Фрезерные станки

Фрезерная обработка металлических заготовок, или, как говорят специалисты, фрезерование, является одной из основных технологических операций в металлообработке. Наряду с другими операциями фрезерование активно используется во всех областях машиностроения. Фрезерование – это фактически резание металла с помощью особого инструмента – фрезы, совершающей вращательное движение. Обрабатываемая заготовка – будущая деталь - движется при этом главным образом поступательно, по прямолинейной или криволинейной траектории. Обрабатывая заготовки на фрезерных станках, можно создавать детали довольно сложных конфигураций, которые нельзя изготовить на каком-либо другом виде оборудования.
Операция фрезерования была разработана немецкими и австрийскими ремесленниками где-то в XVII-XVIII веках, хотя первичные методы фрезерной обработки разрабатывались задолго до этого. Официальный патент на изобретение универсального фрезерного станка был получен английским инженером Эли Уитни в начале XIX века. С тех пор универсальные фрезерные станки с триумфом зашагали по планете, находя применение в самых разных отраслях промышленности.

Фрезерный станок является промышленным оборудованием, которое по виду обработки материалов относится к категории металлорежущего. Центральный элемент фрезерного станка – фреза, оснащённая несколькими режущими лезвиями, которыми во время обработки снимается слой металла, в результате чего деталь приобретает геометрические параметры, предусмотренные инженерным чертежом. Фреза, повторимся, всегда совершает одно и то же движение – вращательное. Фреза крепится на шпиндель, который является валом. Иначе шпиндель называется фрезерной оправкой. В большинстве случаев она располагается строго в горизонтальной и вертикальной плоскостях, но некоторые конструкции станков допускают наклонное расположение шпинделя относительно заготовки. Станочный стол, на котором жёстко закрепляются заготовка и необходимая оснастка, перемещается по трем геометрическим осям, но может и дополнительно поворачиваться под углом относительно плоскости обработки. Стол приводится в движение либо вручную, либо механическим приводом. Подача стола тщательно контролируется. Для этого используется специальная градуировка – нанесённая на ходовые винты прецизионная шкала лимбов и особая оптика.

Фрезерной обработкой можно получать плоские и фасонные поверхности любого вида, геометрические тела вращения различных типов, зубчатые колёса и некоторые другие виды деталей. Сложные геометрические конфигурации получаются при использовании для управления подачей заготовки системы ЧПУ. В этом случае автоматика с большой точностью подаёт заготовку в зону фрезерования и управляет вращением и поворотами стола с тем, чтобы получать требуемые характеристики деталей. В этом контексте следует заметить, что во фрезерной обработке чрезвычайно важной является скорость подачи заготовки. Станки с ЧПУ способны автоматически устанавливать оптимальную скорость обработки.
Успешная металлообработка с использованием универсального фрезерного станка в немалой степени зависит от правильного выполнения вспомогательных действий, которые сопровождают подготовку к фрезерной обработке и непосредственно её выполнение. В ходе подготовки и во время фрезерования выполняются следующие действия: настройка и наладка узлов фрезерного станка, управление фрезой и столом, закрепление или, напротив, освобождение заготовки или полученной детали, а также операции с фрезой, например, её замена. К вспомогательным действиям относится и управление автоматами контроля размеров. В современных фрезерных станках, оснащённых системой ЧПУ, большинство вспомогательных действий выполняется автоматически, что делает оборудование с ЧПУ более гибким и удобным в эксплуатации в сравнении с другими типами фрезерных станков.

Виды фрезерования определяются по нескольким критериям.
Расположение шпинделя и способ закрепления заготовки определяют два вида фрезерования – горизонтальное и вертикальное. В современной промышленности активно используется универсальное фрезерное оборудование, фрезерование на котором осуществляется как вертикально и горизонтально, так и под разными углами.

Вид используемой фрезы определяет следующие виды фрезерования.
1. Торцовое. Используется для обработки значительных поверхностей.
2. Концевое. В результате концевого фрезерования на поверхности детали образуются всевозможные пазы - подсечки, канавки и так далее. Сквозные пазы (колодцы), пазы со сторонами, выходящими больше чем на одну поверхность (карманы), пазы со сторонами, выходящими лишь на одну поверхность (окна), изготавливаются также концевым фрезерованием.
3. Фасонное. С помощью этого вида фрезерования изготавливаются различные сложные профили – зубчатые колёса-шестерни, элементы червячных передач и так далее.

Поскольку фрезерование является резанием металла, то существует и самый простой вид фрез – дисковые. Они предназначены для выполнения самой простой операции – отрезания или разрезания металла.
От того, в какую сторону вращается фреза относительно движения стола с заготовкой либо относительно направления движения самой фрезы, фрезерование может быть попутным и встречным. В первом случае фреза вращается по направлению движения заготовки, в результате чего образуется поверхность высокой чистоты. Однако здесь велика вероятность разрыва заготовки, когда снимается большой слой металла. Второй вид фрезерования – встречное - является в некотором смысле противоположностью первого, так как здесь фреза вращается навстречу движению заготовки. Чистота поверхности получается ниже, но повышается производительность. В промышленной металлообработке применение нашли оба вида фрезерования. Встречным поверхности обрабатываются предварительно, а попутным выполняется окончательная обработка - чистовая.

Классификация фрезерных станков:

Фрезерные станки классифицируются на девять групп (по виду обработки). Далее каждая из групп разделяется на девять подгрупп, описывающих фрезерные станки по их типам.

Основными типами являются вертикальные, универсальные и горизонтальные - эти станки являются наиболее популярными и широко используются в производстве.

Выделяют нижеперечисленные виды фрезерных станков:
горизонтально-фрезерные консольные станки (с горизонтальным шпинделем и консолью)
универсальные — с пово­ротным столом
широкоуниверсальные фрезерные станки — с дополни­тельными фрезерными головками
вертикально-фрезерные станки (с вертикальным шпинделем) в том числе консольные
бесконсольные называемые также с крестовым столом
с передвижным порталом
широкоуниверсальные фрезерные станки инструментальные — с верти­кальной рабочей плоскостью основного стола и поперечным дви­жением шпиндельных узлов
копировально-фрезерные станки
фрезерные станки непрерывного действия, в том числе карусельно-фрезерные
барабанно-фрезерные и т.д.

Горизонтальные консольно-фрезерные

Имеют горизонтально расположенный, не меняю­щий своего места шпиндель. Стол может переме­шаться перпендикулярно к оси шпинделя в гори­зонтальном и вертикальном направлениях и вдоль оси, параллельной ей.

Горизонтально-фрезерный станок

Горизонтально-фрезерный станок - резание шпоночной канавки на небольшом валу. Левой рукой рабочий подает стол (вместе с деталью) в продольном направлении, а правой – по вертикали. То и другое, а также поперечная подача могут осуществляться автоматически. 1 – оправка; 2 – фреза; 3 – тиски; 4 – деталь; 5 – стол.

Горизонтально-фрезерный станок (1 — фундаментная плита, 2 — станина, 3 — консоль, 4 — салазки, 5 — стол, 6 — хобот, 7 — оправка с фрезой)

Универсальные фрезерные станки

Отличаются от горизонтальных тем, что имеют стол, который может поворачиваться на требуемый угол.

Вертикально фрезерные станки

Имеют вертикально расположенный шпиндель, перемещающийся вертикально и в некоторых моделях поворачивающийся. Стол может переме­щаться в горизонтальном направлении перпенди­кулярно к оси шпинделя и в вертикальном на­правлении.

Вертикально-фрезерный станок (1 — фреза, 2 — шпиндель, 3 — хобот, 4 — станина, 5 — стол, 6 — салазки, 7 — консоль, 8 — фундаментная плита, 9 - панель запуска шпинделя, 10 - регулировка передач шпинделя, 11 - регулировка скорости вращения шпинделя, 12 - Подача СОЖ, 13 - Продольное перемещение стола, 14,15,16 - ускоренные перемещения стола, 17 - поперечное перемещение стола)

Широкоуниверсальные фрезерные станки

В отличие от универсальных имеют помимо основного горизонтального шпинделя приставную головку со шпинделем, поворачивающимся вокруг вертикальной и горизонтальной осей.

Бесконсольно-фрезерные

Имеют шпин­дель, расположенный вертикально и перемещаю­щийся в этом направлении. Стол перемещается только в продольном и поперечном направле­ниях.

Продольно-фрезерные станки

Располагают столом, который может перемещаться только в про­дольном направлении по направляющим поверх­ностям станины. Вертикальные и поперечные пе­ремещения получают шпиндельные бабки и шпин­дели. Могут иметь, до двух вертикальных и до двух горизонтальных шпинделей при одно- и двухстоечном исполнениях.

Бесконсольно-фрезерные станки

Имеют шпиндель, расположенный вертикально и перемещаю­щийся в этом направлении. Стол перемещается только в продольном и поперечном направле­ниях.

Объемно-фрезерные

По принципу действия делятся на станки прямого и следящею копирования, осуществляемого путем ощупывания модели копировальным пальнем, а также программного управления, работающие одновременно и непрерывно по трем взаимно перпендикулярным координатам.

Фрезерные станки непрерывного действия

Непрерывного действия (карусельные) имеют вертикально расположенный шпиндель (шпиндели), установочно перемещающиеся по вертикали, и круглый стол, который может непрерывно вращаться со скоростью рабочей пода­чи, закрепление и обработка заготовок многопозиционные. Примером может слу­жить станок модели 6А23 с диаметром стола 1400 мм.

Шпоночно - фрезерные

Имеют вертикальный шпиндель, осу­ществляющий вращательное и одновременно с ним планетарное движение. Диаметр планетарного дви­жения может изменяться в соответствии с задан­ной шириной шпоночного гнезда. Стол переме­щается возвратно-поступательно в продольном направлении. Рабочий цикл автоматизирован. Примерами этих станков могут быть станки моделей 6Д91, 6Д92 и т. д.

Фрезерные станки с ЧПУ

На станках с ЧПУ предусматривается автоматическое управление перемещением стола и скоростью шпинделя. В некоторых случаях сам шпиндель устанавливается на салазках, допускающих его независимое перемещение в осевом или вертикальном направлении. Станок с ЧПУ такого типа позволяет серийно и с высокой точностью обрабатывать трехмерные поверхности, например, лопастей воздушных винтов и лопаток турбин.

Копировально-фрезерные станки

Копировально-фрезерные станки обрабатывают сложные криволинейные поверхности, например, пуансонов и матриц для штампования листового металла, форм для литья под давлением и экструдирования. Индикаторный щуп проходит по фигурному профилю копира, а рабочая фреза передает этот профиль обрабатываемой детали.