреплена вилка 12, взаимодействующая с блоками. Рукояткой 18 через сектор-рейку 20 перемещают вилку 17 управления диском 16. Между рейками шестеренно-реечной передачи и толкателем установлены пружины 13, которые сжимаются при совпадении зубьев блока и шестерни по торцам.

Положение рукоятки 18 и указателя 2 фиксируется соответственно фиксаторами 19 и 3.

В начале переключения рукояткой 18 отводят диск 16 в правое положение. Затем указателем 2 поворачивают диск 16. Рукояткой 18 диск перемещают влево. Если против одного из толкателей каждой пары отсутствует отверстие (против другого толкателя пары в этот момент находится отверстие), то толкатель через реечную передачу перемещает блок в нужное положение. Если требуется перемещать тройной блок, то толкатели блока на правом конце имеют две ступени.

Аналогично устроен механизм управления движением подачи. В тяжелых фрезерных станках механизм переключения имеет гидравлический или электрический привод (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Механизм управления главным движением фрезерного станка с гидравлическим приводом

Блоки шестерен 1, 2, 19, 22 перемещаются вилками 12, 6, 18, 23, которые закреплены на штоках 11, 5, 17, 21 гидроцилиндров 14, 3, 16, 20. Штоки 5 и 11 в отличие от штоков 17 и 21 выполнены ступенчатыми. В гидроцилиндрах 14, 3, 9, 8 установлены втулки 13, 10, 7, 4. Такая конструкция обеспечивает нейтральное положение блоков 1 и 2 и среднее положение при применении тройного блока. Жидкость насосом 24 подается к поворотному распределителю 15 и от него в требуемые полости гидроцилиндров, при этом противоположные полости соединяют со сливом. Для установления блоков 1 и 2 в среднее положение жидкость поступает в противоположные полости одновременно.

Приспособления, применяемые во фрезерных станках, можно разделить на приспособления для закрепления заготовок, приспособления для закрепления фрез и приспособления, расширяющие технологические возможности фрезерных станков.

Для закрепления заготовок на столе станка служат прихваты различной формы, подставки, угловые плиты, машинные тиски с ручным или гидравлическим (пневматическим) приводом.

Рис. 5.8. Гидравлическое приспособление для затяжки тяги

Фрезы крепят на оправках, которые имеют конический хвостовик с резьбовым гнездом на торце. Хвостовик устанавливают в коническое отверстие шпинделя станка и притягивают тягой, проходящей через сквозное отверстие шпинделя станка. Тяга имеет резьбовой конец, взаимодействующий с резьбовым гнездом оправки. Крупные торцевые фрезы имеют хвостовик, который устанавливают непосредственно в коническое отверстие шпинделя.

При закреплении тяжелых фрез используют гидравлические или механические приспособления для перемещения тяги. Гидравлическое устройство для закрепления тяги (рис. 5.8) работает следующим образом. Фрезу 8 вводят в шпиндель станка и поворачивают так, чтобы сработал байонетный захват 2. Тяга 3 перемещается вверх пакетом тарельчатых пружин 4, связанных с ней шариковым устройством 5. Пружина 4 обеспечивает при этом силу зажима. Гидроцилиндр 6, воздействуя через шарик 7 на торец тяги, осуществляет разжим.