Материал: Технология машиностроения. Пачевский В.М

3.3. Обработка плоских поверхностей

3.3.1. Методы обработки плоских поверхностей

Плоские поверхности обрабатывают строганием, долблением, фрезерованием, шлифованием и протягиванием (без учета отделочных операций).

Строгание и долбление наиболее применимы в серийном, особенно в мелкосерийном, и индивидуальном производствах, так как для работы на строгальных и долбежных станках не требуется сложных приспособлений и инструментов. Однако эти виды обработки малопроизводительны. Низкая производительность объясняется тем, что обработку ведут одним или небольшим числом резцов с потерями времени на обратные холостые ходы.

Процессы строгания и долбления аналогичны, однако в первом случае (при работе на продольно-строгальных станках) движение резания придается заготовке, а движение подачи - резцу; во втором - движение резания придается резцу, а движение подачи - заготовке, причем движение подачи осуществляется в плоскости, перпендикулярной направлению движения резца. Подача может производиться параллельно или перпендикулярно режущей кромке резца или по кругу.

Строгание может быть предварительным, чистовым и тонким. Предварительное строгание обеспечивает шероховатость Ra = 80 – 10, чистовое 20 - 1,25, тонкое 1,25 – 0,63 мкм.

Наиболее широкое применение при обработке плоскостей получило фрезерование. В массовом производстве оно совершенно вытеснило применявшееся ранее строгание и частично долбление.

При обработке фрезерованием можно обеспечить значительно большую производительность, чем при строгании, так как посредством многолезвийного инструмента можно обрабатывать в единицу времени значительно большую поверхность, чем при обработке однолезвийным инструментом - резцом.

На рис. 3.25 приведены различные виды обработки на фрезерных станках.

Рис. 3.25. Различные виды обработки на фрезерных станках:

а - обработка плоскости цилиндрической фрезой; б - обработка плоскости торцевой фрезой; в, г - обработка вертикальной плоскости и паза дисковой трехсторонней фрезой, д - обработка паза концевой фрезой; е - обработка боковых плоскостей двумя торцевыми фрезами; ж - обработка сложного профиля набором фрез

Повышение производительности при фрезеровании достигается также увеличением количества одновременно обрабатываемых заготовок, количества одновременно работающих режущих инструментов, сокращением продолжительности рабочих и холостых ходов обрабатываемой заготовки и инструмента.

Основными способами фрезерования, обеспечивающими повышение производительности обработки, являются: параллельное, т. е. одновременное, фрезерование нескольких заготовок или нескольких поверхностей одной заготовки. Это может быть осуществлено установкой на одной оправке соответствующего числа цилиндрических, дисковых и фасонных фрез или торцевых фрез на различных шпинделях, с помощью одной торцевой фрезы большего диаметра или одной цилиндрической фрезы достаточной длины.

При таком фрезеровании резко сокращается трудоемкость обработки вследствие совмещения машинного времени отдельных переходов и уменьшения вспомогательного времени; последовательное фрезерование нескольких заготовок, установленных в ряд на столе станка (или нескольких поверхностей одной заготовки), по мере их подвода к фрезе в процессе рабочего движения стола станка. В этом случае резко сокращается вспомогательное время, так как оно перекрывается машинным временем;

параллельно-последовательное фрезерование, при котором одновременную обработку нескольких заготовок (или нескольких поверхностей одной заготовки), установленных в один или несколько рядов на столе станка, комбинируют с последовательной обработкой. Применение этого способа наряду со снижением трудоемкости, благодаря сокращению вспомогательного времени, позволяет резко снизить машинное время;

фрезерование на поворотных столах и приспособлениях. В этом случае трудоемкость обработки уменьшается вследствие совмещения большой части вспомогательного времени с машинным, так как снимают обработанную заготовку и устанавливают новую во время фрезерования детали на другой позиции стола или в приспособлении;

фрезерование с подачей в обе стороны (маятниковая подача). Этот способ обработки является разновидностью предыдущего. Его применяют для небольших поверхностей длинных заготовок, для которых применение поворотных устройств затруднено;

непрерывное фрезерование заключается в том, что обрабатываемые заготовки устанавливают на круглом непрерывно вращающемся столе или в барабанном устройстве и фрезеруют торцевыми фрезами, установленными на шпинделях станка. При таком фрезеровании штучное время может быть очень близким или равным машинному времени.

Существуют два основных вида фрезерования – цилиндрическое и торцевое. Каждый из этих видов может быть предварительным, чистовым и тонким. Предварительное фрезерование обеспечивает шероховатость Ra = 40 – 5, чистовое 5 – 1,25 и тонкое 1,25 – 0,63 мкм. Это относится как к цилиндрическому, так и торцевому фрезерованию. Скоростным торцевым фрезерованием можно получить шероховатость до 0,32 мкм.

Обработка плоскостей торцевыми фрезами в серийном и массовом производствах все больше вытесняет фрезерование цилиндрическими фрезами, так как этот способ более производителен, а также позволяет осуществлять обработку заготовок значительной ширины при жестком креплении инструмента.

Плоское шлифование применяют в качестве чистовой операции после строгания или фрезерования плоскостей для достижения высокой точности и чистоты обрабатываемой поверхности, а также для окончательной обработки плоскостей заготовок из закаленной стали.

В ряде случаев плоское шлифование может быть более рациональ­ным, чем фрезерование, особенно при обработке твердых материалов, наличии твердой корки или небольших припусков на обработку.

Протягивание наружных контуров является более произ­водительным методом, чем строгание и фрезерование при одновременном обеспечении высоких требований по точности и шероховатости обрабатываемой поверхности. Однако этот метод применим только в крупносерийном и массовом производствах.

Торцевое точение позволяет вести обработку плоских поверхностей, в тех случаях, когда это допускает конструкция деталей. Оно может быть предварительным, чистовым и тонким. При этом обеспечивается шероховатость Ra = 80-10 мкм при предварительном точении, 20 – 1,25 мкм при чистовом и 1,25 – 0,63 мкм при тонком точении.

Шлифование. Плоскости шлифуют пе­риферией или торцом шлифовального круга.

На рис. 3.26 приведены различные схемы шлифо­вания плоскостей. Перифе­рией круга можно шлифо­вать при возвратно-поступательном движении стола станка с обрабатываемой заготовкой рис. 3.26, а. Шлифовальный круг при этом совершает вращательное движение и движение поперечной подачи на каждый двойной ход стола, а также радиальную подачу для перемещения его на глубину шлифования.

Рис. 3.26. Основные схемы шлифования плоскостей

Шлифование периферией круга можно производить и при закреп­лении обрабатываемой заготовки на круглом вращающемся столе (рис. 3.26, б). В этом случае шлифовальный круг совершает вращатель­ное и одновременно возвратно-поступательное движение параллельно шлифуемой поверхности.

Шлифование плоскостей торцом круга выполняют как при посту­пательном движении обрабатываемой заготовки (рис. 3.26, в), так и при ее вращении (рис. 3.26, г).

Протягивание. Плоские поверхности протягивают, как правило, сразу по всей ширине, поэтому зуб протяжки делают несколько шире, чем протяги­ваемую поверхность. Протягивание выполняют одновременно многими зубьями протяжки с таким расчетом, чтобы весь припуск металла был снят за один проход протяжки, причем припуск должен быть распре­делен равномерно между зубьями протяжки.

Большое разнообразие видов протягивания плоских поверхностей послужило причиной создания различных конструкций протяжных станков, из которых наиболее распространенными являются: вертикальные, горизонтальные, карусельные и протяжные станки туннельного типа.

Для отделочных операций применяют обработку с использованием абразивов – доводку, притирку и полирование. Кроме того, для окончательной отделки поверхностей применяют шабрение. Обработка плоских поверхностей с применением аб­разивов производится аналогично отделке наружных поверхностей вращения.

Притирка требует очень точной предварительной обработки поверхности, так как большой припуск на притирку приводит к увеличению времени обработки и быстрому изнашиванию притира. Припуск для притирки плоских поверхностей назначают в пределах 8 ÷ 18 мкм.

Шабрение можно выполнять с помощью шабера вручную или механическим способом. Первый способ требует большой затраты времени при высокой квалификации исполнителя, но обеспечивает высокую точность. Второй - осуществляется с помощью специальных станков, на которых шабер получает возвратно-поступательное движение. При этом способе требуется меньше времени, однако его нельзя применить для отделки сложных поверхностей, что ограничивает область применения.

3.3.2. Инструмент для обработки плоскостей

Наиболее широкое применение для обработки плоскостей находят фрезы. Они представляют собой тела вращения, на торце или боковой поверхности которых имеются режущие зубья. Их классифицируют по технологическим и конструктивным признакам. Фрезы подразделяются на цилиндрические, если же режущая часть фрезы имеет форму обработанной поверхности, то такие фрезы называются фасонными.

Торцевые фрезы с зубьями, нарезанными на торце, жестко крепятся в шпинделе станка, что позволяет им выдерживать большую нагрузку и работать на жестких режимах с большей производительностью. Благодаря этому они широко применяются при обработке плоскостей.

Для обработки пазов канавок и прорезей применяют дисковые, пазовые и шлицевые фрезы с заданной шириной зуба, а для обработки торцевых плоскостей и фигурных контуров - фрезы с заданным диаметром.

Номенклатура фрез очень большая. Кроме указанных видов, имеются широко применяемые угловые и двухугловые фрезы, трехсторонние, отрезные, фасонные, концевые с зубьями, нарезанными на боковой поверхности и торце, и др.

Концевые фрезы применяют для обработки по копиру фасонных поверхностей, а также для выборки фасонных пазов (например, в форме ласточкина хвоста).

По конструкции различают цельные и составные (наборные) фрезы; последние применяют для обработки сложных профилей.

На рис. 3.27 показаны фрезы различных видов. Цилиндрические фрезы (рис. 3.27, а, б, в), как правило, имеют винтовые зубья, так как наклон канавки смягчает неравномерность резания, а при сдвоенных фрезах, с правым и левым направлением винтовых канавок, силы резания взаимно уравновешиваются.

Рис. 3.27. Виды фрез

Торцевые фрезы могут быть цельные и насадные. На (рис. 3.27, г и д) показаны два типа насадных торцевых фрез, причем одна из них (рис. 3.27 д) - сборной конструкции. Обычно фрезы диаметром свыше 75 мм с целью экономии инструментальной стали делают сборными.

Дисковые фрезы (рис. 3.27, е) изготовляют как с мелким, так и с крупным зубом. Такие фрезы могут быть выполнены сборными с вставными ножами. Многие из приведенных типов фрез армируют твердым сплавом (сборной конструкции с вставными ножами и с ножами, припаянными к корпусу).

На рис. 3.27, ж, з, и, к, показаны наиболее распространенные типы концевых, шлицевых и угловых фрез.

3.3.3. Приспособления, применяемые

при обработке плоскостей

Фрезерные станки снабжают вспомогательными приспособлениями, которые подразделяют на универсальные, нормализованные и специальные.

К универсальным приспособлениям относятся: делительные головки, вращающиеся, угловые и поворотные столы и машинные тиски.

Делительные головки бывают для простого деления, непосредственного деления, универсальные и оптические. Универсальные делительные головки применяют для периодического поворота заготовки на определенный заданный угол (методом непосредственного, простого или дифференциального деления); непрерывного вращения заготовки при фрезеровании винтовых поверхностей (канавок фрез, разверток, сверл и т. п.); установки заготовки в заданное угловое положе­ние относительно плоскости стола станка.

Вращающиеся универсальные столы являются принадлежностью универсально-фрезерных станков, но их используют и на вертикально-фрезерных станках в тех случаях, когда требуется придать заготовке, закрепленной на столе, вращательное движение в горизонтальной плоскости. Круглый стол можно вращать вручную или механически.

Угловые столы служат для того, чтобы устанавливать плоскость заготовки, подлежащей обработке, под заданным углом в плоскости стола станка.

Поворотные столы применяют для многопозиционной обработки. В таких случаях на столе закрепляют два одинаковых приспособле­ния и во время обработки заготовки, закрепленной в одном из них, устанавливают новую заготовку в другое приспособление. По окон­чании фрезерования одной заготовки стол поворачивают вокруг вер­тикальной оси, подводя вновь установленную заготовку в зону обра­ботки. Таким образом, вспомогательное время на установку и закреп­ление заготовок, а также на открепление и снятие обработанных за­готовок перекрывается машинным временем.

Особенностью всех приспособлений для фрезерных станков явля­ется высокая жесткость корпуса и зажимных элементов. Это требова­ние обусловлено тем, что при фрезеровании контакт кромок режущего инструмента с обрабатываемой заготовкой является прерывистым, вследствие чего опасность появления вибраций при фрезеровании боль­ше, чем, например, при точении или сверлении.

Приспособления для фрезерных работ обычно размещают на столах фрезерных станков и перемещают вместе с ними со скоростью подачи. Для фрезерных работ используют типовые и универсальные приспособления, к числу которых относятся пневматические станочные тиски (рис. 3.28).

С помощью болтов 1 концы П-образной подвижной губки 10 соединены с планкой 2. Неподвижная губка 7 может быть установлена в необходимое положение винтом 5. При зажиме заготовки шток 8 пневматической камеры 11 с по-мощью рычага 6, стержня 4 и вкладыша 3 перемещает подвижную губку 10. Обратный ход губки 10 совершается посредством пружины 9.

Рис. 3.28. Универсальные тиски с пневмоприводом

К типовым приспособлениям относятся также пневматические приспособления без усиливающих устройств, где шток зажимает заготовку. Однако применение их ограничено небольшими силами резания, а также необходимостью предварительной подготовки мест зажима.

Наиболее распространенным типовым приспособлением для фрезерных работ является пневматическое зажимное устройство с клиновым усиливающим механизмом.