Глава 6. Фрезерные станки

Фрезерные стенки предназначены для обработки наружных и внутренних, плоских и фасонных поверхностей, канавок, зубчатых колес и т. п. Обработка ведется многолезвийным инструментом – фрезами самых разнообразных профилей и конструкций (рис. 6.1.). У всех фрезерных станков главным движением является вращение фрезы. Заготовку устанавливают на стол почти всегда прямоугольный. Размеры рабочей поверхности стола являются основными размерами фрезерных станков: ширина 100...5000 мм, длина 400...16000 мм и более.

Фрезерные станки классифицируют по компоновке (коли­чество и расположение шпинделей, распределение движений) или по назначению.

Рис. 6.1. Виды работ и рабочих движений при их выполнении фрезами: а – цилиндрической с прямыми и винтовыми зубьями; б – торцевой; в – дисковой; г – прорезной (отрезной); д – концевой; е – угловой; ж – фасонной; з – шпоночной (с обработкой пазов на всю глубину и с маятниковой подачей); t – глубина резания, мм; В – ширина фрезерования, мм

Рис. 6.2. Основные виды фрезерных станков и характерные их части: 1 – шпиндель; 2 – стол; 3 – салазки; 4 – консоль; 5 – поворотная плита; 6 – стойка (стойки и связывающую их балку называют порталом); 7 – поперечина (траверса); 8 – ползун; 9 – каретка; 10 – копировальное устройство; 11 – барабан

Различают следующие типы и их разновидности: горизонтально-фрезерные консольные станки (с горизонтальным шпинделем и консолью), в том числе простые (рис. 6.2, а), универсальные – с поворотным столом (рис. 6.2, б), широкоуниверсальные – с дополнительными фрезерными головками (рис. 6.2, в); вертикально-фрезерные станки (с вертикальным шпинделем), в том числе консольные (рис. 6.2, г) и бесконсольные, называемые также «с крестовым столом» (рис, 6.2, д); продольно-фрезерные станки, в том числе одностоечные (рис. 6.2, е), двухстоечные (рис. 6.2, ж), с передвижным порталом (рис. 6.2, з); широкоуниверсальные инструментальные станки – с вертикальной рабочей плоскостью основного стола и поперечным движением шпиндельных узлов (рис. 6.2, и); копировально-фрезерные станки (рис. 6.2, к); фрезерные станки непрерывного действия, в том числе карусельно-фрезерные (рис. 6.2, л), барабанно-фрезерные (рис. 6.2, м).

6.1. Консольно-фрезерные станки

Консольно-фрезерные станки – наиболее распространенный тип станков, используемый для фрезерных работ. Отличительной особенностью является наличие в станках консоли, несущей стол и перемещающейся по направляющим станины вверх и вниз. Консольно-фрезерные станки делятся на горизонтальные, вертикальные, универсальные и широкоуниверсальные. В горизонтально-фрезерных станках расположение шпинделя горизонтальное и стол перемещается в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Универсальные консольно-фрезерные станки отличаются от горизонтальных только возможностью поворота стола относительно вертикальной оси.

Станок (рис. 6.3) состоит из станины 2, установленной на фундаментной плите 14. На вертикальных направляющих станины расположена консоль 12 с горизонтальными поперечными направляющими, на которых удерживаются салазки 11, а на них – поворотная плита 10 с горизонтальными продольными направляющими. На этих направляющих монтируется стол 9. Такая компоновка узлов обеспечивает столу перемещение в трех направлениях (продольном, поперечном и вертикальном). В станине расположены коробка скоростей 5 с рукояткой 1 и лимбом 3 и привод с электродвигателем, обеспечивающим вращение шпинделя. В консоли 12 размещена коробка подач 13 с электродвигателем, лимбом 16 и рукояткой 15 для установки подач. В верхней части станины смонтирован шпиндель 6, а над ним выдвижной хобот 4. На направляющих хобота закреплены подвески 7 и 8, которые являются опорами фрезерных оправок для установки на них фрез.

Рис. 6.3. Универсальный консольно-фрезерный станок

Станины и стойки фрезерных станков представляют собой корпусные отливки коробчатой формы с ребрами жесткости и служат для размещения основных узлов станка. На станинах выполняются литые или накладные направляющие для перемещения узлов. Коробки скоростей фрезерных станков предназначены для обеспечения главного движения – вращения шпинделя с различными частотами (рис. 6.4.).

Шпиндели фрезерных станков имеют сквозное отверстие для размещения тяги механизма зажима. 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, также имеются резьбовые отверстия для крепления оправки или корпуса фрезы.

Опоры шпинделей фрезерных станков мало отличаются от опор, применяемых в токарных станках.

Поскольку процесс фрезерования характеризуется переменной величиной силы резания, на шпинделях фрезерных станков иногда устанавливают маховики, повышающие равномерность вращения шпинделя. В ряде случаев роль маховика выполняет шестерня большого диаметра, которую желательно размещать непосредственно у переднего конца шпинделя (например, Z = 69 на рис. 6.4).

Рис. 6.4. Коробка передач горизонтально-фрезерного станка

Коробки подач фрезерных станков общего назначения представляют собой многоваловые коробки, изменение частот вращения выходного вала которых обеспечивается рядом групповых передач с подвижными блоками или кулачковыми муфтами. Коробки подач обеспечивают ряд рабочих подач и ус­ко­ренные перемещения. Для предохранения механизма подач от перегрузок в коробках предусматривают предохранительные шариковые или дисковые фрикционные муфты.

Рис. 6.5. Механизм управления главным движением фрезерного станка с гидравлическим приводом

Механизм управления главным движением фрезерного станка показан на рис. 6.5. 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. 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 блоком. Правые концы толкателей выполнены ступенчатыми для обеспечения двух или трех положений блока. Рукояткой 18 через сектор-рейку 20 перемещают вилку управления диском 17. 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, угловое положение которого соответствует заданной частоте вращения шпинделя. 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 или непосредственно, или через реечную передачу перемещает блок в нужное положение. Если требуется перемещать тройной блок, то толкатели блока на левом конце имеют две ступени. Аналогично устроен и механизм управления движением подачи. В тяжелых фрезерных станках механизм переключения имеет гидравлический или электрический привод.

Широкоуниверсальные фрезерные станки отличаются от универсальных наличием на станине специального хобота, на торце которого установлена дополнительная головка со шпинделем, поворачивающаяся под углом в любом направлении (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Хобот широкоуниверсального консольно-фре­зер­­ного станка: 1 – электродвигатель привода головки; 2 – хобот; 3 – шпиндельная головка, поворачивающаяся в вертикальной и го­ризонтальной плоскостях; 4 – фре­­за; 5 – станина станка

Вертикально-фрезерные станки отличаются от горизонтально-фрезерных вертикальным расположением шпинделя и отсутствием хобота. В рассматриваемых станках детали и узлы широко унифицированы. Изменение подач производится однорукояточным селективным управлением. Предусмотрены механизмы ускоренных перемещений стола по всем направлениям.

Рис. 6.7. Фрезерная головка вертикального консольно-фрезерного станка

В вертикальных (консольных и бесконсольных) и некоторых других фрезерных станках шпиндель 3 (рис. 6.7) может выдвигаться из фрезерной головки для точной установки фрезы относительно заготовки и периодического углубления. Для этого служит ручной привод через коническую передачу 12, вращающийся винт 10, перемещающуюся гайку 9, соединенную с гильзой 11, которая несет опоры шпинделя (нижнюю – с двухрядным роликоподшипником 1 и упорно-радиальным шарикоподшипником 2, а также верхнюю – с двухрядным роликоподшипником 8). После перемещения гильзы ее зажимают (на данном разрезе не показано). Скользящий шлицевой хвостовик шпинделя в данном вертикальном станке получает вращение от конического колеса 7, сцепленного с колесом 6. Головку поворачивают с помощью червяка 4 и косозубого сектора 5.

Кинематическая схема станка мод. 6Д82Ш (рис. 6.8). Привод главного движения служит для вращения фрезы и осуществляется двигателем М1. В приводе предусмотрен перебор с пере­да­чами и , при этом двойной блок стоит всегда в правом положении ; при выключении перебора передвигают вправо колеса 21 и 22, причем последнее входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом и становится полумуфтой М₁. В приводе от двигателя М2 перебор содержит передачи и .

Рис. 6.8. Кинематическая схема станка мод. 6Д82Ш

Привод подачи служит для перемещения заготовки по одной из трех координат и изменения скорости этого движения. Коробка подач получает вращение от двигателя М3 и содержит четыре двойных блока и перебор с передачами и . Перебор выключается перемещением вправо последнего его колеса до зацепления с колесом 19 (конец перебора соединяется с его началом) или перемещением блока до зацепления колес . От коробки подач движение передается дальше при включенной муфте М₄. При работе муфты М₃ (М₄ в этом случае выключена) движение от двигателя передается минуя коробку подач через передачу для ускоренного перемещения. Одной из муфт М₆, М₈, М₁₀ включаются, соответственно, поперечное, продольное или вертикальное перемещения; муфты М₇, М₉ и М₁₁ реверсируют соответствующие движения. Каждый ходовой винт может вращаться, а два из них – для стола и консоли – также движутся поступательно относительно неподвижных гаек. В гайках горизонтальных перемещений предусмотрено регулирование зазора, в гайке консоли зазор выбирается весом.