Фрезерные станки

На фрезерных станках производится обработка заготовок из древесины и древесных композиционных материалов (древесно­стружечных, столярных, древесноволокнистых плит и фанеры).

Заготовками называются отрезки древесины или древесных ма­териалов, имеющие размеры равные или кратные размерам де­талей с учетом припусков на последующую обработку, в том числе на усушку. Заготовки получают в результате раскроя пиломате­риалов или композиционных материалов, имеющих большие раз­меры по сечению, длине или площади.

В зависимости от методов получения деревянных заготовок различают: пиленые, полученные в результате обработки на круглопильных или ленточнопильных станках, и калиброванные (стро­ганые), полученные из пиленых фрезерованием в заданный размер но сечению на четырехсторонних продольно-фрезерных станках ••ли соответствующих линиях обработки брусковых деталей. В на­стоящее время широкое распространение получают клееные заго­товки, полученные путем склеивания по длине и по ширине более мелких заготовок. На фрезерных станках в большинстве случаев обрабатываются строганые заготовки, предназначенные для изго­товления разнообразных деталей в производстве мебели, столярно-строительных деталей, судо-, авто-, вагоностроении, сельхозмаши­ностроении и ряде других отраслей промышленности.

Заготовки изготавливают из древесины различных пород: хвойных (сосны, ели, лиственницы, кедра, пихты и др.), твердых лиственных (березы, бука, дуба, ясеня), мягких лиственных (оси­ны, липы и др.).

Промышленность выпускает заготовки для специализированных производств: лыж, музыкальных инструментов, бочек, ткацких чел­ноков, катушек, шпуль и т. д. по соответствующим ГОСТам и тех­ническим условиям (ТУ).

С целью увеличения полезного выхода древесины номинальные размеры сечений заготовок приближены к соответствующим раз­мерам выпускаемых пиломатериалов и установлены ГОСТ для древесины влажностью 15%. Заготовки влажностью более 15% должны выпускаться с припуском на усушку. Влажность загото­вок обычно должна соответствовать заданной техническими усло­виями или стандартами влажности для выпускаемых деталей.

1. Назначение и классификация фрезерных станков

Технологический процесс получения готовой детали из заготов­ки в общем случае включает ряд последовательных операций, вы­полняемых на фуговальных, рейсмусовых, четырехсторонних про­дольно-фрезерных, собственно фрезерных, шлифовальных и других станках. В результате выполнения этих операций на заготовке формируются новые поверхности, точное положение которых отно­сительно друг друга достигается соответствующим положением технологической базы заготовки на установочных и направляющих поверхностях конструктивных элементов станка.

По конструктивным и технологическим признакам различают следующие основные типы фрезерных станков: с нижним располо­жением шпинделя, копировальные с верхним расположением шпин­деля, карусельные и модельные. Фрезерные станки предназначе­ны для плоской, профильной и рельефной обработки прямолиней­ных и криволинейных деталей и узлов способом фрезерования, в том числе формирования сквозных и несквозных профилей, кон­туров, выборки пазов, гнезд, шипов и т. д.

На станках с нижним расположением шпинделя производят следующие виды обработки деталей: продольную плоскую и. фа­сонную, криволинейную обработку прямых и фа­сонных кромок, по наружному и внутреннему контуру щи­тов и рамок, несквозную зарезку пазов, а также шипов и проушин. Следует отметить, что в условиях специализированных производств продольную обработку деталейпроизводительнее выполнять на станках проходного типа продольно-фрезерных: рейсмусовых и четырехсторонних.

На копировальных станках с верхним расположением шпинде­ля фрезеруют прямолинейные и криволинейные боковые поверх­ности, щиты и рамки, выбирают пазы, гнезда, полости различной конфигурации, сверлят и зенкуют отвер­стия, а при наличии специальных приспособлений нарезают корот­кие резьбы, вырезают пробки, выполняют различные художест­венные работы.

На карусельных станках с большой производительностью вы­полняют криволинейную обработку по копиру прямых и фасонных кромок брусковых и щитовых деталей, в том числе и по контуру. Модельные станки позволяют производить фрезерование верхних и боковых поверхностей деталей сложной конфигурации, а также расточку, обточку, сверление и другие подобные опера­ции при изготовлении литейных моделей и стержневых ящиков в специализированных литейных производствах.

Фрезерные станки с нижним расположением шпинделя. Фрезер­ные станки с нижним расположением шпинделя наиболее универ­сальны и находят широкое применение во всех отраслях дерево­обработки, т. к. позволяют выполнять широкий ряд технологиче­ских операций: плоское и профильное фрезерование кромок, кри­волинейное фрезерование по шаблону (копиру), несквозное фре­зерование пазов, нарезание шипов и выборку проушин и т. д. Эти операции можно выполнять как с ручной, так и механизированной подачей заготовок.

Станкостроительная промышленность выпускает следующие модели фрезерных станков с нижним расположением шпинделя: ФС-1
(фрезерный средний с ручной подачей заготовок толщиной до
100 мм — базовая модель), ФСШ-1 (то же, но оснащен шипорезной кареткой для нарезания простых шипов), ФСШ-П (то же, но
с механизированной подачей шипорезной каретки). Имеются фрезерные станки с нижним расположением шпинделя типов ФЛ (легкие с шириной фрезерования до 80 мм), ФС (средние—до 100 мм),
ФТ (тяжелые — до 125 мм), а также их модификации с ручной
подачей шипорезной каретки (ФЛШ, ФСШ и ФТШ) и автоподатчиком заготовок (ФЛА, ФСА и ФТА).

На деревообрабатывающих предприятиях часто встречаются фрезерные станки с нижним расположением шпинделя и ручной подачей заготовок типов Ф-5, Ф-6, ФШ-4, а также станок ФА-4 с механизированной подачей заготовок звездочкой. Ведущее предприятие по выпуску фрезерных станков — Днепропетровский станкостроительный завод.

Фрезерные станки с верхним расположением шпинделя. В эту группу входят копировальные станки (ВФК-1, ВФК-2), карусель­ные (Ф1К-2, Ф1К-2А) и модельные (ФМ25, ФМС). Фрезерные копировальные станки с верхним расположением шпинделя уни­версальные. Эти станки находят широкое применение при произ­водстве мебели, различных изделий широкого потребления, радио­аппаратуры, вагоностроении и т. д.

Технические характеристики фрезерных станков с нижним расположением шпинделя.

Техническая характеристика фрезерных копировальных станков с верхним расположением шпинделя.

Станки фрезерные карусельные предназначены для плоскостно­го и фигурного фрезерования брусковых и щитовых деталей из древесины и древесных материалов по копирам в различных дере­вообрабатывающих производствах. Различают фрезерные кару­сельные станки с верхним Ф1К-2, Ф1К-2А и нижним Ф2К-ШЗ рас­положением шпинделя.

Для получения деталей с высокими требованиями к.шерохова­тости обработанной поверхности (чаще всего детали, поверхность которых в дальнейшем должна подвергнуться облагораживанию — лакированию, крашению (например, ножки, царги и сиденья стуль­ев), фрезерные карусельные станки оснащаются шлифовальными головками.

Техническая характеристика фрезерных карусельных станков

Техническая характеристика одношпиндельных фрезерных станков с ручной подачей

Фрезерные станки с нижним расположением шпинделя бывают: с руч­ной подачей для профильного фрезерования по линейке, кольцу и копиру (легкие — ФЛ, средние — ФС, тяжелые — ФТ); с шипорезной кареткой, позволяющей вырабатывать на концах деталей шипы и проушины (сред­ние— ФСШ, тяжелые—ФТШ); с механической подачей для прямолиней­ной обработки (легкие—ФЛА, средние — ФСА, тяжелые — ФТА).

Техническая характеристика одношпиндельных фрезерных станков с механической подачей

Техническая характеристика одношпиндельных фрезерных станков с шипорезной кареткой

2. Рациональные правила и приемы работы

Перед фрезерованием необходимо осмотреть заготовку со всех сторон, выявить все дефекты {трещины, сучки, пороки строения и ненормальности окраски, гниль, червоточины, дефекты пред­шествующей механической обработки, покороблениость), мысленно оценить их размеры, взаимное положение, проанализировать воз­можное влияние дефектов па качество обработки не только на фрезерных станках, но и при выполнении последующих операций технологического процесса. Не следует фрезеровать сильно поко­робленные заготовки, стрела прогиба у которых заведомо больше припуска на обработку, т. к. они неизбежно окажутся браком. Это же относится к заготовкам, имеющим дефекты, не допускаемые техническими условиями на данный вид изделий.

Важный момент, предшествующий обработке, — правильный выбор технологических баз и направления волокон древесины по отношению к направлению подачи. База выбирается исходя из не­обходимости устойчивого базирования заготовки на переднем сто­ле и поэтому для покоробленных заготовок должна иметь вогну­тую форму. Одновременно необходимо учитывать, что значитель­ная общая глубина фрезерования при формировании технологиче­ской базы позволяет удалять ряд дефектов с базовой поверхности, чего невозможно достичь при последующих операциях.

Размеры неровностей на фрезерованных поверхностях, а следо­вательно, и шероховатость поверхности обработки во многом за­висят от угла подачи между направлением волокон древесины и вектором скорости подачи. Так, при подаче по волокнам со скоро­стью 12 м/мин шероховатость обработанной поверхности R_zmax = 60… 100 мкм (), а при подаче против волокон (встречный косослой) достигает 320 мкм (). Таким образом, только пра­вильной ориентацией заготовок, подаваемых в станок, можно до­биться как минимум двукратного увеличения скорости подачп и соответственно производительности при сохранении заданного уровня шероховатости.

Глубина фрезерования на фрезерном станке зависит от припу­ска на обработку. Необходимо стремиться к работе при малых глубинах фрезерования, т. к. это приводит к уменьшению сил резания и усилий прижима, деформирующих заготовку, позволяет устранить нежелательное явление деформациизаготовки при рас­пределении внутренних напряжений, когда сфрезеровывается зна­чительная часть материала. Одновременно работа с малыми глу­бинами фрезерования позволяет рационально использовать при­пуск на обработку и уменьшает возможность появления техноло­гического брака, снижает утомляемость рабочих. Обрабатываемые заготовки и материалы надо подавать в станок справа налево.

При работе на фрезерном станке с ручной подачей необходимо обеспечить плавную и равномерную подачу заготовок, плотно при­жимая обработанные стороны заготовки к поверхностям стола и направляющих устройств. После рабочего хода обработанную по­верхность (или поверхности) осматривают и, если на детали оста­лись непрофрезерованные места или дефекты, которые невозмож­но устранить последующей механической обработкой, ее бракуют. Плоскостность без заготовок проверяют поверочной линейкой и щупом или «на просвет» по щели между двумя заготовками, сопри-, касающимися обработанными поверхностями. Перпендикулярность смежных поверхностей заготовки контролируют угольником и щу­пом. Профиль обработанной детали проверяют по шаблону.

Для фрезерных станков с нижним расположением шпинделя установлены по ГОСТ 69—75 следующие допуски на обработку деталей, в мм: равномерность ширины паза 0,1 на 1000; парал­лельность паза базовой поверхности 0,25 на 1000; равномерность ширины проушины 0,1 на 100; параллельность проушины базовой поверхности (для станков с шипорезной кареткой) 0,1 на 100.

Для безопасной работы на станках заготовки короче 400 мм, уже и тоньше 40 мм, а также заготовки с фасонным профилем разрешается фрезеровать только при помощи колодок-толкателей. Фрезерование кромок шпона необходимо вести в паке­тах с использованием специальных приспособлений — цулаг, обес­печивающих обжатие и надежное крепление пакета. Для обработ­ки заготовок небольшой толщины и, как правило, невысокой жест­кости можно использовать вальцевые механизмы подачи с неза­висимой подвеской подающих вальцов. При обработке заготовок длиной более 2 м спереди и сзади станка необходимо устанавли­вать опоры в виде стоек с роликами, приставных столиков, роликовых столов. Ролики должны располагаться на 0,6—1 м один от другого и легко вращаться.

Высота выкладываемых стоп обработанных деталей и заго­товок не должна быть более 1,7 м. Оптимальные решения по ор­ганизации рабочих мест, размещению подстопных мест и проходов необходимо принимать из конкретных условий производственного процесса.

3. Виды режущих инструментов

В станках фрезерной группы применяются многочисленные кон­струкции режущего инструмента — фрезы, которые по основным отличительным конструктивным признакам могут быть разбиты на две группы: насадные (цельные, составные, сборные) и концевые (цельные затылованные и цельные незатылованные).

3.1 Инструментальные материалы для фрез.

Одно из основных условий высокопроизводительной работы режущего инструмента — правильный выбор инструментального ма­териала. Для изготовления режущих элементов фрезерного инст­румента в деревообработке применяют инструментальные стали (легированные, быстрорежущие), твердые сплавы, металлокерамические материалы. Для изготовления корпусов инструментов ис­пользуют конструкционную качественную сталь, конструкционную легированную сталь, а также специальные легкие сплавы.

Легированные инструментальные стали. Эти стали в своем со­ставе содержат легирующие элементы (хром X, вольфрам В, ва­надий Ф и др.), повышающие их режущие и другие свойства (на­пример, износостойкость возрастает в 2—2,5 раза по сравнению с износостойкостью углеродистых инструментальных сталей). Для изготовления цельных насадных фрез, а также сменных резцов и ножей в сборных фрезах широко используют хромовольфрамованадиевые стали марок Х6ВФ и 9Х5ВФ.

Быстрорежущие инструментальные стали. Эти стали обладают более высокими режущими свойствами по сравнению с обычными легированными сталями вследствие большего содержания вольф­рама В, а также присутствия молибдена М. Для дереворежущих инструментов используют следующие марки быстрорежущих ста­лей: Р4, Р9, Р12, Р18, Р6МЗ, Р6М5. Вольфрамомолибденовые стали марок 6РМЗ и Р6М5 значительно повышают прочность и изно­состойкость инструмента. Вследствие значительного содержания молибдена режущие свойства этих сталей близки к режущим свой­ствам быстрорежущих сталей Р12 и Р18, несмотря на то, что со­держание вольфрама в них в 2—3 раза меньше.

Твердые металлокерамические сплавы. Основные компоненты твердых сплавов — карбиды вольфрама, титана и тантала. Ко­бальт в составе твердых сплавов играет роль цементирующей связки. В деревообработке наибольшее распространение получили однокарбидные металлокерамические твердые сплавы, содержа­щие карбиды вольфрама (марки ВК6, ВК6М, ВК8, ВК8В, ВК15).

При изготовлении инструмента с пластинками твердого спла­ва, как правило, используют стандартные пластинки, которые крепят к державке или корпусу методом пайки или механичес­кими устройствами.

3.2 Насадные фрезы

Для фрезерования древесины и древесных материалов ши­роко используют насадные фрезы, отличительная особенность ко­торых— отверстия для насадки на шпиндель станка или непосред­ственно на вал электродвигателя.

Насадные фрезы в зависимости от конструктивного исполнения разделяют на цельные и сборные. В свою очередь цельные насад­ные фрезы могут быть одинарными и в виде наборов фрез (составные). Набор цельных фрез чаще всего представляет собой группу фрез, подобранных для обработки профилей деталей, получение которых одинарными фрезами трудно, непроизводительно или не­возможно. Набор цельных фрез закрепляют на одном общем валу. В набор могут входить фрезы одинаковые по параметрам или раз­ные. Цельные, фрезы изготавливают из одной заготовки легиро­ванной стали или из конструкционной стали с припаянными пла­стинками твердого сплава или легированной стали. По оформлению задней поверхности зуба дельные фрезы разделяют на затылованные и с прямой задней гранью (с остроконечными зубьями). Затылованные цельные фрезы чаще всего предназначены для фасонного фрезерования различных профилей, режущая кромка у них фа­сонная.

В зависимости от формы режущих кромок получается тот или иной профиль обрабатываемых деталей. Зубья фасонных затылованных фрез имеют плоскую переднюю грань; заднюю их грань чаще всего оформляют по кривым архимедовой спирали или по дугам окружности, проведенным из смещенного центра. Особен­ность затылованных фрез в том, что при переточках по передней грани они сохраняют постоянство профиля режущей кромки в осе­вом сечении зуба фрезы.

Диаметры посадочного отверстия dу фрез цельных фасонных составляют 22; 27 и 32 мм, что в большинстве случаев совпадает с соответствующими размерами оправок фрезерных станков. Внеш­ний диаметр Dфасонных фрез 80; 100 и 125 мм.

Фасонные цельные затылованные фрезы имеют ряд достоинств: сохраняют угловые параметры за весь срок службы инструмента, что обеспечивает постоянство профиля обрабатываемых деталей, удобны в эксплуатации, хорошо сбалансированы. Однако имеют и недостатки, основной из которых — нерациональное использование легированной инструментальной стали: эффективно используется не более 10—20 % массы фрезы.

У фрез с остроконечными зубьями передняя и задняя грани имеют плоскую форму в плоскостях перпендикулярных оси вра­щения фрезы. Конструкции фрез данного типа довольно разнооб­разны. К группе фрез с остроконечными зубьями относятся фрезы для фасонного фрезерования, пазовые, для фрезерования шипов и др. В зависимости от назначения и конструкции фрезы с ост­роконечными зубьями затачивают по передней или задней грани. Эти фрезы могут быть изготовлены целиком из легированной или конструкционной стали (корпус) с припаянными пластинками бы­строрежущей стали или твердого сплава на зубьях фрезы. В за­висимости от вида выполняемых работ и сложности профиля дета­ли фрезы с остроконечными зубьями могут быть одинарными, со­ставными (составлены из разных фрез) или в виде комплектов из нескольких однотипных фрез.

Боковые режущие кромки фрез, обеспечивающие размер по ши­рине В паза, имеют задний угол 3°. Для сохранения ширины В постоянной зубья затачивают по задним граням. Пазовые фрезы для поперечных пазов кроме основных зубьев, форми­рующих размер В, имеют с двух сторон подрезающие зубья с пе­редним углом 45°. Подрезающие зубья (подрезатели) выступают над основной окружностью резания на 0,5 мм и служат для обес­печения качественной обработки. Существуют аналогичные по кон­струкции пазовые фрезы, оснащенные пластинками твердого сплава.

Для плоского цилиндрического фрезерования применяют фрезы с остроконечными зубьями, оснащенными пластинками твердого сплава. Эти фрезы чаще всего используют в мебельном производ­стве при обработке щитов, облицованных шпоном, пластиками и другими материалами. Для повышения качества обработки со сто­роны облицовочного слоя (устранения сколов) зубья имеют на­клон к оси вращения. Наклон режущей кромки выбирают таким образом, чтобы сила Р была направлена в глубь массива. При фрезеровании плит, облицованных с двух сторон, применяют фре­зы с двусторонним наклоном режущих кромок, что обеспечивают составные фрезы, состоящие из двух одинаковых фрез, но с раз­ным наклоном зубьев, или одинарные фрезы с двумя рядами зубьев. Угол наклона зубьев к оси фрезы обычно 15—20°.

При фрезеровании древесных материалов (ДСтП, ДВП, пла­стиков и др.) рационально использовать твердый сплав в качестве инструментального материала. В зависимости от профиля обраба­тываемой детали могут быть применены стандартные пластинки или пластинки из пластифицированного твердого сплава. Доволь­но часто приходится перешлифовывать стандартные пластинки твердого сплава, чтобы придать им требуемую форму и размеры. Перешлифовку .делают алмазными кругами повышенной произво­дительности. В целях рационального использования твердого спла­ва, а также в зависимости от профиля режущей кромки пластин­ки припаивают по передней или задней грани зуба. Так, для фрез, предназначенных для плоского или углового фрезерования, более экономичное использование пластинки будет при располо­жении ее по задней грани, однако при этом должна быть обеспе­чена надлежащая прочность припайки. У фрез для фасонной об­работки пластинки твердого сплава, как правило, припаивают к передней грани.

Окончательное профилирование режущих кромок фрезы дела­ют после припайки пластинок. Очертание профильных режущих кромок у фасонных фрез, оснащенных твердым сплавом, может быть самым разнообразным.

Для фрезерных станков наибольшее распространение получили конструкции сборных насадных фрез, представленные на рис. 9. Дисковая пазовая фреза предназначена для фрезеро­вания пазов и проушин на станках с шипорезной кареткой. Такая фреза содержит вставные ножи 1, укрепляемые в клиновых пазах корпуса 4 клиньями 2 и распорными винтами 3. Внешний диаметр Dфрез 200; 250; 320 и 360 мм. Ножи изготавливают из стали или оснащают пластинками твердого сплава длиной 50 мм и шири­ной 8; 12; 16; 20 мм. Диаметр посадочного отверстия 32 и 40 мм.

Цилиндрическая сборная фреза с прямыми ножами (рис. 9,6) имеет центробежно-клиновой способ крепления ножей. Фреза со­стоит из корпуса 4, ножей 1, клиньев 2 и распорных болтов 3: При вывинчивании болтов 3 клинья 2 прочно закрепляют ножи в корпусе. Для надежного крепления ножей усилие затяжки со­ставляет 30—40 Н при длине ключа 120—140 мм. Во время вра­щения фрезы под действием центробежных сил усилие зажима ножа в корпусе возрастает.

Фрезы выпускают в двух исполнениях: исполнение А — с плос­кими стальными ножами длиной 40; 60; 90; ПО; 130; 170 и 200 мм; исполнение Б — с ножами, оснащенными пластинками твердого сплава ВК15. Внешний диаметр фрез 80; 100; 125; 140; 160 и 180 мм. Существуют аналогичные конструкции фрез для про­фильного фрезерования, а также нарезки шипов.

Составные фрезы собирают (составляют) из двух и более цель­ных фрез для обработки сложных (двухсторонних) профилей, имеющих участки, расположенные в плоскости вращения фрезы. Сборные насадные фрезы имеют сменные режущие элементы — резцы или ножи. В этом их основная особенность. Сборные насад­ные фрезы состоят из корпуса, режущих элементов в виде ножей или резцов, деталей крепления, регулирования, центрирования и зажатия на шпинделе станка. Сборные насадные фрезы обеспе­чивают постоянство диаметра резания независимо от переточек.

3.3 Концевые фрезы

В отличие от насадных фрез у концевых нет посадочного от­верстия, а есть хвостовик, которым они закрепляются на шпин­деле станка. Хвостовики бывают цилиндрические, конусные или резьбовые. Фрезы закрепляют в конусном или резьбовом гнезде шпинделя, патроне или цанге. В зависимости от формы поверхно­сти, описываемой режущими кромками при вращении инструмента, фрезы подразделяют на цилиндрические и фасонные.

Концевые фрезы применяют для выборки гнезд и пазов, обра­ботки деталей по контуру, фасонной обработки боковых поверхно­стей деталей, снятия свесов у щитов, облицованных различными материалами, объемного копирования и т. п. В отличие от насад­ных концевые фрезы имеют небольшой диаметр (практически от 3 до 60 мм). В связи с этим для обеспечения необходимых скоростей резания концевые фрезы работают при частоте вращения 9000— 24000 мин-¹. При таких частотах вращения и сравнительно не­больших скоростях подачи (5—10 м/мин) подача на один зуб (при 2=1... 2) незначительна, что обеспечивает высокое качество об­работки.

Концевые фрезы изготавливают в основном цельными, но суще­ствуют конструкции и сборных концевых фрез. При выборке про­дольных пазов, фрезеровании четверти, обработке внутренних кон­туров деталей (для заглубления) концевые фрезы кроме боковых режущих кромок должны иметь и торцовые режущие кромки.

В зависимости от оформления задних поверхностей зубьев конце­вые фрезы разделяются на затылованные, незатылованные и с остроконечными зубьями. Сведения о затылованных фрезах и фрезах с остроконечными зубьями приведены выше. Под незатылованными здесь понимаются фрезы, у которых задняя поверхность для любой точки боковой режущей кромки оформлена по дуге окруж­ностей из центра фрезы. Для создания необходимых углов резания незатылованные фрезы устанавливают в эксцентриковый зажим­ной патрон. По мере переточек уменьшается масса инструмента, поэтому незатылованные концевые фрезы необходимо периодиче­ски балансировать вместе с патроном. Балансируют их также и при изменении установочных углов в патроне.

Цельные концевые фрезы могут быть изготовлены целиком из легированной или быстрорежущей стали с припаянными пластин­ками из твердого сплава, монолитными (целиком из твердого спла­ва), в виде монолитной рабочей части из твердого сплава и напаян­ным хвостовиком из конструкционной стали. Фрезы концевые ци­линдрические из легированной стали марок Х6ВФ и 8Х4В4Ф1 (Р4) изготавливают трех типов (рис. 10): незатылованные для фрезерования по контуру (а); затылованные для фрезерования по контуру (б); для выборки гнезд (в). Фрезы типов -а и б-однорезцовые, типа в — двухрезцовые. Диаметр фрез типа а 3— 20 мм с градацией