Москва
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
1977
фрезерование
В.В.Кувшинский

6П4.64
К88
УДК 621,914
Рецензент инж. О. М. Леонтьев
Кувшинский В. В.
К88 Фрезерование. М., «Машиностроение», 1977.
240 с. с ил.
В книге освещены методы совершенствования технологии
фрезерования, повышения ее точности и качества. Обобщен
опыт, новаторов производства по повышению производитель-
ности труда и снижению себестоимости обработки.
Рассмотрены способы рационального использования фре-
зерных станков, их механизации и автоматизации, а также
современные консольно-фрезерные станки с программным
управлением.
Книга предназначена для рабочих-фрезеровщиков и ма-
стеров машиностроительных заводов.
"тег"»-
ИБ № 702
Владимир Владимирович Кувшинский
Фрезерование
Редактор Д. И. Воронина
Технический редактор Л. А. Макарова Корректор Ю, Н. Рыбакова
Переплет художника Ф. Ю. Элинбаума
Сдано в набор 12/IV 1977 р. Подписано в печать 7/V11 1977 р. Т-09862
Формат бумаги 60X90Vle. Бумага типографская № 3. Уел. печ. л. 15,0
Уч.-изд. л. 16,7. Тираж 80 000 B-й вавод 40 001— 80000) экз. Заказ 369. Цена 85 коп-
Издательство «Машиностроение», 107885, Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., д. 3
Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном комитете
Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
193144, Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10
К 31207~106 1Q6-77 @ Издательство «Машиностроение», 1977 г.
038@1)-77

ПРЕДИСЛОВИЕ
Успешное выполнение программы дальнейшего строительства
материально-технической базы коммунизма в кашей стране, на-
меченной XXV съездом КПСС, в большой степени зависит от ма-
шиностроителей. Выпуск продукции машиностроения и металло-
обработки за десятую пятилетку необходимо увеличить в 1,5—
1,6 раза. Эта задача решается прежде всего увеличением эффек-
тивности общественного производства. Примерно 90% прироста
промышленной продукции должно быть обеспечено за счет повы-
шения производительности труда. Поставлена и такая важнейшая
задача, как повышение качественных показателей работы/ На
повышение качества продукции нацелены усилия ученых, инже-
неров и техников. Важная роль в повышении эффективности и
качества машиностроительного производства принадлежит рабо-
чим-фрезеровщикам.
В нашей стране работают тысячи высококвалифицированных
фрезеровщиков. Многие из них являются новаторами производ-
ства. Они -не только имеют большой опыт и практические знания,
позволяющие полностью использовать технологические возмож-
ности станка и. инструмента, но изобретают и совершенствуют кон-
струкции фрез, вспомогательный инструмент и приспособления.
Инструмент и приспособления новаторов постоянно экспони-
руются на Выставке достижений народного хозяйства, получают
распространение на многих предприятиях. Каждый новатор-
фрезеровщик передает свой опыт, знания, мастерство молодежи
и этим способствует решению общей задачи повышения эффек-
тивности труда.
В условиях научно-технической революции очень важно бы-
стро распространять и внедрять в производство новые достижения
науки, техники и технологии производства, новые методы орга-
низации труда.
В предлагаемой вниманию читателей книге обобщены резуль-
таты научных исследований, инженерных разработок, достижений
новаторов производства в области фрезерования. В ней исполь-
зован также опыт работы автора. При подготовке книги автор ру-
ководствовался требованиями по совершенствованию системы
профессиональной подготовки трудящихся, выдвинутыми
3

Л. И. Брежневым на XXV съезде КПСС. Л. И. Брежнев указал,
что научно-техническая революция придает иной, чем прежде,
характер труду, а следовательно, выдвигает новые требования
к подготовке человека к труду. Он подчеркнул, что в современ-
ных условиях невозможно делать главную ставку на усвоение
определенной суммы фактов, что важно прививать человеку уме-
ние самостоятельно пополнять свои знания, ориентироваться
в. стремительном потоке научной информации. Поэтому автор не
ставил цель охватить все стороны сложной, многообразной работы
фрезеровщика-универсала, привести наибольшее количество све-
дений о новых технических усовершенствованиях, рациональных
конструкциях инструмента и фрезерных станках.
Основное внимание обращено на вопросы эффективности, пути
повышения качества и производительности фрезерной обработки.
В соответствии с этим подробно рассмотрены причины, вызываю-
щие появление погрешностей при фрезеровании, физические явле-
ния в процессе резания, закономерности износа режущего ин-
струмента, принципы выбора оптимальной геометрии инстру-
мента и режима резания, методы рационального использования
станков, инструмента и приспособлений.
В связи с повышением требований к качеству обрабатываемых ,
поверхностей в книге подробно описаны причины появления и
способы уменьшения шероховатости обработанной поверхности,
критерии ее оценки и методы контроля. Рассмотрены стандартные
и оригинальные, в том числе предложенные фрезеровщиками-
новаторами, конструкции фрез и вспомогательного инструмента,
показаны пути повышения производительности при использова-
нии рациональных методов установки и крепления заготовок.

Г лава I
Качество
фрезерной
обработки
ТРЕБОВАНИЯ К ТОЧНОСТИ ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ
Качество машины или другой продукции — важнейший показа-
тель не только для оценки самого изделия, но и работы машино-
строительного завода. Под качеством продукции понимают сово-
купность (сумму) взаимосвязанных свойств, определяющих ее
пригодность для использования по назначению. Повышение ка-
чества выпускаемой продукции имеет огромное значение. Увели-
чивается эффективность общественного производства, улучшается
использование материальных ресурсов, лучше удовлетворяются
потребности общества, людей в продукции народного хозяйства.
Показатели качества и надежности выпускаемой продукции
являются сейчас важнейшими характеристиками работы пред-
приятий. Ведется специальный учет качества, принимаются все
возможные меры для повышения качества изделий, в том числе
поощрение рабочих.
Для гарантии определенного качества изделий и стимулирова-
ния производства изделий высокого качества в нашей стране вве-
дена государственная аттестация качества продукции. Если по-
казатели качества какого-либо изделия превышают требования,
установленные стандартами для данного вида продукции, и соот-
ветствуют высшим показателям качества, достигнутым в отече-
ственной и зарубежной промышленности, такай продукции при-
сваивают государственный Знак качества. Изделия, отмеченные
государственным Знаком качества, пользуются повщшенным спро-
сом в нашей стране и за рубежом. Каждый рабочий, инженер,
техник должен изыскивать и использовать все резервы повыше-
ния качества работы на своем заводе, в цехе, на участке и рабо-
чем месте.
Важнейшим показателем качества машиностроительной про-
дукции, от которого зависят многие эксплуатационные характе-
ристики машин, является точность изделий. Точностью изделия
в машиностроении называют степень его соответствия зар1анее
установленному образцу. Когда же говорят о точности детали,
то обычно под точностью понимают степень соответствия реальной
детали, полученной механической обработкой заготовки, по от-
ношению к детали, заданной чертежом и техническими условиями
на изготовление, т. е. соответствие формы, размеров, взаимного
5

расположения обработанных поверхностей, шероховатости поверх-
ности обработанной детали требованиям чертежа.
Следовательно, точность — понятие комплексное, включающее
всестороннюю оценку соответствия реальной детали по отношению
к заданной, в том числе оценку шероховатости поверхности.
При работе на металлорежущих станках применяют следующие
методы достижения заданной точности:
1) обработку по разметке или с использованием пробных
проходов путем последовательного приближения к заданной форме
и размерам; после каждого прохода инструмента контролируют
полученные размеры и решают, какой еще припуск необходимо
снять; точность в этом случае зависит от квалификации рабочего;
2) обработку методом автоматического получения размеров,
когда инструмент предварительно настраивается на нужный раз-
мер, а затем обрабатывает заготовки в неизменном положении;
в этом случае точность зависит от квалификации наладчика и спо-
соба настройки;
3) автоматическую обработку на копировальных станках и
станках с числовые программным управлением (ЧПУ), где точ-
ность зависит от точност.и действия системы управления.
Но какой бы станок или способ обработки не применяли, не-
сколько деталей, даже обработанных на одном и том же станке
одним и тем же инструментом, будут немного отличаться друг
от друга. Это объясняется появлением неизбежных погрешностей
обработки, которые служат мерой точности обработанной детали.
Фрезерование — один из основных способов обработки мате-
риалов резанием. Фрезами обрабатывают плоские и криволиней-
ные поверхности, разнообразные пазы, канавки, шлицы, зубья
шестерен, резьбы и многое другое. Почти любая деталь современ-
ной машины проходит несколько фрезерных операций.
Наиболее часто на фрезерных станках обрабатывают корпус-
ные и плоскостные детали. Несмотря на огромное разнообразие
форм и размеров, общим для всех этих деталей являются значи-
1ельные по размерам плоские обрабатываемые поверхности. При
фрезеровании плоских поверхностей требуется прежде всего обес-
печить правильную форму поверхности, которая оговаривается
на чертеже в виде допускаемых отклонений от плоскостности (не-
плоскостность) и прямолинейности (непрямолинейность).
Фрезерованием можно обеспечить высокую точность формы
обработанных поверхностей. При чистовом фрезеровании дости-
гается точность формы порядка VIII—X степени точности, а при
тонком фрезеровании — VI—VIII степени точности (табл. 1).
Для сравнения можно отметить, что при протягивании дости-
гается VI—VIII степень точности, при шлифовании — V—VIII,
а на особо точных станках — III—V степень точности. И только
такие дорогие и малопроизводительные методы обработки, как
притирка и тонкое шабрение, позволяют получать II—III степень
точности.

Предельные отклонения от плоскостности и прямолинейности
{ГОСТ 10356—63)
Таблица 1
Интервалы номинальных
длин, мм
Св.
»
»
25
60
160
400
до 60
» 160
» 400
» 1000
4
6
10
16
VI
6
10
16
25
Степень точности
VII
VIII
IX
Предельные отклонения.
10
16
25
40
16
25
40
60
25
40
60
100
мкм
40
60
100
160
X.
60
100
160
250
Примечание. Наивысшая степень точности — первая (I); для нее предельное
отклонение в диапазоне размеров 25—60 мм составляет 0,6 мкм.
Другое важное требование при обработке корпусных деталей —
обеспечение точного взаимного расположения обработанных пло-
скостей (табл. 2).
Практически минимальные отклонения взаимного расположе-
ния плоских поверхностей при фрезерной обработке по величине
примерно такие же, как и погрешности формы.
t T а б л и-ц а 2
Предельные отклонения от параллельности и перпендикулярности
(ГОСТ 10356—63)
Интервалы номинальных
длин, мм
Св. 25 до 60
» 60 » 160
» 160 » 140
» 400 » 1000
Степень точности
V
VI
VII
VIII
IX
XI
Предельные отклонения, мкм
6
10
16
25
10
16
25
40
16
25
40
60
25
40
60
100
40
60
100
160
60
100
160
250
100
160
250
400
Раньше обработку отверстий на фрезерных станках выпол-
няли довольно редко, главным образом в условиях единичного и
мелкосерийного производства Yio разметке. По мере расширения
выпуска станков с ЧПУ и особенно станков с автоматической сме-
ной инструмента и многооперационных станков обработка отвер-
стий становится одной из основных фрезерных работ. На этих
станках отверстия обрабатывают не только такими традицион-
ными инструментами, как сверла, зенкеры, развертки, расточные
резцы и т. п., но и фрезами, зачастую используя одну и ту же кон-
цевую фрезу для обработки всех поверхностей заготовки: наруж-
ного контура, различных выемок, углублений (колодцев) и отвер-
стий. Благодаря тому что многие поверхности обрабатывают за
один установ заготовки, достигают наиболее высокой точности

взаимного расположения элементов детали, а в ряде случаев и
наивысшей производительности обработки.
Заданная точность взаимного расположения отверстий, отвер-
стий и поверхностей заготовки зависит от геометрической точности
станка, регламентируемой нормами точности (например, от непа-
раллельности оси шпинделя и опорной поверхности стола гори-
зонтально-фрезерного станка, от перпендикулярности оси шпин-
деля поверхности стола вертикально-фрезерного станка и др.),
жесткости станка, станочного приспособления, инструмента, заго-
товки и других факторов. Точность размеров отверстий при ра-
боте мерным инструментом зависит главным образом от точности
его размеров.после заточки, износа инструмента, а также от бие-
ния инструмента в шпинделе или на оправке и биения самого шпин-
деля и вспомогательного инструмента. При растачивании отвер-
стий резцами и резцовыми головками точность диаметра обеспе-
чивают соответствующей настройкой и поднастройкой на размер
инструмента по мере износа.
Точность межосевых расстояний зависит от геометрической
точности станка, погрешностей лимбов, приспособлений (при
обработке отверстий g использованием кондукторных плит и на-
правляющих втулок), от точности отсчета и выполнения линейных
перемещений в станках с программным управлением и др.
При обработке заготовок деталей с закономерно повторяю-
щимися элементами (зубчатых колес и муфт, шлицевых валов,
концевого инструмента g прямыми и винтовыми канавками) воз-
никают дополнительные трудности, связанные с необходимостью
периодического или непрерывного поворота заготовки. В этих
случаях на точность обработки большое влияние оказывают по-
грешности делительных механизмов и приспособлений, их жест-
кость.
Как правило, большинство названных и других погрешностей
оказывают совместное влияние на точность механической обра-
ботки, что дополнительно усложняет изготовление деталей.
Рассмотрим теперь более подробно основные причины, вызы-
вающие появление погрешностей при фрезерной обработке.
ПОГРЕШНОСТИ ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ
К причинам, вызывающим появление погрешностей при обработке
резанием, можно отнести следующие: 1) неточности металлоре-
жущего станка, вызванные погрешностями изготовления его
деталей и неточностями сборки; 2) погрешности установки заго-
товки; 3) неточности изготовления, установки, настройки и износ
режущего инструмента; 4) упругие деформации технологической
системы; 5) тепловые деформации технологической системы;
6) остаточные деформации в заготовке.
Рассмотрим каждую группу причин, погрешностей, характер
их влияния на точность обработки и способы уменьшения по-
грешностей.

Неточности металлорежущего станка
Точность станка оценивают в ненагруженном состоянии и в ра-
боте. Точность станка в ненагруженном состоянии, называемая
геометрической точностью станка, зависит от точности основных
его деталей и качества сборки. Геометрическую точность оцени-
вают, определяя геометрические погрешности.
Для проверки геометрической точности станка руководству-
ются стандартными нормами точности. Все новые станки, а также
станки, прошедшие ремонт, должны соответствовать нормам точ-
ности. Квалифицированный фрезеровщик должен знать геометри-
ческую точность своего станка и уметь выполнить основные про-
верки точности.
Контроль геометрической точности станка позволяет получить
сведения о всех основных погрешностях изготовления и сборки
станка, влияющих на точность обработки заготовок. Для этого
стандартами предусмотрен ряд проверок, которые можно разде-
лить на две группы: А — проверки геометрических погрешностей
станка, влияющих на точность положения заготовки на столе и
на точность выполнения заданных перемещений заготовки по
отношению к инструменту; Б — проверки геометрических по-
грешностей станка, вызывающих погрешности положения инстру-
мента по отношению к заготовке.
Проверки группы А. Положим, что заготовка прямоугольной
формы с предварительно обработанными основанием и боковой
поверхностью (рис. Г) установлена на столе широкоуниверсаль-
ного консольно-фрезерного станка, выверена так, что боковая
поверхность заготрвки параллель-
на среднему пазу стола, и закре-
плена прихватами.
Для устойчивого положения за-
готовки на столе и плотного при-
легания ее основанием к столу
необходимо, чтобы и стол станка
был плоским. Плоскостность стола
контролируют следующим образом
(рис. 2, проверка 1). На рабочей
поверхности стола 1 (В и L — ши-
рина и длина стола) устанавли-
вают на подкладках 2 одинаковой
высоты точную контрольную ли-
нейку 5, а рядом с ней, на подстав-
ке — индикатор 4 часового типа
нулевого класса точности. Пере-
мещая индикатор по столу вдоль
линейки, записывают его показа-
ния в точках, расположенных на
Пягртпаннау л^П1/ ^ 1ПП хлм н Рис' 1ф Схема обработки заготовки на
раССТОЯНИЯХ a#=^U,lL, > lUU MM И широкоуниверсальном станке
9

ю

Рис. 2. Схемы проверок консолыго-фрезервых
станков на геометрическую точность:
/ — 19 — номера проверок (ГОСТ 17734—
72)
Ь > 100 мм. Измерения выполняют при продольном, поперечном
и диагональном положениях линейки по отношению к столу.
По результатам всех измерений находят наибольшую алге-
»браическую разность показаний индикатора и сравнивают с до-
пускаемым значением (табл. 3). При оценке результатов измере-
ния следует учесть и то, что нормами точности выпуклость стола
не допускается, так как установленная на него заготовка или
приспособление могут покачиваться.
Положим теперь, что по чертежу детали требуется обработать
поверхность 2 заготовки (см. рис. 1). Как видно, эта поверхность
будет параллельна основанию, если рабочая поверхность стола
параллельна направлению продольной подачи snpofl.
Для обработки всей верхней, поверхности заготовки потребу-
ется поперечное перемещение ?тола (с салазками), поэтому рабо-
чая поверхность стола должна быть параллельной еще и напра-
влению поперечной подачи snon.
Допускаемые геометрические погрешности консольно-фрезер-
ных станков по ГОСТ 17734—72 для проверок 6,7,9,10,17,18,19
приведены ниже.
Номер проверки 6 7 9 10 17 18 19
Допуск, мкм . .,. 10; 6 20; 12 10; 6 20; 12 0,08 мм/м 80; 50 30 на
на длине длине
300 мм 300 мм
Для контроля параллельности рабочей' поверхности стола
направлениям его продольного и поперечного перемещений (рис. 2,
проверки 3 и 4) на неподвижной части станка закрепляют инди-
11

ЕЗ Допуска емые геометрические погрешности консольно-фрезервых станков по ГОСТ 17734—72/
Для проверок 1, 2, 3, 4, 5, 8, И, 12, 13, 14, IS, 16
Таблица 3
[Номер |
проверки
1
?
3
4
5
13
14
Длина
До
16;
До
20;
До
До
20;
До
16;
До
10
250
10
400
12
160
10
400
12
160
10
60
;«
измерения * или
яопуск.
Св. 250
до 400
20;
До
16;
Св
Св
Св
Св.
ДО
12;
12
160
10
40С
25;
. 16С
20
. 40С
25;
Ср
60
100
8
Св.
ДО
251
> До
16
) до
12
) ДО
16
перемещения **, мы[
мкм (в знаменателе)
400
630
16
63Q
250
630
. 160 по
20
Св.
до
16
; 12
100
160
; 10
Св. 630
до 1000
30; 20
Св.
по
40
Св
(в числителе),
1000
1600
, 25
. 160
20; 12
Св. 630 до
30; 20
Св. 250 до
25; 16
Св. 630 до
30; 20
250
Св. 160
ДО 250
20; 12
1000
400
1000
Св.
25
(
Св. 1600
50; 30
Св. 1000
40; 30
Св. 400
30; 20
Св. 1000
40; 25
250
2в. 250
25; 16
1 Номер 1
проверки 1
8
11
12
15
16
Ширина стола, мм (в числителе), допуск, мкм
(в знаменателе) (L — длина измерения, мм)
До
а= 10; 6; б =
До 160
10; 6; L= 100
До
10. О
IZ; о;
До 160 '
10; 6; L = 100
До
16; 10;
250
12; 8; L =
Св. 160
12; 8; L
160
Г 1 КП
L — AOU
Св. 160
12; 8; L
160
/.= 150
150
до 250
= 150
до 250
= 150
Св 250
ол
12; L = 300 '
Св. 250
25; 16; L =
Св. 160
ос. кг. /
zu; Io; L —
Св. 250
20; 16; L =
Св. 160
30; 20; L =
300
*2ПЛ
ouu
300
ЗШ
* Для проверки /.
** Для проверок 2, 3, 4, В, IS, 14.
Примечание, а, б—«допуски для измерений в соответствующих сечениях (см рис. 2). Полужирном даны допуски для станков
повышенной точности (П).

катор, подводя его к контрольной линейке. При проверке 3 стол
перемещают в продольном направлении на всю длину хода при
закрепленных салазках и консоли, а при проверке 4 — в попе-
речном направлении на длину хода (но не более чем на 300 мм)
при закрепленной консоли. Отклонение от параллельности опре-
деляют как наибольшую алгебраическую разность результатов
измерений на длине хода и сравнивают с допускаемой (табл. 3).
Если обработку заготовки по ширине выполняют перемещением
хобота станка (sxo6, рис. 1), а не стола, то производят проверку 19
(см. рио. 2.). В этом случае индикатор устанавливают на корпусе
фрезерной головки. Измерения производят в обоих концах хода
хобота, предварительно закрепляя его в этих положениях. От-
клонение хобота вверх не допускается. Это условие связано о де-
формацией хобота при фрезеровании. Сила резания заставляет
его приподниматься. Если без нагрузки хобот при большом вылете
приподнимается, то под нагрузкой это отклонение увеличивается;
если опускается, то под нагрузкой положение хобота может ча-
стично или полностью исправиться.
При обработке торцовой поверхности / заготовки (см. рис. 1)
ее перпендикулярность к боковой поверхности можно обеспечить
при условии, если поперечное перемещение стола snon перпенди-
кулярно к его продольному перемещению snpOA. Это условие кон-
тролируют проверкой 2. Индикатор 3 закрепляют на неподвижной
части станка, а поверочный угольник 2 выверяют так, чтобы
одна из его сторон была параллельна продольному перемещению
стола. Измерения выполняют на длине поперечного хода стола
(но не более 300 мм) при закрепленной консоли. Отклонение от
перпендикулярности находят как наибольшую алгебраическую
разность показаний индикатора.
Для получения на заготовке паза 2, параллельного боковой
поверхности 3 (см. рио. 1), обработанной на другом станке, необ-
ходимо, чтобы средний паз стола был параллелен направлению
продольного перемещения стола (вспомним, что при установке
ваготовки на стол положение ее боковой поверхности выверяли
по отношению к среднему пазу). Погрешность находят при про-
верке 5. На неподвижной части станка устанавливают индикатор
и контролируют положение боковых поверхностей среднего паза
стола на длине его хода (см. рис 2). Погрешность подсчитывают
так же, как при других проверках.
При обработке паза 4 на боковой поверхности заготовки (см.
рис. 1) его перпендикулярность основанию заготовки и равная
глубина по высоте заготовки будут достигнуты, если вертикальное
перемещение консоли перпендикулярно к рабочей поверхности
стола в продольнрм и поперечном направлениях (проверка 13).
У вертикально-фрезерных станков с подвижной фрезерной баб-
кой важно (например, при растачивании отверстий в корпусных
Деталях), чтобы вертикальное перемещение головки было перпен-
дикулярно к рабочей поверхности стола в продольном и попе-
13

Рис 3. Погрешности обработки при от-
клонении от перпендикулярности оси
шпинделя по отношению к столу станка;
при несовпадении оси шпинделя и серьги
и перекосе хобота
речном направлениях (проверка
14). Проверку выполняют с по-
мощью точного угольника или
кольца при закрепленных кон-
соли и салазках, в двух взаимно
перпендикулярных вертикаль-
ных плоскостях. Находят наи-
большую алгебраическую раз-
ность показаний индикатора
в каждой плоскости измерения.
Для станков с поворотным
столом проверяют еще и парал-
лельность рабочей поверхности
стола по отношению к плоскости
его поворота (проверка 17). На стол станка ставят уровень и при
двух его положениях (продольном и поперечном), поворачивая стол
каждый раз на 45° в одну и другую сторону, находят отклонение
как алгебраическую разность показаний индикатора в первона-
чальном и повернутом положениях стола.
Проверки группы Б. Эта группа проверок служит для выявле-
ния погрешностей положения базовых поверхностей шпинделя,
от которых зависят биение инструмента и погрешности положения
отверстия серьги, поддерживающей оправку с фрезами (на гори-
зонтально- и универсально-фрезерных станках).
Осевое биение шпинделя (проверка 6, рис. 2), торцовое бие-
ние опорного торца шпинделя (проверка 7), радиальное биение
центрирующей шейки шпинделя (проверка 9) вызывают соот-
ветствующее биение фрез, закрепляемых непосредственно на
конце шпинделя, и, как результат, искажение плоскост-
ности, появление волнистости обработанной поверхности и
снижение стойкости фрез из-за неравномерной загрузки
зубьев.
При выполнении проверки 6 (см. рис. 2) в коническое отверстие
шпинделя плотно вставляют контрольную оправку / с центровым
гнездом под шарик 2. В этот шарик упирают наконечник индика-
тора, установленного на неподвижной части станка. Шпиндель
поворачивают и определяют биение как наибольшую алгебраи-
ческую разность показаний индикатора. При выполнении про-
верки 8 биение оправки проверяют в сечениях а и б.
При обработке поверхностей торцовыми фрезами, закреплен-
ными на конце или в отверстии шпинделя, важно, чтобы ось шпин-
деля была перпендикулярна обрабатываемой поверхности, —
иначе поверхность получится не плоской, а вогнутой (см.
рис. 3, а). Для станков с горизонтальным шпинделем проверяют
перпендикулярность оси вращения шпинделя к среднему пазу
стола, устанавливая в паз специальный сухарь, а в шпиндель ко-
ленчатую оправку с индикатором (проверка 10) Для станков с вер-
тикальным шпинделем контролируют перпендикулярность оси
14

вращения шпинделя к рабочей поверхности стола в продольном
и поперечном направлениях (проверка 12).
Если фрезу крепят хвостовиком в коническом отверстии шпин-
деля, необходимо проверить радиальное биение этого отверстия
(проверка 8) в сечениях а и б, а также параллельность оси враще-
ния шпинделя поверхности стола (проверка 11). Эти же проверки
производят при обработке фрезами, закрепленными на оправках.
Кроме того, при таких работах необходимо еще проверить соос-
ность отверстий серьги и шпинделя (проверка 16). Шпиндель
вместе с индикатором повертывают вокруг оправки, установлен-
ной в серьге, и определяют отклонение как половину алгебраиче-
ской разности показаний индикатора, а также параллельность
направляющих хобота станка оси вращения шпинделя в верти-
кальной и горизонтальной плоскостях (проверка 15, рис. 2).
Для этого хобот станка перемещают в крайнее переднее положение
(а для широкоуниверсальный станков — в среднее положение)
и закрепляют. На ползушке / закрепляют индикатор 2 таким об-
разом, чтобы его можно было подводить к закрепленной в шпин-
деле точной оправке в двух плоскостях: вертикальной и горизон-
тальной. Сначала выполняют измерения в одной, например вер-
тикальной, плоскости в двух сечениях на расстоянии L при двух
угловых положениях шпинделя. После первого измерения шпин-
L2$ 0,5 l,, но не менее 160мм и не более 500мм
В,^ 0,5 В, но не более 160мм
h "& 0,3 н, но не более 120мм
#,2* Ь+50мм
Рис. 4. Рекомендуемые формы и размеры образцов для
станков:
а — с горизонтальным шпинделем; б — с вертикальным
шпинделем; Н, В и L — соответственно наибольшее рас-
стояние от оси (торца) шпинделя до стола, ширина стола
и наибольший ход стола в продольном направлении
15

дель поворачивают на 180° и делают второе измерение. Затем
аналогичные измерения проводят в горизонтальной плоскости
Отклонение от параллельности направляющих хобота по
отношению к оси вращения шпинделя в каждой плоскости опреде-
ляют как алгебраическую полусумму двух алгебраических разно-
стей показаний индикатора, полученных при двух угловых поло-
жениях шпинделя (с поворотом его на 180°).
Значение проверок 15 и 16 поясняет рис. 3, а, б. При непарал-
лельном расположении направляющих хобота к оси шпинделя
или при несовпадении отверстий серьги и шпинделя оправка с фре-
зой будет прогибаться. В результате поверхность, обработанная
цилиндрической фрезой, будет не параллельна основанию заго-
товки, а паз, обработанный дисковой фрезой, будет искажен.
Для .станков с поворотным столом выполняют* еще проверку
пересечения оси вращения шпинделя с осью поворота (проверка 18,
рис. 2). Эту проверку делают в тех случаях, когда на заготовке
обрабатывают пазы, положение или место пересечения которых
должно совпадать с осью или плоскостью симметрии заготовки.
При проверке в отверстие шпинделя станка вставляют оправку
б коническим наконечником, приблизительно поворачивают~стол
на угол 90° ~, а затем выверяют его положение по оправке
индикатором, установленным в средний паз стола на подставке.
Затем, не нарушая настройку индикатора, поворачивают стол
в другую сторону на такой же угол 90Q ^- и добиваются парал-
лельности среднего паза стола образующей конуса оправки с по-
мощью индикатора, Записав показания индикатора по окончании
выверки, можно определить отклонение положения стола как
алгебраическую разность показаний индикатора, снятых при двух
положениях стола, умноженную на sin ¦—-. Значения всех допу-
скаемых погрешностей для каждой из проверок станка приве-
дены в табл. 3.
Проверка станка в работе. Проверка геометрической точности
станка еще не дает возможности уверенно судить о точности обра-
ботки. Нужно знать еще, какие возникнут дополнительные по-
грешности, когда под действием силы резания станок будет испы-
тывать значительные переменные по, величине и направлениям
нагрузки. Установлена единая методика проверки станков в ра-
боте.
На стол станка устанавливают чугунный образец специальной
формы (см. рис. 4), у которого точно обработано основание, а ос-
тальные поверхности обработаны предварительно. Образец закре-
пляют в середине стола и обрабатывают поверхности Я, К, Л,
М, Я на режимах чистового фрезерования не менее чем за два
рабочих хода одной или несколькими фрезами (рекомендуются
фрезы диаметром до 85 мм). Поверхность К для станков в горизон-
16

Таблица 4
Погрешности, Допускаемые при проверке в работе консольно-фрезерных
станков (ГОСТ 17734—72)
Класо
точности
станка
н
п
Длина измерения, мм
4
а
10
6
До 60
В
10
6
12
8
Св. 60
до 100
а
12
8
В
12
8
16
10
Св. 100
до ieo
Допуск,
а
16
10
II
16
10
20
12
Св. 160
до 250
мкм
а
20
12
II
20
12
X
25
16
Св. 250
до 400
а
25
16
II
25
16
30
20
СВ. 4UU
D
30
20
И
30
20
Примечание. Допускаемые отклонения от плоскостности обозначены Q,
параллельности —¦ Ц и перпендикулярности — _L
тальным шпинделем (рис. 4, а) и поверхность И для станков с вер-
тикальным шпинделем (рис. 4, б) обрабатывают с перекрытием.
По окончании обработки проверяют плоскостность поверхно-
стей, параллельность верхней поверхности И основанию и перпен-
дикулярность поверхностей КкИ\ЛкИ>МкИ,КкЛнКкМ.
Допускаемые отклонения приведены в табл. 4.
Для широкоуниверсальных станков класса точности П, на
которых часто выполняют обработку отверстий мерным и регули-
руемым инструментом, 'предусмотрена проверка точности раста-
чивания отверстий в чугунном образце (см. рис. 4). В шпинделе
станка закрепляют расточный резец и растачивают отверстие об-
разца диаметром D др 80 мм. Проверяют форму полученного отвер-
стия и перпендикулярность его оси к основанию образца. Для
этого индикатором внутреннего измерения проверяют диаметр
обработанного отверстия в продольном сечении, который на всей
длине отверстия не должен изменяться более чем на 16 мкм, и
диаметр в поперечном сечении (наибольший и наименьший). Раз-
ность диаметров не должна превышать 10 мкм.
Для проверки перпендикулярности оси отверстия основанию
образца в отверстие вводят точный шлифованный валик; к осно-
ванию образца прикладывают контрольный угольник, подводят
его к валику и измеряют зазоры щупом. Наибольший зазор на
длине измерения 150 мм не должен превышать 16 мкм.
Такие проверки делают при контроле точности вертикально-
фрезерных бесконсольных станков с крестовым столом и станков
других типов.
Проверка станков в работе согласно стандарту позволяет полу-
чить данные о точности обработки заготовок, подобных по форме
и размерам проверочным образцам. При обработке заготовок
другого типа в измененных условиях на точность будут влиять
еще и другие факторы, рассматриваемые ниже.
17

Погрешности установки заготовки
Прежде чем рассматривать причины, вызывающие погрешности
установки, необходимо хорошо представить основные схемы уста-
новки заготовок на станке и в приспособлении, их особенности и
случаи применения.
При установке заготовки для обработки необходимо обеспечить
вполне определенное положение ее по отношению к режущему
инструменту. Установка часто усложняется тем, что многие заго-
товки легко деформируются при закреплении. Но уменьшение
сил закрепления может вызвать смещение заготовки при фрезеро-
вании под действием сил резания.
Способ закрепления заготовок должен обеспечивать быстроту
установки и снятия их, при этом крепление должно быть простым
и надежным. При серийном и массовом производстве часто необ-
ходима одновременная обработка нескольких заготовок. Такие
заготовки крепят на станках с помощью станочных приспособле-
ний.
Станочными приспособлениями называют дополнительные ме-
ханизмы к станкам, предназначенные для установки и закрепления
заготовок в соответствии с требованиями их обработки. Приме-
няют также приспособления для закрепления инструментов (их
называют вспомогательными инструментами), настройки инстру-
ментов на размер и приспособления, расширяющие технологиче-
ские возможности станка, К последним относятся приспособления,
при применении которых одношпиндельный станок можно пере-
делать в многошпиндельный, горизонтально-фрезерный в верти-
кально-фрезерный или в продольно-фрезерный, приспособления
для копирной обработки на разных станках общего "назначения
и т. д.
Заготовку своими поверхностями устанавливают на опорные
части приспособления или на стол станка и прижимают к ним.
Эти поверхности заготовки называют базовыми или просто базами.
В зависимости от произведенной обработки основные и вспомо-
гательные базы могут быть черновыми и чистовыми.
Поверхность называют черновой базой, если ее предварительно
не обрабатывают на металлорежущем станке. Точная повторная
установка обрабатываемой детали на необработанную поверхность
невозможна (за исключением случаев, когда черновая база полу-
чена точным литьем или когда точное положение заготовки дости-
гается ее выверкой по ранее обработанным поверхностям — про-
верочным базам). Поэтому в дальнейшем черновую базу обычно
заменяют промежуточной или чистовой базой — поверхностью,
прошедшей частичную или полную обработку. Чистовой базой
называют обработанную поверхность, на которую заготовку уста-
навливают при выполнении окончательной чистовой обработки.
Рассмотрим основные способы установки заготовок в приспосо-
блениях.
18

Установка заготовок по плоскостям показана на рис. 5. Такая
схема обеспечивает вполне определенное положение заготовки
в пространстве, а следовательно, и по отношению к режущему
инструменту. Своей нижней базовой поверхностью — установоч-
ной — заготовка установлена на три штифта /, 2, 3, размещенных
в виде треугольника.
Чтобы установить заготовку по плоскости, необходимы и
достаточны три точки. Двух точек для установки заготовки недо-
статочно, так как возможен ее поворот вокруг оси, проходящей
через эти точки. Четвертая точка будет лишней. Поясним это на
простом примере. Известно, что стол с тремя ножками устойчиво
стоит на неровной поверхности; стол с четырьмя ножками кача-
ется даже на ровном полу, если одна из ножек чуть короче других.
То же самое бывает, если все ножки одинаковой длины, но пол не
совсем ровный.
Прижимая заготовку силой Рх в направлении установочной
плоскости, лишаем ее возможности двигаться вверх и вниз и
поворачиваться вокруг горизонтальных осей X и У. Остается воз-
можность перемещения заготовки вдоль установочной плоскости
(если сила Рх недостаточна, чтобы препятствовать этому) и пово-
рота вокруг вертикальной оси. Для того чтобы воспрепятствовать
смещению заготовки в горизонтальном направлении (по оси X)
и повороту вокруг вертикальной оси Z, вертикальная базовая
поверхность (назовем ее направляющей) должна опираться на
два штифта 4t 5 и прижиматься к ним силой Р2. Смещению заго-
товки вдоль горизонтальной оси Y препятствует штифт 6, к кото-
рому заготовка прижимается силой Р3 опорной плоскостью. В ре-
зультате положение заготовки в пространстве вполне опреде-
лено 1.
Таким образом, для получения определенного положения заго-
товки в приспособлении необходимо и достаточно иметь шесть
опорных точек, из которых три в установочной плоскости, две
в направляющей и одна в опорной. Это правило называется пра-
вилом шести точек.
Понятно, что если заготовку устанавливают в приспособлении
обработанными поверхностями, опорные точки можно заменить
опорными плоскостями. Анологичш устанавливают в приспосо-
блениях не только заготовки типа призм, но и планки, шпонки,
плиты, стойки, кронштейны и многие корпусные детали.
Вполне определенное положение заготовки относительно при-
способления требуется не всегда. Например, при фрезеровании
паза бруска в тисках его обычно устанавливают на две подкладки
/ и 2, заменяющие три точки в установочной плоскости, и прижи-
мают к неподвижной губке, заменяющей две точки в направляю-
щей плоскости (рис. 6). Шестая точка (в опорной плоскости) от-
1 Следует отметить, что названия установочная, направляющая и опорная
плоскости относят как к заготовке, так и к соответствующим плоскостям при-
способления, по отношению которых ориентируют заготовку.
19

Рис. S. Схема установки заготовки
по трем плоскостям
Рис. 6, Схема установки бруска в тисках:
УП >¦» установочная плоскость; НП*-на-
правляющая плоскость; 1,2*- подкладки
сутствует. Для точности обработки определенное положение опор-
ной плоскости не имеет значения, так как размеры паза заданы
на чертеже от установочной и направляющей плоскостей. Иногда,
например при чистовом фрезеровании поверхностей брусков,
планок, мелких корпусов и т. д., заготовки устанавливают на
магнитный стол, закрепленный на столе фрезерного станка. По-
верхность стола заменяет три опорные точки. Положение напра-
вляющих и опорных плоскостей здесь безразлично, поэтому
число опорных точек сокращено до трех.
Установку заготовки g использованием шести опорных точек,
обеспечивающую вполне определенное положение ее в простран-
стве, называют полной, а установку с меньшим числом опорных
точек — неполной, сокращенной. При сокращенной установке
конструкция станочного приспособления обычно упрощается и
уменьшается число зажимов, что позволяет сократить время на
установку и снятие заготовок.
Следует учитывать, что силы резания должны быть направлены
в сторону ^опорных точек приспособления — в том же направле-
нии, что и силы зажима. В противном случае при встречном на-
правлении сил резания и зажима крепление заготовки будет осла-
блено и дна может вырваться из приспособления. При сокращен-
ной установке недостаток опорных точек должен компенсироваться
увеличением силы зажима. Однако часто это невозможно сделать.
Например, при фрезеровании паза смещение заготовки в тисках
под действием силы резания предупреждается сильным зажатием
бруска. Но при черновом фрезеровании на высоких режимах,
когда силы резания значительны, заготовка может сместиться.
В этом случае необходимо предусмотреть упор в опорной плоско-
сти; фактически установка становится полной.
20

При фрезеровании на магнитной плите черновую обработку
необходимо производить с применением упоров, ограничивающих
смещение заготовок вдоль плиты. В этом случае сокращенная
установка приближается к полной. Часто приходится усложнять
установку еще и потому, что "заготовка недостаточно жесткая и
к ней нельзя прикладывать большие силы зажима.
Для установки деталей в приспособления используют устано-
вочные элементы. Опорными точками в приспособлениях служат
постоянные опоры (рис. 7, а), а при установке на обработанные
поверхности -— опорные пластины (рис. 7, б). Опоры с насеченной
головкой применяют для сокращенной установки по необрабо-
танной поверхности, так как они препятствуют смещению заготовки
на опоре. .В опорных пластинах обычно делают косые пазы, куда
сваливается стружка, образующаяся при фрезеровании; это
облегчает очистку базовых поверхностей приспособления.
Довольно часто трех точек для установки заготовки на пло-
скость оказывается недостаточно. Заготовка стоит неустойчиво
или может прогнуться между точками опоры под действием сил
зажима или резания. В этих случаях применяют дополнительные
опоры, которые делятся на самоустанавливающиеся и подво-
димые.
В связи с тем, что заготовка при установке в приспособлении
будет касаться только трех точек, остальные опоры должны быть
подвижными, которые подводят к заготовке после ее установки и
затем закрепляют неподвижно.
Применение самоустанавливающейся дополнительной опоры
показано на рис. 8 [4]. Приспособление предназначено для уста-
новки корпусной заготовки, у которой фрезеруют боковые парал-
Рис. 7. Установочные элементы (опоры)
21

Рис. 8. Универсально-сборное приспособление для установки
корпусной заготовки н» трем плоскостям
лельные поверхности набором из двух дисковых фрез. Заготовка
условно показана тонкой линией, обрабатываемые поверхности
обозначены жирными линиями
В качестве установочной базы служит нижняя поверхность
заготовки, которой ее устанавливают на три опорные точки /,
2, 3. Роль направляющей базы выполняют выступы фланца кор-
пуса (см. вид Л), которыми заготовка упирается в винты 4, 5
(еще две опорные- точки). Последней, шестой точкой в опорной
плоскости является винт 6. При установке заготовки в приспосо
22

блении рабочий поджимает ее к опорам 4, 5, 6, а затем закрепляет
четырьмя прихватами.
Для увеличения устойчивости заготовки, более прочного ее
закрепления н исключения возможных деформаций при зажиме
и фрезеровании установлена дополнительная самоустанавливаю-
щаяся опора 7 <оечение В—5, рис. 8). В корпусе опоры размещен
подпружиненный плунжер с шариковым наконечником. Плун-
жер можно фиксировать в разных положениях по высоте винтом,
упирающимся в скос на боковой поверхности плунжера.
Перед установкой заготовки стопорный винт должен быть от-
пущен. При установке заготовки на постоянные опоры плунжер
дополнительной опоры опустится на высоту, соответствующую
фактическому положению базовой поверхности заготовки. За-
тем плунжер закрепляют винтом в этом положении и дополни-
тельная опора становится жесткой. Теперь можно заготовку на-
дежно закрепить прихватами.
Рассмотренная конструкция приспособления интересна еще
и тем, что полная установка заготовки осуществлена без приме-
нения в приспособлении боковых стенок (сравните конструкцию
с принципиальной схемой рис. 5). Благодаря этому обеспечивается
свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям
с нескольких сторон заготовки и упрощается конструкция при-
способления.
Самоустанавливающиеся опоры (рис. 9, а) стандартизованы
и имеют размеры h — 12-Г-45 мм; Н — 400-ьЮО мм. Принцип
действия опоры такой же, как в выше рассмотренной конструк-
ции.
Кроме самоустанавливающихся часто применяют подводимые
дополнительные опоры. Для небольших легких заготовок предна-
значена подводимая опора, показанная на рис. 9, б. Опору под-
водят снизу к базовой поверхности заготовки после установки ее
на основные опоры вращением гайки 1.
Для более тяжелых заготовок используют опоры, подводимые
к заготовке с помощью клина (рис. 9, в). Для подвода опоры
к базовой поверхности вытягивают подающий клин /, а затем
стопорят его, завертывая гайку до упора в корпус приспособле-
ния. Чтобы опустить опору перед установкой следующей заго-
товки, отвертывают гайку, и подающий клин пружиной смещается
вправо. Примеры применения подводимых опор (рис. 9, г, д)
характерны тем, что обрабатываемые поверхности расположены
в стороне от установочных баз. Подводимые опоры 1 поддерживают
заготовки по необработанным поверхностям и исключают 1цюгиб
или вибрации в процессе фрезерования.
Применение самоустанавливающихся и подводимых ояор об-
легчает достижение высокой точности обработки и позволяет
работать на повышенных режимах резания
Общий недостаток самоустанавливающихся и подводимых
опор рассмотренных типов —- ручное закрепление и открепление,
23

Рис. 9. Опоры станочных
приспособлений
а также подвод их к заготовке. Механизированная самоустанавли-
вающаяся опора х не имеет этого недостатка.
В рабочее положение после установки заготовки / на жесткие
опоры штырь 2 (рис. 10) подается пружиной 3. В этом, положении
штырь фиксируется клином 8 под действием пружины 7. Штырь
закрепляется вторым клином 5, смещающимся вправо пружиной 6.
Перед установкой новой заготовки штырь должен быть освобо-
жден, чтобы он мог самоустановиться по базовой поверхности
этой заготовки. Для этого в гидро- или
пневмоцилиндр 4 подают масло или воз-
дух под давлением, в результате чего
клин 5 сместится влево В конце хода он
отводит влево второй клин 8. Обе пружи-
ны 6 и 7 теперь сжаты, и штырь 2 сво-
боден.
1 ПрипусЛ. М., Богомолов А. А. Самоустанав-
ливающаяся поводковая опора. Бюллетень «Откры-
тия, изобретения, промышленные образцы и товар-
ные знаки» Авт. свид. № 265662, кл. 49а, 29/01,
1 СПС\ ХВ. 1 С\
Рис. 10. Механизированная
самоустанавливающаяся
опора
24

Рис. il. Установка заготовок по плоскостям и отверстиям:
БП — базовая плоскость, БО *- базовое отверстие
После закрепления заготовки в приспособлении выпускаю^
масло или воздух из полости цилиндра 4, и штырь опоры оказы-
вается надежно зажатым.
Установка заготовок по плоскостям и отверстиям. Установку
по плоскостям и отверстиям производят главным образом при
обработке заготовок корпусных деталей (картеров, блоков ци-
линдров, корпусов коробок передач и т. п.), а также шатунов,
рычагов, вилок и др. (рис. 11).
При фрезеровании двутавра шатуна (рис. 11, а) его устанавли-
вают по предварительно обработанным торцам головок и отвер-
стиям Для установки по отверстиям используют два пальца, из
которых один цилиндрический /, а второй ромбический 2 (срезан-
ный). Назначение пальцев — обеспечить совпадение продольной
оси шатуна с осью, проходящей через центры пальцев; это нужно
для^получения одинаковой толщины полок (размер 6). Ромбиче-
ский палец позволяет получить высокую точность установки даже
при значительном допуске на расстояние между осями отверстий
шатуна L. Это нетрудно понять из рис. 11, б, где слева показано
возможное смещение отверстия шатуна, надетого на цилиндри-
ческий палец, а справа —то же, для отверстия, надетого на ром-
бический палец. В обоих случаях диаметры пальцев и отверстий
одинаковы; поэтому возможное смещение отверстий в направле-
нии, перпендикулярном к оси А Б, тоже одинаково, и точность
установки в этом направлении, определяющая точность обра-
ботки, одна и та же и для цилиндрического, и для ромбического
пальцев. Но смещение отверстий вдоль оси А Б при ромбическом
25

Рис. 12. Универсально-сборное приспособление для уста-
новки заготовки типа вилки по двум отверстиям и плоскости
пальце может быть больше. Чем меньше ширина / цилиндриче-
ского участка ромбического пальца по отношению к его диаметру,,
тем больше возможное смещение отверстия по оси А Б и допуск
на расстояние А Б = L. Это позволяет получить довольно высо-
кую точность установки по отверстиям даже тогда, когда точность
межосевого расстояния у детали значительно меньше.
На рис. 12 показана конструкция универсально-сборного при-
способления для установки по двум отверстиям и плоскости заго-
товки типа вилки [41. Приспособление используют при фрезеро-
вании поверхностей А и Б окна О. Базами для заготовки служат
предварительно обработанные отверстия, которыми ее надевают
на цилиндрический / и ромбический 4 пальцы.
Обработанная ранее поверхность В заготовки служит устано-
вочной и измерительной базами при обработке поверхности А.
Совмещение баз позволяет исключить погрешность базирования
при получении размера 99,5 ± 0,05 мм. Заготовку закрепляют
гайкой 2, под которую вводят камертонную, имеющую боковой
вырез шайбу 3.
26

Ромбический базовый палец 4 приспособления, так же как и
все остальные детали, кроме пальца J, стандартный. Цилиндри-
ческий палец 1 специально изготовлен для установки данной за-
готовки.
На рис. 11, в показан случай использования в качестве базо-
вых поверхностей плоскости БП и одного большого отверстия БО.
Заготовку устанавливают в приспособление обработанной поверх-
ностью, а заданное расстояние С от оси отверстия до обрабатывае-
мой поверхности обеспечивается ромбическим пальцем, входя-
щим в предварительно обработанное отверстие.
Широкое применение в промышленности находит способ уста-
новки корпусных деталей по плоскости и двум отверстиям неболь-
шого диаметра (рис. 11, г). У заготовки обрабатывают одну по-
верхность (обычно плоскость разъема, основание или другую по-
верхность, удобную для последующей установки) и в этой же пло-
скости два отверстия (например, отверстия под крепежные болты
и т. п.). Два отверстия, выбранные в качестве базовых, обрабаты-
вают с высокой точностью (развертывают), даже когда по чертежу
этого не требуется, чтобы обеспечить минимальный зазор между
отверстием и установочным пальцем. Иногда отверстия в базовой
плоскости обрабатывают специально, хотя в детали они и не нужны.
Установка по плоскости и двум отверстиям является полной:
плоскость служит установочной плоскостью, а отверстия выпол-
няют роль направляющей и опорной плоскости.
Сравнивая способы полной установки заготовок корпусных
деталей по трем плоскостям и по плоскости и двум отверстиям,
видим, что второй способ обычно выгоднее. Такая установка позво-
ляет свободно вести обработку со всех сторон (кроме нижней, ра-
нее обработанной) с использованием одних и тех же баз, повышает
точность обработки и производительность.
Установка заготовок цилиндрической формы по криволиней-
ным поверхностям показана на рис. 13, а. Две призмы 2 и 3 играют
роль установочной и направляющей базовых плоскостей *. Упор /
служит опорной базовой плоскостью. В отличие от установки
призматических заготовок данная схема не исключает возмож-
ность поворота заготовки вокруг своей продольной оси. Если же
требуется, поворот может быть исключен постановкой упора в от-
верстие или канавку, имеющуюся на заготовке. Установочные
призмы фиксируют на корпусе приспособления штифтами и при-
крепляют к нему винтами (рис. 13, б).
Призмы часто используют при установке заготовок по пло-
скости и наружной криволинейной поверхности. Например, при
обработке шатунов и рычагов часто производят установку на
черновые базы—торцы головок и наружные криволинейные поверх-
ности головок (рис. 13, в). Одну из призм делают подвижной.
Она прижимает заготовку к другой призме. Чтобы заготовка не
1 Базовые плоскости призм выполняют роль четырех опорных точек.
27

д)
Рис, 13. Установка загото-
вок в призмах и в центрах:
НЦ — неподвижный центр,
ПЦ «¦ подвижный центр
поднималась, опорные поверхности призм делают скошенными
вниз. Призмы центрируют заготовку относительно оси их симме-^
трии.
Применение призм в самоцентрирующих приспособлениях
обеспечивает установку заготовок в двух перпендикулярных пло-
скостях (рис. 13, г). Призмы сдвигаются одновременно к центру О.
Заготовки разных диаметров устанавливаются так, что их оси
совпадают g сГсью О.
Типичным случаем установки заготовок по отверстиям явля-
ется установка центровыми гнездами в центрах (рис. 13, д, е).
Установка по схеме д является полной, а схема е не исключает
поворот вокруг оси, проходящей через центр.
Погрешности установки. При установке заготовки в приспособ-
ление возникают погрешности, главными из которых являются
погрешности базирования и закрепления.
Предположим, что на вертикально-фрезерном станке требуется
обработать уступ заготовки прямоугольной формы (рис. 14, а, б).
Для установки заготовки использовано приспособление с по-
стоянными опорами: три опоры (точки) размещены в горизонталь-
ной установочной плоскости приспособления, две опоры нахо-
дятся (одна за другой) в вертикальной направляющей плоскости.
Закрепление заготовки обеспечено силами Nt и JVa (зажимные
элементы приспособления не показаны, чтобы не усложнять
схему).
Положим, что по чертежу требуется получить размеры Lx и
L2. Оба эти размера заданы от поверхностей, которыми заготовка
установлена в приспособление, — установочных баз. Поэтому
28

говорят, что измерительные базы ИБг и ЯБг совпадают с уста-
новочными УБг и УБ 2.
Если достаточно точно настроить фрезу по высоте так, что
настроечный размер LH будет соответствовать размеру Llt то
после обработки получим заданный размер Lx (если не скажется
влияние других погрешностей). Размер L2 будет получен соот-
ветствующим перемещением стола по отношению к фрезе (по
лимбу, упорам или другим способом).
Рассмотрим случай, когда положение горизонтальной поверх-
ности уступа задано не от нижней, а от верхней поверхности за-
готовки (размер L3). Как видно, здесь измерительная база ИБ3
не совпадает с установочной УБг. Если теперь обработать уступ
у партии заготовок при одной настройке фрезы на размер LK,
как это делают в серийном производстве, то окажется, что размер
?3 У каждой из заготовок будет зависеть не только от точности
настройки фрезы (одинаковой для всей партии), но и от расстоя-
ния между измерительной ИБЪ и установочной УБг базами.
У различных заготовок партии это расстояние может быть раз-
личным в пределах допуска на размер Z,4, полученный на предва-
рительных операциях, причем наибольшая погрешность при полу-
чении размера L8 будет равна допуску на размер L4 (другие по-
грешности пока не учитываем). Эту погрешность называют по-
грешностью базирования. Из рассмотренной схемы следует, что:
I) погрешность базирования возникает только при несовпадении
установочной и измерительной баз и численно равна допуску на
размер, определяющий расстояние между измерительной и уста-
новочной базами; 2) для исключения погрешности базирования
желательно выбирать в качестве установочной базы ту поверх-
ность, от которой задан размер, получаемый на данной операции,
т. е. совмещать установочную базу с измерительной.
Рис. 14. Схема установки заготовки на фрезерном станке:
LLtt Д^г, ...» Л?„ =- возможные изменения размеров
29

Таблица 5
Погрешности базирования заготовок
Схема базирования
Заданный
размер
Погрешность базирования
По наружной цилиндрической поверхности
По отверстию
30

Продолжение -табл.
Схема базирования
Заданный
размер
Погрешность базирования
Отклонение от параллельности по-
верхностей А и Б:
Обоз
ва диаметры
в пальцами
в а
ч е н и
d2, dv
я; <
Л
¦» допуск на диаметр О заготовки; 6j, 6^ 6j, i
, Aj — минимальные зазоры между базовыми
52^» допуски
отверстиям в
В нашем примере для устранения погрешности базирования
при получении размера L3 можно принять за установочную базу
верхнюю поверхность заготовки, повернув ее в положение, пока-
занное на рис. 14, б. Если такая установка по каким-то причинам
невозможна, придется повысить требования к точности размера L4
или изыскивать другие пути достижения заданной точности.
При работе на фрезерных станках часто применяют установку
заготовок в призмы, например при фрезеровании шпоночного
паза шпоночной или концевой фрезой на вертикально-фрезерном
или^ шпоночно-фрезерном станке. Такую установку используют^
также при обработке лысок, скосов и прорезей на валах, осях и
других деталях.
Установка в призму обеспечивает совмещение оси заготовки
с плоскостью симметрии призмы. Однако центр заготовки из-за
колебаний наружного диаметра (в пределах допуска на размер
заготовки) может занимать в плоскости симметрии призмы раз-
личное положение. В связи с этим при фрезеровании появляются
погрешности заданных размеров. Для расчета погрешностей при-
меняют простые формулы, которые дают максимальные погреш-
ности с учетом погрешностей изготовления базовых элементов
приспособления (табл. 5).
Необходимо только учитывать, что при износе этих элементов
погрешности сильно возрастают, и поэтому приспособления необ-
ходимо своевременно ремонтировать.
В табл. 5 приведены формулы и для других типовых схем ба-
зирования. Широко используют схему установки по плоскости
и двум базовым отверстиям, для которой характерны два вида
31

погрешностей: погрешность размера Н, вызванная смещением
заготовки на базовых пальцах в одну сторону, йГ поворот заго-
товки на пальцах, вызывающий при обработке поверхности А
отклонение ее от параллельности по отношению к обработанной
поверхности Б (погрешность h).
Другая составляющая погрешности установки — это погреш-
ность закрепления. Сила зажима должна надежно прижимать
заготовку к опорам приспособления, иначе заготовка может сме-
ститься под действием силы резания. Вместе с тем под действием
большой силы зажима может произойти деформация заготовки и
частей приспособления. При установке заготовки на опоры (см.
рис. 14) происходит смятие ее поверхности в местах соприкосно-
вения с опорами. Очевидно, что смятие будет наибольшим у грубо
обработанных или необработанных поверхностей и тем больше,
чем больше сила зажима. При установке заготовки по шлифован-
ной поверхности смятие при закреплении винтовым зажимом
составляет 70—110 мкм. Если же за установочную базу принять
поверхность, полученную литьем в песчаную форму или штам-
повкой, смятие достигнет 100—200 мкм. Если вместо винтового
зажима использовать механизированный пневматический зажим,
смятие уменьшится примерно вдвое. Объясняется это тем, что
при закреплении заготовки винтами стремятся зажать ее как
можно крепче, чтобы заготовку не вырвало из приспособления.
Силу пневматического зажима можно заранее рассчитать, зная
силы резания, и отрегулировать до минимально необходимой.
В результате смятия при закреплении заготовки установочная
плоскость несколько опустится (осядет). Если это не учесть при
настройке фрезы, то после обработки размер Lx (см. рис. 14, а)
будет больше настроечного.
Смятие установочной поверхности заготовки можно уменьшить,
если установить ее не на «точечные» постоянные опоры, а на опор-
ные пластины. Вследствие увеличения площади контакта заготовки
и опор смятие значительно уменьшится. Так, при установке заго-
товки на опорные пластины окончательно обработанной поверх-
ностью и зажиме винтами смятие будет 40—80 мкм, а при закре-
плении пневмозажимом снизится до 25—60 мкм.
Погрешности закрепления возникают при различных способах
установки заготовок. Рассмотрим установку заготовки в тисках
(рио. 14, в). Заготовка опирается на подкладки / и поджимается
к неподвижной губке 2 второй подвижной губкой 3. При закрепле-
нии заготовки из-за зазоров в направляющих подвижной губки
она несколько поворачивается, отрывая заготовку от подкладок.
Это" явление, хорошо известное фрезеровщикам, особенно заметно
у изношенных или плохо отрегулированных тисков. Но и в ис-
правных тисках при зажиме заготовки винтом смещение заготовки
(погрешность закрепления) составляет примерно 100—200 мкм,
а в тисках с механизированным зажимом 50—100 мкм. Поэтому,
чтобы уменьшить погрешность закрепления, зажим заготовки
32

выполняют в два приема. Сначала поджимают заготовку о неболь-
шой силой и, постукивая по ней медным или латунным молотком,
осаживают на подкладки, затем зажимают заготовку окончательно.
Благодаря этому удается уменьшить погрешность закрепления
в винтовых тисках до 50 мкм, а в механизированных до 25 мкм.
Однако не всякий механизированный привод позволяет применить
последовательное закрепление заготовки. Наиболее удобны в этом
отношении пневмбгидравлические силовые приводы последова-
тельного действия, которые сначала предварительно поджимают
заготовку к базам б небольшой силой, а после включения ступени
высокого давления поднимают окончательно. Более точно можно
закрепить заготовку в тисках со специальными поворотными губ-
ками, которые при закреплении поджимают заготовку к опорной
плоскости или подкладкам.
Есть и другие причины, вызывающие погрешности установки.
Одна из них — погрешность, вызванная неточностью изготовле-
ния и сборки приспособления. По этой причине базовые поверх-
ности, на которые устанавливают заготовку, могут оказаться не-
параллельными или неперпендикулярными к поверхности стола
станка, и эти ошибки будут перенесены на обработанную деталь.
Обычно приспособления изготовляют с более жесткими (в 2—
3 раза) допусками, чем допуски обрабатываемых заготовок.
Чтобы приспособление не теряло точности, нужно бережно к нему
относиться — аккуратно устанавливать^ и закреплять заготовки,
оберегать приспособление от ударов, очищать от стружки, следить
за состоянием базовых и зажимных элементов, вовремя подтяги-
вать крепление опорных планов, заменять изношенные детали.
Еще одна причина появления погрешностей установки — не-
правильная установка самого приспособления на столе станка
или, точнее, погрешности расположения установочных баз при-
способления по отношению к столу станка. „При установке при-
способления следует прежде всего тщательно^очистить и протереть
стол станка и основание корпуса приспособления, чтобы корпус
плотно без перекосов прилегал к столу. Затем следует особенно
внимательно проверить (а если требуется, то поправить) положе-
ние приспособления. Если приспособление точно зафиксировано
шпонками по среднему пазу стола, можно ограничиться выверкой
положения приспособления по длине стола. В других случаях
необходимо выверить нужное положение установочных баз при-
способления по отношению к столу, шпинделю или другим эле-
ментам станка. Существует много приемов такой выверки, извест-
ных фрезеровщикам. Нужно только учитывать, что при точных
работах следует выверять положение установочных баз по отно-
шению к тем элементам, которые определяют точность обработки,
и в первую очередь по отношению к направлению подач стола или
к оси фрезерной оправки. Выверку следует выполнять индикатором
или .щупом. Например, если нужно в заготовке профрезеровать
паз параллельно ее боковой базовой поверхности, то следует за-
33

крепить каким-либо способом индикатор в шпинделе станка, под-
вести его наконечник к боковой базовой поверхности приспособле-
ния и при медленном перемещении стола (продольная подача) про-
верить по индикатору и поправить положение приспособления.
Таким же способом можно проверить параллельность базовой по-
верхности приспособления продольному ходу стола, а при пере-
мещении стола с поперечной подачей выверить положение базовых
поверхностей, которые должны быть параллельны направлению
этой подачи. Для выверки положения приспособления можно
использовать и другие приемы, в том числе те, которые регла-
ментированы стандартами для проверки станков по нормам точ-
ности.
Особое значение имеет точность положения заготовки и при-
способления на станках с ЧПУ, где погрешности установки могут
быть одними из главных причин снижения точности обработки.
Чтобы исключить влияние на точность обработки деформаций
заготовки под действием сил закрепления, прихваты, зажимные
болты и другие элементы приспособлений стремятся располагать
непосредственно над опорами с тем, чтобы исключить прогиб заго-
товок, а также ограничивать силы зажима. Последнее возможно
обычно только при использовании механизированных силовых
приводов.
При обработке заготовок особо точных и дорогих корпусных
деталей на многооперационных станках силу зажима контролируют
индикаторами, подводимыми к местам заготовки, где возможна
деформация. Как только индикатор начнет отмечать возникнове-
ние деформации, зажим прекращают. Если сила зажима недоста-
точна, смещение заготовки предотвращают упорами или увели-
чивают число точек закрепления.
Неточности изготовления, установки,
настройки и износ режущего инструмента
Точность механической обработки непосредственно зависит от
точности изготовления режущего инструмента при работе:
а) мерным инструментом, например при фрезеровании пазов
дисковыми или концевыми фрезами, обработке отверстий зенке-
рами, развертками и т. д., когда размер инструмента передается
заготовке (или, как говорят, переносится на заготовку);
б) профильным (фасонным) инструментом, например при фре-
зеровании впадин зубчатых колес по методу копирования, обра-
ботке канавок сложной формы, пазов типа ласточкина хвоста и
т. д., когда профиль, форма инструмента переносятся на заго-
товку.
Понятно, что такое разделение погрешностей инструмента
условно. Так, при обработке паза на точность его формы и разме-
ров будет влиять не только размер инструмента (ширина дисковой
или диаметр концевой фрезы), но и неточности формы фрезы.
34

Рис. 15. Искажение формы паза ври
фрезеровании дисковой фрезой
При обработке фасонным инстру-
ментом кроме точности профиля
на результат обработки влияет и
точность некоторых его размеров.
Вместе с тем очень большое
влияние на точность обработки ока-
зывает биение зубьев фрезы. По-
грешность фактического положе-
ния оси дисковой фрезы при обра-
ботке паза приводит к искажению
ширины и формы паза (рис. 15).
Из-за перекоса'оси вращения фре-
зы по отношению к направлению
подачи а и непараллельности ее
поверхности стола |3 паз получит сложную форму и разную ширину
по глубине. Получаемая погрешность, по данным Г. П. Моста-
лыгина,
где D — диаметр фрезы.
Важно подчеркнуть, что перекос и биение зубьев появляются
как из-за неточностей изготовления фрезы, так и неточностей ее
установки и погрешностей станка. После установки фрезы на
оправку или в шпиндель станка ее биение, как правило, суще-
ственно увеличивается из-за неизбежных погрешностей изготовле-
ния вспомогательных инструментов и частей станка; поэтому при
установке фрезы на оправку необходимо убедиться в отсутствии
повреждений оправки и промежуточных колец, а после закрепле-
ния фрезы проверить ее биениех. Если фрезу закрепляют хвосто-
виком или переходной втулкой в конусе шпинделя, следует тща-
тельно протереть хвостовик и посадочное отверстие шпинделя,
так как грязь, случайно попавшие мелкие частицы стружки могут
привести к перекосу фрезы. Конструкция крепления фрезы должна
обеспечивать ее надежную затяжку, иначе под действием силы
резания положение фрезы изменится и погрешности обработки
возрастут. Это обстоятельство не-
обходимо учитывать при выборе
быстросменных конструкций вспо-
могательного инструмента.
Еще одна причина погрешно-
стей обработки — размерный износ
инструмента. При работе инстру-
Рис. 16. Износ зуба торцовой фрезы:
а — но задней поверхности, б — схема
к расчету величины размерного износа
1 При выполнении точных работ бие-
ние цилиндрических фрез на оправке сле-
дует проверять не в одном, а в двух-трех
сечениях по длине фрезы индикатором,
установленным на стойке.
35

мента изнашиваются его передняя и задняя поверхности, изме-
няются форма режущей части и геометрические параметры. Когда
выбирают период стойкости инструмента (период работы между
переточками), исходят обычно из максимально допустимого изно-
са h3 по задней поверхности (рис. 16, а). Но при точных работах
в первую очередь необходимо учитывать изменения формы и раз-
меров фрезы, влияющие на точность обработки. Поэтому необхо-
димо следить, как при износе меняется положение того участка
режущей кромки инструмента, который последним проходит по
поверхности заготовки, образуя окончательно обработанную по-
верхность. При износе вершины зуба режущая кромка смещается
по отношению к обрабатываемой поверхности заготовки и вызы-
вает изменение высоты Н детали (рис. 17). Износ инструмента,
измеренный по нормали к обработанной поверхности, называют
размерным износом, так как он приводит к изменению фактиче-.
ского размера детали. На размерный износ большое влияние
оказьпзает геометрия инструмента в плане и в первую очередь
наличие радиуса при вершине или зачистной режущей кромки.
При износе зуба торцовой фрезы с острой вершиной
(рис. 17, а) происходит относительно быстрое смещение всей режу-
щей кромки и наблюдается значительный размерный износ АИ.
В таких же условиях резания фреза с зачистной режущей кромкой
(рис. 17, б) изнашивается по-другому. При износе в первую очередь
меняется форма режущей кромки вблизи вершины зуба фрезы.
Участки же вспомогательной задней поверхности, окончательно
образующие обработанную поверхность, изнашиваются медлен-
нее. Размерный износ получается небольшим, влияние износа
фрезы на точность обработки (размер Н) уменьшается.
Подобное явление характерно и для фрез с большим радиусом
закругления при вершине. Поэтому при точной фрезерной обра-
ботке больших плоских поверхностей, пазов и других элементов
заготовок, где размерный износ оказывает существенное влияние
на погрешности размеров, стремятся использовать фрезы с закруг-
ленными вершинами зубьев или с зачистной режущей кромкой.
Рис. 17, Схема размерного износа зуба фрезы:
а — с острой вершиной, 6 — фрезы с зачистным
вубом
Рис. 18. Схема изменения
формы паза в связи с из-
носом концевой фрезы
(упрощена)
36

Естественно, что при работе фасонными фрезами точность обра-
ботанного ими профиля будет непосредственно зависеть от нерав-
номерности износа режущей кромки. Но подобное явление наблю-
дается и при работе мерным инструментом. Так, например, при
фрезеровании шпоночного паза концевой фрезой за один рабочий
ход на полную глубину паза износ инструмента происходит
неравномерно (рис. 18) и изменяется не только ширина, но и
форма паза. Это сильно затрудняет посадку в паз шпонки, поэтому
отдают предпочтение шпоночным фрезам, имеющим режущую
кромку на торце и обрабатывающий паз за несколько рабочих
ходов, методом маятникового фрезерования. В этом случае фреза
изнашивается главным образом по торцу. Компенсировать этот
износ нетрудно изменением настройки фрезы по высоте или вве-
дением дополнительного рабочего хода. Кроме того, требования
к точности паза по глубине значительно ниже, чем к точности
ширины паза. Если шпоночную фрезу закрепить в специальном
патроне с изменяющимся эксцентриситетом, т. е. применить
способ фрезерования «бьющей» фрезой, можно получить высокую
точность обработки шпоночных пазов большой длиныл Такой
способ является основным для специализированных шпоночно-
фрезерных станков.
Чтобы заранее, до начала обработки заготовки, учесть предпо-
лагаемую погрешность, связанную с размерным износом, следует
знать для данных условий обработки относительный размерный из-
нос—размерный износ инструмента (в мкм) на каждую тысячу мет-
ров пути резания. Тогда, подсчитав, хотя бы приблизительно, путь,
проходимый фрезой при обработке заготовки, можно найти сум-
марный размерный износ и вызываемую им погрешность размера.
К'сожалению, еще нет точных справочных данных об относи-
тельном размерном износе фрез. Это объясняется главным обра-
зом многообразием влияющих на него причин и сложностью про-
цесса. Такие сведения, и то весьма ограниченные, имеются только
для резцов; поэтому приходится прибегать к косвенным методам
оценки размерного износа, например в зависимости от износа ин-
струмента по задней поверхности h3.
Так как непосредственно оценить размерный износ на самом
инструменте в производственных условиях обычно невозможно,
проще всего было бы подсчитать или определить его по справочной
таблице (из геометрических соображений) в Зависимости от износа
h3: АИ — h3 tg а (рис. 16, б). Но так как h3 — площадка износа
у вершины зуба фрезы и важно знать размерный износ вспомо-
гательной режущей кромки, то при таком подсчете получим боль-
шие погрешности, особенно для фрез с зачистной режущей кром-
кой (сравните рис. 17, аи б). Лучше использовать некоторые эмпи-
рические (опытные) зависимости между износом h3 и размерным
износом. Для дисковых твердосплавных фрез при,обработке пазов
в деталях из конструкционных сталей такая зависимость выве-
дена Г. П. Мосталыгиным: АИ ^ A8h3.
37

Ширина обрабатываемого паза изменится на величину, вдвое
большую, так как она зависит от износа противолежащих режущих
кромок.
На практике можно считать изменение ширины паза в резуль-
тате износа фрезы следующим: 2АЯ *=« 100/i3 (где h3 в мм, АЯ
в мкм),. На основании этого находим, что в соответствии с допу-
сками шпоночные пазы шириной 30—50 мм можно фрезеровать
до износа h3 «=* 0,7 мм, а пазы шириной 8—120 мм до h3 = 1,0 мм
при условии, что ширина фрезы в начале работы соответствует
наибольшей допускаемой ширине паза и биение фрезы отсутствует.
Если же учесть неизбежное биение фрезы и допуск на ее изгото-
вление и заточку, допустимый износ h3 уменьшится примерно
вдвое. Поэтому при обработке длинных и особенно глубоких па-
зов желательно использовать регулируемые по ширине трехсто-
ронние дисковые фрезы.
Погрешность настройки фрез на размер зависит от принятого
способа настройки. При работе на универсальных фрезерных
станках применяют два основных способа настройки: 1) пробных
проходов и 2) по установам (эталонам). При настройке инстру-
мента на размер первым способом на заготовке обрабатывают
небольшой участок и проверяют полученный размер. Сравнивая
его с заданным, корректируют положение заготовки по отношению
к (|резе (поднимают или опускают стол или перемещают салазки)
и делают второй пробный проход.
Снова проверяют получаемый размер, и если он находится
в пределах допуска, фрезеруют всю поверхность. Такой способ
малопроизводителен. Точность обработки Зависит в этом случае
от тщательности настройки, применяемого метода измерения
заготовки, квалификации рабочего и других факторов, рассмо-
тренных раньше.
При измерении заготовки штангенциркулем возникают сле-
дующие погрешности, зависящие от характеристики прибора и
контролируемого размера (табл. 6). Понятно, что погрешность
измерения войдет в общую погрешность обработки и может суще-
ственно повлиять на точность обработанных деталей.
При фрезеровании заготовок партиями в приспособлениях
применяют способ настройки фрез по установам (эталонам) и
Таблица 6
Средние значения погрешностей измерения штангенциркулем, мкм
Цела деления
штангенциркуля,
мм
0,02
0,05
0,1
1-10
40
80
150
Контролируемый размер, мм
50^-80
45
90
16&
300—500
70
ПО
230
38

Рис. 19. Типы установов и щупов для настройки фрез на размер:
s и d — исполнительные размеры щупов
щупам (рис. 19). Для настройки на размер цилиндрической или
торцовой фрезы при обработке поверхности применяют высотный
установ в виде стальной закаленной пластины и плоский щуп
(рис. 19, а). При фрезеровании уступов необходимо настроить
инструмент по двум базам: по высоте и ширине заготовки; поэтому
используют угловой установ (рис. 19, б). Призматический установ
служит для настройки радиусных фрез (рис. ~Ь9, в). Более сложные
формы установа используют при настройке фасонных фрез
(рис. 19, г—е). Щупами служат точные стальные ^стержни».
Размеры установа и настроечный размер рассчитывают инже-
неры-технологи с учетом ряда погрешностей (смещения фрезы
под действием силы резания, упругого отжатия заготовки и частей
станка, шероховатости поверхности заготовки). При выполнении
настройки по установу и щупу погрешность настройки может
быть в пределах 0,02—0,04 мм. При особо тщательной настройке
достигают снижение погрешности до 0,01 мм. Но на погрешность
настройки влияет еще и погрешность изготовления эталона и щупа.
Эту погрешность можно принять равной 0,01 мм.
Дополнительные трудности возникают при настройке на раз-
мер наборов фрез, когда требуется с высокой точностью обеспе-
чить расстояние между параллельными обработанными поверх-
ностями. Между фрезами размещают дистанционные кольца, под-,
бирая их из стандартных наборов. Подбор колец, сборка набора,
проверка, а если потребуется, то и повторная разборка и сборка
занимают много времени. Сократить это время можно следующим
39

Рис. 20. Схемы настрой-
ки расстояний между фре-
зами набора
образом: 1) кроме обычных дистанционных колец на оправку
устанавливают разрезные кольца (рис. 20, а), подбирая их тол-
щину Я так, чтобы получить нужное расстояние между фрезами.
Благодаря тому, что кольцо состоит из двух половин, его можно
устанавливать между обычными кольцами и заменять, не разбирая
Есего набора; чтобы при установке на оправку полукольца не
свалились, их боковые поверхности смазывают машинным маслом;
2) между наборами 1 и 3 стандартных дистанционных колец
(рис. 20, б) ставят распорное регулируемое кольцо 2; круговая
шкала облегчает регулирование настроечного размера L; 3) при-
меняют регулируемую фрезерную головку (рис. 20, в). Одну из
фрез закрепляют на оправке в конусном отверстии шпинделя
станка. Оправка входит в отверстие втулки, несущей вторую
фрезу 5. Крутящий момент передается шпонкой, закрепленной
в пазу оправки. Для настройки фрезы на размер L корпус 4 пере-
мещают по направляющим хобота станка с помощью винта 3 и
маховичка 1. Кронштейн 2 закрепляют на направляющих хобота
неподвижно.
Кроме точной настройки инструмента на размер, часто, тре-
буется выполнять выверку положения плоскости симметрии заго-
40

товки по отношению к фрезе. Так, например, при фрезеровании
шпоночного паза он должен быть точно расположен в осевой пло-
скости симметрии заготовки. Если паз фрезеруют дисковой фрезой,
заготовку можно выверить угольником и штангенциркулем
(рис. 21, ц).
Устанавливая угольник вплотную к заготовке сначала с одной,
а затем с другой стороны, измеряют штангенциркулем размер L,
предварительно измерив ширину В фрезы, ширину Ь полки уголь-
ника и диаметр заготовки d. Так как L = Ь + -9- + -гг» доби-
ваются поперечным перемещением заготовки вместе с приспосо-
блением и столом станка такого ее положения, при котором раз-
мер L при измерении в левом и правом положениях угольника
будет одинаковым.
Если паз фрезеруют концевой или шпоночной фрезой на вер-
тикально-фрезерном станке, можно добиться высокой точности
выверки положения заготовки индикаторным приспособлением
или центроискателем. Индикаторное приспособление (рис. 21, б)
[15] закрепляют хвостовиком / в шпинделе станка вместо инстру-
мента и, поднимая стол с заготовкой, подводят ее к качающейся
призме 3. Если осевая плоскость симметрии заготовки совпадает
с осью шпинделя станка, стрелка индикатора установится на ну-
левом делении. Если заголовка смещена, осторожно подают стол
вперед или назад винтом поперечной подачи до получения пра-
вильного положения. Предварительную настройку приспособле-
ния выполняют следующим образом. Призму закрепляют винтом 2
Рис. 21. Выверка заготовки при фрезеровании паза
41

Рис. 22. Схема вывер-
ки заготовки и конт-
роля положения паза:
У и // — положения
заготовки при изме-
рениях
в среднем положении, соответствующем (с точ-
ностью 0,005 мм) совпадению оси хвостовика
с плоскостью симметрии призмы. Вилку 4 с инди-
катором перемещают в пазу корпуса приспособ-
ления до получения некоторого натяга (напри-
мер, 2 мм), отсчитываемого по малой стрелке
индикатора. Затем поворотом шкалы индика-
тора совмещают ее нулевой штрих с большой
стрелкой.
Если на станке обрабатывают партию заго-
товок, достаточно выверить один раз станоч-
ное приспособление, устанавливая в призмы
или центры (в зависимости от принятого спо-
соба базирования заготовки) точную контроль-
ную оправку. Обработку всей партии заготовки
выполняют без перемещения стола в попереч-
ном направлении.
Индикаторный центроискатель 2 (рис. 22)
[16] удобен не только для выверки положения
заготовки, но и для контроля положения паза
после фрезерования. При выверке положения
заготовки ее подводят поперечной подачей к
измерительному наконечнику центроискателя на
уровне ее оси так, чтобы получить небольшой натяг индикато-
ра /. Шкалу устанавливают на нуль и определяют положение
стола станка по отсчетному устройству (координата Vj). Затем
перемещают заготовку со столом станка в поперечном направле-
нии и добиваются такого положения, чтобы измерительный нако-
нечник коснулся заготовки с диаметрально противоположной сто-
роны, а индикатор показывал нуль. Делают второй отсчет пере-
мещения стола (координата Y2). Смещают стол с заготовкой в обрат-
ную сторону на величину L:
и— 2
Теперь ось шпинделя 3 станка совместится с осевой плоско-
стью симметрии заготовки. Точность рассмотренного способа вы-
верки зависит от точности отсчета координат У\ и У2, обеспечивае-
мой измерительными устройствами станка.
Точность положения профрезерованного паза можно проверить,
не снимая заготовку со станка, если вновь вместо фрезы установить
в шпиндель центроискатель. Поворачивая шпиндель, подводят
измерительный наконечник сначала к одной, а затем к противо-
положной стенке паза. Если в одном из положений отрегулировать
индикатор на нулевое показание, то отклонение его стрелки при
подводе к противоположной стенке паза будет равно удвоенной
величине смещения плоскости симметрии паза по отношению к оси
заготовки.
42

Упругие деформации технологической
системы
В процессе фрезерования возникает сила резания, действующая
на инструмент и вызывающая отжатия инструмента, заготовки,
приспособления и частей станка. Станок, инструмент, станочное
приспособление и деталь образуют замкнутую систему, которую
принято называть технологической системой.
При правильном выборе режима резания, исправном состоянии
станка и приспособления для закрепления заготовки и вспомо-
гательного инструмента, несущего фрезу, отжатия, вызванные
действием силы резания, не приводят к смещению частей техноло-
гической системы относительно друг друга в местах их соедине-
ний — стыков. После прекращения резания все части возвраща-
ются в исходное лоложение, подобно тому как выпрямляется рес-
сора автомобиля после его разгрузки. Поэтому технологическую
систему считают упругой. В упругой системе существуют опре-
деленные зависимости между действующими силами и деформа-
циями, которые эти силы вызывают. Зная эти зависимости, можно
еще до начала обработки заготовки примерно рассчитать предпо-
лагаемые деформации и связанные с ними погрешности обработки.
При сравнении этих погрешностей с допускаемыми по чертежу
обрабатываемой детали можно сказать, удачно ли выбран, напри-
мер, режим резания, способ закрепления заготовки, инструмент.
Однако может получиться так, что и сам станок не в состоянии
обеспечить нужную точность.
Было бы очень удобно, если бы имелась несложная формула,
позволяющая по известной силе резания простым расчетом по-
лучить ожидаем) ю погрешность размера. Но такой формулы нет,
и приходится определять эту погрешность по частям в зависимо-
сти от условий работы системы. Объясняется это сложностью де-
формаций технологической системы.
При фрезеровании возникают силы,
стремящиеся изогнуть, растянуть или
сжать стол станка, салазки и хобот,
и силы, скручивающие и изгибающие
справку с инструментом, деформи-
рующие консоль и другие части стан-
ка, приспособление, заготовку. Силь-
но увеличенная деформация техноло-
гической системы показана на рис. 23.
Упругие деформации элементов
технологической системы зависят от
их способности противостоять дейст-
вующей силе, т. е. от их жесткости.
Жесткость определяют как отноше-
ние Действующей СИЛЫ К Деформа- Рнс. 23. Схема деформации техноло-
ЦИИ, ВЫЗЫВаеМОЙ ЭТОЙ СИЛОЙ. При гичеошй системы в процессе „резе-
43

обработке резанием представляют интерео прежде всего деформа-
ции, вызывающие погрешности получаемых размеров. Поэтому
под жесткостью элемента технологической системы понимают
отношение составляющей Ру силы резания, направленной перпен-
дикулярно к обработанной поверхности, к смещению данного эле-
мента в том же направлении у.
Г~Р*
j — ~Y~*
Если, например, под действием составляющей Ру — 500 кго
происходит отжатие торцовой фрезы от заготовки на 0,25 мм,
то жесткость J = - Q 2_ = 2000 кгс/мм. Полученный результат
означает, что при приложении силы в 2000 кгс отжатие фрезы
составит в данных условиях резания 1 мм. Если сила Ру =
= 2000 кгс, высота обработанной детали будет отличаться от на-
строечного размера на J. мм.
Так как при изменении режима резания сила резания изме-
нится, при той же жесткости отжатие будет другим. Поэтому
на практике при расчете погрешностей чаще пользуются величи-
ной обратной жесткости — податливостью
-?•
Если жесткость J = 2000 кгс/мм, то податливость со = ^щ =»
= 0,0005 мм/кгс = 0,5 мкм/кгс. Зная величину податливости, мо-
жно быстро найти погрешность, вызываемую отжатием.
Положим, что при чистовом торцовом фрезеровании составляю-
щая силы резания Ру = 40 кгс, а податливость элемента фрезы-
шпинделя со = 0,5 мкм/кгс. Тогда у — Руы = 40-0,5 =
= 20 мкм. Эта величина представляет со^ой погрешность высоты
обработанной детали.
Рассмотрим, каким образом учитывают жесткость технологи-
ческой системы при расчетах точности обработки. <~
Жесткость фрезерного станка должна соответствовать стан-
дартным нормам жесткости. Рассмотрим нормы жесткости для
вертикально-фрезерных станков с крестовым столом (т. е. бескон-
сольных).
Нормы предусматривают контроль жесткости по следующей
методике. В шпиндель станка устанавливают и прочно затягивают
специальную оправку, размеры которой заданы в зависимости от
ширины стола станка. Между столом станка и оправкой размещают
нагружающее устройство с динамометром, отжимающее оправку
от стола. Направление отжимающей силы принято таким, какое
оно чаще всего возникает при фрезеровании поверхностей (рис. 24).
Увеличивая постепенно нагружающую (отжимающую) силу,
контролируют величину отжатия в двух направлениях — верти-
кальном и горизонтальном индикаторами 1 и 2.
44

г яр
Рис. 24. Схема
жесткости станка
проверки
Отжатия не должны превышать величин, приведенных в табл 7.
Нагружение станка производят силой Р, имитирующей силу
резания, которая направлена под углом к обрабатываемой по-
верхности (см. рис. 24). Чтобы определить жесткость для кон-
кретной технологической операции, можно рассматривать дефор-
мацию системы с учетом той составляющей силы, которая вызы-
вает в данном случае погрешность размера обработанной детали.
Таблица 7
Нормы жесткости для вертикально-фрезерных станков с крестовым столом
Ширина стола
станка В, мм
250
320
400
500
630
800
1000
Класс
точности
станка
н
п
н
п
н
п
н
п
н
п
н
п
н
п
Нагружающая
сила Р, кгс
800
630
1250
1000
2000
1600
2500
2000
3150
2500
4250
3350
5500
4500
Наибольшее
допускаемое
перемещение, мм
в горизонталь-
ном направлении
0,32
0,20
0,36
0,22
0,40
0,25
0,45
0,28
0,50
0,32
0,56
0,36
0,63
0,40
н
в вертикальном
направлении
0,36
0,22
0,40
0,25
0,45
0,28
0,50
0,32
0,56
0,36
0,63
0,40
0,71
0,45
Примечание Допускаемые перемещения для станков с шириной стола до
600 мм являются рекомендуемыми.
45

Так, при фрезеровании поверхности торцовой фрезой погрешность
размера (высоты) детали будет возникать под действием составля-
ющей Рв и жесткость определится из отношения Рв к смещению
в вертикальной плоскости. Из треугольника АБГ найдем Б Г =
= АГ cos 60°; Рв = Р cos 60° = 0,5Р.
Допустим, что фрезерование ведут на вертикально-фрезерном
станке с крестовым столом шириной 250 мм (класс точности
станка Н). В соответствии с норма'ми жесткости нагружающая сила
для этого станка Р — 800 кгс, а наибольшее допускаемое пере-
мещение в вертикальном направлении равно 0,36 мм.
Найдем жесткость по составляющей Рв (учитывая, что одно-
временно действуют и другие составляющие силы резания):
рв = о,5Р *= 0,5-800 = 400 кгс.
Р 400
Жесткость J = — = тг-^х == 1100 кгс/мм.
У U,OU
Рассмотрим пример использования полученного результата.
Пример. Положим, что требуется обработать поверхность стальной заготовки
шириной 150 мм торцовой фрезой диаметром 250 мм (г = 8) с припуском 5 мм.
Выбран режим резания: глубина резания f — 5 мм (припуск снимается за один
рабочий ход), подача на зуб фрезы sz = 0,4 мм, частота вращения л = 100 мин,
минутная подача sM = SzZn = 0,4-8-110 = 350 мм/мин. По справочнику [8J
для этих условий работы мощность, потребная на резание, #э = 13 кВт. Най-
дем составляющую силы резания
., Pzv JiDn 3,14-250-ПО ос
^э = 6120 » откуда v = 1т = —Гооб— = 85 м/мин;
Рг = 11Ш- = 1^120 =936кгс
Составляющая Рг силы резания Р направлена по касательной к окружности
"фрезы (рис. 25). Чтобы определить отжатие фрезы от заготовки, необходимо
знать другую составляющую Ру. При фрезеровании можно принимать Ру =
= 0,5Р. В нашем примере Ру = 0,5-936 = 468 кгс. Для станка с шириной
стола 250 мм J = 1100 кгс/мм. Это соответствует податливости ш —ут^Тч мм/кгс.
Отжатие фрезы
у =^@ = 468 ^ = 0,42 мм.
Следовательно, фактический размер детали после обработки бутет больше
настроечного на 0,42 мм. Чтобы компенсировать эту погрешность, следует соот-
ветственно уменьшить настроечный размер.
Недостаточно знать жесткость станка, чтобы судить* о жест*
кости технологической системы в целом; нужно иметь данные и
о жесткости других элементов системы.
Часто наименее жестким элементом является концевая фреза.
Под действием силы резания она изгибается и отжимается от за-
готовки. Особенно большие погрешности могут возникать при
обработке контура заготовок такими фрезами на станках с число-
вым программным управлением (ЧПУ). Диаметр концевой фрезы
46

Рис. 25. Схема составляю-
щих силы резания при тор-
цовом фрезеровании
Рис. 26. Схема дефор-
мации концевой фре-
зы
Рис. 27. Зависимость
коэффициента жест-
кости твердосплавных
концевых фрез от их
диаметра
в этом случае часто приходится принимать небольшим, чтобы по-
лучить на заготовке криволинейные поверхности малого радиуса,
а вылет фрезы из патрона — значительным с тем, чтобы обработать
за один рабочий ход всю ширину поверхности (или глубину паза).
Деформация концевой фрезы (рис. 26), вызывающая соответ-
ствующую погрешность обработки [12],
где Др — деформация фрезы в направлении, нормальном к обра-
батываемой поверхности; Р — сила, приложенная к концу фрезы;
L — длина фрезы до места посадки в шпиндель; kH — коэффи-
циент, учитывающий жесткость фрезы (рис. 27).
Деформация фрезы при фрезеровании контура заготовки кон-
цевой твердосплавной фрезой диаметром 15 мм с вылетом фрезы
из шпинделя L = 50 мм и составляющей силы резания, отжимаю-
щая фрезу от заготовки, Р — 300 кгс равна 0,38 мм.
На такую величину контур обработанной детали будет откло-
няться от заданного.
Другой важный элемент технологической системы — вспомо-
гательный инструмент. Недостаточная жесткость оправок, на
которые устанавливают цилиндрические, дисковые и фасонные
фрезы, наборы фрез, расточных оправок и т. п., может вызывать
значительные отжатия инструмента от заготовки и вибрации и
существенно снижать точность обработки.
Жесткость инструментальных оправок для горизонтально-фре-
зерных, продольно-фрезерных и других станков, где оправки
закрепляют одним концом в шпинделе, а другим в опоре крон-
штейна, зависит от формы оправки, соотношения размеров (длины
47

Рис. 28. Типы фрезерных оправок:
а — обычная, б, в = повышенной жесткости
и диаметра), материала и др. Сравним жесткость обычной оправки
и оправки повышенной жесткости конструкции фрезеровщика
В. П. Попова (рис. 28).
Будем рассматривать оправку как балку, закрепленную одним
концом в шпинделе консольно, т. е. не учитывая кронштейн,
поддерживающий другой конец оправки. Упругая деформация
оправки
48
где Ру — составляющая силы резания, кгс; / — вылет оправки
(расстояние от места закрепления фрезы до шпинделя), мм; Е т
модуль упругости материала оправки, кгс/мма; Ум — момент
инерции сечения оправки.
Жесткость оправки

Для оправки круглого сечения момент инерции JM = 0,05d4.
Поэтому J = ^— = 0,15?-гз-. Как видно, жесткость
оправки зависит от отношения ее длины к диаметру и от свойств
материала, из которого она изготовлена.
Примем для оправки обычной конструкции диаметр d1 =
= 50 мм, а для оправки повышенной жесткости диаметр d2 =
s=; 80 мм. Пусть в обоих случаях закрепляют дисковую фрезу
на одинаковом расстоянии / (см. рис. 28, а, б). Сравним жест-
кость оправок. Для обычной оправки Jt = 0,15? -4-. Для оправки
повышенной жесткости У2= 0,\5Е-4-. Отношение жесткостей
J2 а2 _2 а к
Ji ~ d\ ~ 5* ~~ °'а<
Следовательно, изменение конструкции оправки позволяет
в 6,5 раза повысить ее жесткость.
Чтобы уменьшить массу оправки, сохранив высокую жест-
кость, можно постепенно придать ей сужающуюся форму бруса
с равными сопротивлениями изгибу (рис. 28, в). Конструкция
оправки [ 1 ] позволяет изменять в определенных пределах положе-
ние фрезы 4 на оправке при настройке на размер вращением гаек /
и 2. Правый конец оправки поддерживается на станке подвеской 3.
Подобную конструкцию оправок можно применять и для консоль-
ного крепления фрез.
Общий недостаток оправок повышенной жесткости — малая
универсальность, а для оправок конусообразной формы — слож-
ность изготовления, поэтому их целесообразно применять в ус-
ловиях серийнога производства, когда экономически выгодно
обрабатывать большую партию деталей фрезами, закрепленными
на специальной жесткой оправке, на высоких режимах резания.
В этом случае при переналадке станка на обработку другой пар-
тии заготовок фрезу и оправку снимают со станка и хранят вместе.
Жесткость фрезерной оправки имеет особое значение при боль-
ших силах резания и крутящих моментах, возникающих при фрезе-
ровании поверхностей с большим припуском цилиндрическими
фрезами; обработке глубоких пазов дисковыми фрезами и осо-
бенно при фрезеровании набором фрез.
Весьма эффективным средством повышения жесткости оп-
равки является установка дополнительной опоры в непосредствен-
ной близости от фрезы, а при использовании наборов фрез —
между фрезами. Установка дополнительной опоры позволяет
в этих случаях в несколько раз повысить жесткость фрезерной
оправки.
Важным элементом технологической системы является ста-
ночное приспособление, в котором закрепляют заготовку. При-
способление должно обеспечить прочное и надежное закрепление
заготовки,< исключающее возможность ее смещения при обра-
49

ботке. В этом отношении применяемые винтовые зажимы имеют
существенный недостаток: они не обеспечивают постоянную силу
зажима. Даже при сильной затяжке винта по'д действием пере-
менной силы резания часто происходит смятие металла заготовки
в месте зажима; заготовка может несколько сместиться и даже
быть вырвана фрезой из приспособления. Чтобы избежать этого,
фрезеровщики стремятся крепко закрепить заготовку. В резуль-
тате сила зажима превышает необходимую в несколько раз.
На установку и закрепление уходит немало времени и сил. Мо-
жет случиться, что при закреплении заготовка будет деформиро-
вана, и после обработки ее поверхности изменят свою форму или
взаимное расположение. Поэтому желательно, особенно при точ-
ных работах, применять механизированные средства закрепле-
ния заготовок — пневматические, пневмогидравлические, гидрав-
лические, обеспечивающие постоянную легко регулируемую силу
зажима. Особенно хороши в этом отношении приспособления
с закреплением заготовки с помощью мощных пружин и с механи-
зированным разжимом. Пружины вследствие своей упругости
постоянно поддерживают необходимую силу зажима даже лри
вибрациях заготовки. Важное достоинство пружинного зажима —
его надежность, независимость от давления Сжатого воздуха или
масла, подводимого к силовому приводу.
Конструкция корпусных, базовых и других основных деталей
приспособления должна обеспечивать его высокую жесткость.
Существенное значение имеет и форма корпуса, соотношение его
размеров. Приспособление для фрезерных работ должно быть
по возможности невысоким с тем, чтобы при обработке не еоз-
никал изгиб или вибрация корпуса.
Сравнивая схемы приспособлений с встроенным (рис. 29, а)
и отделенными (рис. 29, б) силовыми приводами С, отметим, что
первая схема кажется более удачной (один силовой привод, ком-
пактное размещение элементов). Однако она значительно хуже,
чем вторая. В низком приспособлении, где обеспечена надежная
связь заготовки со столом станка, можно вести фрезерование на
50
Рис. 29. Схемы компоновки фрезерного приспособления

более высоком режиме резания и не опасаться возникновения
вибраций
Вибрации, возникающие при резании, приводят к снижению
стойкости инструмента, ухудшают качество обработки, застав-
ляют работать на пониженных режимах резания. Вибрации —
это происходящие с большой частотой периодические колебания
станка, инструмента и заготовки. Колебания появляются под влия-
нием так называемых возмущающих сил. В зависимости от
характера, физической сущности процесса различают вынужден-
ные колебания и автоколебания (т. е. самовозбуждающиеся коле-
бания).
Вынужденные колебания появляются под Действием периоди-
чески изменяющихся сил резания и сил, возникающих при бы-
стром движении частей станка, но не связанных непосредственно
с резанием.
Периодическое изменение силы резания при фрезеровании
происходит в моменты врезания в заготовку каждого зуба фрезы
или связано с биением зубьев фрезы; это первая группа причин
вынужденных колебаний. Вторая группа — причины, связанные
с неуравновешенностью и погрешностями вращающихся зубчатых
колес, валов и других частей станка и инструментов. К этой же
группе относятся колебания, передаваемые станку близко рас-
положенными другими станками и машинами.
Автоколебания появляются независимо от того, имеются ли
внешние возмущающие силы. Автоколебательный процесс весьма
сложен и вызывается и поддерживается множеством причин,
в том числе неравномерностью резания, периодическим измене-
нием силы сопротивления металла резанию, колебаниями силы
трения между инструментом, стружкой, заготовкой и др.
Источником энергии, необходимой для автоколебательного
процесса, служит электродвигатель станка. Вынужденные коле-
бания элементов технологической системы могут происходить
с самой различной частотой и интенсивностью (амплитудой),
в значительной степени зависящими от режима обработки. В от-
личие от этого частота вибраций при автоколебаниях обычно не
связана непосредственно с режимом работы станка и равна соб-
ственной частоте системы. Чтобы устранить или уменьшить вы-
нужденные колебания, применяют разные способы.^Одни из них —
уменьшение возмущающих сил при более тщательной обработке
деталей станка, балансировке деталей, уменьшении биения фрез
и изоляции станка от другого работающего оборудования
и др.
В последние годы широкое распространение получила уста-
новка станков на виброизолирующие опоры и резиновые коврики
специальной конфигурации. Применение виброизолирующих
опор служит не только эффективным способом виброизоляции
станка, но и облегчает перестановку оборудования при переплани-
ровках, так как станок не заливают в фундамент.
51

Процесс фрезерования, характерный периодическим измене-
нием силы резания, связанным с врезанием и выходом зубьев
инструмента из металла, создает благоприятные условия для по-
явления и поддержания вынужденных колебаний. Поэтому есте-
ственно стремление к поиску способов ведения процесса, при ко-
торых нарушается строго периодический, циклический характер
изменения действующих сил.
Один из таких способов — применение фрез с неравномерным
шагом зубьев. Концевые разношаговые фрезы конструкции фрезе-
ровщика В. Я. Карасева работают без вибраций на высоких
режимах резания по различным обрабатываемым материа-
лам.
Для обработки заготовок из нержавеющей стали И. М. Леви-
ным и другими авторами дазработаны концевые фрезы, у которых
неравномерность шага достигается применением для каждого
зуба угла наклона винтовой поверхности отличающегося от
других. Об эффективности применения таких фрез свидетельствуют
специальные исследования. Обрабатывали уступы на заготовках
из нержавеющей стали 12Х18Н10Т на вертикально-фрезерном
станке 6Н12 концевыми фрезами диаметром 45 мм из быстрорежу-
щей стали с обильным охлаждением 10%-ной эмульсией. Фрезы
затачивали с углами у= 15°, а = 14°. Углы наклона винтовых
зубьев cu1== 45°, со2= 40°, со3 = 43°, со4 = 38°, шаг зубьев на
торце фрезы равномерный, а на цилиндрической рабочей части
меняется из-за разных углов наклона зубьев. Чем дальше от
торца, тем разность шагов больше. Фрезерование вели при глу-
бине резания t = 6 мм, подаче на зуб sz = 0,2 мм, ширине
фрезерования В = 30 мм; скорость резания изменялась от 8 до
43 м/мин.
Для сравнения обработку заготовок в аналогичных условиях
выполняли концевыми фрезами такого же диаметра, но с одинако-
вым углом наклона ц — 45° и неравномерным шагом зубьев.
С помощью вибродатчиков измеряли амплитуды колебания при
работе фрез обеих конструкций (рис. 30).
Сравнивали также получаемую шерохова-
тость обработанной поверхности (рис. 31).
52
Рис. 30. Амплитуда колеба-
ний
Рис. 31. Шероховатость
поверхности при работе фре-
зой с разным углом наклона
зубьев (/) и фрезой с нерав-
номерным шагом зубьев B)

Как видно, при работе фрезами с разным наклоном зубьев вибра-
ции снижаются, меньше становится и шероховатость обработан-
ной поверхности.
Авторы фрез новой конструкции считают, что снижение виб-
раций объясняется нарушением ритмичности изменения силы
резания из-за различной максимальной толщины слоя, срезаемого
разными зубьями, и различия передних углов (в плоскостях,
нормальных к режущей кромке). Другую причину снижения виб-
раций авторы видят в изменении силы трения при разных поло-
жениях винтовой режущей кромки. Применение разношаговых
фрез с различными углами наклона винтовых зубьев позволяет
повысить режим резания, а следовательно, и производительность
обработки.
Возможность возникновения вибраций в большой степени
зависит от жесткости заготовки и способа ее закрепления в при-
способлении и жесткости приспособления. Для увеличения жест-
кости заготовки устанавливают дополнительные (подводимые
и самоустанавливающиеся) опоры и зажимные элементы. Многие
корпусные заготовки имеют неодинаковую жесткость в различных
направлениях. Это свойство следует учитывать при выборе на-
правления подачи фрезы и установке ее по отношению к заготовке.
Например, при фрезеровании длинных ребер нужно стремиться
вести обработку так, чтобы направление силы резания было близ-
ким к направлению ребра, т. е. фрезеровать ребро вдоль, а не
поперек. Зажимные элементы следует по возможности размещать
непосредственно над опорами, чтобы исключить прогиб заготовки
под действием сил зажима. Для устранения высокочастотных
вибраций иногда бывает полезно устанавливать дополнительные
зажимы с демпфирующими прокладками из жесткой резины или
из пластмассы, например текстолита. ч
Виброустойчивость фрезерного станка зависит не только от
его жесткости, регламентированной нормами жесткости. Факти-
ческая жесткость станка при работе может существенно умень-
шиться из-за несвоевременной и неточной регулировки или из-за
износа сопрягаемых деталей.
Важно помнить, что увеличение зазоров в местах соединений
частей станка (стыков) неизбежно приводит к снижению жест-
кости, создает благоприятные условия для появления вибраций.
Вибрации не только приводят к снижению стойкости инстру-
мента и к повышению шероховатости обработанной поверхности,
но и к смещению заготовки по отношению к инструменту и, как
следствие, к погрешностям размера обрабатываемого участка
заготовки. Причину этого явления можно упрощенно объяснить
следующим образом.
Положим, что настройку на размер выполняют перемещением
с профильной подачей стола фрезерного станка с заготовкой
к фрезе. Из-за силы трения в направляющих и других сил со-
противления перемещению в механизме привода подачи будут
53

возникать упругие деформации. Эти деформации будут зависеть
от суммарной силы сопротивления движению стола. Если после
окончания настройки и врезания фрезы в заготовку начнутся
вибрации технологической системы, это приведет к снижению
силы трения в направляющих стола. Снизится в связи с этим и
сила сопротивления перемещению стола. Ходовой винт и другие
элементы привода, упруго восстанавливая свою форму, сместят
стол, и настроечный размер изменится.
Для устранения рассмотренного явления нужно, чтобы сила
сопротивления перемещению стола (или салазок — при другом
направлении подачи) при фрезеровании и колебаниях системы
была не меньше, чем сила сопротивления холостому перемещению
стола (салазок) при отсутствии вибраций. Этого можно добиться
уменьшением силы сопротивления движению в направляющих
и механизмах привода стола и увеличением силы трения в стыках
после окончания настройки инструмента на размер.
Эффективный способ снижения сил сопротивления движению —
применение шариковых пар: ходовой винт — гайка и направляю-
щих качения или более совершенных смазочных гидродинамиче-
ских или гидростатических систем. Такой способ широко при-
меняют в станках с ЧПУ.
Для увеличения сил трения в стыках при фрезеровании не-
обходимо неподвижно закреплять все части станка, перемещение
которых в данный момент не требуется. Так, например, если на-
стройка на размер выполняется продольным перемещением стола,
а фрезерование — поперечной подачей салазок, стол по оконча-
нии настройки следует закрепить неподвижно на салазках. Если
при фрезеровании используют продольную и поперечную подачи,
закрепляют неподвижно консоль, если только продольною по-
дачу, закрепляют консоль м салазки.
У большинства современных фрезерных станков имеются
устройства для временного закрепления подвижных элементов.
Они могут быть винтовыми, эксцентриковыми и механизирован-
ными. Последние обеспечивают наиболее прочное, надежное
закрепление, не требуют затрат усилий рабочего, могут срабаты-
вать автоматически, если их связать с системой автоматического
управления станком.
Рассмотрим принципы действия быстродействующих зажим-
ных устройств.
В эксцентриковом устройстве (рис. 32, а) подвижная, часть 3
станка поджимается к неподвижной 2 прихватом 5, поворачиваю-
щимся на оси 6. Для поворота прихвата служит эксцентрик /,
закрепленный на общей оси с рукояткой 8. Для регулирования
механизма служит винт 7. Текстолитовая планка 4 выполняет
роль демпфера. Эксцентриковые устройства применяют, например,
для зажима салазок бесконсольно-фрезерных станков, шпин-
дельных бабок и поперечин продольно-фрезерных станков ГЗФС.
По сравнению с распространенными винтовыми зажимами экс-
54

Рис. 32. Устройства для закреп-
ления подвижных частей стан-
ков
центриковые зажимы отличаются быстродействием, но обеспечи-
вают сравнительно небольшую силу зажима.
Механизированное клиновое устройство (рис. 32, б) позволяет
получать весьма большие силы зажима вследствие сочетания клино-
вого зажима с гидравлическим приводом. Клин 4, перемещаясь
слева направо штоком гидроцилиндра 3, смещает вниз сухарь8,
который своей сферической опорой действует на прижим 9, за-
крепляющий подвижную часть 10 станка (в месте контакта по-
верхность прижима наплавлена латунью). Прижим может обес-
печивать поджим в направлении, нормальном к закрепляемому
элементу, или в двух направлениях клиновым упором 1. Чтобы
уменьшить силу трения при перемещениях клина, в сепараторах
установлены игольчатые подшипники 7. Возврат клина и поршня
гидроцилиндра в исходное положение обеспечивают пружины 2 и 6.
Для регулировки механизма служит корончатая гайка 5.
При ее вращении зажимной клин приближается или удаляется
от прижима. Такая конструкция обеспечивает при давлении масла
в гидроцилиндре 15 кгс/см2 силу зажима в 5000 кгс; поэтому ее
используют в тяжелых станках Коломенского завода тяжелого
станкостроения (КЗТС).
Устройство с тарельчатыми пружинами (рис. 32, в) имеет
важное достоинство: оно обеспечивает постоянную силу зажима
55

независимо от давления масла в гидроприводе, так как гидро-
привод служит не для зажима, а для разжима подвижной части
станка.
Тарельчатые пружины 4, установленные на штоке 6", стяги-
вают между собой подвижную 1 и неподвижную 7 части станка
с помощью сухаря 5. Для разжима в цилиндр 2 подают масло
под давлением, поршень 3 сжимает пружины, и сударь при сме-
щении вниз создает необходимый зазор в соединении. Подобные
конструкции применяют главным образом для зажима редко
перемещаемых частей станка.
При установке на станке нескольких механизированных
устройств для зажима одного подвижного элемента можно их
одновременно включать или выключать.
Важное значение для уменьшения колебаний элементов тех-
нологической системы, имеет регулировка зазоров в подвижных
соединениях, которые нельзя устранить полностью, так как со-
прягаемые детали должны при фрезеровании свободно пере-
мещаться относительно друг друга. Так, например, следует систе-
матически контролировать зазор в направляющих стола и сала-
зок и при необходимости регулировать его с помощью клиньев,
устранять зазор в паре ходовой винт—гайка, если на станке
имеется соответствующее компенсирующее устройство.
Регулирование зазоров затрудняется или становится вообще
невозможным, если имеется местный износ направляющих и ходо-
вых винтов. Поэтому нужно по возможности изменять положения
заготовок и приспособлений таким образом, чтобы ходовой винт
и направляющие изнашивались по длине более равномерно.
Еще один путь устранения или уменьшения вибраций — изме-
нение режима резания. Изменяя подачу, а следовательно, и тол-
щину срезаемого слоя, увеличивая или уменьшая скорость реза-
ния, можно найти наиболее выгодное сочетание, при котором не-
обходимое качество обработки достигается при удовлетворитель-
ной производительности.
Тепловые деформации элементов
технологической системы
Тепловые деформации элементов технологической системы проис*
ходят вследствие нагревания частей станка, инструмента и заго-
товки. Источником теплоты при резании является работа, затрачи-
ваемая на пластические деформации материала заготовки в зоне
резания, трение стружки о переднюю поверхность инструмента
и трение между задней поверхностью инструмента и заготовкой.
Основная часть теплоты резания переходит в стружку. В за-
висимости от режима резания это количество теплоты может быть
различным и возрастает с увеличением скорости резания. Другая
Часть теплоты распределяется между режущим инструментом и
заготовкой, а частично рассеивается в окружающую среду. Коли-
56

lecTBO теплоты, поступающей в заготовку при фрезеровании по-
зерхностей, невелико, но возрастает при фрезеровании глубоких
лазов и особенно при сверлении отверстий. При фрезеровании
пассивных деталей тепловые деформации обычно несущественно
злияют на точность обработки, а при обработке тонкостенных
$аготовок могут быть значительными.
Нагревание инструмента в зоне резания вызывает снижение
*го стойкости и изменение размеров. Применение обильного ох-
чаждения позволяет значительно уменьшить тепловые деформации
заготовки и инструмента, повысить точность обработки.
Теплота выделяется не только при работе под нагрузкой, но и
[1ри работе станка на холостом ходу. Источниками теплоты яв-
чяются электродвигатели, трение в зубчатых колесах, подшип-
зиках, других механизмах и приводах. Теплота передается станку
также смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ), отводящей
теплоту из зоны резания. Нагрев частей станка зависит также от
температуры производственного помещения и наличия поблизости
источников теплоты, например закалочных агрегатов, нагрева-
тельных устройств и т. д.
Нагрев частей станка происходит неравномерно. В связи
: этим не только изменяется взаимное расположение частей станка,
}аготовки и инструмента, но и направление их относительного
перемещения. Это явление значительно для особо точных стан-
ков, работающих на чистовых операциях, — шлифовальных, пре-
цизионных токарных и фрезерных. Например, при шлифовании
зала с продольной подачей на круглошлифовальном станке ось
$аготовки может оказаться непараллельной направлению подачи
яз-за смещения стола при нагреве. В результате обработанная
деталь получит конусность.
Изменение взаимного положения частей работающего станка
происходит неравномерно. Оно особенно заметно в первые минуты
я часы работы. Затем наступает так называемое тепловое равно-
зесие, когда взаимное положение частей почти не изменяется.
Поэтому в условиях серийного производства, когда на станке
обрабатывают разнообразнее заготовки, стремятся в начале
:мены, пока станок еще не прогрет до наступления теплового
эавновесия, обработать менее точные детали.
Особо точные детали обрабатывают на станках, размещенных
з так называемых термоконстантных цехах, где с высокой точ-
ностью поддерживается заданная температура помещения и влаж-
-юсть воздуха.
Эстаточные напряжения в заготовке
8 заготовке, поступающей на металлорежущий станок, имеются
внутренние напряжения, которые сохраняются при отсутствии
анешних сил и потому называются остаточными.
Различают остаточные напряжения первого рода, охватываю-
дие большую часть заготовки; напряжения второго рода, обра-
57

зующиеся в микроскопических объемах, — зернах, кристаллах;
напряжения третьего рода, характерные для ячеек кристалличе-
ской решетки.
При механической обработке, когда с заготовки в виде при-
пуска удаляют часть металла, происходит перераспределение
внутренних остаточных напряжений, их временное равновесие
нарушается. Основную роль здесь играют напряжения первого
рода. Величина и характер распределения остаточных напряжений
зависят от конфигурации заготовки, ее габаритных размеров и
соотношения размеров отдельных элементов, способа получения
исходной заготовки и других факторов. Большие остаточные
напряжения возникают в исходных заготовках, получаемых
литьем, ковкой, штамповкой, из-за неравномерного охлаждения
разных элементов заготовки. В сварных, сварно-литых, сварно-
штампованных конструкциях наибольшие внутренние напряжения
возникают в местах сварки, где из-за местного нагрева и охлаж-
дения происходят неоднородные объемные изменения. Струк-
турные " превращения металла и диффузионные процессы при
сварке также способствуют появлению остаточных напряжений
различного рода.
В особо неблагоприятных случаях остаточные напряжения
могут вызвать не только значительное нарушение формы заго-
товки — коробление, изогнутость и другое, но и трещины.
Срезание поверхностных слоев металла освобождает ранее
уравновешенные силы, и остаточные напряжения деформируют
заготовку. Но и сам процесс резания также служит источником
остаточных напряжений, которые возникают как результат пла-
стической деформации поверхностного слоя и нагрева зоны ре-
зания.
Перераспределение внутренних напряжений происходит
не сразу, а постепенно, и также постепенно происходит изменение
формы заготовки и готовой детали. В практике бывают случаи,
когда исходная заготовка, получившая большие остаточные на-
пряжения, проходит черновую обработку. Частично перераспре-
деляются внутренние напряжения и деформация заготовки. Полу-
чившиеся при этом искажения формы устраняют при чистовой
обработке. Готовую деталь, если она годная, ставят на машину,
а через некоторое время уже при эксплуатации выясняется,
что деталь быстро изнашивается, причина этого — ее деформация,
которая произошла после того, как деталь полностью обработали.
Вот почему необходимо уделять самое серьезное внимание
устранению внутренних напряжений. Самый простой путь устра-
нения внутренних напряжений — разделение обработки реза-
нием на несколько этапов. На первом этапе выполняют черновую
обработку, удаляя наибольшую часть припуска с поверхностей
заготовки. Затем передают заготовку на получистовую обработку
и заканчивают изготовление детали на третьем этапе — чистовой
обработке. Так как обычно заготовки обрабатывают партиями,
58

а черновую, получистовую и чистовую обработки ведут на разных
станках, а иногда и в разных цехах, то между черновой и полу чи-
стовой обработками проходит определенное время. За эго время
происходит в основном перераспределение внутренних напряже-
ний и деформация заготовки. Чем больше промежуток времени
между черновой и чистовой обработками, тем меньше опасность
искажения формы готовой детали.
Длительное выдерживание (вылеживание) заготовок для сня-
тия остаточных напряжений называют естественным старением.
Процесс естественного старения очень медленный. Достаточно
сказать, что основная часть остаточных напряжений в сложных
отливках снимается при естественном старении в течение двух-
трех месяцев. Но и после этого срока в течение еще нескольких
месяцев оставшиеся напряжения могут влиять на форму заго-
товки.
Естественное многомесячное старение неэкономично — чрезвы-
чайно затягивается цикл производства, недопустимо возрастает
объем незавершенного производства, снижается оборачиваемость
оборотных средств, поэтому естественное старение применяют
главным образом для особо ответственных отливок, например
заготовок станин прецизионных станков. Чтобы ускорить про-
цесс перераспределения и снятия остаточных напряжений, ста-
рение часто ведут на открытом воздухе (резкая смена температур
дня и ночи способствует интенсификации процесса).
Для мелких и средних отливок эффективным способом снятия
внутренних напряжений является искусственное старение —
специальный процесс термической обработки. Отливку помещают
в печь, нагревают до температуры 500—600° С и выдерживают
в течение 1—6 ч (чем крупнее отливка, тем больше выдержка).
Затем отливку медленно охлаждают вместе с печью таким обра-
зом, чтобы все части отливки (тонкие и толстые) охлаждались
равномерно. Скорость охлаждения составляет 25—75 град/ч.
Когда температура отливки снизится до 200—250° С, ее вынимают
из печи и окончательно охлаждают на воздухе.
Для снятия напряжений, полученных при ковке, штамповке
и литье, применяют также отжиг — нагрев до температуры 400—
600° С с выдержкой 2,5 мин на 1 мм толщины сечения заготовки,
а для сварных заготовок — высокотемпературный отпуск с на-
гревом до 600—650° С. Отжигают также заготовки, получаемые
из проката. Вследствие больших пластических деформаций при
прокатке в поверхностных слоях заготовок образуются значи-
тельные растягивающие, а во внутренних слоях сжимающие на-
пряжения. Если с такой заготовки снимать неравномерный при-
пуск, то ее форма из-за перераспределения внутренних напряже-
ний может измениться. Поэтому, например, после фрезерования
длинных шпоночных канавок на валах, изготовляемых из проката,
может происходить искривление вала. Для исправления кривизны
заготовок валов, осей, стержней, длинных планок и т. д. их пра-
59

вят в холодном состоянии. В процессе правки происходит упру-
гая, а затем пластическая деформация.
Тщательная правка позволяет почти полностью устранить
кривизну заготовки, вызванную действием остаточных напряже-
ний. Но при правке в заготовке появляются новые напряжения.
При дальнейшей чистовой обработке (а еще хуже — в работающей
машине) эти остаточные напряжения могут вызвать новые иска-
жения формы, поэтому для ответственных деталей правку при-
менять нежелательно.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Суммарная погрешность механической обработки появляется как
результат совместного влияния причин, вызывающих появление
погрешностей. Определить суммарную погрешность простым ариф-
метическим сложением составляющих погрешностей нельзя, так
как направление погрешностей может быть различным. Одна
и та же причина в одних условиях может вызвать увеличение,
а в других уменьшение размера детали после обработки. Ме-
няется и степень влияния причин на точность обработки, т. е.
величина получающейся погрешности. Поэтому чаще всего отдель-
ные погрешности, возникающие при Механической обработке,
рассматривают как случайные, т. е. такие, о которых нельзя за-
ранее сказать, когда они появятся и каково будет их действитель-
ное значение при обработке очередной заготовки.
Суммарная погрешность, получающаяся в результате совмест-
ного действия ряда случайных погрешностей,
где h — коэффициент, учитывающий закон распределения слу-
чайных погрешностей; 6lt б2, . . ., б„ — составляющие погреш-
ности.
При обработке резанием возникают следующие погрешности:
бс — геометрическая погрешность станка (погрешность станка
Рис. 33. Схема фрезерования поверхности для расчета суммар*
ной погрешности обработки
60

в ненагруженном состоянии), вызванная погрешностями изготов-
ления деталей и сборки; 6^ — погрешность установки заготовки
в приспособлении; 6П — погрешность изготовления инструмента;
бн — погрешность настройки инструмента на размер; бр — по-
грешность измерений; би — погрешность, связанная с размерным
износом инструмента; 6Д — погрешность, связанная с упругими
деформациями технологической системы; 6Т — погрешности, вы-
зываемые тепловыми деформациями элементов технологической
системы; б0 — погрешности, вызванные внутрелними напряже-
ниями в заготовке.
Рассматривая эти погрешности как случайные, находим сум-
марную погрешность
«2 = К ^ + 62+62+62 +62+62+62 + 62+б2>
Коэффициент К берут равным 1, если учитывают все или боль-
шинство перечисленных погрешностей. Если же известна только
часть погрешностей, К = 1,2.
Рассматривая погрешности, возникающие на конкретной тех-
нологической операции, можно отметить, что некоторые погреш-
ности в данных условиях отсутствуют или настолько малы, что
ими можно пренебречь. Благодаря этому практические расчеты
несколько упрощаются.
Рассмотрим пример расчета суммарной погрешности обра-
ботки при фрезеровании чугунной корпусной заготовки торцовой
фрезой на вертикально-фрезерном станке (рис. 33).
Пример. Задан размер ?заД = 60 — 0,2 мм; припуск на обработку равен
3 мм. Определим значение основных погрешностей.
При фрезеровании поверхности заготовки будет возникать погрешность,
вызванная непараллельностью плоскости стола станка направлению продоль-
ной подачи. Перемещение заготовки от поверхности эталона, по которой выпол-
няют настройку фрезы на размер до конца обрабатываемой поверхности заго-
товки, составит ~200 мм. В соответствии с нормами точности допускаемое от-
клонение от параллельности рабочей поверхности стола по отношению к на-
правлению продольной подачи при длине перемещения до 400 мм составляет
20 мкм. Принимаем поэтому погрешность бс = 20 мкм.
Погрешность установки Ьу складывается из погрешности базирования и
погрешности закрепления. В данном примере измерительная и установочная
базы совпадают, поэтому погрешность базирования бб = 0.
Погрешность закрепления будет возникать вследствие смятия установочной
поверхности заготовки (базы) в месте контакта с опорами. В соответствии с опыт-
ными данными (см. с. 38) можно принять погрешность закрепления е3 =
= 20 мкм.
В погрешность установки следует включать еще погрешность изготовления
станочного приспособления, которая будет вызывать непараллельность опор
основанию приспособления. По опыту проектирования станочных приспособ-
лений можно принять эту погрешность равной 10 мкм на 100 мм длины. Для
расстояния между опорами 150 мм примем погрешность равной 15 мкм. Сум-
марная погрешность установки 8у = 35 мкм.
При торцовом фрезеровании обработанная поверхность образуется наибо-
лее выступающим зубом фрезы, по которому ведут настройку на размер эта-
лоном; поэтому биение зубьев не будет непосредственно влиять на размер об-
работки, и можно принять 8а = 0. Однако необходимо учитывать, что биение
61

Из соотношения Ру — 0,5Р2 Ру = 250 кгс.
Чтобы определить отжатие фрезы от заготовки, обратимся к нормам жест-
кости. Смещение фрезы в вертикальном направлении для станка с шириной
стола до 500 мм под действием силы Ру = 250 кгс составит ~25 мкм. Полу-
чим бд = 25 мкм.
Пренебрегая тепловыми деформациями и влиянием остаточных напряжений,
находим суммарную погрешность обработки
б2 = * К~20а + 352 + 452 + 252 = К-ш.
Принимая К = 1,2, получим 62 = 79 мкм я« 0,08 мм.
Зта погрешность соответствует для заданного номинального размера допуску
3-го класса точности.
По чертежу детали требуется получить размер 60 =t 0,2 мм D-й класс точ-
ности). Из выполненного расчета следует, что заданный размер будет обеспечен.
Понятно, что расчет суммарной погрешности обработки не
может дать абсолютную точность, так как не может учесть всех
особенностей выполнения операции. Однако он позволяет еще
до начала обработки примерно определить, можно ли на данной
операции обеспечить заданную точность, выбрать наиболее рацио-
нальный вариант обработки.
ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
При любом способе обработки металлов резанием на обработанной
поверхности остаются мелкие неровности — шероховатость. При
грубой обработке, например при черновом строгании, фрезеро-
вании, эти неровности (следы от резца или зубьев фрезы) хорошо
видны невооруженным глазом.
62
зубьев будет вызывать увеличение шероховатости обработанной поверхности
вибрации и снижение стойкости фрезы; поэтому необходимо стремиться к мак-
симальному сокращению биения. При повышенных требованиях к шероховатости
поверхности целесообразно использовать торцовую фрезу с зачистным зубом,
длина кромки которого больше подачи на оборот фрезы.
Погрешность настройки бн фрезы на размер зависит от способа настройки,
погрешности изготовления эталона и щупа. На основании опытных данных
можно принимать следующие значения погрешностей. Для обычного способа
настройки — по щупу, установленному между эталоном и зубом фрезы, 0,04 мм.
При особо тщательной настройке эту погрешность можно снизить до 0,01 мм.
Примем бн = 0,02 мм.
Погрешность бр зависит от принятого способа измерений. Положим, что
измерения выполняют штангенциркулем с ценой деления 0,02 мм, тогда бр =
= 45 мкм (см. табл. 6). Учитывая, что размеры обработки невелики и износ
фрезы после обработки нескольких заготовок можно компенсировать изменением
ее настройки на размер, примем би = 0.
Под действием составляющей Ру силы резания будет происходить отжатие
фрезы от заготовки. Чтобы определить значение Ру, надо знать режим резания.
Положим, что глубина резания t — 3 мм, подача sz = 0,3 мм/зуб, v = 126 м/мин.
При этом (для фрезы D — 150 мм, z= 14) п = 270 об/мин, sM == 1170 мм/мин.
Мощность, потребная на резание (по справочнику), будет равна 10 кВт; так
как

Если измерить высоту этих неровностей, то окажется, что она
довольно велика и достигает 100 мкм и более. При чистовой обра-
ботке высота неровностей уменьшается; после обработки чистовой
торцовой фрезой она может быть равной 5—10 мкм @,005—
0,010 мм), а при тонком фрезеровании и обработке фрезами с за-
чистным зубом 1,5—5 мкм @,0015—0,006 мм).
Иногда неровности на обработанной поверхности бывают
настолько малы, что их невозможно различить простым глазом.
Глядя на хорошо отполированную поверхность, трудно сказать,
что она шероховатая. Даже рассматривая такую поверхность
через лупу, невозможно заметить следы обработки. Но если при-
менить специальный оптический прибор, можно обнаружить
следы обработки. И как бы ни малы были неровности на обработан-
ной поверхности, они оказывают очень большое влияние на, ка-
чество работы и долговечность деталей, т. е. на эксплуатацион-
ные свойства машины.
От шероховатости поверхности зависит трение и износ дета-
лей машин. Любая пара взаимно сопряженных деталей сопри-
касается друг с другом своими поверхностями, на которых имеются
неровности в виде выступов и впадин. Неровности затрудняют
взаимное перемещение деталей, так как увеличивается трение
между ними. При работе машин большая часть энергии расхо-
дуется на преодоление сил трения. Например, при работе фрезер-
ного станка примерно Х1Ь часть всей затрачиваемой энергии рас-
ходуется на преодоление сил трения и только 4/б на полезную
работу (работу резания). Чтобы снизить силы трения, следует
уменьшить шероховатость обработанных поверхностей сопрягае-
мых деталей. В тех случаях, когда нагрузка на детали очень велика,
выгоднее применять более шероховатые поверхности. Например,
тяжелый вал, работающий в подшипниках скольжения, при
остановке выжмет масло из зазора и опустится на поверхность
подшипника. Если поверхности вала и подшипника очень гладкие,
то масло выжимается полностью и может произойти молекулярное
схватывание деталей. Когда вал начнет вращаться, в первый мо-
мент происходит трение без смазки, при котором подшипник
и вал быстро изнашиваются, на них образуются задиры. Поэтому
небольшие неровности на обработанной поверхности служат как бы
резервуарами для масла, которое позволяет смазывать вал в мо-
мент трогания его с места. При дальнейшем вращении вал увле-
кает в зазор новые порции масла и масляная пленка постепенно
восстанавливается.
Понятно, что даже в рассмотренном случае неровности
должны быть очень небольшими (—3—6 мкм). Такая шеро-
ховатость поверхности на валах может быть получена шлифо-
ванием, а на плоских поверхностях также и тонким фрезеро-
ванием.
В точных и быстроходных машинах, где зазоры между сопря-
гаемыми деталями очень малы, для уменьшения сил трения и уве-
63

личения износостойкости приходится добиваться минимальной
шероховатости поверхности деталей.
Специальными исследованиями установлено, что для разных
условий износа существуют соответствующие этим условиям опти-
мальные значения шероховатости, при которых износ сопрягае-
мых деталей наименьший. Эту шероховатость и задают на чер-
тежах конструкторы.
При прессовых соединениях прочность соединения деталей
достигают созданием натяга определенной величины, полученной
расчетом. Натяг зависит от фактических размеров соединяемых
деталей. При обработке деталей их размеры проверяют измери-
тельным инструментом, устанавливая его на неровности обработан-
ной поверхности. При запрессовке эти неровности частично сми-
наются. В результате вал становится меньше, а отверстие, куда
он запрессовывается, больше измеренного, и действительный натяг
получается меньше расчетного. Прочность соединения снижается.
Поэтому для деталей, собираемых запрессовкой, задают низкую
шероховатость обработанной поверхности.
От шероховатости поверхности зависит и прочность деталей
машин. Разрушение деталей при переменных нагрузках обычно
начинается с образования мелких трещин на поверхности де-
тали, поэтому для ответственных деталей даже мелкие царапины
на поверхности, полученной обработкой резанием, могут служить
причиной разрушения. И, наоборот, тщательная отделка поверх-
ностей деталей может-значительно повысить и усталостную проч-
ность.
Снижение шероховатости поверхности увеличивает анти-
коррозионную стойкость деталей. Неровные поверхности быстрее
поддаются коррозии (ржавеют). Низкая шероховатость поверх-
ности необходима и в таких соединениях, где нужно обеспечить
плотное прилегание одних деталей к другим (например, плоскости
разъема корпусов редукторов, по которым возможна течь масла,
и т. д.) и герметичность .соединения. Низкая шероховатость по-
верхностей нужна для удобства работы (например, у рукояток
станка), для содержания деталей в чистоте, а также для придания
им привлекательного внешнего вида в соответствии с требованиями
технической эстетики.
Стремление получить наиболее гладкую поверхность во всех
случаях обработки заготовок практически нецелесообразно и
невыгодно экономически, поэтому конструкторы при проектиро-
вании новых машин стремятся до минимума сократить число и
размеры чисто обрабатываемых поверхностей, конечно, не в ущерб
эксплуатационным качествам машины.
Конструктор должен не только обозначить на чертежах,
какие поверхности необходимо обработать, но и указать, какую
шероховатость должны иметь эти поверхности. С одной стороны,
даже незначительное изменение шероховатости может привести
к заметному ухудшению или улучшению качества работы машины.
64

С другой стороны, необоснованное повышение требований к шеро-
ховатости резко увеличивает стоимость изготовления детали.
Достаточно сказать, что, например, себестоимость чистовой обра-
ботки, при которой достигается величина неровностей на поверх-
ности в 1—2 мкм, в 3—5 раз выше себестоимости чистовой обра-
ботки, обеспечивающей высоту неровностей в 10—15 мкм.
Для установления требования к шероховатости поверхности
конструктор пользуется условными обозначениями, предусмотрен-
ными стандартом.
С 1 января 1975 г. начали действовать новые стандарты:
ГОСТ 2789—73 (шероховатость поверхности, параметры и харак-
теристики) и ГОСТ 2.309—73 (обозначения шероховатости поверх-
ности). Необходимость разработки новых стандартов возникла
по ряду причин. Главная из них — дальнейшее повышение тре-
бований к состоянию обработанных поверхностей деталей машин.
Теперь уже не всегда достаточно обозначить на чертеже условно
заданную высоту неровностей. Становится необходимым задавать
еще шаг неровностей и другие характеристики, в том числе, на-
пример, направление неровностей. Поэтому потребовалось вклю-
чение, в стандарт дополнительных требований к шероховатости
и новых обозначений. Другая причина — необходимость согласо-
вания стандартов с рекомендациями ИСО (международной орга-
низации по стандартизации) и СЭВ (Совета Экономической Взаимо-
помощи).
Представим металлическую пластину, верхняя поверхность
которой фрезерована. На рис. 34 эта поверхность для наглядности
показана грубообработанной.
Конструктор изображает все поверхности ровными, геометри-
чески правильной формы (поверхность, цилиндр, конус и т. д.),
без учета допускаемых отклонений. Такая поверхность, заданная
на чертеже, называется номинальной A на рис. 34, а). Реальная
поверхность 2, ограничивающая тело и отделяющая его от окру-
жающей среды, отличается от номинальной тем, что она не глад-
кая, а шероховатая. Если рассечь ее плоскостью, перпендикуляр-
ной к номинальной поверхности, получим нормальное сечение 3,
в котором виден реальный неровный профиль поверхности. Чтобы
получить полное представление, о характере реальной поверх-
ности, недостаточно, очевидно, измерить какой-то один выступ
или впадину профиля; нужно измерить ряд неровностей профиля
на какой-то длине (базовой длине), достаточной для оценки данной
поверхности. Естественно, что если неровности невелики (с очень
малым шагом) и равномерно распределены по поверхности детали,
базовую длину можно ваять небольшой, а для грубых поверх-
ностей придется ее увеличить до нескольких миллиметров и более.
В соответствии с этим в ГОСТ 2789—73 принято следующее
определение: шероховатость поверхности — совокупность не-
ровностей поверхности с относительно малыми шагами st на ба-
зовой длине /.
65

Рис. 84. Элементы обработанной поверхности
Чтобы оценить (измерить) неровности профиля, необходимо
условиться в системе отсчета, т. е. выбрать какую-то базу изме-
рения — базовую линию (поверхность). В СССР и в большинстве
других стран в качестве базовой используют среднюю линию
профиля. В этом случае профиль поверхности разбивают средней
линией профиля так, чтобы сумма площадей профиля над средней
линией (ограниченная выступами профиля) была примерно равна
сумме площадей профиля под средней линией (т. е. сумме площа-
дей участков, заключенных между средней линией и впадинами
профиля.) Упрощенно, хотя и неточно, можно представить, что
средняя линия профиля разделяет профиль по высоте пополам
D на рис. 34, а).
Теперь перейдем к рассмотрению параметров (характеристик),
используемых для оценки шероховатости поверхности.
В отличие от прежнего стандарта A959 г.) в новом стандарте
вместо двух параметров (Ra и Rz) используют шесть: Ra — сред-
нее арифметическое отклонение профиля; Rz — высота неровно-
стей профиля по десяти точкам; Rmax — наибольшая высота
неровностей профиля; Sm — средний шаг неровностей; S— сред-
ний шаг неровностей по вершинам; tp — относительная опорная
длина профиля, где р — числовое значение уровня сечения про-
филя.
Первые три параметра определяют высоту неровностей, по-
этому их можно назвать высотными, остальные характеризуют
шаг и форму неровностей. Первые два параметра существовали
в прежнем стандарте и являются основными в новом. Благодаря
этому упрощается переход к новому стандарту и облегчается ис-
пользование на производстве чертежей, выполненных по различ-
ным стандартам.
66

Обратимся к рис. 34, б и рассмотрим параметры шерохова-
тости. Ra — среднее арифметическое отклонение профиля (сред-
нее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля
в пределах базовой длины).
Смысл этого определения поясняется следующим образом.
Если разбить все участки профиля над средней линией т (выступы)
и под средней линией (впадины) множеством вертикальных пря-
мых с равным шагом (на рисунке эти линии показаны для одного
выступа и двух впадин), получим множество расстояний У точек
профиля до средней линии (отклонений профиля).
Складывая все эти расстояния арифметически и разделив на
число измерений, получим
/?а-,-к' + к* + к»+-" + к".
Rz — высота неровностей профиля по десяти точкам (сумма
средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти наи-
больших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля
в пределах базовой длины). Для плоских поверхностей; характер-
ных для множества фрезерных работ, средняя линия профиля
имеет форму прямой линии. В этом случае
Rz — ~5" 1 L ^max — L ^mln j »
где h — расстояния от пяти высших /imax и пяти низших hmlu
точек профиля до линии, параллельной средней линии профиля.
Последнюю формулу можно представить и в таком виде:
5
Легко заметить, что разность hmax — hmn характеризует
полную высоту неровностей, a Rz можно представить как среднюю
высоту неровностей на всей базовой длине. Параметр Rz дает
более реальное представление о шероховатости поверхности, чем
параметр Ra. Действительно, если сказать, что Ra — среднее
арифметическое отклонение профиля равно 80 мкм, то мысленно
трудно представить, какая это поверхность. А если говорят, что
Rz = 320 мкм, нам легко ощутить, что это такое. Это значит,
что на поверхности имеются неровности средней высотой 0,32 мм,
т. е. это очень грубо обработанная поверхность.
Необходимость использования двух основных параметров
для оценки шероховатости поверхности связана с особенностями
действия измерительных приборов, о чем будет сказано ниже.
Отметим» что для наиболее распространенных фрезерных работ
достаточно оценить шероховатость поверхности одним из двух
параметров Ra или Rz.
Каждому фрезеровщику известно, что на поверхности, обра-
ботанной фрезой, резцом или другими инструментами, часто
67

©стаются кроме основных неровностей отдельные более глубокие
риски. Для особо ответственных поверхностей деталей мдпдин
этого допускать нельзя, так как отдельные выделяющиеся не-
ровности могут вызвать ускоренный износ, а для деталей, ра-
ботающих при знакопеременных нагрузках, даже поломку при
работе. Для таких важных поверхностей в новом ГОСТе введен
еще один высотный параметр, ограничивающий размеры отдель-
ных наиболее значительных неровностей поверхности: /?тах —
наибольшая высота неровностей профиля (расстояние между
линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах
базовой длины) [(см. рис. 34, 6I.
Остальные параметры стандарта также используют главным
образом для обозначения требований к обработке наиболее от-
ветственных поверхностей деталей машин. Две из них Sm и S
определяют заданный шаг неровностей. Sm — средний шаг не-
ровностей (среднее арифметическое значение шага неровностей
профиля в пределах базовой длины). Чтобы найти 5т, нужно из-
мерить на средней линии профиля длину каждого шага выступов
(на рис. 34, б для примера показан только шаг Smi) в пределах
базовой длины, сложить полученные величины и разделить на
число измерений.
S — средний -шаг неровностей по вершинам — среднее ариф-
метическое значение шага неровностей профиля по вершинам
в пределах базовой длины. На рис. 34, б даны обозначения (для
примера) только двух шагов неровностей по вершинам St, но
этого достаточно, чтобы понять различие между Sm и 5.
Наиболее сложным для понимания существа понятия является
последний параметр tp — относительная опорная длина профиля.
Обратимся к рис. 34, в, где показана в очень большом увеличении
фрезерованная поверхность. Если эта поверхность при работе
детали в машине будет "контактировать с поверхностью сопрягае-
мой детали и детали будут перемещаться относительно друг друга,
выступы неровностей контактирующих поверхностей будут по-
степенно изнашиваться. Первоначально детали соприкасаются
по вершинам выступов, и в местах контакта возникают большие
давления. Происходит интенсивный износ выступов. По мере
износа общая суммарная площадь контакта поверхностей или,
как ее еще называют, опорная площадь будет увеличиваться,
а удельные давления уменьшаться. В результате этого замедлится
износ поверхностей.
Возьмем две детали, изготовленные из одного и того же "ма-
териала, но обработанные разными способами (см. рис. 34, в
и г). Положим, что у обеих деталей выступы неровностей изно-
шены на одинаковую высоту Р. При сравнении опорных площа-
дей обеих поверхностей видно, что у второй поверхности она
много больше. Очевидно, износостойкость этой поверхности будет
выше. Поэтому характеристика опорной площади имеет важное
значение для оценки износостойкости поверхности.
68

Измерить непосредственно опорную площадь поверхности
практически невозможно. Но можно судить о ее размерах кос-
венно — по опорной длине профиля, которая представляет собой
сумму длин отрезков bt полученных при пересечении профиля
линией, параллельной средней линии, на расстоянии Р от линии
выступов. Опорную длину профиля определяют на базовой длине.
Относительная опорная длина профиля tp — это отношение
опорной длины профиля к базовой длине. Значение tp определяют
следующим образом. Задаются значением уровня сечения про-
филя
/> = -?-100%,
апих
где р — значение уровня сечения профиля, %; Р — расстояние
от линии выступов до выбранного сечения профиля, мкм.
Тогда
п
{-I ' bt. + Ьи Л \-Ь,
Числовые значения большинства параметров шероховатости
выбирают из ряда чисел: 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630,
800, 1000. Меньшие и большие числовые значения параметров
получены делением или умножением чисел этого ряда на 10,
100 и т. д.
Максимальное числовое значение Rz или Rmsx равно 1600 мкм,
минимальное — 0,025 мкм, параметр Ra можно принимать в пре-
делах 100—0,008 мкм. Стандарт охватывает неровности с наиболь-
шим средним шагом неровностей по вершинам S = 12,5 мм и вы-
сотой Rz = 1600 мкм = 1,6 мм. Это очень большие неровности,
не характерные для обработки резанием. Следовательно, стандарт
позволяет устанавливать требования к поверхностям, получаемым
при литье, ковке, штамповке и т. д.
Базовую длину / выбирают в пределах 0,01—25 мм (чем больше
неровности, тем больше базовая длина).
Относительная опорная длина профиля tp может быть 10—
90% базовой длины, а значения уровня сечения профиля р Ъ —
90% tfmax .
Требования к шероховатости поверхности должны устанавли-
ваться без учета дефектов поверхности (царапины, раковины
и т. п.). При необходимости требования к дефектам поверхности
должны быть оговорены отдельно.
В связи с использованием для характеристики шероховатости
поверхности многих параметров, в том числе нескольких одно-
временно, потребовались и новые условные обозначения
(ГОСТ 2.309—73). Шероховатость поверхности обозначают одним
из знаков (рис. 35). Для поверхности, вид обработки которой
не установлен конструктором, применяют знак, показанный на
§9

Рис; 85. Обозначения шероховатости поверхности аа чертежах
рис. 35, а. Если поверхность образуется удалением слоя материала
фрезерованием, точением, сверлением, травлением и др., приме-
няют знак, показанный на рис. 35, б. Поверхности заготовок,
полученных литьем, ковкой, прокатом и другими способами, обо-
значают знаком, показанным на рис. 35, в. Такой же знак преду-
смотрено использовать для поверхностей, не обрабатываемых
по данному чертежу.
Над знаком шероховатости указывают значения параметров
шероховатости, одного или нескольких. Значения параметра Ra
записывают без символа (рис. 35, г), значения параметра Rz
и других параметров — g соответствующим символом (рис. 35, д).
Числовое значение параметров может быть наибольшим допускае-
мым (см. рис. 36, д), номинальным с допускаемыми отклонениями
в процентах (обозначение относительной опорной длдшы профиля
tp = 80% при уровне сечения профиля р = 50% на рис. 35, ё)
или задано в виде диапазона значений (обозначение допускаемого
диапазона Sm от 0,063 до. 0,040 мкм на рис. 35, е).
При необходимости в обозначение шероховатости поверхности
включают и другие дополнительные требования. Одно из них —
указание о заданном направлении неровностей поверхности по
отношению к линии, изображающей на чертеже эту поверхность
(рис. 35, ж).
Типы направлений неровностей и их обозначения приведены
в табл. 8.
Если заданная шероховатость поверхности может быть до-
стигнута только единственным способом, применяют знак с «пол-
кой», над которой помещают название этого способа (рис. 35, ж).
Под полкой записывают еще заданную базовую длину, если она
отличается от обычно применяемой, и тип направления неров-
ностей поверхностей (см. рис. 35, е).
На всех новых чертежах с 1 января 1975 г. заданную шерохо-
ватость поверхности указывают только по новым обозначениям,
70

Таблица 8
Типы и условное обозначение на чертежах направлений неровностей
поверхности (ГОСТ 2789—73)
Направление
неровностей
Параллельное
Перпендикулярное
Перекрещивающе-
еся
Произвольное
Кругообразное
Радиальное
Обозначение
направления
рисок
на чертеже
LL
X
м
с
R
Пояснение обозначения
на поверхности,
к шероховатости которой
устанавливается требование
Параллельно линии, изо-
бражающей на чертеже
поверхность
Перпендикулярно линии,
изображающей на черте-
же поверхность
Перекрещивание в двух
направлениях наклонно
к линии, изображающей
на чертеже поверхность
Различные направления
по отношению к линии,
изображающей на черте-
же поверхность
Приблизительно круго-
образно по отношению
к центру поверхности
Приблизительно радиаль-
но по отношению к центру
поверхности
Схематическое
изображение
неровностей
¦¦¦W
л
||
ш
ш
1
1
ш
1
Поэтому каждый производственник должен хорошо знать и ста-
рые и новые обозначения, (табл. 9), полезно также знать, что, по
экспериментальным данным, для классов Vl — V6 по
ГОСТ 2789—59 или для Rz = 320 ч-5 по ГОСТ 2789—73 отноше-
ние Ж~4.
На рис. 35, з—м приведены примеры обозначений на чертежах
шероховатости поверхности для одной поверхности детали
(рис. 35, з); для детали, все поверхности которой должны иметь
одинаковую шероховатость (рис. 35 и); для указания одинаковой
шероховатости нескольких поверхностей детали (рис. 35, к).
В этом примере показано, что одна поверхность должна иметь
71

Таблица 9
Сопоставление обозначений шероховатости поверхности по ГОСТ
и ГОСТ 2789—59 (для классов шероховатости VI— V10)
Шероховатость
поверхности, мкм
320
80
160
40
80
20
40
10
20
Б
10
2,6
5,0
1,25
2,5
0,63
1,25
0,32
0,63
0,16
по ГОСТ
Rz
RilW, RittO,
V, V
RzWO, RzWO/
v; v
НВО/ Rz 80/
V, V
ПгЩ RzW/
V, V
fo20/ RiWj
V, V
RzW/ RzlDj -
V. V
RiQfii Rtltf,
Rilfi/ Rilfit
V , v
щгь/ Riiib/
V, V
Щ63/ RiOfih
v; v
Обозначения
2789~73
| Ra
2789—73
По ГОСТ
2789—5Р
VI
V2
V3
V4
V5
V6
V7
V8
V9
V10
Примечание. В «вслвтеле дано Rr, в знаменателе «* Ra.
п

шероховатость Ra не более 2,5 мкм, контроль следует выполнять
на базовой длине 0,8 мм, для остальных поверхностей задано Rz
не более 10 мкм.
На фрезерных станках с ЧПУ часто выполняют обработку
различных контуров. Если заданная шероховатость по всему
контуру одинакова, а контур имеет резкие переходы от одной
поверхности к другой, рекомендуется обозначение по рис. 35, л,
а для контуров с плавными переходами — обозначение по
рис. 35, м (без надписи «По контуру»).
Шероховатость поверхности при фрезеровании зависит от
многих факторов: способа фрезерования, типа и геометрии инстру-
мента, режима резания, материала заготовки и др.
При черновом фрезеровании торцовыми и цилиндрическими
фрезами получают шероховатость Rz = 80ч-40 мкм, а при чисто-
вом фрезеровании Rz — 10-f-2,5 мкм. Тщательная доводка и
заточка зубьев фрез алмазными кругами, применение фрез с за-
чистным зубом, фрез с зубьями — вставками из эльбора-Р поз-
воляют снизить шероховатость поверхности до Ra = 1,25 ч-
-т-0,5 мкм. Торцовыми фрезами, особенно одно- и двузубыми
с зачистной режущей кромкой, можно получить более низкую
шероховатость, чем цилиндрическими.
Способы оценки шероховатости
обработанной поверхности
Оценку шероховатости обработанной поверхности производят
сравнением и измерением. Для оценки методом сравнения исполь-
зуют эталоны (образцы) и образцовые детали. Эталоны шерохо-
ватости обычно представляют собой небольшие рамки с закреп-
ленными в них образцами в виде плиток (для плоских поверхно-
стей) или полуцилиндров (для цилиндрических поверхностей).
Сравнивая на глаз или с помощью оптического прибора поверх-
ность обработанной детали с эталонной, можно оценить ее шерохо-
ватость. Поверхности, обработанные разными способами, могут
отличаться по внешнему виду. Так, например, чисто фрезерован-
ная и шлифованная поверхности при одинаковой шероховатости
внешне различны, поэтому для правильной оценки фрезерованной
детали нужно иметь эталоны, также обработанные фрезой, причем
для торцового и цилиндрического фрезерования эталоны должны
быть разными. На эталонах делают надписи, указывающие,
каким способом и с какой шероховатостью они обработаны.
Эталоны позволяют определить невооруженным глазом шерохо-
ватость поверхности не ниже Rz = 10 мкм (или V6), а при соот-
ветствующем навыке до /?z=5,0-f-2,5 мкм (V7—V8). Кроме спе-
циальных эталонов, одинаковых для различных предприятий,
на заводах иногда используют образцовые детали. Образцовая
деталь — это точно обработанная по чертежу деталь. Преимуще-
ство образцовых деталей по сравнению с эталонами в том, что
73

Рис. 36. Схемы измерения шероховатости поверхности
их изготовляют из того же материала, на том же оборудовании
и тем же инструментом, что и контролируемые серийные детали.
Благодаря этому точность оценки ¦шероховатости повышается.
Но образцовые детали целесообразно применять только в условиях
крупносерийного производства, так как они требуют специальной
проверки аттестации.
Большое преимущество способа оценки шероховатости по-
верхности сравнением с эталонами или образцовыми деталями —
простота и удобство использования непосредственно в цехе.
Но применять этот способ можно не всегда, так как он не позво-
ляет измерить шероховатость поверхности. Это сильно затрудняет
объективную оценку качества продукции.
Методы измерения шероховатости поверхности разделяют
на бесконтактные и контактные. Для бесконтактных измерений
применяют различные оптические тГриборы, предназначенные
главным образом для оценки шероховатости по параметру Rz.
Среди них наибольшее распространение получил двойной микро-
скоп Линника. Действие двойного микроскопа основано на прин-
ципе светового сечения поверхности. Положим, требуется опре-
делить размер Н выступа на обработанной детали / (рис. 36, а).
На контролируемую поверхность с помощью осветительного ту-
буса 3 направляют узкую полоску света. Для этого внутри тубуса
имеется миниатюрная лампочка, от которой лучи света через
линзы направляются в щелевую диафрагму, а оттуда в виде узкой
полоски через оптическую систему (на рисунке не показана) па- '
дают на контролируемую поверхность. Если она неровная, свето-
вая полоска, попадая на нее, изгибается, четко обрисовывая кон-
туры неровностей. Так как осветительный тубус наклонен под
углом 45Q к поверхности детали, то освещенные неровности вы-
глядят в «световом сечении» увеличенными. Световое сечение рас-
сматривают через наблюдательный тубус 2 под углом 90° к этому
сечению. Оптическая система наблюдательного тубуса позволяет
видеть это сечение сильно увеличенным.
74

Фактическую высоту неровности можно определить из пря-
моугольнрго треугольника АгБВ, где /^БА^ ?= 45°, так как
сторона АгБ находится в плоскости светового сечения, распо-
ложенного под таким же углом к контролируемой поверхности.
Размер' гипотенузы АХБ определяют окулярным микрометром
с учетом увеличения микроскопа. Катет БВ = Н — высота
неровности
Н = АХБ sin 45° = А хБ-0,707.
Для определения действительной высоты неровности размер
АгБ, отсчитанный по окулярному микроскопу, умножают на
общее увеличение микроскопа.
Микроскоп имеет два тубуса: наблюдательный 2 и осветитель-
ный 7 (рис. 37). Контролируемую деталь / помещают на коорди-
натный столик 8, который можно перемещать в двух взаимно
перпендикулярных направлениях микрометрическими винтами,
а также поворачивать относительно вертикальной оси. Это не-
обходимо для того, чтобы быстро и точно расположить деталь
в нужном положении по отношению к тубусам микроскопа, а за-
тем перемещать ее для отсчета высот нескольких неровностей и
определения значения Rz. Отсчет высот выполняют окулярным
микрометром 3. Для регулирования 'положения тубусов по вы-
соте служат механизмы грубой 5 и тонкой 4 настройки. Тубусы
микроскопа можно также поднимать и опускать вместе с крон-
штейном 6.
На заводах широко известен двойной микроскоп мод. МИС-П,
а в последнее время усовершенствованная модель ПСС-2 (прибор
светового сечения мод. 2). Последний имеет объективы с полем
зрения, соответствующим стандартным базовым длинам, и снаб-
жен фотокамерой для фотографирования контролируемой по-
верхности.
Двойные микроскопы позволяют контролировать поверхности
с шероховатостью Rz ^ 60 ч-2 мкм (V3—V8), т. е. поверхности,
характерные для многих фрезерных работ. Эти приборы можно
при необходимости использовать не только в лабораторных, но и
в цеховых условиях, устанавливая их с по-
мощью дополнительных приспособлений
непосредственно на контролируемую по-
верхность крупных деталей.
Используя двойной микроскоп, полу-
чают значение Rz подсчетом среднего
арифметического ряда измерений.
Для контроля шероховатости грубых
поверхностей Rz = 320-Т-80 мкм (Vl—V3)
служат простые накладные переносные
приборы, основанные на принципе тене-
вого сечения (ПТС). Над контролируемой
поверхностью 3 (рис. 36, б) помещают спе- EThVu Дв°йн°и микр°с"°п
75

Рис. 38. Принципиальная
схема ощупывающей голов-
ки
цнальный нож 2 и освещают ее сверху на-
клонно падающей полосой света. Тень, па-
дающая на поверхность, изгибается по
неровностям профиля, образуя его увели-
° ченное изображение. Рассматривая сверху
увеличенный теневой профиль, оценивают
шероховатость сеткой /. Если теневое изоб-
ражение укладывается между первым и вто-
рым делением сетки, это значит, что шеро-
ховатость Rz не превышает 80 мкм (V3).
В примере, показанном на рис. 36, б, тень
занимает пространство между первым и
третьим делением сетки, что соответствует
Rz < 160 мкм -(V2). Четвертое деление
является границей теневого изображения шероховатости Rz =
= 320 мкм (VI). Для контроля шероховатости поверхностей
Rz < 2 мкм используют растровые микроскопы, например микро-
скоп ОРИМ-1 (предназначен для поверхностей с шероховатостью
Rz = 40 -ьО,6 мкм), а для наименее шероховатых поверхностей —
микроинтерферометры МИИ. Среди последних наиболее совер-
шенным является прибор МИИ-14, позволяющий контролировать
поверхно'сти с шероховатостью Rz = 0,6ч-0,025 мкм (V10—V14).
Таким образом, бесконтактные оптические приборы позволяют
контролировать поверхности, полученные любым способом обра-
ботки резанием. Вместе с тем широкое применение в промышлен-
ности получили приборы, основанные на контактном методе из-
мерения, — профилометры и профилографы. Профилометры ис-
пользуют для оценки шероховатости поверхности по пара-
метру Ra\ профилографы, кроме этого, позволяют записать (изо-
бразить) профиль контролируемой поверхности в увеличенном
виде. Все эти приборы работают по принципу ощупывания кон-
тролируемой поверхности алмазной иглой.
В электромеханических приборах (рис. 38) алмазная игла 6t
подвешенная к корпусу измерительной головки на маленьких
плоских пружинах 5, перемещается вместе с головкой по кон-
тролируемой поверхности. Сферические опоры 4 головки опи-
раются на выступы поверхности, создавая базу для измерения,
а игла колеблется на пружинах подвески, повторяя неровности
контролируемого профиля.
Игла соединена с якорем 5, расположенным под сердечником 2
индукционной катушки. При своем движении якорь пересекает
силовые линии постоянного магнита /, и в обмотке катушки
индуктируется переменный электрический ток. Напряжение тока
будет зависеть от скорости перемещения якоря, а значит, и от
высоты неровностей контролируемой поверхности. Чем больше
неровности, тем быстрее будут двигаться игла и якорь (при ус-
ловии, что скорость перемещения всей измерительной головки
по детали будет постоянной).
76

Преобразуя тем или иным образом индуктированное напря-
жение, фиксируют высоту неровностей по показывающему при-
бору, шкала которого градуирована в микронах. Так как игла
прибора колеблется на подвеске относительно своего среднего
положения, можно считать, что показания прибора соответствуют
значению Ra.
Для измерения шероховатости поверхности в цеховых усло-
виях используют переносные профилометры. К ним относятся,
например, профилометры мод. 240 и 253, предназначенные для
контроля шероховатости поверхности по параметру Ra = 2,5-$-
ч-0,04 мкм (V6—VI2). Чтобы игла прибора могла ощупывать
мельчайшие неровности на поверхности, ее затачивают с малым
радиусом при вершине р = 10 мкм. Понятно, что такой иглой
нельзя контролировать грубые поверхности — она сломается.
Вместе с тем при контроле чисто обработанных поверхностей ра-
диус иглы оказывается в 2—10 раз больше высоты неровностей
поверхности, и при измерении возникают существенные погреш-
ности — игла «не чувствует» неровностей. Поэтому ощупывающие
приборы цехового назначения применяют обычно для определен-
ных пределов шероховатости (Ra *« 2,5 -f-0,04 мкм).
Шероховатость Ra < 0,04 мкм можно оценить только слож-
ными и дорогими приборами лабораторного назначения, имею-
щими иглу радиусом 2 мкм. К этим приборам относятся профило-
графы-профилометры мод. 201 и 202. Приборы позволяют измерять
шероховатость поверхности (по параметру) и записывать профило-
граммы, по которым можно определить все параметры поверх-
ности. Более универсален прибор мод. 202, позволяющий контроли-
ровать как самые гладкие, так и грубые поверхности с Rz ^ 80 мкм
(V3) с применением специального датчика. Он имеет приспособ-
ления для контроля шероховатости криволинейных поверхностей,
в том числе у шариков и роликов диаметром >1 мм, для измерения
шероховатости в отверстиях диаметром от 3 мм (на глубине 5 мм)
и др. При записи профилограммы неровности можно изображать
в разных масштабах по горизонтали и вертикали для удобства
расчетов параметров шероховатости. Горизонтальное увеличение
можно выбирать в пределах 2—4000, вертикальное 1000—
200 000. Это значит, что неровность поверхности Rz высотой
всего 0,1 мкм изобразится на профилограмме в виде пика или впа-
дины размером 20 мм.
Чтобы алмазная ощупывающая игла не повредила контроли-
руемую поверхность, ее поджимают к поверхности с силой 0,1 гс.
При записи профилограммы ощупывающая игла движется на
поверхности медленно с скоростью 0,2—10 мм/мин.
Переносной цеховой профилометр позволяет быстро C—10 с)
измерить шероховатость контролируемой поверхности. Чтобы
скорость движения иглы вдоль поверхности была равномерной,
что важно для получения высокой точности измерения, исполь-
зуют специальный миниатюрный электродвигатель, встроенный
77

в измерительную головку. Переносные ощупывающие профило-
метры более универсальны, чем бесконтактные оптические при-
боры, удобнее для применения в цеховых условиях, при измере-
нии сразу же дают оценку шероховатости (по параметру Ra),
но более дорогие.
Широкое распространение получили как бесконтактные, так
и контактные методы измерения. Этим главным образом объяс-
няется тот факт, что в ГОСТ 2789—73 имеется не один, а два ос-
новных параметра для оценки шероховатости Rz и Ra.
Фрезеровщику в повседневной работе проще всего пользо-
ваться эталонами шероховатости и только при изготовлении
особо ответственных деталей обращаться за помощью к мастеру,
в цеховую или заводскую измерительную лабораторию.
Шероховатость поверхности при фрезеровании
Говоря о качестве обработанной поверхности, обычно подразу-
мевают под ним шероховатость поверхности, хотя это не совсем
правильно. Качество поверхности характеризуется не только ее
шероховатостью, но и качеством (состоянием) поверхностного
слоя. При обработке резанием изменяется не только микрогео-
метрия поверхности детали, но и структура поверхностного
слоя, его механические свойства.
Под действием режущего инструмента обрабатываемый металл
в тонком поверхностном слое получает наклеп — упрочнение.
Деформация поверхностного слоя происходит при1 высоких тем-
пературах и давлениях." При скоростном резании металлов тем»
пература в зоне резания достигает 800—1000° С и более. В ре-
зультате сильной пластической деформации и нагрева до высокой
температуры структура и свойства поверхностного слоя металла
могут резко отличаться от основного металла.
Глубина поверхностного слоя с измененными свойствами
и его состояние зависят от свойств и структуры обрабатываемого
металла, вида обработки, геометрии режущего инструмента,
режима резания и других причин. При обдирочной обработке
глубина наклепанного слоя может превышать 0,5 мм, а при чи-
стовой обработке снижается до 0,1 мм.
Качество поверхностного слоя контролируют в заводских и ис-
следовательских лабораториях. В цеховых условиях обычно
ограничиваются измерением шероховатости обработанной по-
верхности.
На рис. 39 приведены схемы образования профиля поверх-
ности при фрезеровании. На всех схемах глубина фрезерования
и подача на один зуб одинаковы. Сравним, какой профиль по-
верхности при этом получается, и посмотрим, от каких факторов
зависит высота неровностей на обработанной поверхности.
Прежде всего на высоту неровностей влияет радиус закругле-
ния вершины вуба торцовой фрезы (или радиус цилиндрической
78

Рис. 39. Схемы образования профиля
поверхности при фрезеровании:
а _ торцовой фрезой с острой (не
закругленной) вершиной зубьев; б—
торцовой фрезой с закругленной
вершиной; в — цилиндрической фре-
зой
фрезы). Нетрудно видеть также влияние подачи. В треугольнике
АБВ (рис. 39, а) высота БД равна выступу ha. При уменьшении Sz
основание треугольника А В будет меньше и также уменьшится
высота БД. Для торцовой (рис. 39, б) и цилиндрической
(рис. 39, в) фрез высота неровностей тоже зависит от подачи и
с уменьшением подачи уменьшается.
Для фрез с закругленными зубьями и цилиндрических фрез
высоту неровностей можно определить по формуле
По схеме на рис. 39, а можно судить и о влиянии на высоту
неровностей углов зуба в плане. При уменьшении вспомогатель-
ного угла в треугольнике А Б В без изменения подачи s высота не-
ровностей БД = ha будет уменьшаться. То же самое будет и
при уменьшении угла ср. Для закругленных зубьев углы в плане
не влияют на высоту неровностей, если неровности образуются
криволинейным участком режущей кромки. В этом случае вы-
сота неровностей зависит только от радиуса закругления вершины
зуба фрезы R и величины подачи s2. Уменьшение глубины реза-
ния с t до tx (рис. 39, а) на высоту неровностей не влияет.
Отсюда можно сделать вывод, что для уменьшения шерохова-
тости обработанной поверхности следует уменьшать подачу, углы
в плане, увеличивать радиус закругления вершины зуба фрезы
или радиус (диаметр) цилиндрической фрезы. Если довести вспомо-
гательный угол в плане до нуля, можно получить совершенно
ровную поверхность. Для других случаев можно из геометри-
ческих соображений подсчитать величину неровностей в зависи-
мости от Szi ф, Ф1,*/?.
79

Pec. 40. Схема деформации ме-
талла зубом торцовой фрезы
Однако при фрезеровании не удается
получить идеально гладкую поверх-
ность даже при очень маленьких пода-
чах и при ф!=0. Причина этого в том,
что в рассматриваемых схемах не учи-
тывали сложные физические явления,
происходящие в процессе резания. Фак-
тическая высота неровностей в реаль-
ных условиях отличается от геометри-
ческой расчетной и в большинстве слу-
чаев превышает расчетную.
На рис. 40 показан зуб фрезы в виде
прозрачной пластинки, срезающий с поверхности стальной заго-
товки слой размером ах Ь. Под действием режущего инструмента
металл в зоне резания пластически деформируется — сжимается
в направлении скорости резания и расширяется в стороны (на схеме
указано стрелками); происходит усадка металла, уходящего в струж-
ку; размеры стружки увеличиваются по сравнению с размерами се-
чения среза: aj > а и Ьх > 6. Если измерить стружку, то ока-
жется, что особенно сильно увеличилась толщина — размер а.
Увеличение ширины b меньше. Объяснение этому явлению
найдем, если учтем, что переход срезаемого слоя в стружку про-
исходит не на какой-то четкой границе, образуемой режущей
кромкой, а постепенно, из-за деформации металла, расположенного
не только впереди инструмента, но и под поверхностью резания.
Металл, уходящий в стружку, увлекает за собой и соседние слои
металла, заставляя их перемещаться вдоль главной и вспомога-
тельной режущих кромок инструмента (см. рис. 38). Наименьшее
сопротивление металла деформации будет, очевидно, в направле-
нии, перпендикулярном главной режущей кромке, и в этом на-
правлении больше всего утолщается, срезаемый слой. В этом же
направлении, точнее, вдоль вспомогательной режущей кромки,
будет в основном деформироваться и металл под поверхностью
резания. В результате высота неровностей на обработанной по-
верхности возрастает по сравнению с ожидаемой расчетной.
При увеличении толщины срезаемого слоя расхождение между
фактической и расчетной высотами неровностей уменьшается.
Известно, что с увеличением скорости резания свыше 50—60 м/мин
для стали усадка стружки уменьшается, пластическая деформация
не успевает распространяться далеко от поверхности резания,
поэтому уменьшается и шероховатость обработанной поверхности.
При высоких скоростях резания фактическая высота неровностей
приближается к расчетной.
С изменением скорости резания связано и другое явление,
вызывающее искажение формы и размеров неровностей, — яв-
ление нароста. Нарост вызывается «застоем» металла вблизи
вершины инструмента при определенных скоростях резания.
Нарост, постоянно меняясь по высоте, вызывает неравномерную
80

деформацию срезаемого слоя. Он то резко возрастает, то сры-
вается с передней поверхности и внедряется в обработанную
поверхность. Высота остаточных неровностей сильно увеличи-
вается- Наибольшая высота нароста бывает при температуре
в зоне резания около 200° С, что для обычных конструкционных
сталей соответствует скоростям резания 20—30 м/мин. С повыше-
нием температуры нарост уменьшается.
При обработке чугуна и других хрупких металлов пласти-
ческая деформация очень незначительна. И тем не менее факти-
ческая высота неровностей оказывается больше расчетной. Это
связано с образованием стружки надлома. Элементы стружки
надлома часто скалываются по поверхностям, расположенным
ниже плоскости резания, и на обработанной поверхности остаются
углубления. С увеличением скорости резания хрупкие металлы
проявляют пластические свойства; вид стружки изменяется, и
шероховатость поверхности уменьшается.
Имеется и еще одна важная причина, вызывающая увеличение
неровностей на обработанной поверхности. Это неровности режу-
щей кромки. При малых подачах при работе инструментами с за-
кругленной вершиной или с вспомогательным углом в плане,
равным нулю, неровности режущей кромки копируются на обра-
ботанной поверхности; поэтому при чистовом фрезеровании нужно
обращать особое внимание на качество заточки и доводки режу-
щих кромок фрез.
Кроме рассмотренных основных причин, на шероховатость
обработанной поверхности влияет упругое восстановление ме-
талла после прохода инструмента (особенно при невысоких ско-
ростях резания). Величина упругого восстановления металла за-
висит от углов заточки инструмента. Влияние переднего и зад-
него углов проявляется главным образом из-за связи с величиной
угла заострения инструмента. Угол заострения, в свою очередь,
определяет величину радиуса округления режущей кромки.
Чем больше угол заострения, т. е. чем меньше задний и передний
углы, тем больше радиус округления. Округление режущей
кромки вызывает ее скольжение по поверхности металла в мо-
мент врезания, если врезание происходит при толщине среза,
меньшей радиуса округления, например при цилиндрическом фре-
зеровании. При скольжении зуба по металлу металл упруго де-
формируется, а после прохода зуба восстанавливается. Кроме того,
округление режущей кромки затрудняет деформацию металла
в зоне резания, ухудшает процесс резания. И то и другое обстоя-
тельство увеличивает шероховатость обработанной поверхности
Поэтому, например, при цилиндрическом фрезеровании более
низкая шероховатость поверхности получается при попутной
подаче, когда зуб фрезы врезается в металл со стороны обрабаты-
ваемой поверхности. При получистовом и чистовом фрезеровании
торцовыми фрезами с малыми углами в плане можно получить
¦более низкую шероховатость поверхности, чем при цилиндриче-
81

ском фрезеровании. Это объясняется отсутствием у цилиндриче-
ских фрез вспомогательной режущей кромки, зачищающей не-
ровности на обработанной поверхности. Самую низкую шерохо-
ватость получают при торцовом тонком фрезеровании и работе
фрезами с зачистными зубьями. Рекомендуемые подачи при чи-
стовом^ фрезеровании приведены в табл. 10—16 [81.
Таблица 10
Рекомендуемые подачи при чистовом фрезеровании плоских поверхностей
торцовыми фрезами с пластинами твердого сплава
Материал
обрабатываемой
детали
Сталь аВг кгс/мм2!
>70
Вспомога-
тельный
угол
в плане Фр
град
5
2
5
2
Заданная шероховатость
обрабатываемой поверхности, мим
Rz = 20
/?2= 10
Яг= 5
Подача на один оборот
фрезы s0, мм/об
0,80—0,50
1,6-1,0
1,0—0,7
2,0-1,4
0,55—0,40
1,1—0,80
0,60—0,45
1,2—0,90
0,25—0,20
0,50—0,40
0,30—0,20
0,60—0,40
Таблица 11
Рекомендуемые подачи при чистовом фрезеровании поверхностей
торцовыми фрезами из стали Р18
Заданная
шерохова-
тость
поверхности
Rz, мкм
40
20
10
Материал обрабатываемой заготовки
Сталь 45 и 40Х
прокат, 40Х
нормализован-
ная
Сталь 35
Сталь 45
улучшенная
Сталь 10,
20, 20Х
Подача на один оборот фрезы s0, мм/об
2,7—1,2
1,2-0,5
0,5-0,23
3,1—1,4
1,4-0,5
0,5—0,3
5,6—2,6
2,6-1,0
1,0-0,4
3,9—1,8
1,8—0,7
0,7—0,3
Рекомендуемые подачи при фрезеровании плоских поверхностей
цилиндрическими фрезами с пластинами твердого сплава
(заданная шероховатость поверхности Rz ~ 20-г-10 мкм)
Таблица 12
Материал
обрабатываемой детали
Сталь
Чугун
Подача на один зуб фрезы s , мм/зуб,
при ширине фрезерования В, мм
до 30
0,2-0,3
0,25—0,35
св. 30
0,15—0,20
0,20-0,25
82

Таблица 13
Рекомендуемые подачи при чистовом фрезеровании плоских поверхностей
из стали, чугуна и медных сплавов цилиндрическими фрезами
Из стали Р18
Заданная
Шерохова-
тость по-
верхности
Нг, мкм
20
10
40
1,8—1,0
1,6-1,0
1,0—0,6
1,0—0,6
Диаметр фрезы, 13
и
Подача на
2,7-1,6
2,3-1,3
Ьб-0,8
1,3-0,7
ПО
один оборот фрезы
3,4-1,9
2,7-1,6
1,9-1,1
1,6—0,9
s9, мм/об
4.1-2,3
3,2—1,9
2,3—1,3
1,9-1,1
200
5,0—2,8
3,7-2,1
2,8—1,6
2,1-1,2
Таблица 14
Рекомендуемые подачи при фрезеровании стали дисковыми фрезами
с пластинками из твердых сплавов пои заданной шероховатости
поверхности Rz— 5,0-i-10,0 мкм
Мощность станка, кВт
Св. 10
5—10
Мощность станка, кВт
Св. 10
5—10
Фрезерование пазов
Предел прочности стали при растяжении ав, кгс/мм*
до 90
св. 90
Глубина резания, мм
<30
>зо
| >зо
Подача на один зуб фрезы s , мм/зуб
0,10—0,12
0,08-0,10
0,08—0,10
0,05—0,08
0,06—0,08
0,05—0,06
0,05—0,06
0,04—0,05
Фрезерование поверхностей и уступов
Предел прочности стали при растяжении ад, кгс/мм*
до 90
са. 90
Глубина резания, мм
<30
>30 |
<30
>зо
Подача на один зуб фрезы $z, мм/зу5
1,18-0,22
0,15-0,20
0,15—0,20
0,10—0,15
0,12-0,15
0,10—0,12
0,10-0,12
0,08-0,10
Примечание. Нижние пределы подач — для широких пазов
83

Таблица 15
Рекомендуемые подачи при чистовом фрезеровании плоских поверхностей
дисковыми фрезами из стали Р18 с вспомогательным углом
в плане ф! == 2°
Заданная шероховатость
поверхности Яг, мкм
20—40
10
Материал обрабатываемой заготовки
Сталь 45 и
40Х прокат,
40Х норма-
лизованная
Сталь 35
Сталь 45
улучшенная
Сталь 10,
20, 20Х
Подача на один оборот фрезы s0, мм/об
1,2—0,6
0,5—0,23
1,4—0,5
0,5—0,3
2,6—1,0
1,0—0,4
1,8—0,7
0,7—0,3
Таблица 16
Рекомендуемые подачи при чистовом фрезеровании поверхностей
и уступов концевыми твердосплавными фрезами
Тип фрезы
С коронками
С винтовыми пла-
стинками
10—12
14—16
18—22
20
30
50
Число
зубьев г
6
6
8
3
4
6
Глубина резания /, мм, до
1-3
12
Подача на один зуб фрезы $г>
мм/зуб
0,025—
0,03
0,04—0,06
0,05—0,08
0,07—0,10
0,10—0,15
0,10-0,20
0,03—0,04
0,04—0,06
0,05—0,08
0,08—0,12
0,11—0,15
0,03—0,04
0,03—0,05
0,06—0,10
0,08—0,12
0,05—
0,09
0,06—
0,10
Примечание. Меньшие значения подач — для получения Rz = 10 мкм,
большие значения — для Rz = 20 мкм
Тонкое торцовое фрезерование характеризуется малыми глу-
бинами резания, малыми подачами и высокими скоростями ре-
зания. Исследования, проведенные И. С. Солониным и С. П. Се-
меновым, и опыт заводов показывают, что при тонком фрезеро-
вании можно получать очень низкую шероховатость обработан-
ной поверхности Rz = 5,О-Н2,5 мкм для чугуна, Rz = 5,0-г-
-т-1,25 мкм для силумина и других цветных металлов и сплавов,
Rz= 1,25 мкм и ниже для сталей. Такие результаты достигнуты
при фрезеровании стали марок 45, 50 со скоростью резания v =
= 300м/мин, при глубине резания t = 0,1 мм, подаче на оборот
s0 = 0,15 мм/об (Sg = 0,05 мм/зуб). Обычно тонкое фрезерование
ведут при глубине резания it == 0,1-г-0,5 мм, подаче на зуб s =¦
Ь4

*= 0,05—0,12 мм/зуб. Скорости резания при обработке чугуна
v — 120ч-150 м/мин л выше, при обработке стали v = 150-г-
-7-180 м/мин и выше. При обработке силумина, алюминия и дру-
гих цветных металлов и сплавов скорость резания выбирают наи-
большей, возможной на данном станке. Фрезы имеют зубья с ма-
лым вспомогательным углом в плане ф1=1-г-3° или Я = 1-5-1,5 мм.
Фрезерование торцовыми фрезами с зачистными зубьями
характерно тем, что у многозубой торцовой фрезы один-два зуба
делают выступающими в осевом направлении по отношению к ос-
тальным зубьям и затачивают с вспомогательным углом в плане,
равным нулю. Выступающий зуб зачищает неровности, остаю-
щиеся после прохода остальных зубьев, работая с подачей, рав-
ной подаче на оборот. Для фрез с одним зачистным зубом
рекомендуется выставлять его на 0,04—0,06 мм по отношению
к остальным зубьям, а для фрез с двумя зачистными зубьями
первый зуб на 0,02—0,06 мм, а второй на 0,04—0,06 мм по отно-
шению к первому зачистному зубу. Фрезы с зачистными зубьями
успешно применяют для обработки серого и ковкого чугуна,
сталей.
При работе фрезой с зачистными зубьями ширина режущей
кромки выступающего зуба по торцу фрезы должна быть больше
подачи на оборот фрезы. Если необходимую шероховатость обра-
ботанной поверхности и точность не удается получить при работе
фрезой с зачистным зубом за один проход из-за недостаточной
жесткости заготовки или станка, то рекомендуется фрезеровать
в два прохода, используя при втором проходе ускоренный обрат-
ный ход. При обратном ходе стол не поднимают, но зачистной
зуб из-за уменьшения упругих деформаций заготовки и узлов
станка вновь вступает в работу. Понятно, что подача на оборот
при ускоренном обратном ходе должна быть несколько меньше
длины режущей кромки зачистного зуба.
Шабрящее фрезерование предназначено для замены ручного
шабрения или шлифования плоскостей разъема корпусных де-
талей, изготовляемых из чугуна, стали и других материалов
обработкой фрезами, которые имеют два или один зуб. Один зуб
предназначается для чистового фрезерования, а другой зуб шаб-
рит поверхность; при этом шабрящий зуб выставляют из корпуса
фрезы больше, чем чистовой. Однозубые фрезы применяют после
предварительного чистового фрезерования или строгания.
Зуб фрезы имеет цилиндрическую форму; его крепят в отвер-
стии корпуса, параллельном оси вращения фрезы (рис. 41).
Зуб фрезы затачивают таким образом, чтобы получить зачистную
кромку длиной / с углом в плане фх = 0°, расположенную пер-
пендикулярно к оси фрезы (т. е. параллельно обрабатываемой
поверхности). Длину кромки / выбирают в пределах 2,5—3,5 мм
в зависимости от требований к шероховатости обработанной по-
верхности. При / = 2,5 мм может быть получено Rz = 10 мкм,
при / = 3,5 мм Rz = 2,5 мкм.
85

Рис. 41. Шабрящая фреза
Шабрящее фрезерование ве-
дут при очень малых глубинах
резания от 0,03 до 0,1 мм и по-
даче на зуб 1,5—2,5 мм. Ско-
рости резания при обработке
стали рекомендуется брать от
120—140 до 200—220 м/мин (для
получения более низкой шеро-
ховатости применяют более вы-
сокие скорости резания). При
обработке чугуна можно полу-
чить Rz=5 мкм при скорости
резания 150—160 м/мин, при ско-
рости резания 240—250 м/мин
Hz = 5-r-2,5 мкм.
При заточке зуба фрезы необходимо особое внимание обращать
на тщательность заточки и доводки режущей кромки. Износ
зуба по задней поверхности не должен превышать 0,2 мм. Диа-
метр фрезы должен быть несколько больше ширины фрезерова-
ния (D = 1,05В).
При .работе фрез с зачистными зубьями или шабрящих фрез
необходимо учитывать жесткость станка, заготовки и станочного
приспособления, так как зачистной зуб при работе сильно отжи-
мается от обрабатываемой поверхности.
Одна из причин, ограничивающих возможности получения
особо низкой шероховатости обработанной поверхности, — недо-
статочная виброустойчивость фрезерных станков.
Опыты [91 показали, что при чистовой обработке заготовок
из цветных металлов на вертикально-фрезерных станках нормаль-
ной и повышенной точности выгодно применять алмазное фрезе-
рование.
Был модернизирован вертикально-фрезерный станок мод.
ВФПГ-42 с целью использования его для алмазного фрезерования.
Вместо обычной установили
специальную фрезерную го-
ловку с электрошпинделем на
прецизионных подшипниках,
вращающихся с частотой
3000 об/мин. Для получе-
ния продольных подач стола
использовали гидропривод,
причем гидростанцию разме-
стили отдельно от станка.
Стол установили на направ-
ляющих качения. Благодаря
этому удалось почти полно-
стью исключить вынужден-
ные колебания станка.
Рис. 42. Алмазная фрезерная головка
86

Для обработки поверхностей использовали фрезерную го-
ловку с двумя резцами (рис. 42): один твердосплавный /, снимаю-
щий основную часть припуска, другой чистовой 2 оснащен алма-
зом. Резцы закреплены в корпусе головки на разном расстоянии
и с различным вылетом. Чистовой алмазный резец размещен
ближе к оси фрезы {1г — /2) = 2-т-З мм и выступает в осевом на-
правлении по отношению к твердосплавному резцу примерно
на 0,1 мм (это величина припуска для алмазного резца).
Предварительные опыты показали, что при фрезеровании
цветных металлов для получения особо низкой шероховатости
поверхности желательно работать со скоростью резания выше
500 м/мин, когда прекращается образование нароста. Оптимальная
подача равна 0,02—0,04 мм/об. Глубина резания не оказывает
заметного влияния на шероховатость поверхности. Рекомендуется
работать с глубиной резания 0,3 мм для твердосплавного резца
и глубиной 0,05—0,15 мм для алмазного резца. При таких режи-
мах резания достигается шероховатость поверхности Rz — 1-f-
-—1,5 мкм. Непрямолинейность обработанной поверхности не
превышает 0,005 мм на 200 мм длины.

Глава II
Процесс фрезерования
и выбор режимов
резания
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ФОРМА И УГЛЫ ЗАТОЧКИ ЗУБЬЕВ ФРЕЗ
Известно, что геометрическая форма зубьев фрезы (или, как часто
говорят, геометрия зубьев) оказывает большое влияние на изно-
состойкость и работоспособность инструмента. Если геометри-
ческая форма выбрана правильно, фреза работает быстро, спо-
койно, без частых переточек. Поэтому необходимо знать все
элементы зубьев фрезы, представлять, какими должны быть углы
ваточки фрез при разных способах фрезерования.
Рассмотрим взаимодействие инструмента и заготовки на при-
мере двух типичных инструментов — цилиндрической и торцо-
вой фрез (рис. 43, а). Фреза срезает стружку с обрабатываемой
поверхности 2, образуя обработанную поверхность 9. Срезаемый
слой металла сходит в виде стружки по передней поверхности 3
эуба 6. В процессе резания образуется поверхность резания /,
к которой обращена главная задняя поверхность 4 зуба. Главные
режущие кромки 5, 7 образуются пересечением передней 6 и глав-
ной задней поверхностей. У цилиндрической фрезы (рис. 43, а)
главная режущая кромка 10 образует при работе как поверх-
ность резания, так и обработанную поверхность. Зуб торцовой
фрезы имеет еще вспомогательную режущую кромку 5, образован-
ное пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей
(эта поверхность обращена к обработаннрй поверхности заготовки)
Следовательно, работа резания распределяется у такой фрезы
между двумя режущими кромками. Это благоприятно сказывается
на стойкости фрезы и особенно важно при чистовом фрезеровании,
когда вспомогательная кромка окончательно формирует обрабо-
танную поверхность.
Вершина зуба торцовой фрезы — место пересечения режущих
кромок. Чтобы сделать вершину более прочной, ее часто закруг-
ляют или соединяют режущие кромки прямолинейной переходной
кромкой 8 (рис. 43, в).
Взаимное расположение поверхностей з>ба фрезы и их положе-
ние по отношению к поверхностям заготовки определяют геометри-
ческие элементы — углы зуба фрезы.
Различают углы в главной секущей плоскости и углы в плане.
Положение главной секущей плоскости определяется по отноше-
нию к двум координатным плоскостям — плоскости резания и
88

Рве. 48. Геометрическая форма и углы заточки фрез
основной плоскости (см. рив. 43). Плоскость резания является
касательной по отношению к поверхности резания, а основная
плоскость параллельна направлению движения подачи, т. е на-
правлению, по которому движется заготовка по отношению
к инструменту в процессе фрезерования.
Главную секущую плоскость проводят перпендикулярно к проек-
ции главной режущей кромки на основную плоскость. Углы
в главной секущей плоскости показаны на рис. 43, а, б. Перед-
ний угол у измеряют между передней поверхностью и плоскостью,
перпендикулярной плоскости резания. Передний угол может
быть положительным (рис. 44, а) и отрицательным (рис. 44, 6).

Рис. 44. Геометрия фрезы:
а—положительный угол; б—отрицательный передний угол, в—ра«
диус округления режущей кромки; е *- угол наклона режущей
кромки '
При положительном переднем угле угол резания б — угол между
передней поверхностью и плоскостью резания всегда меньше 90°,
а при отрицательном переднем угле — больше 90°. Между перед-
ней и задней поверхностями образуется угол заострения р, а
между главной задней поверхностью и плоскостью резания —
главный задний угол а (см. рис. 43). Все углы в главной секущей
плоскости оказывают сильное влияние на процесс резания. Пред-
ставляя себе зуб фрезы как клин, внедряющийся в металл, можно
отметить, что при небольшом угле заострения зуб будет работать
легче. Но при этом прочность зуба может оказаться недостаточ-
ной; поэтому при тяжелых фрезерных работах применяют инстру-
мент с большим углом заострения, а передний угол делают близ-
ким к нулю или отрицательным.
С увеличением заднего угла уменьшается трение инструмента
об обрабатываемый металл и вместе с тем уменьшается и угол
заострения; поэтому большие задние углы целесообразно исполь-
зовать при чистовом фрезеровании, когда сопротивление металла
резанию невелико. Как видно, все углы инструмента в главной
секущей плоскости тесно связаны между собой и влияют друг на
друга. Это нужно учитывать при выборе значений углов загочки
фрез.
90

Есть еще один важный элемент геометрии в главной секущей
плоскости. Только на упрощенных схемах резания инструмент
изображают в виде острого клина. На самом деле режущая кромка
даже при тщательной заточке имеет некоторое округление радиу-
сом р (рис. 44, в). При значительном радиусе округления C0—
40 мкм и более) инструмент с трудом срезает тонкие стружки —
он не столько режет, сколько соскабливает* $ заготовки тонкий
слой металла, поэтому при чистовой обработке важно не только
тщательно затачивать инструмент, но и доводить по одной или
двум поверхностям режущего клина для уменьшения радиуса р.
Чем меньше угол (J, тем легче получить маленький радиус округ*
ления р. Если инструмент имеет две рабочие режущие кромки, то
для вспомогательной режущей кромки проводят вспомогатель-
ную секущую плоскость (см. рис. 43) и в этой плоскости измеряют
вспомогательные передний Yi и задний ах углы.
Углы инструмента в плане измеряют в основной плоскости.
Спроектируем изображения главной режущей кромки А Б и вспо-
могательной А В на основную плоскость, получим их проекции аб
и ав. Угол между проекцией на основную плоскость главной ре-
жущей кромки и направлением подачи s называют главным углом
в плане ф. Угол между проекцией на ту же плоскость вспомога-
тельной режущей кромки и направлением, обратным подаче,
называют вспомогательным углом в плане (р^ Угол между проек-
циями на основную плоскость главной и вспомогательной режу-
щих кромок называют углом при вершине е или углом в плане
при вершине.
Углы инструмента в плане оказывают большое влияние на
его стойкость и шероховатость обработанной поверхности.
Угол наклона главной режущей кромки Я (рис. 44, г) измеряют
в плоскости резания как угол между главной режущей кромкой
и линией, проведенной через вершину зуба фрезы параллельно
основной плоскости. Угол X может быть положительным, отри-
цательным и равным нулю. Применяя торцовые фрезы с положи-
тельным углом Я, облегчают условия работы фрезы в момент вре-
зания в заготовку — удар при врезании удаляется от вершины
зуба.
ЭЛЕМЕНТЫ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ
При фрезеровании различают два основных движения: вращение
фрезы вокруг своей оси — главное движение и перемещение за-
готовки относительно фрезы — движение подачи. Скорость вра-
щения фрезы называют скоростью резания, а скорость перемеще-
ния детали — подачей.
Скорость резания при фрезеровании — это длина пути (в м),
которую проходит за 1 мин наиболее удаленная от оси вращения
точка главной режущей кромки. Скорость резания легко опреде-
лить, зная диаметр фрезы и частоту ее вращения (число оборотов
91

в минуту). За один оборот фрезы режущая кромка зуба пройдет
путь, равный длине окружности, имеющей диаметр D:
/ = nD,
где / — путь режущей кромки за один оборот фрезы.
Длина пути, пройденная кромкой зуба фрезы в единицу вре-
мени,
L = In = nDn,
где п — частота вращения, об/мин.
Принято обозначать диаметр фрезы в миллиметрах, а скорость
резания в метрах в минуту (м/мин), поэтому написанную выше
формулу можно записать в виде
В производственных условиях часто требуется определить
необходимую частоту вращения фрезы для получения заданной
скорости, резания. В этом случае используют формулу
1000у 318и
При фрезеровании различают подачу на зуб, на оборот и ми-
нутную подачу. Подачей на зуб s2 называют расстояние, на кото-
рое перемещается заготовка (или фреза) за время поворота фрезы
на один шаг, т. е. на угол между двумя соседними зубьями
(рис. 45, а, б).
Подачей на оборот so называют расстояние, на которое пере-
мещается обрабатываемая деталь (или фреза) за время одного
полного оборота фрезы:
Минутной подачей sM называют расстояние, на которое пе-
ремещается заготовка (или фреза) в процессе резания за 1 мин.
Минутная подача измеряется в мм/мин:
sM = Sf/i или sM = s2Zn.
Зная минутную подачу, легко подсчитать время, необходимое
для фрезерования детали. Для этого достаточно разделить длину
обработки (т. е. путь, который должна пройти заготовка по от-
ношению к фрезе) на минутную подачу. Таким образом, по вели-
чине минутной подачи удобно судить о производительности обра-
ботки.
Глубиной резания t называют расстояние (в мм) между обраба-
тываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендику-
лярно обработанной поверхности, или толщину слоя металла,
снимаемого за один проход фрезы.
Скорость резания, подача и глубина резания являются эле?
ментами режима резания. При наладке станка устанавливают
92

Рис. 45. Элементы срезаемого слоя и режимы резания при фрезеровании:
й — поверхности цилиндрической фрезой; 6 — поверхности торцовой фрезой;
верхности концевой фрезой; г — паза концевой фрезой; д — паза дисковой или
фрезой; е — паза угловой фрезой; ж — паза фасонной фрезой
в — по-
пазсвой
глубину резания, подачу и скорость резания, исходя из возмож-
ностей* режущего инструмента, способа фрезерования обрабаты-
ваемого материала и особенностей обработки. Чем большее коли-
чество металла в 'единицу времени фреза снимает с заготовки, тем
выше будет производительность фрезерования. Естественно, что
производительность фрезерования при прочих равных условиях
будет повышаться с увеличением глубины резания, подачи или
скорости резания.
Но элементы режима резания не полностью характеризуют
условия работы зубьев фрез. Зуб цилиндрической фрезы (см.
рис. 45, а) срезает слой металла, толщина которого постепенно
увеличивается с момента врезания зуба (точка А) до момента вы-
хода зуба из металла (точка Б). Ширина срезаемого слоя равна
93

ширине обрабатываемой поверхности — ширине фрезерования
(ширина фрезерования обозначена буквой В). Зуб же торцовой
фрезы (см. рис. 45, б) срезает слой металла, толщина а и ширина Ь
которого остаются примерно одинаковыми на всей длине пути
зуба, т. е. на длине дуги, соответствующей ширине фрезерования В.
В зависимости от положения главной и вспомогательной ре-
жущих кромок соотношение между толщиной и шириной сре-
заемого слоя (элементами срезаемого слоя) и элементами режима
резания может быть различным. Так, толщина срезаемого слоя
может быть равна подаче на зуб (а = s2), а ширина срезаемого
слоя равна глубине резания (b = t). При работе с большой пода-
чей на зуб, когда sz больше t, соотношение между a, b и t, sz полу-
чается обратным: а = t и b = sz (см. рис. 45, б). Чаще всего
встречаются случаи, когда главная режущая кромка распола-
гается наклонно, a s2 меньше /. При этом толщина срезаемого
слоя а несколько меньше подачи sz> а ширина b больше глубины
резания t.
При работе фрезами других типов не всегда удается сразу
сказать, какой из элементов срезаемого слоя следует считать глу-
биной резания, а какой — шириной фрезерования. Так, напри-
мер, при фрезеровании пазов концевыми, дисковыми или пазо-
выми фрезами образуются сразу три обработанные поверхности:
дно и боковые стенки. Чтобы не ошибиться, нужно в каждом слу-
чае прежде всего подумать, какой из элементов принять за глу-
бину резания. Так как глубина резания — это расстояние от
обрабатываемой до обработанной поверхности, то в случае обра-
ботки паза глубиной резания будет глубина паза, а ширина паза,
следовательно, будет шириной фрезерования как при работе кон-
цевой, так и дисковыми и пазовыми фрезами.
Приведенные на рис. 46 обозначения размеров срезаемого слоя
наиболее употребительны, и их используют в официальных спра-
вочных материалах [8].
В некоторых случаях условно принимают, что ширина фрезе-
рования измеряется в направлении, параллельном оси фрезы.
Тогда, например, при фрезеровании поверхности торцовой фре-
зой ширина этой поверхности будет считаться глубиной резания.
ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ФРЕЗЕРОВАНИЯ
Изучение существа физических явлений, происходящих при ре-
зании металлов, имеет важное практическое значение, позволяет
выяснить, в каких условиях работает режущий инструмент, ка-
кие силы и температуры на него действуют, как они зависят от
геометрии инструмента, элементов режима резания, свойств обра-
батываемого материала, какие причины оказывают влияние на
шероховатость обработанной поверхности и качество поверхност-
ного слоя.
Знание закономерностей процесса резания позволяет уверенно
выбирать наиболее выгодный для обработки заданной заготовки
94

инструментальный материал, геометрию инструмента, режим ре-
зания, обеспечивающие наиболее высокую производительность
труда и экономичное изготовление деталей требуемого качества.
В процессе резания металлов происходит упругая и пласти-
ческая деформации, а также разрушение материала.
Упругой (обратимой) деформацией называют такую дефор-
мацию, когда при приложении нагрузки материал изменяет
свою форму, а после снятия нагрузки вновь ее восстанавливает.
Нагретый металл хорошо поддается обработке давлением.
Под ударами молота, под давлением пресса стальные заготовки
приобретают нужную форму. Эта форма детали не изменится и
после того, как прекратится давление на деталь. Произошла необ-
ратимая пластическая деформация.
Но часто происходит и другое явление — разрушение мате-
риала. Разрушение материала без пластической деформации на-
зывают хрупким разрушением. К числу хрупких относится та-
кой широко распространенный металл, как чугун. Разрушение
материала может происходить и при пластической деформации.
Растягивая кусок мягкой проволоки, видим, что она вначале ста-
новится тоньше и длиннее, а затем разрывается — разрушается.
В этом случае разрушение материала наступает как результат
пластической деформации.
При обработке пластичных металлов инструмент в момент на-
чала врезания в заготовку вызывает упругие деформации металла,
которые по достижении предела упругости переходят в пласти-
ческие. В ходе пластической деформации срезаемый слой сжимается
инструментом, а затем, когда напряжения превысят предел проч-
ности, отделяется от основного металла в виде элемента стружки.
При дальнейшем движении инструмент деформирует следующую
часть срезаемого слоя, образующего новый элемент стружки,
и т. д. Практически образование нового элемента стружки начи-
нается до полного отделения предыдущего элемента. Это значит,
что в срезаемом слое одновременно происходит упругая и пласти-
ческая деформации и разрушение металла.
При обработке металлов, находящихся в хрупком состоянии,
отделение срезаемого слоя происходит иначе. Вслед за упругой
деформацией следует хрупкое разрушение. Вместо элементов
определенной формы, образующих стружку при резании пластич-
ных металлов, металл отделяется инструментом в виде кусочков
беспорядочной формы, причем поверхность разрушения часто ока-
зывается под поверхностью резания. Такую стружку называют
стружкой надлома. Стружку, образующуюся при резании пластич-
ных металлов в виде отдельных, не связанных между собой, но
имеющих определенную упорядоченную форму элементов, назы-
вают элементной стружкой.
Элементная стружка образуется при резании с малыми ско-
ростями. При увеличении скорости резания не успевает происхо-
дить полное отделение каждого элемента стружки, и они остаются
95

Рис. 46. Деформация металла:
а — пуансоном и режущим инструментом; в — схема линии скольжения; в — микрофо-
тография; г — схема стружкообразования; д — угол сдвига и усадка стружки при малом
угле резания; е — угол сдвига в усадка стружки при большом угле резания
связанными между собой. Такая стружка называется стружкой
скалывания, или суставчатой. Если скорость резания продол-
жать увеличивать, взаимное смещение элементов стружки еще
уменьшается и она приобретает вид ленты с очень мелкими за-
зубринами; это — сливная стружка.
Рассмотрим теперь более подробно процесс деформирования
срезаемого слоя режущим инструментом. Можно представить
себе процесс резания пластичного металла, сравнивая его с вдав-
ливанием пуансона при обработке давлением (рис. 46, а). При
вдавливании пуансона в пластичный металл, когда напряжение
достигает предела текучести, в нем происходят местные сдвиги,
причем они обнаруживаются при появлении линий скольжения,
представляющих собой следы относительных сдвигов частиц ме-
талла. Установлено, что положение линий скольжения при пла-
стической деформации можно представить в виде сетки логарифми-
ческих спиралей, показывающих, в каком направлении сдвигаются
зерна металла (на рис. 46, а эти направления показаны стрел-
ками). Подобную схему можно построить и для обработки ме-
талла резанием. Под действием режущего инструмента в срезае-
мом слое происходит сдвиг частиц металла в направлениях, соот-
ветствующих линиям скольжения (рис. 46, б).г При этом сдвиг
частиц металла будет происходить в направлении наименьшего
сопротивления, т. е. в сторону обрабатываемой поверхности.
Впереди резца образуется деформированная зона, ограниченная
изогнутой поверхностью сдвига (линия О А на рис. 46, б). Под
действием режущего инструмента срезаемый слой деформируется
до тех пор, пока напряжение в деформированной зоне не достигнет
96

предела прочности; в этот момент происходит сдвиг образованного
элемента стружки, отделение его от основного металла.
В сливной стружке отдельные элементы не успевают образо-
ваться, и она сходит сплошной лентой (рис. 46, в). Вблизи перед-
ней поверхности инструмента в стружке образуется заторможен-
ный слой, отличающийся по своему строению от остальной стружки
(рис. 46, в). Это происходит из-за большого давления и возникаю-
щей при этом силы трения.
Из рис. 46, б следует, что деформация охватывает не только
слой металла, уходящий в стружку, но и распространяется под
поверхностью резания, создавая в ней соответствующие напряже-
ния и вызывая упругую и пластическую деформации. После про-
хода режущей кромки обработанная поверхность частично упруго
восстанавливается и, воздействуя на заднюю поверхность инстру-
мента, создает значительную силу трения.
Представим теперь в целом принципиальную схему деформа-
ции обрабатываемого металла (рис. 46, г).
Под действием режущего инструмента обрабатываемый ма-
териал претерпевает упругую и пластическую деформацию. Пла-
стическая деформация зерен металла распространяется в направ-
лении линий скольжения. Часть срезаемого слоя, ограниченная
поверхностью сдвига, удаляется в стружку. Одновременно про-
исходит деформация под поверхностью резания, обрабатываемый
металл получает упрочнение (наклеп).
В результате наклепа твердость поверхностного слоя металла
возрастает в среднем в 1,5—2 раза. Особенно велика интенсивность
наклепа при резании нержавеющих и марганцовистых сталей;
чем больше наклеп, тем труднее металл обрабатывать.
Вследствие давления срезаемого слоя на переднюю поверхность
инструмента и упругого восстановления металла со стороны по-
верхности резания возникают большие силы трения на передней
и задней поверхностях инструмента, которые интенсивно изна-
шиваются.
В слое металла вблизи передней поверхности образуются за-
торможенные слои, перемещающиеся со скоростью, меньшей, чем
скорость сходящей стружки. При определенных условиях часть
этого слоя, находящаяся в непосредственной близости к режу-
щей кромке, может образовать нарост. Нарост изменяет форму
режущей кромки и условия протекания процесса резания.
В результате трения по задней поверхности инструмента в обра-
ботанной поверхности могут возникать значительные растягиваю-
щие напряжения. Работа, затрачиваемая на деформирование обра-
батываемого материала и трение между инструментом и заготовкой,
переходит в теплоту. В зоне резания образуется большое коли-
чества теплоты, часть которой удаляется со стружкой, часть вы-
зывает нагревание заготовки, удаляется в окружающую среду,
значительная ^асть теплоты переходит в инструмент, нагревая
его до высокой температуры.
97

Сопротивление металла резанию, силы трения, температуры
в зоне резания и другие явления сильно зависят от способностей
материала заготовки к пластической деформации. Зону пласти-
ческой деформации при резании условно выделяют двумя гра-
ницами (см. рис. 46, г): начальной ОА и конечной ОБ. Начальная
зона характеризует положение поверхности сдвига. Для простоты
эту границу считают прямой и называют линией^двига. Соответ-
ственно угол между линией сдвига и поверхностью резанияч на-
зывают углом сдвига $г или условным углом сдвига. Кристалли-
ческие зерна материала, уходящего в стружку, деформируются
и получают упорядоченную ориентацию, так называемую тек-
стуру, располагаясь в параллельных плоскостях под углом к по-
верхности сдвига. Этот угол (рис. 46, г) называют углом тек-
стуры ра« Угол текстуры зависит от свойств обрабатываемого
материала и условий резания. Его величина определяет границу,
где в основном заканчивается пластическая деформация металла,
уходящего в стружку; поэтому линию ОБ считают конечной гра-
ницей зоны стружкообразования.
В процессе резания толщина стружки ах получается больше
толщины срезаемого слоя а. Это явление называют усадкой
стружки.
Из теории пластической деформации известно, что объем тела
после деформации остается практически неизменным; поэтому
стружка, увеличиваясь по толщине, должна укорачиваться по
сравнению с длиной обработанной поверхности. Кроме толщины
изменяется еще и ширина стружки — происходит усадка по ши-
рине стружки. Так как усадка является результатом пластической
деформации, по величине усадки можно судить о степени пласти-
ческой деформации, а значит, о силе сопротивления металла ре-
занию, силе трения и о других важных показателях процесса.
Из сказанного выше ясно, что усадка стружки должна быть
тем больше, чем меньше угол сдвига. Следовательно, по величине
угла сдвига можно косвенно судить о сопротивлении металла
заготовки пластической деформации. Величина угла сдвига зави-
сит от ряда факторов и, в частности, от величины угла резания
(рис. 46, д, е). При увеличении угла резания угол сдвига умень-
шается, возрастает усадка и сопротивление металла резанию.
Уменьшая угол резания, снижают нагрузку на инструмент. Так,
например, уменьшая угол резания с 90 до 80°, можно снизить
сопротивление металла резанию (силу резания) примерно на 20%.
Следовательно, всегда, когда это допустимо по прочности
инструмента, следует применять малые углы резания, т. е. поло-
жительные передние углы.
Очевидно, что при увеличении скорости резания возрастает
объем металла, деформируемый в единицу времени, а следова-
тельно, количество образующейся теплоты и температура в зоне
резания. Это явление можно использовать для повышения про-
изводительности процессов обработки металлов резанием. При

высоких температурах изменяются физико-механические свой-
ства обрабатываемого металла, облегчается отделение срезаемого
слоя. Одновременно с этим изменяются и свойства инструменталь-
ного материала, уменьшается его твердость. Однако при увели-
чении температуры твердость инструмента обычно снижается мед-
леннее, чем твердость заготовки, и это позволяет работать на вы-
соких скоростях резания.
Используя твердосплавный инструмент, который сохраняет
высокие режущие способности при температурах 800—1000° С,
работают на скоростях резания 100—200 м/мин и более. А при ре-
зании современных труднообрабатываемых материалов, которые
в обычных условиях с трудом обрабатывают даже твердосплав-
ным инструментом, часто применяют различные способы специаль-
ного подогрева зоны резания. Все сказанное о физических явле-
ниях относится к любому процессу резания.
Фрезерование, так же как строгание и некоторые другие'виды
обработки, является прерывистым процессом, который более
сложен, чем непрерывный.
В момент врезания зуба фрезы в заготовку происходит почти
мгновенное увеличение силы сопротивления резанию, металл
в зоне резания нагревается. После выхода зуба фрезы из металла
следует быстрое охлаждение зуба. Затем снова повторяется удар-
ное нагружение, почти мгновенный скачок температуры и т. д.
Условия работы инструмента, особенно твердосплавного, суще-
ственно усложняются. Резкие колебания силы резания и темпера-
туры могут вызывать выкрашивание или поломку твердосплав-
ного инструмента.
СИЛЫ РЕЗАНИЯ И МОЩНОСТЬ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ
Чтобы обработать заготовку, следует удалить определенный
слой металла, преодолевая сопротивление срезаемого слоя —
силу резания. Величина силы резания зависит от условий обра-
ботки. При черновом фрезеровании, когда с заготовки снимают
слой металла в несколько миллиметров, сила, резания достигает
сотен и тысяч килограммов, а при чистовом фрезеровании она
уменьшается до десятков килограммов. Поэтому при выборе гео-
метрии и конструкции фрез, проектировании приспособлений и
станков обязательно учитывают характер обработки и величины
сил резания.
Рассмотрим, какие силы действуют на инструмент в процессе
фрезерование. На рис. 47 показаны схемы работы цилиндрической
фрезы при встречном и попутном фрезеровании. Каждую из сил,
действующих на зуб фрезы (Rlt Rz, Rs), можно разложить на две
составляющие: одну, направленную к центру фрезы (iVx; Nt;
Мз---) — радиальную силу, и вторую, направленную перпенди-
кулярно ей — окружную силу (Plf P2, Р3-.)-
Силы Рх, Рг, Р3... препятствуют вращению фрезы, силы Nlt
N2, AV-- отталкивают фрезу от обрабатываемой детали. Если
99

Рис. 47. Силы при работе цилиндрической фрезы:
а » при встречном; б «в- при попутном фрезеровании
в работе одновременно находится несколько зубьев фрезы, то для
ее вращения нужно приложить силу, равную геометрической
сумме окружных сил (Ри Р2, Р9), действующих на отдельные
зубья. Обозначим эту суммарную окружную силу через Р и рас-
смотрим, как определить необходимую мощность двигателя станка.
Мощность фрезерования, или, как говорят, эффективная мощ-
ность, т. е. мощность, расходуемая непосредственно на процесо
резания, равна произведению окружной силы на скорость резания
N3 = Pv,
где N3 — мощность, л. с. или кВт; Р — окружная сила, кгс;
v — скорость резания, м/мин.
Зная, что 1 л. с. = 75 кгс «м/с = 0,736 кВт, получим
Как видно из приведенных формул, эффективную мощность
можно определить, зная величину силы Р и скорость резания V.
100

По справочникам режимов резания можно непосредственно опре-
делить эффективную мощность для принятого режима резания.
Сравнивая эту величину с мощностью электродвигателя станка,
указанной в его паспорте, проверяют, можно ли работать с вы-
бранным режимом резания и достаточно ли загружен станок по
мощности. При этом нужно помнить, что мощность двигателя
затрачивается не только на процесс резания, но и на приведение
в движение механизмов станка, поэтому
где Ыд — мощность электродвигателя станка; ц — КПД станка.
Вернемся теперь к рис. 47. Кроме вращения фрезы — главного
движения, имеется еще и движение стола — подача. Этому дви-
жению противодействует сила Рд, равная по величине силе Р,
но обратная по направлению. Разложим силу Ра на составляю-
щие — горизонтальную Рг и вертикальную Рв. Сравнивая схе-
мы 47, а и б, видим, что при встречном фрезеровании фреза
стремится оторвать заготовку от стола станка, а при попутном фре-
зеровании фреза прижимает заготовку к столу и стремится сдви-
нуть ее в направлении подачи.
Выходит, что фреза помогает движению стола? Действительно,
сила подачи при попутном фрезеровании меньше на 20—30%,
чем при встречном. Причина этого — действие силы Рв. При по-
путном фрезеровании она прижимает заготовку к столу и увели-
чивает трение в направляющих. При попутном фрезеровании под
действием силы Рг стол станка то затормаживается, то стремится
быстро подвинуться вперед (в направлении подачи); эти явления
следуют друг за другом по мере врезания очередного зуба фрезы
в заготовку. Если в резьбовом сопряжении винт — гайка про-
дольной подачи стола имеется зазор, движение стола будет про--
исходить скачками и нормальный процесс резания нарушится.
Вот почему фрезерование с попутной подачей возможно не на
всяком станке. Станок должен иметь специальное устройство
для устранения зазоров в механизме подачи стола.
Мы рассмотрели силы, действующие при работе цилиндри-
ческой фрезы с прямыми зубьями. На практике очень широко
применяют фрезы с винтовыми зубьями; винтовые зубья более
плавно врезаются в металл, и фреза работает более равномерно.
На рис. 48 изображена упрощенная схема работы прямозубой
цилиндрической фрезы. Фреза условно показана только с одним
зубом. Видно, что зуб фрезы врезается в заготовку-сразу по всей
ширине фрезерования. Фреза испытывает толчок. При дальней-
шем повороте фрезы толщина стружки постепенно увеличивается
(см. сечения 2, 3, 4), поэтому сила резания тоже будет увеличи-
ваться. На участке 4—5 сила резания быстро снижается до нуля,
так как весь зуб фрезы одновременно выйдет из обрабатываемого
металла. Таким образом, нагрузка на зуб фрезы в процессе реза-
ния сильно изменяется.
101

Если изобразить в виде кри-
вой изменение силы резания при
разных положениях зуба фрезы,
то получится горбообразная кри-
вая (рис. 49, а). На участке кри-
вой 4—5, коротком отрезке пути
зуба, сила резания резко умень-
шается, что сильно осложняет про-
цесс резания, вызывая вибрацию
фрезы.
Представим, как будет изме-
няться сила резания, если в работе
будут одновременно участвовать
два зуба фрезы. Пусть второй з>б
фрезы вступит в работу тогда, когда первый находится в по-
ложении 3. На участке 3—5 (рис. 49, б) сила резания будет равна
сумме сил, действующих на каждый зуб. Сложив эти силы, полу-
чим кривую изменения силы резания при работе двумя зубьями.
На рис. 49, б эта кривая выделена жирной линией. Сравним кри-
вые на рис. 49, а и б. При одновременной работе двух зубьев сила
Рис. 48. Схема снятия припуска зубом
цилиндрической фрезы
Рне. 49. Изменение силы резания
при работе цилиндрической фрезы
с прямыми зубьями
102

Рис. 50. Схема работы цилиндрической фре>
зы с винтовыми зубьями
резания изменяется меньше.
Если же одновременно будут ра-
ботать три зуба, колебание силы
резания уменьшится (рис. 49, в).
Чем больше зубьев фрезы будет
одновременно участвовать в ра-
боте, тем более равномерным
будет фрезерование.
Цилиндрическая фреза с вин-
товыми зубьями работает иначе.
Зуб такой фрезы врезается в
обрабатываемую деталь не сра-
зу по всей длине, а постепенно.
Если проследить движение зуба
в металле (/—2—3—4—5—6, рис. 50), то можно отметить, что на
участке /—8 площадь сечения срезаемого слоя увеличивается,
а значит, увеличивается и сила резания; на участке 3—4 площадь
сечения срезаемого слоя и сила резания оказываются постоянными.
При дальнейшем движении зуба (участок 4—6) площадь сечения
срезаемого слоя и сила резания постепенно уменьшаются. Таким
образом, изменение силы резания при работе винтового зуба про-
исходит более плавно, а на некоторых участках сила резания по-
стоянна. Следовательно, винтовой зуб работает более равномерно,
чем прямой зуб. Но нельзя ли добиться, чтобы сила резания при
работе фрезы с винтовыми зубьями почти совсем не изменялась?
Оказывается, можно. Для этого нужно, чтобы суммарная пло-
щадь сечения слоя, срезаемого зубьями фрезы, оставалась неиз-
менной в любой момент резания.
Пусть первый зуб фрезы находится в положении 4 (см. рис. 50),
а второй зуб в положении /. При дальнейшем повороте фрезы
первый зуб начнет выходить из обрабатываемого металла, а вто-
рой врезаться в него. Сечение слоя, срезаемого первым зубом,
будет уменьшаться, но так как одновременно увеличивается се-
чение, срезаемое вторым зубом, суммарная площадь сечения будет
постоянной. Чтобы лучше это понять, представим, что первый
зуб находится в положении 5, а второй в положении 2. Прило-
жим сечение 2 к сечению 5 (рис. 50, справа). Общая площадь
этих сечений будет равна площади сечения 4, суммарная площадь
сечения срезаемого слоя, а значит, и сила резания будут постоян-
ными.
Для обеспечения равномерности фрезерования в работе одно-
временно должно участвовать не меньше двух зубьев фрезы.
Каждый следующий зуб должен вступать в работу в тот момент,
когда предыдущий начинает выходить из металла. Что для этого
нужно? Если в работе одновременно могут находиться только
два зуба, необходимо, чтобы в тот момент, когда один из зубьев
попал в положение 6, второй зуб был в положении /. Иными сло-
вами, расстояние между двумя соседними зубьями фрезы, изме-
103

ренное вдоль ее оси (осевой шаг), должно быть равно ширине фре-
верования В. Если в работе одновременно, участвует более двух
еубьев, то осевой шаг должен укладываться в ширине фрезерова-
ния целое число раз.
Итак, условие равномерного фрезерования при работе фрезой
с винтовыми зубьями можно кратко выразить так: для равномер-
ного фрезерования ширина фрезерования В должна быть равна
осевому шагу фрезы или кратной ему (в целых числах).
Это условие можно также выразить формулой
B=/(?fctgco,
где К = 1, 2, 3 и т. д.; п = 3,14; D — диаметр фрезы, мм; Z —
число зубьев фрезы; со — угол наклона винтового зуба фрезы.
При угле со = 20° ctg со = 2,75; со = 40Q ctg со = 1,19; со в
«= 30° ctg со = 1,73; со = 45° ctg со = 1,00.
Пользуясь формулой, приведенной выше, можно проверить,
будет ли обеспечена равномерность фрезерования в производ-
ственных условиях.
Пример. На станке установлена цилиндрическая фреза D = 200 мм, Z =
= 12, (о = 40°. Подставляя эти величины в формулу, получим
В = К ЗМ'Ш 1,19^/С-ЗО мм.
Это значит, что фреза будет работать наиболее равномерно, если ширина
фрезерования составит 30, 60, 90 или 120 мм. Наибольшая неравномерность
работы будет при К = 1.5; 2,5; 3,5, т. е, в нашем примере при В = 45, 75, 105 мм.
Нетрудно решить и обратную задачу — подобрать фрезу при заданной
ширине фрезерования
Фрезы с винтовыми зубьями обеспечивают более высокую про-
изводительность и качество обработки по сравнению с прямо-
зубыми фрезами. Рассматривая условия врезания зубьев фрезы
в заготовку, условно считаем, что зуб фрезы равномерно вре-
зается в металл. На самом деле врезание происходит несколько
иначе. При фрезеровании цилиндрическими, дисковыми, конце-
выми фрезами в момент врезания зуба толщина срезаемого слоя
равна нулю. Режущая кромка имеет мельчайшие неровности и не-
который радиус округления. Когда толщина срезаемого слоя
меньше радиуса округления, зуб не режет, а скользит по поверх-
ности срезаемого слоя. При этом обрабатываемый металл вслед-
ствие упругости сильно давит на заднюю поверхность зуба, уско-
ряя ее износ. По мере затупления зуба фрезы радиус округления
режущей кромки увеличивается и соответственно увеличивается
путь скольжения зуба по обрабатываемой поверхности. Измерения
показывают, что радиус округления режущей кромки зуба фрезы
сразу после заточки составляет примерно 20—30 мкм, а при дли-
тельной работе (через 200 мин) 50—60 мкм.
Скольжение зуба фрезы при врезании вызывает отжатие фрезы
от заготовки, увеличение силы резания и снижение равномер-
104

ности фрезерования; поэтому стремятся умень-
шить скольжение зуба, уменьшая угол за-
острения зубьев (при этом радиус округления
уменьшается) или применяя попутное фре-
зерование.
При фрезеровании торцовыми фрезами
врезание зуба в заготовку происходит, как
правило, при толщине срезаемого слоя боль-
ше нуля, поэтому проскальзывание зубьев
при врезании отсутствует. Для измерения
сил резания удобно использовать электриче-
ские динамометры — высокочувствительные
приборы, быстро реагирующие на изменение
силы резания. Они позволяют получить наглядную картину изме-
нения окружной силы в пределах одного оборота фрезы.
Основной элемент электрического динамометра — датчик, пре-
образующий небольшие механические перемещения в измене-
ние силы электрического тока. В динамометрах применяют индук-
тивные, емкостные и тензометрические датчики.
В индуктивном датчике (рис. 51) две индукционные катушки
с общим сердечником 1 включаются в электрическую цепь через
клеммы Л и Б, подводящие ток, и клеммы Б и В, соединяющие их
с регистрирующим прибором. При изменении зазора между сер-
дечником и якорем 2 под действием силы Р изменяется магнитное
сопротивление, а следовательно, и сила тока, регистрируемая
прибором.
Для регистрации изменения силы тока обычно применяют
шлейфовые осциллографы. Шлейфовый осциллограф — высоко-
чувствительный прибор, позволяющий регистрировать изменение
сил резания в очень краткие промежутки времени, вплоть до ты-
сячных долей секунды. Осциллограф не только показывает изме-
нение сил, но и записывает их. В электрическую цепь совместно
с датчиком включают металлическую ленту или проволоку, на
которой закреплено маленькое зеркальце. Эту ленту или прово-
локу называют шлейфом. Шлейф помещается в сильное магнит-
ное поле. Когда в электрической цепи изменяется сила тока, иду-
щего от датчика, изменяется и сила тока, проходящего по шлейфу.
Шлейф вместе с зеркальцем несколько отклоняется от своего пер-
воначального положения. На зеркальце направляют тонкий луч
света, который, отражаясь от него, попадает на медленно движу-
щуюся ленту светочувствительной бумаги. При колебаниях зер-
кальца, вызванных изменением силы тока в шлейфе, на свето-
чувствительной бумаге записывается кривая, изображающая
изменение силы, регистрируемой датчиком.
На рис^ 52 схематически изображено устройство динамометри-
ческой фрезы с индуктивными датчиками, сконструированной
В. Я. Рассохиным, Е. Г. Алексеевым и В. С. Васильевым. По
внешнему виду фреза напоминает колесо со спицами. На ободе
Кб
Рис. 51. Индуктивный
датчик

Рис. 52. Динамометрическая фреза
фрезы / закрепляют резцы, а сту-
пицей 3 фрезу устанавливают на
шпиндель станка. В процессе реза-
ния под действием сил Р спицы 2
изгибаются и обод несколько по-
ворачивается относительно сту-
пицы.
К ободу фрезы прикреплены
две индукционные катушки 4, а
к ступице — якори катушек 5.
При изгибе спиц под действием
силы резания зазор А между сер-
дечником и якорем одной из ка-
тушек уменьшается, а зазор Б
между сердечником и якорем дру-
гой катушки увеличивается. В результате изменения зазоров
магнитное сопротивление в одной катушке увеличивается, а в дру-
гой уменьшается. Величина зазоров между сердечниками и яко-
рями индукционных катушек очень невелика, а при приложении
наибольшей расчетной нагрузки к зубьям фрезы она изменяется
всего только на 0,01 мм. Несмотря на такое маленькое изменение
зазора, электрический динамометр позволяет с большой точностью
зафиксировать изменение сил резания. Поэтому «спицы» фрезы
следует делать достаточно массивными, жесткими, чтобы при ра-
боте они не изгибались. Катушки 4 соединяют проводами 6,
пропущенными в отверстие шпинделя, со специальным токо-
съемником, установленным на верхнем конце шпинделя вертикаль-
но-фрезерного станка. От токосъемника, выполненного в виде
колец и скользящих по ним щеток, провода идут к усилителю,
а от него к осциллографу. Осциллограф записывает на светочув-
ствительной бумаге кривую изменения силы резания
На рис. 53 показаны кривые (осциллограммы), полученные
при работе торцовой динамометрической фрезой и записанные
шлейфовым осциллографом. На первой осциллограмме видно,
как изменяется окружная сила при работе однозубой торцовой
фрезой, когда диаметр фрезы равен ширине фрезерования. Гео-
метрия зубьев фрезы: передний угол у = —10°, задний угол
а = 15°, главный угол в плане ср = 60°; режим резания: глубина
8 мм, подача 0,1 мм на зуб и скорость резания 220 м/мин.
В связи с тем, что диаметр фрезы равен ширине фрезерования,
условия работы приближались к условиям, характерным для
цилиндрического фрезерования. Зуб начинал работать с нуле-
вой толщиной срезаемого слоя, поэтому в первый момент, начи-
ная с касания зуба и обрабатываемой поверхности, зуб скользил
по поверхности заготовки (участок кривой от 0 до 7°). Затем,
когда зуб врезался в металл, сила резания быстро увеличивалась
(участок кривой от 7 до 15°), а при дальнейшем повороте зуба
до 90° возрастала плавно. На следующей четверти оборота фрезы
106

(90—180°) сила резания уменьшалась до нуля при выходе зуба
фрезы из металла. Горбообразный вид кривой изменения силы ре-
зания свидетельствует о том, что при симметричном фрезеровании,
когда диаметр фрезы и ширина фрезерования одинаковы, тол-
щина срезаемого слоя увеличивается от нуля до наибольшей ве-
личины в середине заготовки и снова уменьшается до нуля при
выходе ч зуба фрезы.
На второй осциллограмме видно изменение силы резания при
работе той же фрезой, но при вдвое меньшей ширине фрезерования
и подаче, увеличенной до 0,16 мм на зуб. Вид кривой сильно из-
менился, так как зуб фрезы врезался в металл при почти наиболь-
шей толщине срезаемого слоя. В момент врезания зуб испытывал
большую нагрузку, которая затем быстро уменьшалась и снова
увеличивалась в связи с увеличением толщины срезаемого слоя.
Незначительная высота кривой объясняется небольшим измене-
нием толщины срезаемого слоя по длине пути зуба фрезы.
Используя динамометрические фрезы, В. Я. Рассохин и
К. С. Росляков исследовали влияние режима резания и геометрии
фрез на окружную силу. Рассмотрим наиболее важные результаты
этих исследований. Установлено, что наибольшее влияние на
изменение силы резания оказывает глубина резания (точнее,
Рис. 69. Кривые изменения силы резания при торцовом фрезеровании фрезой:
о « одноэубой; 6 -? весьмиэубой
107

ширина срезаемого слоя). Окружная сила увеличивается прямо
пропорционально глубине резания. Так, например, при увеличе-
нии глубины резания в 3 раза (с 1 до 3 мм) окружная сила воз-
растает в 3 раза (с 30 до 90 кгс).
Подача (или толщина срезаемого слоя) несколько меньше
влияет на величину окружной силы. При увеличении подачи
в 3 раза (с 0,1 до 0,3 мм на зуб) окружная сила возрастает только
в 2,3 раза. Сравнивая влияние ширины и толщины срезаемого слоя
на окружную силу, видим, что для получения наибольшей про-
изводительности при фрезеровании на станке ограниченной мощ-
ности выгоднее увеличивать подачу, а не глубину резания.
Зависимость окружной силы от скорости резания такова, что
при фрезеровании стали с высокими скоростями окружная сила
по мере увеличения скорости резания значительно снижается.
Причина этого заключается в том, что при увеличении скорости
резания усадка стружки, характеризующая степень ее деформа-
ции, уменьшается. А в связи с уменьшением деформации срезае-
мого слоя снижается и сопротивление металла резанию.
При отрицательном переднем угле зуба фрезы окружная сила
больше, чем при положительном. При работе фрезами с отрица-
тельными передними углами затрачивается большая мощность,
поэтому во всех случаях, когда это позволяет прочность зубьев
фрезы, следует применять положительные передние углы. Проч-
ность зубьев можно значительно увеличить, затачивая их с поло-
жительным углом наклона главной режущей кромки. Этот угол
практически не оказывает влияния на величину максимальной
окружной силы.
На величину окружной силы существенно влияет износ фрезы.
При увеличении износа резание затрудняется. Затупление по
задней поверхности в 1,5—2 мм вызывает увеличение окружной
силы примерно в 1,5 раза. При небольшом износе, характерном
для чистового фрезерования, окружная сила изменяется меньше.
Так, при износе по задней поверхности в 0,3 мм окружная сила
возрастает примерно на 10%.
С увеличением числа зубьев нагрузка на фрезу становится более
равномерной. Это хорошо видно на рис. 53, б, где показана осцил-
лограмма* работы фрезы с восьмью зубьями. По этой осцилло-
рамме можно судить, как влияет на равномерность работы бие-
ние зубьев. В связи с биением изменение окружной силы имеет
волнообразный характер.
Понятно, что окружная сила при работе многозубой фрезой
при прочих равных условиях больше, чем при работе однозубой
фрезой. Окружная сила примерно пропорциональна числу рез-
цов, одновременно участвующих в резании.
С помощью электрических динамометров измеряют и другие
силы в процессе фрезерования — силу подачи и осевую силу.
Интересна конструкция динамометрического стола для измерения
этих сил (авторы В. А. Прокопюк и В. И. Васильев). Работает
108

стол по тому- же принципу, что и динамометрические фрезы.
Верхняя часть стола, на которой закрепляют заготовку, соеди-
нена с нижней тонкими ребрами (рис. 54). При деформации ребер,
вызванной действием сил при фрезеровании, верхняя часть стола
немного смещается. Вследствие этого изменяются зазоры между
якорями и сердечниками индуктивных датчиков, расположенных
по краям стола. Датчик присоединяют через усилитель к осцил-
лографу, записывающему кривую изменения действующих сил.
Динамометрический стол вместе с заготовкой устанавливают
на столе фрезерного станка таким образом, чтобы измеряемая сила
действовала вдоль стола. Опыты К. С. Рослякова и П. А. Марке-
лова показали, что характер влияния различных факторов на
силу подачи и осевую силу остается таким же, как и для окружной
силы. Этого и следовало ожидать, так как окружная, осевая сила
и сила подачи являются составляющими силы резания.
По аналогии с процессом токарной обработки резцом окруж-
ную силу при торцовом фрезеровании можно рассматривать как
составляющую Р2, осевую силу — как составляющую Рд и силу
подачи — как составляющую Рх силы резания (см. рис. 25).
При изменении угла в плане изменяется соотношение между
осевой силой и силой подачи. Так, при увеличении угла в плане
от 30 до 90е сила подачи увеличивается примерно на 50%, а осе-
вая сила уменьшается. Сила подачи и осевая сила обычно значи-
тельно меньше окружной силы.
Эффективная мощность привода подачи стола фрезерного станка
при скоростном фрезеровании сталей торцовыми фрезами состав-
ляет примерно 5—10% эффективной мощности привода главного
движения. Чугун обрабатывается фрезами примерно вдвое легче,
чем сталь. Еще меньшие силы резания возникают при фрезерова-
нии латуни, алюминия, силумина и других цветных металлов и
сплавов.
Рис. 54. Динамометрический стол и его установка!
а — при измерении силы подачи; б «я при измерении осевой силы (составляющей Ру
силы резания)
109

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Возможности достижения высокой производительности фрезер-
ной обработки при интенсификации режимов резания в большой
степени определяются качеством инструментальных материалов.
При фрезеровании давно применяют быстрорежущие воль-
фрамовые и вольфрамомолибденовые стали нормальной стой-
кости марок Р9, Р12 и PI8. Разработка новых марок быстрорежу-
щих сталей ведется по пути уменьшения содержания вольфрама
и создания многокомпонентных композиций, содержащих значи-
тельный процент углерода. Высокая стойкость сталей с понижен-
ным содержанием вольфрама достигается легированием их мо-
либденом, кобальтом, а в некоторых марках также ванадием при
значительном содержании углерода.
Отечественной металлургической промышленностью освоен
выпуск новых сталей вольфрамомолибденованадиевокобальтовой
группы с содержанием углерода до 1,25%. Эти стали отличаются
высокой вторичной твердостью (максимальной твердостью после
термической обработки) HRC 64—68 и красностойкостью (темпе-
ратурой, при которой сталь еще сохраняет высокую твердость
порядка HRC 60) 625—640° С. Новые стали обладают относительно
высокими механическими свойствами и хорошей шлифуемостью.
Наряду с широко известными твердыми сплавами В Кб, ВК8,
Т5КЮ, Т15К6 разработаны и успешно внедряются сплавы с до-
бавками карбида тантала, не перетачиваемые твердосплавные мно-
гогранные пластинки, осваивается изготовление твердосплавных
пластинок с износостойким покрытием.
Углеродистую инструментальную сталь (например, марки
У12А) при фрезеровании применяют редко, так как такими фре-
зами можно работать только на низких скоростях резания. Из
углеродистой стали изготовляют только мелкие фрезы, в том
числе зуборезные мелкомодульные.
Легированные инструментальные стали (9ХС, ХГ, ХВГ и
др.) используют в основном для изготовления фасонных фрез,
работающих на малых скоростях резания при небольшой глубине
резания и подаче.
Быстрорежущие стали (табл. 17) имеют следующие основные
области применения.
Р18 и Р9 — давно известные и широко распространенные марки
быстрорежущих сталей. Обладая довольно высокой красностой-
костью F00—650° С) и твердостью (до HRC 64), они пригодны для
всех видов лезвийных инструментов. Сталь Р9 примерно вдвое
дешевле стали Р18 вследствие меньшего содержания вольфрама,
но обладает меньшей прочностью. Стали Р18Ф2, Р14Ф4, Р9Ф5,
Р10Ф5К5 имеют повышенное содержание ванадия или кобальта
(или обоих легирующих элементов), что благоприятно сказывается
на их красностойкости и износостойкости. Эти стали можно при-
менять при обработке материалов повышенной твердости и проч-
но

Химический состав быстрорежущих сталей, %
Таблица 17
Марка стали
Р18
Р6М5
Р6М5К5
Р9М4К8
Р18Ф2
Р14Ф4
Р9Ф5
P9R5
Р9К10
Углерод
С
Вольф*
рам W
Молибден
Мо
Хром
Сг
Ванадий
V
Кобальт
Со
Условные обозначения элементов в марке стали
-Нет
0,7-0,8
0,80—
0,88
0,80—
0,88
1,0—1,1
0,85—
0,95
1,2-1,3
1.4-1,6
0,9—1,0
0,9-1,0
Р
17,0—
19,0
5,5—6,5
6,0—7,0
8,5—9,5
17,0—
19,0
13,0—
14,0
9,0—
10,5
9,0—
10,5
9,0—
Д0.5
М
0,5—1,0
5,0—5,5
4,8—5,3
Я 8—4,3
0,5—1,0
До 1,0
» 1,0
» 1,0
» 1,0
Нет
3,8—4,4
3,8—4,4
3,8—4,3
3,0—3,6
3,8—4,4
4,0—4,6
3,8—4,4
3,8—4,4
3,8—4,4
Ф
1,0-1,4
1,7—2,1
1,7—2,1
2,1—2,5
1,8—2,4
3,4-4,1
4,3—5,1
2,0—2,6
2,0—2,6
К
4,8—5,3
7,5—8,5
5,0—6,0
9,5-
10,5
Примечание. Кроме перечисленных элементов, в состав быстрорежущих
сталей входят Мп, Sj.Ni — не более 0,4%, S и Р — не более 0,03% (для каждого элемента).
ности, в том числе жаропрочных. С повышением содержания
кобальта более 5% возрастает теплостойкость, но вместе с тем и
хрупкость стали, поэтому такие стали нецелесообразно исполь-
зовать при фрезеровании со значительной ударной нагрузкой
на инструмент. Высокованадиевые стали отличаются особо вы-
сокой износостойкостью, но ограниченной прочностью. Их це-
лесообразно применять при чистовой обработке высокоугле-
родистых и высокохромистых сталей.
Стали Р6МЗ, Р9М, Р6М5, Р18Ф2К8М характерны повышенным
содержанием молибдена, способствующего значительному уве-
личению теплостойкости, износостойкости; эти стали отличаются
также повышенной прочностью и находят применение для фрезе-
рования жаропрочных и высокопрочных сплавов и сталей.
Стали Р9К5, Р9КЮ с невысоким содержанием вольфрама,
легированные кобальтом, целесообразно использовать при обра-
ботке конструкционных сталей средней прочности при значитель-
ных скоростях резания E0—70 м/мии). Эти стали также приме-
няют при фрезеровании жаропрочных сплавов. В этом случае
по сравнению со сталью Р18 обеспечивается повышение стойкости
фрез в 2—2,5 раза.
ill

На основании обобщения результатов исследований и опыта
отечественной промышленности можно сделать следующие вы-
воды о наиболее рациональном применении современных инстру-
ментальных сталей.
1. При обработке конструкционных сталей средней прочности,
серого и ковкога чугуна, алюминиевых сплавов при скоростях
резания 50—70 м/мин торцовыми, цилиндрическими, концевыми
и дисковыми острозаточенными фрезами наиболее целесообразно
применять стали Р6М5, Р18, Р6М5К5 и Р9М4К8.
2. При фрезеровании тех же материалов фасонными затыло-
ванными фрезами рекомендуется использовать стали Р6М5, Р18,
Р18К5Ф и Р9КЮ.
3. Для фрезерования жаропрочных, нержавеющих сталей и
сплавов, сталей повышенной прочности с аустенитной структурой
наиболее успешно применяют стали Р14Ф4, Р8МЗК6С, Р9КЮ,
Р9М4К8, Р6М5К5, Р9ф5, Р10Ф5К5, а также Р12Ф2К8МЗ, Р18Ф2М
Р6ФК8М5 и им подобные.
По имеющимся данным, применение этих сталей вместо
стали Р18 обеспечивает при фрезеровании титановых сплавов
повышение стойкости от 2 до 5 раз, а в некоторых случаях до
10 раз. Скорости резания при фрезеровании нержавеющих сталей
могут быть 30—35 м/мин, а жаропрочных сплавов 5—15 м/мин.
Среди новых сталей наиболее дешевой и лучшей по шлифуемости
является сталь Р18Ф2М.
Необходимо подчеркнуть, что высокая стойкость фрез^ осна-
щенных новыми инструментальными сталями, достигается не
только за счет свойств инструментального материала, но и вслед-
ствие рациональной конструкции, геометрии и тщательной за-
точки инструмента.
Следует также учитывать, что инструментальные стали с вы-
соким содержанием кобальта и ванадия отличаются повышенной
хрупкостью, поэтому при фрезеровании инструментами из таких
сталей нужно обращать особое внимание на повышение жесткости
технологической системы.
- Большой экономический эффект достигается при рациональ-
ном использовании твердосплавных фрез различного назначения.
Так же, как и для других лезвийных инструментов, фрезы осна-
щают вольфрамокобальтовыми (ВК), титановольфрамокобальто-
выми (ТК) и титанотанталовольфрамокобальтовыми (ТТ К) твер-
дыми сплавами (табл. 18).
Вольфрамокобальтовые сплавы (группа ВК) состоят из карби-
дов вольфрама ,и кобальта, выполняющего роль связки. Проч-
ность этих сплавов возрастает с увеличением содержания кобальта.
Поэтому для черновой обработки применяют сплавы с высоким
содержанием кобальта. Но вместе с тем при увеличении количе-
ства кобальта снижается твердость и «износостойкость сплава.
Невысокое процентное содержание кобальта характерно для
сплавов группы В К, используемых для чистовой обработки.
112

Таблица 18
Химический состав и свойства твердых сплавов, %
Марка
твердого сплава
Карбид
вольф-
фрама С
Карбид
титана
TiC
Карбид
тантала
ТаС
Кобальт
Со
Условные обозначения
элементов в марке сплава
В *
т
Предел
прочно-
сти при
изгибе,
кгс/мм8
Твердость
HRA
Вольфрамокобальтовые сплавы
вкз
ВК4
В Кб
ВК8
Т5К10
Т14К8
Т15К6
ТТ7К12
ТТ10К8Б
97
96
94
92
—•
_
—
3
4
6
8
110
135
145
160
Титановольфрамокобальтовые сплавы
85
78
79
5
14
15
10
8
6
135
125
115
Титанотанталовольфрамокобальтоше сплавы
81
82
4
3
3
7
12
8
160
140
89,0
89,5
88,5
87,5
88,5
89,5
90,0
87,0
89,0
* Наличие карбида вольфрама обозначают буквой В только в сплавах группы ВК;
в остальных сплавах присутствие карбида вольфрама подразумевается.
Среди вольфрамокобальтовых сплавов наибольшее распростра-
нение при фрезеровании получил сплав ВК8, обладающий высокой
прочностью и достаточной для режущего инструмента износостой-
костью. Сплавом ВК8 оснащают фрезы, работающие на тяжелых
обдирочных режимах (для отливок и чугунных заготовок), а
также другие инструменты при прерывистом резании. Сплавы
ВК4 и В Кб, обладая меньшей прочностью, но значительной изно-
состойкостью, наиболее успешно работают на получистовых ре-
жимах.
Кроме основных марок, находят применение различные мо-
дификации — мелкозернистые сплавы ВКЗМ, ВК6М, ВК8М
(буква М означает здесь мелкозернистый). Они отличаются по-
вышенной износостойкостью; применяют их при обработке не-
ржавеющих, жаропрочных и титановых сталей и сплавов.
Возможность повышения износостойкости и твердости спла-
вов путем изменения структуры использована ВНИИТСом для
разработки гаммы сплавов с особо мелкозернистой структурой
(поэтому новая группа сплавов обозначается буквами ОМ).
В этих сплавах основная масса зерен карбида вольфрама имеет
из

размеры менее 1 мкм. Сплавы отличаются также повышенным со-
держанием кобальта (до 15%) и включают небольшие добавки
карбида тантала (около 2%) и ванадия @,1%), препятствующие
росту зерен карбида вольфрама при спекании. Среди этих спла-
вов наиболее подходящим для фрезерования является сплав
ВЮ5-ОМ, предназначенный для черновой обработки нержавею-
щих сталей, титановых, никелевых сплавов, сплавов вольфрама
и молибдена. ~
По сравнению со сплавом ВК8 сплав ВК15-ОМ обеспечивает
повышение стойкости фрез при обработке некоторых жаропрочных
сплавов в 5—6 раз.
Титановольфрамовые сплавы (группа ТК) — двухкарбидные.
В их состав входят карбид титана, карбид вольфрама и связка —
кобальт. Наибольшей прочностью среди сплавов этой группы
отличается Т5К10. По мере увеличения процентного содержания
карбида титана и уменьшения содержания кобальта прочность
снижается, но возрастает твердость и износостойкость при высо-
ких температурах в зоне резания. В соответствии с этим сплавы
Т5КЮ, Т14К8 предназначаются для черновой прерывистой обра-
ботки фрезами, резцами и другими лезвийными инструментами,
сплав Т30К4 и близкие к нему по составу — для чистовой обра-
ботки, а Т15К6 — главным образом для получистовой обработки.
Основное назначение всех сплавов группы ТК — обработка кон-
струкционных и легированных сталей. Сплав Т30К4, обладающий
наиболее высокими режущими способностями при высоких тем-
пературах и наивысшей среди всех марок сплавов твердостью,
с успехом применяют при чистовой обработке закаленных ста-
лей.
Титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы (группа ТТК) —
трехкарбидные. В отличие от сплавов группы ТК эти сплавы
содержат еще карбиды тантала. Благодаря этому трехкарбидные
сплавы имеют повышенную прочность, хорошо работают при вы-
соких температурах, меньше, чем сплавы ТК, подвержены вы-
крашиванию при ударных нагрузках на инструмент.
Основное назначение сплавов группы ТТК — обработка сталь-
ных отливок и поковок с большим неравномерным припуском,
фрезерование и точение труднообрабатываемых жаропрочных
аустенитных сталей. Сплавы групп ТК и ТТК характерны высо-
кой теплостойкостью (около 900—1000° С) и меньшей по сравне-
нию со сплавами В К способностью к адгезии.
Возможность улучшения физико-механических и эксплуа-
тационных свойств сплавов путем добавок карбида тантала
используется для создания новых марок твердых сплавов. В СССР
выпускают танталосодержащие сплавы ТТ7К12 и ТТ10К8Б (эти
марки сплавов стандартизованы), сплавы ТТ8К6 и ТТ32К8.
Сплав ТТ32К8 по стойкости превосходит сплав Т15К6 в 1,8—
2 раза и по своим качествам находится на уровне лучших миро-
вых образцов.
114

Широкое применение неперетачиваемых твердосплавных пла-
стин позволило найти новый, весьма эффективный способ сочета-
ния высокой износостойкости, твердости и прочности. Пластины
наиболее прочных марок твердых сплавов покрывают тонким
E—15 мкм) слоем износостойкого материала, обычно карбида
титана. Пластины из сплавов ВК8, В Кб, Т5КЮ, ТТ7К12 с изно-
состойкими покрытиями при обработке серого чугуна имеют
стойкость в 3—5 раз большую, а при обработке стали в 2—3 раза
большую, чем пластины без покрытия.
В будущем представляется возможным за счет применения
твердосплавных неперетачиваемых пластин с износостойким по-
крытием сократить до минимума B—3) число различных марок
твердых сплавов для обработки всех видов материалов.
Весьма перспективно применение фрез, оснащенных синте-
тическими сверхтвердыми материалами. Так, применение фрез из
эльбора-Р — материала, получаемого на основе кубического
нитрида бора, при,чистовом фрезеровании плоских поверхностей
с малыми припусками у закаленных заготовок обеспечивают ше-
роховатость поверхности Rz = З-г-6 мкм и более высокое каче-
ство поверхности, чем при шлифовании.
ИЗНОС И СТОЙКОСТЬ ФРЕЗ
В процессе фрезерования происходит износ инструмента, вызы-
вающий изменение формы режущей кромки, геометрии инстру-
мента, увеличение силы резания и ухудшение качества обработки.
Если инструмент вовремя не переточить, то восстановить нужную
форму можно только при снятии большого слоя инструментального
материала. Поэтому важно знать, как определить момент, когда
следует фрезу переточить.
Износ происходит под влиянием многих причин (о них будет
сказано ниже) и проявляется в виде образования площадки из-
носа на задней поверхности и лунки на передней поверхности
инструмента (см. рис. 16).
Характер износа бывает различным и зависит главным обра-
зом от припуска на обработку. Если инструмент срезает значи-
тельный припуск, изнашиваются передняя и задняя поверхности;
при чистовой обработке с малой толщиной срезаемого слоя износ
происходит в основном по задней поверхности. Катастрофический
износ обычно наступает после того, как площадка износа на
задней поверхности соединяется с лункой на передней поверх-
ности инструмента. Чтобы не допустить катастрофического из-
носа, следят за изменением износа по задней поверхности и от-
правляют инструмент на переточку, когда площадка износа до-
стигает определенной ширины, предельной для данного типа
фрезы (табл. 19, 20).
Концевые, дисковые и другие фрезы, используемые для полу-
чения точных размеров, приходится перетачивать из-за «потери
размера» — размерного износа.
115

Допустимый износ по задней поверхности для фрез
из инструментальных сталей
Таблица 19
Тип фрезы
Торцовые
Цилиндрические и
дисковые
Концевые
Допустимый износ
Л8 (им) при
обработке
черновой
1,6—2,0
0,4—0,6
0,3—0,6
чистовой
0,3—0,5
0,2—0,3
0,15—
0,3
Тип фреза
Прорезные и отрез-
ные
Фасонные:
остроконечные
затылованные
Допустимый износ
А3 (мм) при
обработке
черновой
0,15—
0,2
0,6—0,7
0,3—0,4
ЧИСТОВОЙ
0,2—0,3
0,15—
0,2
Таблица 20
Допустимый износ по задней поверхности для твердосплавных фрез
Фрезы
Торцовые
Цилиндрические
Дисковые
Концевые
Допустимый износ Л3 (мм) при обработке
конструкцион-
ной стали
средней
прочности
0,5—1,6
0,4—0,5
1,0—1,5
0,3—0,5
чугуна
1,0—1,5
0,5—0,7
1,0—1,5
0,3—0,5
жаропрочных и
нержавеющих
сталей
0,2—0,4
0,2—0,4
0,2—0,4
0,2-0,4
Износ режущего инструмента происходит вследствие трения
стружки о переднюю поверхность и задней поверхности о по-
верхность заготовки в условиях больших давлений, высокой тем-
пературы, а иногда и в присутствии химически активной среды.
Обычно износ инструмента представляют как изнов абразив-
ный, при котором происходит истирание, царапание поверхности
инструмента частицами стружки или поверхностью заготовки.
Но одновременно происходит износ другого вида. Из-за высоких
давлений в зоне контакта вблизи режущей кромки происходит
не только основная, но и дополнительная (вторичная) деформа-
ция слоев стружки вблизи передней поверхности (это проявляется
в образовании заторможенного слоя). Процесс сопровождается
весьма большими температурами, поэтому в зоне наиболее высо-
ких давлений и температур кроме абразивного возникает еще
адгезионный износ.
Сущность его заключается в схватывании между собой частиц
стружки и обрабатываемого материала. В результате с поверх-
ности инструмента вырываются мельчайшие частицы, образуются
микроскопические неровности — кратеры. Появление таких не-
ровностей способствует ускорению абразивного износа.
116

При высоких скоростях резания твердосплавным инструмен-
том температура в зоне резания достигает таких величин, когда
в контактных слоях стружки и инструмента начинается химиче-
ское взаимодействие между твердым сплавом и обрабатываемым
материалом. Происходит диффузия атомов железа заготовки
в твердый сплав, и, наоборот, диффузия углерода инструмента
в материал заготовки. В результате наблюдается частичное обез-
углероживание твердого сплава, ослабление поверхностных слоев
инструмента и, как следствие, ускоряется абразивный износ.
Это еще один вид износа — диффузионный.
Кроме углерода, в материал заготовки диффундируют, но
более медленно, вольфрам, титан и кобальт. Интенсивный диффу-
зионный износ начинается при температуре 900° С, причем кар-
биды вольфрама растворяются быстрее, чем карбиды титана;
поэтому сплавы группы ТК меньше изнашиваются при работе
на высоких скоростях резания, чем сплавы группы В К. Диффу-
зионный износ увеличивается при обработке материалов, хими-
чески активных к твердому сплаву. Для инструментальных ста-
лей, в том числе быстрорежущих, диффузионный износ не ха-
рактерен, так как они теряют свои режущие способности при
сравнительно невысоких температурах, когда диффузионные про-
цессы практически отсутствуют.
Наряду с этим при обработке твердосплавным инструментом
жаропрочных материалов диффузионный износ начинается уже
при температуре 500° С, что объясняется химическим родством
этих материалов с твердым сплавом, особенно титановольфрамо-
кобальтовым. По этой причине сплавы В К могут оказаться бо-
лее стойкими.
По данным В. А. Кривоухова, низкая обрабатываемость жа-
ропрочных сплавов связана прежде всего со способностью жаро-
прочных сплавов сохранять свои механические свойства при вы-
соких температурах. Об этом, в частности, свидетельствует тот
факт, что предел прочности ав этих сплавов при изменении тем-
пературы от 20 до 700° С снижается всего на 15—20%. Поэтому
даже при температурах 600—800° С в зоне резания сопротивление
материала резанию остается очень высоким, сочетание высокого
давления и температуры способствует интенсивному схватыванию
материалов заготовки и инструмента и быстрому адгезионному
износу.
Другой важный фактор — низкая теплопроводность жаропроч-
ных материалов (в 3—5 раз ниже, чем у углеродистых и легиро-
ванных конструкционных сталей). Из-за этого происходит силь-
ная концентрация теплоты в зоне резания, ухудшается тепло-
отвод в стружку, растет количество тепла, поступающего в режу-
щий инструмент.
Исследования [131 показывают, что на стойкость инструмента
при обработке жаропрочных сплавов очень сильно влияет струк-
тура сплава. Так, например, механические характеристики спла-
U7

bob ХН77ТЮР и ХН55ВМТФКЮ примерно одинаковы, а из-за
различия структуры стойкость инструмента при обработке пер-
вого сплава в 20 раз выше, чем при обработке второго сплава.
Титановые сплавы, так же как и жаропрочные, имеют очень
низкую теплопроводность, меньшую, чем у железа, в 5 раз, алю-
миния — в 14 раз. Кроме этого, титановые сплавы обладают вы-
сокой склонностью к упругому деформированию. В связи с этим
наблюдается интенсивное упругое восстановление материала под
поверхностью резания после прохода режущей кромки. На
заднюю поверхность инструмента действуют большие силы, вы-
зывающие повышенный износ, а иногда даже скалывание твердо-
сплавной пластины в сторону передней поверхности, т. е. в на-
правлении, обратном направлению силы резания.
Температуры в зоне резания при обработке титановых спла-
вов в 2—3 раза превышают температуры, характерные для фрезе-
рования сплавов на основе железа, и могут даже превышать тем-
пературы, возникающие при обработке жаропрочных сплавов.
Еще одна трудность при обработке титановых сплавов — вы-
сокое упрочнение (наклеп), связанное с диффузией кислорода и
азота воздуха в пластически-деформируемый материал заготовки
при температурах 600—700° С. Проникновение газов в кристалли-
ческую решетку вызывает сильное искажение ее, при этом резко
снижается пластичность, увеличивается твердость и сопротивле-
ние резанию.
Важная особенность фрезерования — прерывистый характер
процесса резания. Зуб фрезы при врезании в заготовку испытывает
ударную нагрузку и попадает в зону нагретого до высокой тем-
пературы металла. А вслед за этим зуб выходит из контакта с за-
готовкой, нагрузка на него резко падает, происходит охлаждение.
Резкая смена температур и нагрузок способствует микровыкра-
шиванию поверхности твердосплавного инструмента и его абра-
зивному износу.
Если работу ведут при больших ударных нагрузках на инстру-
мент, кроме выкрашивания может происходить скол режущей
кромки. Нагрузка зависит от толщины срезаемого слоя. Когда
нагрузка достигает определенного для данного обрабатываемого
материала и твердого сплава значения, происходят сколы пла-
стинок твердого сплава. Поэтому предельную подачу, при превы-
шении которой начинаются сколы, часто называют ломающей.
Ломающая подача при фрезеровании сталей торцовыми фре-
зами, оснащенными твердым сплавом, составляет для атлава
Т5КЮ от 0,3 мм/зуб (для стали ов = 50-г-бО кгс/мм8) до
0,11 мм/зуб (для стали ав = ПО-т-120 кгс/мма), а для сплава
Т15К6 соответственно от 0,18 до 0,07 мм/зуб. При обработке
чугуна торцовыми фрезами с пластинками сплава ВК8 ломающая
подача значительно больше, около 0,6 мм/зуб. При работе быстро-
режущими фрезами сколов не происходит, но возможно смятие
режущей кромки.
118

Стойкость фрез (ориентировочные значения)
Таблица 21
Материал
инструмента
Быстро-
режущая
сталь
Твердый
сплав
Тип фрезы
Торцовая и дисковая
Цилиндрическая
Концевая
Прорезная
Радиусная
Двухугловая
Торцовая и дисковая
двухсторонняя
Дисковая трехсто-
ронняя
Стойкость в минутах машинной работы
при диаметре фрезы, мм
20
1 13 1 1 1
—
50
100
100
80
80
80
100
—
75
120
170
90
90
150
90
130
100
130
280
100
100
170
120
160
150
170
400
ПО
110
200
200
200
250
120
120
300
300
300 | 400
300
500
400
600.
500
500
800
Изучение различных видов износа позволяет выбрать наиболее
рациональные области использования инструментальных мате-
риалов при конкретных условиях обработки. В производственных
условиях не всегда возможно проследить за величиной износа
зубьев фрезы, поэтому часто фрезу отправляют на переточку,
ориентируясь на ее стойкость.
Стойкостью называют период работы инструмента между
переточками, измеренный в минутах машинного времени. Зная
стойкость фрезы и машинное время, затрачиваемое на обработку
одной заготовки, определяют, сколько заготовок можно профре-
зеровать между двумя переточками. Если стойкость фрезы со-
ставляет 300 мин, а машинное время на одну заготовку 5 мин,
то фрезу необходимо перетачивать после обработки 60 заготовок.
Износ и стойкость инструмента зависят от многих факторов и
сильно изменяются при различной геометрии инструмента, глу-
бине, подаче и скорости резания, свойствах обрабатываемого
материала.
Стремясь повысить производительность труда, увеличивают
режим резания. При этом стойкость инструмента, как правило,
снижается. Его приходится часто снимать, перетачивать и снова
устанавливать на станок. На это затрачивается немало времени
и труда квалифицированных рабочих. Увеличивается расход
инструментального материала. Затраты на переточку и восста-
новление режущего инструмента могут возрасти настолько, что
они перекроют экономию, полученную от повышения производи-
тельности на основной операции обработки заготовки. Поэтому
следует выбирать такую стойкость инструмента и соответствую-
щий ей режим резания, при которых достигается наиболее произ-
водительная и вместе с тем экономичная обработка. Такая стой-
кость будет наивыгоднейшей.
119

Определить точно наивыгоднейшую стойкость инструмента
в каждом конкретном случае обработки можно только на основе
специальных расчетов. В серийном производстве в цеховых усло-
виях стойкость инструментов обычно выбирают на основании
©иыта заводов и по рекомендациям исследовательских учрежде-
ний. Фрезеровщику в своей работе можно ориентироваться на
следующие средние значения стойкости фрез (табл. 21).
Фактическая стойкость фрезы, т. е. время ее нормальной ра-
боты до наступления катастрофического износа, в большой сте-
пени зависит от принятой геометрии инструмента, качества за-
точки каждого зуба и биения зубьев. Нельзя работать фрезой,
у которой обнаружен скол хотя бы на одном из зубьев. Из-за этого
вдвое, возрастет нагрузка на следующий зуб.
Условия работы инструмента можно существенно улучшить,
применяя смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ).
СМ АЗОЧНО-ОХ ЛАЖ ДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ
Смазочно-охлаждающие жидкости, применяемые при фрезеро-
вании и других видах обработки лезвийным и абразивным инстру-
ментом, повышают стойкость инструмента, снижают энергети-
ческие затраты на процесс резания, благоприятно влияют на точ-
ность обработки. Это объясняется комплексным влиянием СОЖ.
При охлаждении зоны резания СОЖ уменьшается температура
инструмента, повышается его стойкость, снижаются температур-
ные деформации заготовки, влияющие на форму и размеры обра-
ботанной детали.
Смазывающие свойства СОЖ обеспечивают уменьшение силы
трения между поверхностями кромки инструмента и поверхностью
резания, а также внутреннее трение в срезаемом слое металла.
Некоторые СОЖ снижают силы трения и силу резания благодаря
своим химическимсвойствам. Многие поверхностно-активные СОЖ
обладают высокими адсорбционными свойствами — способностью
прочно сцепляться' с поверхностью металла, образуя устойчи-
вую масляную пленку, снижающую силы трения. Поверхностно-
активные добавки оказывают на металл так называемое раскли-
нивающее действие.
Исследованиями акад. П. А. Ребиндера и акад. И. В. Гребен-
щикова установлено, что удлиненные молекулы поверхностно-
активных веществ, проникая в микротрещины, имеющиеся на
поверхности металла, определенным образом ориентируются
внутри трещины и, действуя подобно клину, проникают внутрь
трещины, ослабляя связь частиц металла. Тем самым жидкость
«помогает» инструменту отделить срезаемый слой от основного
металла. Вместе с тем СОЖ облегчает перемещение частиц ме-
талла по возникающим плоскостям скольжения.
Так, например, при фрезеровании стальных заготовок затра-
чиваемая мощность в случае охлаждения зоны резания осерненны-
120

ми маслами снижается на 30—40%. Простейшим средством охла-
ждения зоны резания может служить вода, в которую для предох-
ранения частей станка и обрабатываемых деталей от коррозии
добавляют небольшое количество соды. Однако сода размягчает
и разрушает лакокрасочные материалы. Широкое применение
в машиностроении получили эмульсии (эмульсолы).
Эмульсия — это двухфазная дисперсная система, состоящая
из двух жидкостей, одна из которых распределена в другой в виде
мелких капель сферической формы. В качестве СОЖ используют
водные эмульсии, содержащие воду и минеральное масло. Чтобы
капли сохраняли свою форму и не слипались друг с другом, до-
бавляют эмульгатор — вещество, образующее на поверхности
капель своебразную защитную пленку. Эмульгаторами служат
различные мыла.
По сравнению с содовой водой эмульсии не только охлаждают
вону резания, но и выполняют роль смазки. Хорошо смачивают
металлические поверхности и значительно снижают трение инстру-
мента об обрабатываемый металл минеральные масла. Добавка
к ним поверхностно-активных веществ (например, серы, хлора,
фосфорорганических соединений), обладающих расклинивающим
действием, облегчает резание, повышает стойкость инструмента»
В промышленности давно применяют осерненные масла —
сульфофрезолы. Их изготовляют обычно из машинного или со-
лярового маселт добавкой небольшого количества серы. Ведутся
разработки и осваивается промышленное производство новых
более эффективных СОЖ. Среди них — усовершенствованные
марки эмульсий (эмульсолов), минеральные масла с различными
поверхностно-активным добавками (присадками). При разработке
новых СОЖ стремятся получить такие составы, которые позво-
лили бы сделать их универсальными, использовать для обработки
самых разнообразных материалов. Это имеет важнейшее технико-
экономическое значение, так как в условиях серийного произ-
водства очень трудно часто менять СОЖ.
Современные марки СОЖ, выпускаемые в СССР, приведены
в табл. 22, составленной по материалам М. И. Клушина,
Д. И. Симкина, В. М. Тихонова [21. Наиболее универсальными
СОЖ являются эмульсии марок Укринол-1, НГЛ-205, ЭТ-2, при-
годные для фрезерования самых разнообразных материалов.
Вместе с тем в случае преобладания заготовок из труднообрабаты-
ваемых, жаропрочных и титановых сплавов выгоднее применять
масла с активными добавками или эмульсии, содержащие дисуль-
фид молибдена, йод и др. Для обработки алюминиевых сплавов
рекомендуются масла с присадками марок В-31 и ОСМ-3.
Способы подачи СОЖ в зону резания могут быть различными.
Наиболее эффективный с точки зрения охлаждения зоны резания
способ — подача СОЖ в распыленном виде со стороны задней по-
верхности инструмента. При попадании СОЖ на раскаленный
инструмент происходит интенсивное парообразование и отвод
121

Таблица 22
Смаэочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), рекомендуемые для фрезерования
Область применения СОЖ
Фрезерование, точение и другие
виды обработки лезвийным ин-
струментом:
углеродистых и легированных
сталей, серых чугунов и алю-
миниевых сплавов
легированных и труднообра-
батываемых сталей
Фрезерование, точение и другие
виды обработки лезвийным ин-
струментом:
титановых сплавов, фрезеро-
вание жаропрочных сталей и
сплавов
Фрезерование, точение, сверле-
ние, резьбонарезание и развер-
швание алюминиевых сплавов
Характеристика СОЖ
Марка
Укринол-1,
НГЛ-205, ЭТ-2
СДМУ-2
ЛЗ-СОЖ 2СО,
ЛЗ-СОЖ 2СИО
МР-1
РЗ-СОЖ8
В-296, В-32к,
В-35
B-3J
ОСМ-3
Состав
Эмульсия
Эмульсия, содержа-
щая дисульфид мо-
либдена
Масла, содержащие
присадку jmna
ЛЗ-2600
Масло с противоиз-
носными присадками
Эмульсия с добавкой
йода
Масла, содержащие
серу, хлор и фосфор-
органические соедине-
ния
Масло с добавкой се-
ры, хлора и фосфор-
органических соедине-
ний
Масло с добавкой
хлора и фосфора
теплоты существенно улучшается; стойкость фрез повышается
в 2—4 раза.
Однако применение СОЖ в распыленном виде при фрезерова-
нии связано с определенными техническими трудностями, поэтому
чаще всего используют метод полива. Важно, чтобы охлаждение
было непрерывным во избежание растрескивания сильно нагре-
того инструмента (особенно твердосплавного).
При фрезеровании на невысоких скоростях резания (напри-
мер, фасонными фрезами или наборами фрез) с использованием
СОЖ на масляной основе эффективен и экономичен капельный спо-
соб подачи СОЖ. Для равномерного распределения СОЖ по зубьям
фрезы следует использовать кисточки из стальной проволоки.
122

При пользовании смазочно-охлаждающими жидкостями необхо-
димо строго соблюдать правила пожарной безопасности и промыш-
ленной санитарии.
РАЦИОНАЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ ФРЕЗ
Из рассмотрения физических основ процесса резания ясно, что сила
резания зависит от величины угла резания, а следовательно, и
переднего угла инструмента. Это подтверждают и результаты
исследований. Например, как показали опыты В. Я. Рассохина
и М. Н. Ларина при скоростном торцовом фрезеровании стали,
изменение переднего угла у от +10 до —10° вызывает увеличение
силы резания более чем в 1,5 раза. Соответственно растет и мощ-
ность, затрачиваемая на резание.
При меньшей нагрузке на инструмент уменьшается сила тре-
ния, увеличивается его стойкость; поэтому при фрезеровании,
как и при других видах обработки, стремятся применять инстру-
мент с положительными передними углами.
При обработке стали невысокой прочности и чугуна твердо-
сплавные фрезы обычно имеют передний угол у = +5-Г-150 и
только при обработке специальных марок чугуна, например, хро-
моникелевого, передний угол уменьшают до 0—2°. При фрезеро-
вании высокопрочных сталей, особенно с большими припусками,
переходят на отрицательные передние углы. Но и в этих случаях
часто достаточно заточить небольшой отрицательный передний
угол C—5°) на узкой «упрочняющей» фаске вблизи режущей кром-
ки» а на остальной части передней поверхности этот угол сделать
положительным.
При фрезеровании легких сплавов и цветных металлов при вы-
соких скоростях передний угол делают положительным (у =
= 4-54-10°).
Фрезы из инструментальных и быстрорежущих сталей затачи-
вают с положительными передними углами. Для большинства
таких фрез применяют значения переднего угла (в град), которые
приведены ниже.
При обработке стали:
мягкой (ав не более 60 кгс/мм2) , 20
средней (о„ от 60 до 100 кгс/мм2) 15
твердой (огв выше 100 кгс/мм2) 10
При обработке чугуна:
мягкого (НВ не более 150) 15
твердого (НВ выше 150) 10
При обработке алюминиевых сплавов 25
При обработке пластмасс 8
Во всех этих случаях передний угол значительно больше,
чем у твердосплавных фрез, но основная закономерность все же
остается в силе: с увеличением прочности или твердости обрабаты-
ваемого металла оптимальная величина переднего угла умень-
шается.
123

Наряду е передним углом большое влияние на стойкость
инструмента оказывает и угол наклона .главной режущей кромки.
Применение положительных углов наклона позволяет значительно
увеличить прочность зубьев твердосплавных фрез, работающих
при ударной нагрузке. Исследования и опыт заводов показывают,
что при применении положительных углов А, можно выгодно из-
менить передний угол. Так, например, если при угле А, = 0 пе-
редний угол фрезы приходилось делать отрицательным, то при
Я = -f-10° можно перейти к двойной форме передней поверхности,
оставив передний угол отрицательным только на узкой фаске
у режущей кромки, а часто и всю переднюю поверхность располо-
жить под положительным передним углом.
Задний угол также оказывает большое влияние на стойкость
инструментов. Чтобы получить наибольшую стойкость, следует
задний угол выбирать в соответствии с толщиной срезаемого слоя.
Чем меньше припуски, тем большим может быть задний угол. При
малой толщине срезаемого слоя оптимальный задний угол может
достигать 30—40°.
Нельзя увеличивать задний угол беспредельно, так как при
этом сильно снижается прочность режущей кромки и увеличи-
вается опасность его выкрашивания. Для твердосплавных торцо-
вых фрез задние углы выбирают исходя из свойств обрабатывае-
мого металла, обычно в таких пределах (град):
При обработке стали:
мягкой (ав не более 60 кгс/мм2) 16—20
средней (ав от 60 до 100 кгс/мм2) 12—16
твердой (ав выше 100 кгс/мм2) 10—12
При обработке чугуна 16—18
При обработке цветных металлов и сплавов 12—15
У дисковых твердосплавных фрез задний угол несколько боль-
ше — 18—20°. Значения задних углов для фрез из инструменталь-
ных и быстрорежущих сталей (град) приведены ниже.
Для цилиндрических и торцовых фрез 12—16
Для дисковых фрез . 12—18
Для прорезных (шлицевых) фрез 30
Говоря о геометрии фрез, заметим, что цельные фрезы, т. е.
такие, у которых зубья выполняются заодно с корпусом, могут
иметь остроконечные и затылованные зубья. У остроконечных
фрез задняя поверхность имеет ломаную форму (рис. 55, в), а
у затылованных — криволинейную, обычно в виде архимедовой
спирали (рис. 55, б).
У затылованных фрез при переточках по передней поверхности
профиль зуба остается неизменным. Это очень важно для фасон-
ных фрез, профиль которых копируется на обрабатываемой де-
тали. Затылованные фрезы применяют для обработки криволи-
нейных поверхностей, зубьев шестерен, резьб, шлицев и канавок
на металлорежущих инструментах. Зубья затылованных фрез
прочнее, чем остроконечных, а размеры впадины между зубьями,
124

Рис. 66. Типы фрез
где размещается стружка, при переточках увеличиваются. В связи
с этим затылованные зубья часто встречаются у концевых обди-
рочных фрез, предназначенных для черновых работ.
Для обычных фрезерных работ (обработки плоских поверх-
ностей, уступов, прямоугольных пазов) затылованные фрезы,
как правило, не применяют.
Кривая, образующая «затылок» зуба, получается путем спе-
циальной обработки на токарно-затыловочных станках, и заты-
лованные фрезы сложнее и дороже в изготовлении, чем фрезы
с остроконечными зубьями.
Передний угол у затылованных фрез приходится делать рав-
ным нулю, иначе обрабатываемый профиль будет получаться
искаженным или же коррегировать (исправлять) профиль зубьев
фрезы и тем самым дополнительно увеличивать ее стоимость.
Задний угол у затылованных фрез нельзя делать большим, так
как в этом случае прочность зубьев значительно понижается.
Из-за особенностей заточки биение вершин затылованных
вубьев достигает 0,10—0,12 мм и более, поэтому ясно, что фрезы
с остроконечными зубьями, где углы у и а можно изменять в ши-
роких пределах, инструмент более производительный, высокостой-
кий и экономичный.
Желая повысить производительность, стремятся увеличивать
подачу на зуб или число оборотов фрезы, т. е. скорость резания.
Подача меньше влияет на стойкость инструмента, чем скорость
резания; за счет подачи выгоднее увеличивать производитель-
ность. Предположим, что надо повысить минутную подачу торцовой
фрезы в 3 раза. Для этого подачу на зуб нужно тоже увеличить
в 3 раза. Сделать это можно двумя способами: увеличением тол-
щины срезаемого слоя либо увеличением ширины этого слоя.
На рив. 56, а показан зуб торцовой фрезы g углом в плане
Ф = 90°, срезающий слой металла толщиной а и шириной Ь.
Не изменяя угла в плане, можно увеличить подачу на зуб в 3 раза
за счет толщины срезаемого слоя (рис. 56, б). Если уменьшить
угол в плане, можно, не изменяя толщину, увеличить подачу за
счет ширины срезаемого слоя (рис. 56, в). Чтобы решить, какой
125

Рис. 86. Схемы снятия припуска торцовой фрезой
из этих двух способов увеличения производительности выгод-
нее, нужно знать, как изменяется стойкость инструмента при уве-
личении толщины и ширины срезаемого слоя.
Такие исследования проведены Л. А. Рождественским. Опыты
показали, что если увеличить ширину срезаемого слоя при про-
чих одинаковых условиях в 3 раза, стойкость фрезы уменьшится
на V3, а при увеличении толщины срезаемого слоя в 3 раза стой-
кость уменьшится в 5 раз.
Почему же ширина меньше влияет на стойкость фрезы, чем
толщина срезаемого слоя? Это легко понять, сравнивая схемы
работы фрез с различными углами в плане при одинаковой подаче
и глубине резания (см. рис. 56, б и в). С уменьшением главногр
угла в плане увеличивается активная длина режущей кромки,
т. е. длина его контакта с обрабатываемым металлом. Вследствие
этого улучшается отвод тепла от режущей кромки в тело инстру-
мента, понижается ее температура и повышается стойкость фрезы.
Следовательно, чтобы сохранить высокую стойкость фрезы,
повышать подачу выгоднее увеличением ширины, а не толщины
срезаемого слоя (см. рис. 56, в). Если необходимо увеличить
стойкость фрезы, оставляя неизменной ее производительность,
следует уменьшать угол в плане. Так, например, изменение угла
в плане сф = 90° до q> = 45° приводит к увеличению стойкости
в 2 раза, а изменение до <р = 30° повышает стойкость в 4 раза.
До какого же предела можно уменьшить главный угол в плане?
Если установить фрезу с малым углом в плане ф на недостаточно
жесткий станок, работа фрезы вызовет сильные вибрации инстру-
мента, станка и заготовки. Даже при незаметных колебаниях резко
увеличится шероховатость обработанной поверхности, режущие
кромки фрезы будут быстро разрушаться. То же произойдет, если
обрабатываемая заготовка недостаточно жесткая.
Вот почему на заводах редко можно увидеть торцовую фрезу
с главным углом в плане меньше 30°, чаще всего применяют углы
не менее 45°.
Производительность можно повысить также при уменьшении
вспомогательного угла в плане. Это относится прежде всего к ра-
боте торцовыми фрезами на чистовых операциях. При работе
фрезами с вспомогательным углом в плане более нуля нельзя
126

применять большие подачи, так как увеличится шероховатость
обработанной поверхности. Чтобы повысить подачу и сохранить
низкую шероховатость поверхности, на зубе фрезы затачивают
зачистную режущую кромку с фх = 0°, причем эта кромка должна
быть по длине больше подачи на оборот фрезы. Тогда подачу можно
увеличить до таких значений, которые обычно применяют при
черновом фрезеровании.
При черновом фрезеровании, если позволяет жесткость станка
и заготовки, также желательно применять фрезы с небольшими
вспомогательными углами в плане A0—12°), отличающиеся по-
вышенной стойкостью.
Говоря о значении углов в плане, не следует забывать о пере-
ходной кромке. Располагая переходную кромку, соединяющую
главную и вспомогательную режущие кромки, под малым углом
в плане ф0 (см. рис. 43, в) или закругляя вершину зуба по ради-
усу, можно значительно увеличить прочность зуба, улучшить
отвод тепла от вершины зуба и повысить стойкость фрезы. Угол
<рв обычно делают вдвое меньше, чем главный угол в плане ф.
ВЫБОР РЕЖИМА РЕЗАНИЯ
Режим резания для каждой технологической операции рассчи-
тывают и задают технологи. Но в условиях мелкосерийного про-
изводства или при изготовлении единичных деталей, когда опе-
рационную технологию подробно не разрабатывают, фрезеров-
щику часто приходится самому выбирать наиболее рациональный
режим резания. Квалифицированные рабочие часто делают это
на основании собственного опыта, без предварительных расчетов.
Чтобы не ошибиться и не выбрать заниженный непроизводитель-
ный или, наоборот, слишком напряженный режим работы, сле-
дуе'т сделать хотя бы упрощенный расчет.
Объем металла, срезаемого фрезой в единицу времени, при
обработке поверхностей можно вычислить по формуле
W = tBsM мм3/мин,
где t — глубина резания (фрезерования); В — ширина фрезеро-
вания; sM — минутная подача.
Так как ширина фрезерования обычно ограничивается шири
ной обрабатываемой поверхности, то для ускорения обработки,
судя по этой формуле, все равно, что увеличивать — глубину
резания, подачу или скорость резания.
Однако практически приходится учитывать, что, исходя из
стойкости инструмента, выгоднее увеличивать в первую очередь
глубину резания, затем подачу и скорость резания. Выгоднее
работать с максимально возможной глубиной резания, по возмож-
ности снимая весь припуск за один рабочий ход, задаться макси-
мально допустимой подачей, а затем при выбранной глубине и по-
даче принять допустимую скорость резания. Если увеличивать
127

Рис. 57. Средняя глубина резания при работе фрезой:
а — торцовой; б — цилиндрической
любой из элементов режима резания, то при прочих равных усло-
виях стойкость инструмента уменьшается. Но увеличение подачи
примерно в 2 раза, а скорости резания примерно в 4 раза больше
сказывается на стойкости инструмента, чем глубина резания;
поэтому при заданной стойкости фрезы можно добиться наиболь-
шей производительности, работая с максимальной глубиной реза-
ния и подачей.
При выборе режима резания необходимо также учитывать
припуск на обработку. Если припуск на обработку сравнительно
небольшой, а требования к шероховатости поверхности детали
невысокие, можно заготовку фрезеровать за один рабочий ход.
Но нередко бывает так, что сразу снять весь припуск невозможно —
поломается фреза или недостаточна мощность станка. По
этим причинам ограничивается и величина подачи. Если выби-
рают режим для чистового фрезерования, то максимальную* по-
дачу ограничивают заданной шероховатостью обработки. Вот
почему часто единственным путем сокращения времени обработки
остается увеличение скорости резания. Вот почему выгодно при-
менять твердосплавные фрезы, работая ими на высоких скоростях;
но нельзя забывать, что максимальная скорость резания ограни-
чивается предельной для да"нного станка частотой вращения, а
мощность, необходимая для резания, возрастает пропорционально
скорости резания.
Посмотрим, какие режимы резания можно практически при-
менять, используя современные инструменты и оборудование.
На рис. 57 показано, с какой глубиной резания можно обрабаты-
вать заготовки торцовыми и цилиндрическими фрезами (это ори-
ентировочные средние данные). Следует также учитывать, что
современные ступенчатые фрезы позволяют снимать за один ра-
бочий ход значительно больший припуск.
Задавшись глубиной резания, нужно выбрать подачу и ско-
рость резания. Ориентировочные значения подач и скоростей для
№

твердосплавных фрез приведены на рис. 58. Зная подачу и ско-
рость резания, нетрудно подсчитать необходимую частоту враще-
ния шпинделя станка. При настройке станка берут ближайшую
наименьшую частоту вращения.
Бывает так, что, исходя из свойств обрабатываемого материала
и возможностей фрезы, выбирают режим, который станок не может
обеспечить из-за недостаточной мощности; поэтому следует про-
верить выбранный режим по мощности станка.
Рассмотрим пример определения режима резания и проверку
его по мощности станка по упрощенной методике.
Пример. Требуется обработать плоскую поверхность заготовки шириной
80 мм на вертикально-фрезерном станке мод. 6Р12. Материал заготовки —
сталь о*в = ЮО кгс/мм2 (НВ 290), припуск на обработку равен 4 мм.
Выбираем в качестве инструмента торцовую фрезу, оснащенную твердым
сплавом Т5КЮ. Диаметр фрезы, исходя из обычно рекомендуемого соотноше-
ния, будет Ь= 1,65= 1,6-80= 128 мм. Принимаем диаметр D = ПО мм
и число зубьев Z = 4.
Для нашего примера при ширине фрезерования 80 мм припуск D мм) можно
снять за один рабочий ход, так как это соответствует средней рекомендуемой
глубине резания.
По рис. 55 для стали НВ 290 подача на зуб Sz = 0,1 мм/зуб, скорость реза-
ния v = 120 м/мин. Найдем соответствующую этой скорости резания частоту
вращения шпинделя
Примем ближайшую меньшую частоту вращения по паспорту станка
(табл. 23) п = 315 об/мин. Тогда скорость резания
0=i^5 = 102M/MHH-
Проверим теперь выбранный режим резания по мощности станка
Величину Рг найдем по формуле
где FCp — среднее значение суммарной площади сечения срезаемого слоя, мм2;
р — удельная сила резания, кгс/мм2
Рнс. 58. Средние значения подач (а) и скоростей резания (б) для твердосплавных тор-
цовых н цилиндрических фрез
129

Таблица 23
Характеристика привода главного движения вертикально-фрезерного
станка мод. 6Р12
Частота
вращения
шпинделя,
об/мин
31,6
40
50
63
80
100
125
160
200
Мощность
станка.
кВт
6,56
6,55
6,55
6,55
6,55
6,53
6,53
6,52
6,50
Наибольший
допустимый
крутящий
момент на
шпинделе
кгс-м
101
101
101
101
79,7
63,6
50,8
39,6
31,6
Частота
вращения
шпинделя,
об/мин
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
Мощность
станка,
кВт
6,50
6,48
6,48
6,44
6,41
6,35
6,24
6,08
5,93
Наибольший
допустимый
крутящий
момент на
шпинделе,
кгс.м
25,3
20,0
15,7
12,5
10,0
7,7
6,0
4,7
3,6
Примечанияз 1. По указанию в паспорте станка мод. 6Р12 диаметр фрезы при
черновом фрезеровании «не должен превышать 160 мм.
2. Наибольшая сила, допускаемая механизмом подачи, составляет соответственно
для продольной, поперечной и вертикальной подач 1500, 1200 и 500 кгс
tlD
ММа,
где Q — объем металла, срезаемого фрезой за 1 мин, мм3/мин; v — скорость
резания, мм/мин; В — ширина фрезерования, мм; t — глубина резания, мм;
% — минутная подача, мм/мин; ^ — подача на зуб, мм/зуб; Z — число зубьев
фрезы; D — диаметр фрезы, мм; п — частота вращения, об/мин.
В данном примере
Значение удельной силы резания при фрезеровании можно найти по
табл. 24. При торцовом фрезеровании наибольшую толщину срезаемого слоя
можно принять равной подаче на один зуб фрезы, а при цилиндрическом фре-
зеровании — половине величины подачи на зуб.
Таблица 24
Удельная сила резания при фрезеровании р, кгс/мм2 (средние значения)
Наибольшая
толщина
срезаемого
слоя аиаиб- мм
0,03
0,06
0,10
Сталь
0В=6О
кгс/мм*
350
280
250
О"в<75
кгс/мм2
500
450
400
ав>75
кгс/мм2
700
600
500
Чугун
нв <
<180
185
140
120
нв
180—200
270
- 200
180
нв >
>200
370
290
250
130
Для определения величины FCp можно пользоваться формулой

Для анаиб == О.Ю мм имеем р = 500 кгс
Рг ~ РсрР = 0,4-500 = 200 кга
Эффективная мощность, т. е. потребная мощность на шпинделе станка,
По паспортным данным станка (см. табл. 23), для частоты вращения
315 об/мин мощность на шпинделе составляет 6,48 кВт, т. е. вполне достаточна.
Следовательно, выбранный режим резания соответствует мощности станка.
Следует отметить, что значения мощности на шпинделе при-
водятся в паспорте станков, а в общей технической характеристике
станка дается только мощность электродвигателей привода глав-
ного движения и движения подачи. Так, например, для станка
мод. 6Р12 мощность электродвигателя привода главного движения
равна 7,5 кВт. Мощность на шпинделе (эффективная мощность)
будет меньше, так как часть работы затрачивается на преодоле-
ние сил трения в механизмах привода — зубчатых колесах, под-
шипниках и др. Если в характеристике станка не указана мощность
на шпинделе, ориентировочно ее значение находят по коэффи-
циенту полезного действия станка, который принимают ц = 0,75 —>
-5-0,85. Так, например, для станка мод. 6Р12 N3~Nx\ = 7,5 х
X 0,85' = 6 кВт.
Сравнивая эту величину с паспортными данными (см. табл. 23),
видим, что она соответствует фактической мощности на шпинделе
для частоты вращения п = 1600 об/мин.
Рассмотренный способ определения силы Рг является при-
ближенным, так как не учитывает всех особенностей выполнения
операции; поэтому инженеры-технологи при расчете режимов
резания пользуются более сложными зависимостями и справоч-
ными данными.
Пример. Рассчитываем значение силы Рг по формуле, рекомендуемой в спра-*
вочнике 115] для условий предыдущего примера:
CptxPs2YpBuPZ
где Ср — коэффициент, зависящий от вида и механических свойств обрабаты-
ваемого материала; t — глубина резания, мм; % — подача на зуб, мм; В — ши-
рина фрезерования, мм; Z — число зубьев фрезы; D — диаметр фрезы, мм;
п — частота вращения фрезы, об/мин; Кр — поправочный коэффициент на силу
резания, Хр, Ур, Up — показатели степеней, характеризующие влияние эле-
ментов режима резания на силу резания.
Для принятых условий фрезерования
131

Эффективная мощность
Ргу _ 246-102
^э~ 6120 — 6120 '
Эффективная мощность, подсчитанная по формуле, оказалась выше, чем
при ориентировочном расчете. В нашем случае мощность на шпинделе для при-
нятой частоты вращения N = 6,48 кВт вполне достаточна.
Но если после ориентировочного подсчета эффективная мощ-
ность получилась близкой к мощности на шпинделе, следует
выполнить точный расчет или воспользоваться определением мощ-
ности по табличным данным.
Удобнее и быстрее всего можно выбрать режим резания по
справочнику [8, 13].
Пример. Требуется профрезеровать в стальной заготовке, полученной из
проката (ав = 75 кгс/мм2), паз шириной В — 30 мм, глубиной / = 25 мм. Раз-
меры паза свободные. Обработку выполняют на вертикально-фрезерном станке
мод. 6Р12, Инструмент — концевая фреза, инструментальный материал —
сталь Р18.
1. Выбираем размер инструмента.
В соответствии с шириной обрабатываемого паза принимаем концевую фрезу
D = 30 мм, Z = 6.
2. Определяем подачу на зуб фрезы.
Дл'я D = 30 мм, Z— 6 по карте 161 нормативов [8] sz = 0,05 мм/зуб.
3. Выбираем скорость резания, частоты вращения, минутную подачу.
Для
4- = -?-; В = 30; * = 25 и s2 = 0,05
Z о
по карте 162 [8] рекомендуется v = 28 м/мин; п — 280 об/мин; sM = 69 мм/мин.
Проверим, не потребуется ли ввести поправочные коэффициенты на условия
резания. По карте 120 [8] устанавливаем, что условия резания средние, для
которых все коэффициенты можно принять равными единице; поэтому вводить
поправки на выбранный режим резания по условиям резания не требуется.
Сопоставим рекомендуемую нормативами частоту вращения с имеющейся
на станке (см. табл. 23). Ближайшая меньшая частота вращения п = 250 об/мин.
nDn 3,14-30-250 о. ,
&==Тооо=—Ш—=24м/мин*
Минутная подача sM = szZn = 0,05 «6 «250 = 75 мм/мин,
4. Определим эффективную мощность.
Для ^ = 0,05; В < 32; t — 25 и ум < 78 по карте 163 [8] N3= 3,6 кВт.
Сравним эффективную мощность с мощностью на шпинделе станка мод. 6Р12
(см. табл. 23). Для частоты вращения п = 250 об/мин N = 6,5 кВт.
Следовательно, мощность станка вполне достаточна, и выбранный режим
резания обеспечивается.
Еще один способ назначения режима резания — использова-
ние степенных зависимостей для расчета скорости резания. Вна-
132
где

чале выбирают глубину резания в соответствии с припуском на
обработку и подачу с учетом жесткости технологической системы,
а при больших припусках также с учетом прочности инструмента.
Скорость резания находят по формуле
V- C*D4 К
2
где Cv — коэффициент, зависящий от механических свойств обра-
батываемого материала; Kv — поправочный коэффициент на ско-
рость резания.
Значения коэффициентов и показателей степени в формуле
скорости резания находят по таблицам, имеющимся в справоч-
никах (например, в «Справочнике технолога-машиностроителя»),
или по другим рекомендациям.
. Недостаток такого метода — необходимость подсчета зна-
чений чисел с дробными степенями. Для ускорения расчета удобно
использовать специальные таблицы.
Для некоторых обрабатываемых материалов значения коэф-
фициентов и показателей степеней, рекомендуемых в различных
источниках, могут сильно различаться. Сравним, например, дан-
ные «Справочника технолога-машиностроителя» [15] и данные,
приводимые в книге В. Н. Подураева [111. Для обработки тор-
цовыми фрезами, оснащенными сплавом ВК8, нержавеющей стали
12Х18Н9, по «Справочнику технолога-машиностроителя», Zo =
= 0,2; т = 0,32; Xv = 0,06; Yo = 0,3; Uo = Q,2; qv = 0; no
данным В. H. Подураева, Zo = 0,2; т = 0,8; Xv = 0,31; Yv —
= 0,32; Uo = 0,26; qv «= 0,1. Такое различие можно объяснить
ограниченностью экспериментальных данных, на основании ко-
торых получены приведенные величины.
Выбирая режим резания при чистовой обработке, необходимо
учитывать требования к точности размеров и шероховатости
обработанной поверхности и в соответствии о этим принимать
значение подачи и стойкости инструмента.
Во всех случаях обработки стремятся работать с максимально
возможной минутной подачей. Кроме рассмотренных ранее фак-
торов, она ограничивается еще и некоторыми специфическими
особенностями работы инструмента, которые нужно учитывать.
Так, на максимально допустимую подачу при торцовом фре-
зеровании твердосплавными фрезами большое влияние оказывает
расположение фрезы по отношению к заготовке.
Многочисленными исследованиями, в том числе работами
ЭНИМС и ЦНИИТМАЩ, установлено, что существуют две наи-
более рациональные схемы установки таких фрез по отношению
к заготовке: 1) при обработке стали средней прочности и чугуна
(рис. 59, а); 2) при обработке жаропрочных сталей (рис. 59, б).
В первом случае зуб фрезы врезается в заготовку при неболь-
шой (но не нулевой) толщине срезаемого слоя, которая постепенно
133

а*0
Рис. 59. Схемы рациональной установки твердосплавной торцовой фрезы
по отношению к заготовке
увеличивается до максимума, а затем уменьшается к моменту
выхода фрезы из металла. При значениях угла Я =-{-12-7-159
обеспечивается плавное увеличение нагрузки на зуб фрезы, по-
вышается ее прочность и стойкость. В результате этого удается
повысить подачу по сравнению с симметричным фрезерованием
(когда ось фрезы располагается посередине заготовки) в 2 раза
и более.
При фрезеровании жаропрочной стали решающую роль играют,
как показывают исследования и производственный опыт, условия
выхода зуба фрезы из металла. В этом случае важно, чтобы на-
грузка на зуб при выходе фрезы из металла снижалась постепенно
до нуля.
Как видно, требования к установке фрезы при обработке
обычных и жаропрочных сталей прямо противоположны. Причину
этого можно объяснить следующим образом.
При обработке углеродистых и легированных конструкцион-
ных сталей средней прочности выкрашивание и -скол зубьев твер-
досплавной фрезы вызываются главным образом действием сил
со стороны передней поверхности инструмента. Поэтому нужно
обеспечить условия, при которых на зуб действуют нагрузки,
создающие в твердосплавной пластинке сжимающие напряжения,
постепенно возрастающие от минимальных до максимальных.
Для этого в момент врезания толщину срезаемого слоя стремятся
снизить до минимальной, а зубья фрезы затачивают с положитель-
ными углами наклона к главной режущей кромки, чтобы умень-
шить изгибающую силу и вызываемые ею растягивающие напря-
жения в пластинке.
При обработке жаропрочных сталей происходит интенсивное
упругое восстановление металла после прохода режущей кромки;
на зуб фрезы действует большая сила со стороны задней поверх-
ности. Часто следствием такого явления бывает скол твердосплав-
ной пластинки в направлении от задней поверхности к передней.
При непрерывном резании сила, действующая со стороны задней
поверхности, уравновешивается силой резания. В момент выхода
134

зуба фрезы из металла, если толщина среза значительная, сила
резания мгновенно снижается до нуля, а сила со стороны задней
поверхности еще продолжает действовать. И хотя это время тоже
чрезвычайно мало, оно может быть достаточным для скола пла-
стинки. Уменьшая толщину среза при выходе зуба из металла
до нуля, уменьшают силы, действующие на зуб, до неопасных
пределов.
Рассмотрим теперь еще одну возможность повышения режима
резания за счет глубины резания. При больших припусках воз-
можности увеличения глубины резания обычно ограничиваются
прочностью инструмента, особенно твердосплавного. Поэтому,
например, в нормативах режимов резания для фрезерных работ
для торцового фрезерования максимальная глубина резания
равна 16 мм. И хотя это очень большая глубина, при которой
потребная мощность станка достигает 20—25 кВт, на практике
встречаются заготовки с еще большими припусками.
Обработка поверхностей с большими припусками упрощается
при применении метода ступенчатого фрезерования. У ступенча-
той фрезы каждый зуб (или группа зубьев) снимает не весь при-
пуск, как у обычной фрезы (рис. 60), а только часть его. Сравним
условия работы обычной и ступенчатой фрез. Условимся, что обе
фрезы имеют одинаковое число зубьев, например четыре, и ра-
ботают о одинаковой скоростью. Но при снятии одинакового
припуска зуб обычной фрезы работает о глубиной резания t%
а зуб ступенчатой фрезы о глубиной — , и нагрузка на каждый
вуб ступенчатой фрезы при одинаковой подаче на зуб будет в 4 раза
меньше. Следовательно, во столько же раз можно увеличить по-
дачу на зуб ступенчатой фрезы. Но обеспечит ли это увеличение
минутной подачи по сравнению с обычной фрезой? Оказывается,
нет.
Действительно, у обычной торцовой фрезы sM = s^n — sz x
Х4д; у ступенчатой фрезы подача на зуб увеличена в 4 раза, но
в каждом слое металла толщиной — работают не четыре, а только
один зуб. Получается то же самое, как если бы припуск t снимали
Рис. 60. Схема снятия припуска:
а ея обычной; б =» ступенчатой торцовыми фрезами
135

Рис 81. Кукурузная концевая фреза
последовательно слоями no-j- четырьмя однозубыми фрезами.
Поэтому фактическая минутная подача для ступенчатой фрезы
sM = 4s2lfi, т. е. такая же, как у обычной фрезы.
Следовательно, ступенчатая фреза не дает выигрыша в про-
изводительности? Но мы не учли главное: уменьшив глубину
резания для каждого зуба в 4 раза, можно соответственно увели-
чить подачу на зуб не в 4 раза, а больше при сохранении принятой
предельной нагрузки.
Такая возможность обусловливается закономерностями про-
цесса резания: сила резания пропорциональна глубине резания,
но отстает от увеличения подачи. Поэтому, уменьшая глубину
резания в 4 раза, можно увеличить подачу на зуб не в 4, а в 5 раз.
Благодаря этому при одинаковых нагрузках на зубья ступенча-
тые фрезы работают с большими минутными подачами, чем обыч-
ные. Но главное преимущество не в этом. Ступенчатые фрезы
могут снимать любой припуск, если распределять его так, чтобы
нагрузка на каждый зуб не превышала нагрузку, допустимую
по его прочности. Для грубой черновой обработки поверх-
ностей отливок и поковок находят широкое применение конце-,
вые фрезы и среди них фрезы своеобразной формы, напоминающей
початок кукурузы — «кукурузные фрезы». Главная особенность
этих фрез — заточка на задних поверхностях зубьев стружко-
разделительных канавок, облегчающих процесс резания. Такие
фрезы применяют в разных конструктивных вариантах. Инте-
ресна конструкция кукурузной фрезы, разработанная под руко-
водством Героя Социалистического Труда В. Я- Карасева (рис. 61).
Фреза имеет остроконечные зубья, крупные канавки для раз-
мещения стружки (в связи с этим уменьшено число зубьев по
сравнению со стандартными фрезами). Окружной шаг зубьев
сделан неравномерным. В конструкцию внесены и другие усовер-
шенствования. В результате удалось повысить производительность
более чем в 1,5 раза, а срок службы — вдвое. Такие концевые
фрезы снимают за один рабочий ход припуск 10—15 мм при ско-
рости резания 35—60 м/мин (для стали средней прочности) с ми-
нутной подачей 100—200 мм/мин.
Выбор режима резания при фрезеровании пластмасс [17],
136

Обработка резанием пластмасс имеет ряд особенностей, свя-
еанных со свойствами обрабатываемого материала. Отделение
срезаемого слоя происходит главным образом в результате хруп-
ного разрушения пластмассы после ее упругой деформации. При
фрезеровании пластмасс сопротивление резанию невелико и сила
резания не превышает 10—20 кгс. При обработке термореактив-
ны* пластмасс образуется стружка надлома, а при обработке
термопластичных — сливная или элементная стружка. Важная
особенность процесса — интенсивное упругое восстановление
пластмассы после прохода инструмента. В связи с этим возникают
значительные силы трения на задней поверхности, по которой
инструмент изнашивается.
Теплота резания в значительной степени (до 90% при обработ-
ке термореактивных пластмасс) сосредоточивается в режущем
инструменте, который нагревается до температуры 300° С при
обработке термопластичных пластмасс и до 600° С при обработке
термореактивных пластмасс Поверхность заготовки нагревается
значительно меньше, в нее попадает не более 10—20% общего
количества тепла.
Однако в связи о низкой теплостойкостью пластмасс период
стойкости инструмента ограничивается не износом инструмента, а
качеством обработки. Уже при температуре 70—100Q С термо-
пластичные пластмассы размягчаются, обрабатываемая поверх-
ность оплавляется. При резании термореактивных пластгаасо
повышение температуры заготовки в зоне обработки до 150—
2509 С приводит к разложению смол, входящих в состав пластмас-
сы. На обработанной поверхности образуются прижоги, резко
ухудшается качество поверхности.
Несмотря на небольшие силы резания, упругое восстанов-
ление обрабатываемого материала вызывает довольно значи-
тельный абразивный износ инструмента по задней поверхности;
поэтому для обработки пластмасс резанием применяют не только
быстрорежущие, но и твердосплавные и даже алмазные инстру-
менты. Последние особенно эффективны, так как коэффициент
трения алмаза о поверхность пластмассовой заготовки значитель-
но ниже, чем для твердого сплава, поэтому температура в зоне
резания тоже в 2—3 раза ниже и можно вести обработку на вы-
соких скоростях, не опасаясь перегрева пластмассы.
У фрез для обработки пластмасс применяют положительные
передние углы у = 5^10°, а для обработки поливинилхлорида
и полиамидов у — 25° как для быстрорежущих, так и для твердо-
сплавных фрез, и большие задние углы (а = 7 -4-20° для большин-
ства пластмасс и а = 25° при фрезеровании поливинилхлорида
и полиамидов). У торцовых фрез, оснащенных алмазами, приме-
няют следующие геометрические параметры: у = 0°; а = 12Q;
Ф = фх = 45° и г « 0,3 мм. Критерием затупления служит ка-
чество обработки. Инструмент отправляют на переточку при по-
явлении таких признаков, как увеличение шероховатости обра-
137

ботанной поверхности, изменение цвета, появление прижогов
и скалывания кромок обработанных поверхностей. К этому вре-
мени износ фрезы по задней поверхности достигает 0,4—0,5 мм.
При резании пластмасс образуется большое количество пыле-
видной стружки и выделяются вредные газообразные вещества.
Уменьшить рассеивание пыли можно, применяя смазочно-охла-
ждающую жидкость (воду, 5%-ную эмульсию) или специальные
пылеотсасывающие устройства. Обработку пластмасс следует
выполнять в отдельных помещениях, оборудованных общей при-
точно-вытяжной вентиляцией и отсасывающими устройствами
у каждого станка. Рабочие должны проходить специальный
инструктаж и строго соблюдать правила безопасности и промыш-
ленной санитарии.
Режимы резания, рекомендуемые при фрезеровании пластмасс,
приведены в табл. 25—27.
Таблица 25
Режимы резания при фрезерования пластмасс торцовыми фрезами
Материал
обрабатываемой детали
Органическое втекло
Вивиплзст
Гетинакс В
Текстолит ПТ, ПТК
Кордоволокнит
Асботекстолит
Стеклотекстолит»
КАСТ-В
6ТЭФ
<ЗТ
АГ-4В
AIMG
@ зубьями
В Кб
$„ ММ/Зуб
0,3—0,6
0,5—0,8
0,3—1,0
0,2—0,7
0,05—0,4
0,4—0,8
0,2—0,5
0,04—0,15
0,04—0,2
_
0,03—0,15
из сплавов
BR8
в, w/мин
400—500
200—300
100—400
500—600
200—400
400—600
100—250
50—400
100—600
—_
40—300
6 зубьями
из спали Р18
Sp мм/зуб
0,3-0,5
0,5—0,8
0,5—1,0
0,3—0,7
—
0,5—1,0
1,0—1,5
_
0,1—0,2
—
V, и/мяв
250—400
100—150
100—250
100—300
—
100—250
50—100
—
30—40
—
Таблица 26
Режимы резания при фрезеровании пластмасс цилиндрическими фрезами
Материал
обрабатываемой детая"
Ацетали, фторкарбонаты,
нейлон, полиолефины
Акрилаты
Поликарбонаты, органиче-
ское стекло, поливинилхло-
рид
Фторопласт
Стеклотекстолит
Кордоволокнит
Гетинакс, текстолит
Асбоцемент
Полиамиды
Иадаериал зубьет
фрезн
Быстрорежущие ста-
ли твердый сплав
То же
Твердый сплав
То же
Быстрорежущие ета«
ли
То же
ВК8
sa, им/вуб
0,1—0,4
0,08—0,25
0,1-0,2
0,2—0,3-
0,04—0,15
0,01-0,02
0,1—0,4
0,3—0,5
0,3
о, м/мив
300—900
90—180
200—900
200—250
150—800
80—100
190—370
120—240
До 1000
135

Таблица 27
Режимы резания при фрезеровании пластмасс концевыми фрезами
диаметром 20—50 мм
Материал
обрабатываемой детали
Пенопласт
Органическое стекло
Текстолит
Гетинакс
Асбоцемент
Стеклотекстолит!
СТ, ЭФ32-301
АГ-4В, АГ-4в
ВПС-4
П-5-2, ЖСА, ЖСП,
РТП-170
Материал зубьев
фрезы
У7
Быстрорежущие ста-
ли
То же
»
s
в Кб, ВК8
Быстрорежущие ста-
ли
В Кб, ВК8
То же
ч
s2, мм/зуб
0,1—1,0
0,05—0,4
0,05—0,5
0,07—0,4
0,1—0,8
0,08—0,4
0,5—0,75
0,08—0,4
0,08—0,4
0,08—0,4
о, м/миа
200—500
150—200
80—160
48—100
25—60
i 10—140
20—90
200—250
70—110
40—60
139

Глава III
Фрезерный
инструмент
КОНСТРУКЦИИ ФРЕЗ
Различают цельные, составные и сборные конструкции фрез»
Цельные фрезы изготовляют полностью из инструментального
материала. У составных фрез режущую часть изготовляют из
инструментального материала, а приваренный к ней хвостовик
из конструкционной стали. К составным относятся также фрезы,
у которых зубья — пластины из инструментального материала
напаивают на корпус фрезы. У сборных фрез зубья закрепляют?
в корпусе механически с помощью специальных крепежных
элементов. Режущий элемент — зуб — может представлять собой
резец с напаянной твердосплавной пластинкой или монолитную
пластинку из инструментальной стали, твердого сплава или
другого инструментального материала.
Наиболее компактную конструкцию имеют цельные и состав-
ные фрезы. При небольших размерах у них может быть больше
зубьев, чем у сборных фрез. Недостатки цельных фрез — повышен-
ный расход инструментального материала; составных с напайными
пластинками твердых сплавов — невозможность регулирования по-
ложения зубьев при износе и трудность восстановления в случае по-
ломки. Для переточки такие фрезы необходимо снимать со станка.
Сборные конструкции обеспечивают наиболее рациональное
использование инструментального материала. Изношенные зубья
можно быстро заменить, не снимая фрезу со станка. Вследствие
этого сокращаются потери времени, связанные со сменой инстру-
мента для переточек. К недостаткам сборных конструкций можно
отнести трудность размещения большого числа зубьев в корпусе
определенного размера, из-за чего при равных диаметрах сборные
фрезы ^обычно имеют меньше зубьев, чем цельные и составные;
наличие крепежных деталей, удерживающих режущие элементы
в корпусе, а следовательно, повышенную трудоемкость изготов-
ления фрез; высокие требования к точности обработки базовых
поверхностей, обеспечивающих заданное положение вставных
зубьев, и к точности размеров самих зубьев в конструкциях, где
смену зубьев выполняют без последующей тонкой регулировки
их положения в корпусе фрезы; соответствующие требования
к точности твердосплавных пластинок в конструкциях фрез с ме-
ханически закрепляемыми неперетачиваемыми пластинками.
140

Эти недостатки уменьшают, разрабатывая новые конструкции
фрез повышенной технологичности, у которых упрощена обра-,
ботка базовых поверхностей, применены компактные элементы
крепления зубьев и сделаны другие усовершенствования.
Успехи, достигнутые в технологии изготовления точных по
размерам многогранных неперетачиваемых твердосплавных пла-
стинок, открывают перспективы широкого применения фрезер-
ного, токарного и другого инструмента сборных конструкций.
Возможность многократного использования корпуса или державки
инструмента, простота и быстрота замены изношенных пласти-
нок без снятия инструмента со станка и его последующей под-
настройки на размер делают такой инструмент экономичным даже
при высоких первоначальных затратах на изготовление корпуса
и элементов крепления зубьев.
При разработке новых конструкций фрез выполняют следую-
щие основные требования.
1. Число зубьев должно быть по возможности большим, так
как от него пропорционально зависит минутная подача, т. е. про-
изводительность обработки.
Вместе с тем зубья-должны быть достаточно прочными, а рас-
стояние между ними, форма и шероховатость поверхности стру-
жечных канавок должны обеспечивать надежное размещение
и отвод стружки (последнее особенно важно для концевых фрез,
обрабатывающих глубокие пазы). В некоторых случаях, напри-
мер при образовании сплошной сливной стружки, у концевых
фрез переднюю поверхность зубьев делают ступенчатой для дробле-
ния стружки. Число, форма зубьев и их размещение (шаг) должны
обеспечивать равномерную работу без значительных вибраций.
Это в ряде случаев достигается изготовлением фрез g неравномер-
ным шагом зубьев.
У торцовых фрез для обработки чугуна, когда отвод стружки
несложный, применяют сборные конструкции с близким размеще-
нием зубьев или с режущими элементами, каждый из которых
имеет по два-три зуба.
2. Угол наклона стружечных канавок должен обеспечивать
плавную работу фрезы^и нужное направление отвода стружки.
При фрезеровании труднообрабатываемых материалов конце-
выми фрезами хорошие результаты получают, повышая прочность
фрезы при уменьшении числа зубьев с одновременным увеличением
угла наклона до 35—45°, при этом удается повысить минутную
подачу, несмотря на сокращение числа зубьев.
Для уменьшения вибраций иногда прибегают к изготовлению
концевых фрез с изменяющимся от зуба к зубу углом наклона.
Особенно хорошие результаты получают, сочетая этот прием
о неравномерным шагом зубьев.
3. При снятии больших припусков торцовыми, концевыми
и дисковыми фрезами, а также для прорезных и отрезных фрез
должно быть обеспечено рациональное распределение припуска
141

между зубьями фрезы, обеспечивающее снижение нагрузки на
вуб, разделение стружки и надежный ее отвод. Для этого при-
меняют торцовые и дисковые ступенчатые фрезы, дисковые фрезы
с разнонаправленными зубьями и зубьями, размещенными в шах-
матном порядке. У прорезных фрез, обрабатывающих глубокие
пазы, и отрезных фрез уменьшают число зубьев (в том числе путем
стачивания зубьев через один у стандартной фрезы), применяют
разнонаправленные зубья, затачивают переходные режущие кром-
ки у четных или нечетных зубьев, делают углубления на боковой
поверхности диска фрезы у стружечной канавки («холодильники»).
4. Форма режущего клина должна обеспечивать наименьшее
сопротивление резанию при сохранении достаточной прочности
и стойкости инструмента. Следует стремиться к использованию
инструмента с положительным передним углом; при больших
силах резания добиться достаточной прочности инструмента,
применяя двойную форму передней поверхности с узкой фаской
и отрицательным передним углом у главной режущей кромки
и положительным передним углом на остальной передней поверх-
ности, а также применяя положительный угол наклона главной
режущей кромки К. В случаях, когда это допускается жесткостью
технологической системы, следует применять торцовые фрезы с ма-
лыми углами в плане и с переходной режущей кромкой.
5. При высоких требованиях к шероховатости обработанной
поверхности и к точности размеров должна быть обеспечена вы-
сокая размерная стойкость инструмента за счет применения фрез
(торцовых, дисковых) с зачистной режущей кромкой и фрез с ре-
гулируемым расстоянием между режущими кромками (для диско-
вых трехсторонних фрез при обработке пазов).
6. Особое внимание должно быть уделено выбору способа
установки и закрепления фрезы, обеспечивающему минимальное
биение зубьев, высокую прочность, жестксгсть и возможность
быстрой замены фрез, особенно на станках с числовым програм-
ным управлением (ЧПУ).
СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ ЗУБЬЕВ В КОРПУСАХ ФРЕЗ
Распространенный способ крепления зубьев-пластин в корпусе
фрезы — напайка. Чаще всего напайку применяют для инстру-
ментов небольших размеров и сложной конфигурации, где трудно
или невозможно обеспечить механическое закрепление режущих
пластин.
Но при напайке твердосплавных пластин в них часто появля-
ются мельчайшие трещины, вызывающие снижение стойкости
инструмента. Чтобы избежать появления трещин, совершен-
ствуют способы напайки пластин, создают условия для равномер-
ного их нагрева и охлаждения. Полностью устранить растрески-
вание пластин при напайке не удается из-за разной скорости
расширения и сжатия при нагревании или охлаждении твердо-
142

Рис. 62. Фрезы с механически закрепляе-
мыми пластинками и вставками-столби*
нами
сплавной пластины и материала корпуса. Разница в расширении
при нагреве не опасна, так как пластина еще не связана с кор-
пусом. А когда инструмент охлаждается после напайки, пластина
уже «прихвачена» к своему гнезду. Объемы корпуса и пластины
сокращаются с разной скоростью, в месте спая появляются боль-
шие напряжения, и хрупкий инструментальный материал рас-
трескивается.
Поэтому стремятся заменить пайку механическим креплением
твердосплавных пластин. Стойкость таких инструментов значи-
тельно выше, чем напайных.
Впервые механическое крепление пластин стали применять
в СССР в 40-х годах. Первоначально использовали такие же пла-
стины, что и для напайных инструментов. Было разработано не-
сколько простых и рациональных способов закрепления пластин.
Рассмотрим два примера.
Способ крепления пластин цилиндрическим клином и диффе-
ренциальным винтом предложен И. С. Когелем (рис 62, а). Твер-
143

добплавную пластину устанавливают в паз корпуса и закрепляют
цилиндричееким клином. Клин затягивается ввинчиванием диф-
ференциального винта о внутренним шестигранником. Диффе-
ренциальным винт называется потому, что шаг резьбы в верхней
и нижней его частях различен. Предположим, что шаг резьбы
на головке винта равен 0,5 мм, а на стержне 1 мм. Ввернем винт
на один оборот. Он войдет в корпус на 1 мм. Одновременно го-
ловка винта переместится в резьбе клина на 0,5 мм. А так как
общее перемещение головки должно быть также на 1 мм, то на
протяжении 0,5 мм головка будет перемещаться вместе с клином.
Таким образом, винт ввертывается в корпуо быстрее, чем в клин,
и клин зажимает пластину. Преимущества дифференциального
винта проявляются при замене пластины. При вывинчивании
он быстрее выходит из корпуса, чем из клина, и поэтому вытяги-
вает клин из гнезда.
Этот вид крепления отличается компактностью и удобен
в эксплуатации, но детали при этом должны быть изготовлены
в высокой точностью. Когда клин находится в своем гнезде, ось
его отверстия должна обязательно совпадать о осью отверстия
корпуса. В противном случае дифференциальный винт будет стре-
миться сдвинуть клин в сторону и крепление будет ненадежным.
Значительно проще фрезы, у которых клин крепят обычным
винтом (рио. 62, б); такая конструкция компактна, но менее
удобна в эксплуатации. Чтобы заменить пластину, необходимо
вывернуть крепежный винт и вместо него ввинтить в резьбовое
отверстие клина специальный ключ. Этот ключ упирается в дно
паза и вытягивает клин.
Крепление клиньями и винтами применяют для торцовых,
дисковых и концевых фрез диаметром не менее 30 мм.
Особенно сложно крепить твердосплавную пластину в корпусе
дисковой фрезы. Если фреза узкая, нельзя использовать креп-
ление клином и винтом, а обычный клин может сместиться под
действием боковых сил, возникающих при работе фрезы. Способ
механического крепления для таких фрез разработан во ВНИИ
(Всесоюзном научно-исследовательском инструментальном инсти-
туте). При этом способе пластины закрепляют клиньями g ци-
линдрической опорной поверхностью (рис. 62, в). Такое крепление
достаточно надежно, но сложно в изготовлении.
Другой способ, разработанный во ВНИИ, — крепление штиф-
том через перемычку (рис. 62, г). Совершенствование твердосплав-
ных инструментов привело к появлению резцов и фрез принци-
пиально новых конструкций. Вместо обычных пластин стали при-
менять многогранные или цилиндрические вставки-столбики.
Фреза во вставными зубьями-столбиками предложена и при-
менена на Горьковском автомобильном заводе Н. Ф. Стигнеевым
и А. И. Крыловым. Зубьями этой фрезы служили цилиндрические
твердосплавные столбики (рив. 62, д). Столбики закреплены в вы-
етупах корпуса болтами /. Регулировать столбики яосле уста-
144

яовки в корпуо не требуется, вледует только прижать их упорными
винтами 2 к планкам 3.
Конструкция обеспечивает высокую точность расположения
вубьев: радиальное и торцовое биение их не превышает 0,03—
0,04 мм. Это достигается высокой точностью обработки отверстий
под столбики на координатно-расточном станке и шлифованием
етолбиков по диаметру на бесцентрово-шлифовальном станке.
Фреза о зубьями-столбиками имеет важную особенность.
После затупления фрезы достаточно несколько повернуть стол-
бики и можно снова продолжать работу. Цилиндрический стол-
бик можно повернуть пять-шесть раз относительно его оси, а за-
тем вынуть из гнезда и перевернуть, используя вторую сторону.
Только после такого многократного использования столбик пере-
тачивают по передней поверхности на плоскощлифовальном станке.
Цилиндрические вставки-столбики, так же как и другие ин-
струменты о режущей кромкой большого радиуса, могут рабо-
тать без вибраций при сравнительно небольшой толщине срезае-
мого слоя. Для фрезерования заготовок с припусками 6 мм инсти-
тут Оргавтопром разработал конструкцию фрезы о пятигранными
твердосплавными вставками (рио. 62, ж). В конструкцию стол-
бика было внесено существенное изменение. На торце столбика
стали вышлифовывать канавки для улучшения геометрии фрезы
Дело в том, что ось столбика должна располагаться наклонно
по отношению к обрабатываемой поверхности, чтобы получить
необходимый задний угол, поэтому передний угол получается
отрицательным. А если заточить на передней поверхности канавку,
то можно получать наиболее благоприятную для работы геоме-
трию в главной секущей плоскости, уменьшить силы резания
и затрачиваемую мощность, повысить етойкость инструмента.
В дальнейшем для экономии твердого сплава в твердосплавной
вставке стали делать в центре отверстие.
Фрезы с многолезвийными зубьями-столбиками успешно при-
меняют на Московском автозаводе им. Лихачева, что позволяет
примерно в 1,5 раза повысить стойкость по сравнению с напай-
ными твердосплавными фрезами.
Более перспективной и экономичной по сравнению со стол-
биками оказалась форма пластин, примененная в конструкции
В. Д. Сердюка (рис. 62, ё). Твердосплавная пластина выполнена
в виде диска, опирающегося на твердую стальную прокладку;
диск закреплен накладкой и болтом. Пластину можно по мере
износа не только поворачивать, но и переворачивать, используя
опорную поверхность как переднюю. В результате стойкость пла-
етины удваиваетоя.
Уже первые фрезы с механически закрепляемыми пластинами
доказали евою жизнеспособность и послужили толчком к разра-
ботке новых усовершенствованных инструментов, при этом основ-
ные усилия направлены на разработку наиболее рациональных
форм твердосплавных пластин, сочетающих такие главные
145

качества, как возможность получения оптимальной геометрии ин-
струмента, простота закрепления в державке или корпуее; тех-
нологичность конструкции (простота изготовления); экономичное
использование твердого «плава
Одновременно шли поиски вариантов рациональных епособов
механичевкого закрепления пластин
В настоящее время в СССР действуют государственные етан-
дарты на твердосплавные механически закрепляемые пластины
для режущего инструмента (ГОСТ 19042—73 — ГОСТ 19086—73).
Разрабатывая новую конструкцию инструмента или улучшая
существующую, внося рационализаторское предложение, нужно
ориентироваться на выпускаемые твердовплавной промышлен-
новтью формы и размеры пластин.
Чтобы легче ориентироваться в этих стандартах, необходимо
оознакомитьея ео втандартной классификацией пластин.
Стандартные пластины в зависимости от назначения разде-
лены на режущие, опорные и втружколомы.
Режущие пластины классифицируют по таким признакам,
как форма, наличие или отсутствие заднего угла, величина заднего
угла, втепень точности, конструктивные оеобенности. Для того
чтобы все эти признаки и, кроме того, основные размеры пластин
можно было охарактеризовать наиболее кратко, разработана
специальная система условных обозначений (ГОСТ 19042—73).
Главные признаки пластин условились обозначать буквами
или цифрами, а основные размеры — цифрами. Условное обозна-
чение плаетины состоит из двух частей, как это показано в табл 28
на примере квадратной пластины. Стандартные формы пластин
показаны в табл. 29 вместе о их условными обозначениями.
Табл. 28 и 29 не охватывают всех стандартных форм; в них вклю-
чены только формы пластин, рекомендуемые втандартом для фрез.
Кроме помещенных в таблице, стандартизованы еще трехгранная
@1 и 02), ромбическая о углом 60° @4) и параллелограммная а
углом 55Q @8) формы, рекомендуемые для токарных резцов и дру-
гих инструментов. Их можно использовать и для некоторых фрез.
Разнообразие форм и конструктивных элементов, а также воз-
можность выбора различных размеров пластин (размеры пластин
даны в ГОСТ 19049—73—ТОСТ 19053—73; ГОСТ 19056—73 —
ГОСТ 19061—73; ГОСТ 19063—73 — ГОСТ 19072—73) позволяют
использовать пластины, наиболее подходящие для конкретного
типа инструмента и условий его работы.
В чем же главные отличительные особенности современных
твердоеплавных механически закрепляемых пластин? Во-первых,
их чаще всего применяют как неперетачиваемые. Это значит, что
пластину затачивают — шлифуют на заводе-изготовителе и после
уетановки в корпув инетрумента дополнительно не затачивают.
По мере изноеа пластину поворачивают, последовательно исполь-
вуя все ее грани, а если позволяет форма плаетины, то и грани
второй ее етороны, после чего плаатину отправляют на завод-
146

Таблица 23
Обозначение стандартных твердосплавных режущих пластин для фрез
изготовитель для переработки. При ^аком подходе к использова-
нию пластин нужную форму и геометрию пластины получают при
прессовании, а для точных пластин — при шлифовании « высокой
точностью в приспособлениях ь условиях высококвалифициро-
ванного специализированного производства. Это обеспечивает;
точное получение заданной геометрии и качества заточки пластин,
а следовательно, высокие режущие способности. Так как пере-
точка пластин обычно не предусматривается, то нет смысла делать
их толстыми. Толщину пластины выбирают минимально необ-
ходимой, исходя из условий прочности и жесткости. Для тяже-
лых черновых работ используют крупные (е длиной режущей
кромки до 25,4 мм) и толстые (до 6 мм) пластины, для чистовых
работ и мелких инструментов пластины меньших размеров (наи-
меньшие пластины имеют размеры I =^= 7 мм, S =* 3 мм).
147

Таблица 29
Пластины твердосплавные механически закрепляемые для фрез по ГОСТ 19042—73
Обозначение
пластин
буквенное
Обозначение
пластин
Эскиз
цифровое
буквенное
Эскиз
SNUN
SNGN
10111
10131
PNUN
PNGN
SPUN
SPGN
10113
10123
10133
PNUA
PNMA
PNGA
SNJA
SNMA
SNGA
10114
10124
PNUM
PNMM
SNUM
SNMM
SNGA
10143
PNCA
11113
11133
HNUA
HNGA
CNUN
CNGN
11114
HNUM
CNUA
CNMA
CNGA
12111
12131
PNUN
PNGN
CNUM
CNMM
12133
RNGA
UNCN
WNCN
12114
RNUM
148
LNCN
12214
RCUM

Таблица <30
Требования к гочности некоторых размеров твердосплавных пластин
(ГОСТ 19086—73)
Контролируемые размерь
d-\- m при &\
6,350—9,525
12,700—15,875
19,050—25,400
Толщина S для пластин!
без стружечных канавок
со стружечными канавками
Диаметр отверстия dt
Расстояние боковых поверхностей до
поверхности отверстия
Радиус при вершине г
Степень точности пластины
U
м
Предельные отклонения,
—
—
—
±0,130
±0,200
±0,100
+0,100
±0,100
±0,080
±0,100
±0,130
±0,130
±0,130
±0,100
0,100
—
±0,025
±0,025
±0,025
±0,130
—
±0,100
0,200
—
с
мм
±0,013
±0,013
±0,013
±0,130
—
±0,100
0,200
—
Вследствие этого достигается наиболее экономное использо-
вание твердого сплава.
Во-вторых, многие современные пластины отличаются высокой
точностью изготовления (табл. 30 и рис. 63).
Если раньше многозубые чистовые фрезы перетачивали в сборе
или применяли сложные конструктивные элементы для регули-
рования положения сменных зубьев, требующие длительной и
квалифицированной настройки на размер, то теперь успешно
применяют точные пластины, которые устанавливают и закреп-
ляют в корпусе инструмента без какой-либо выверки. Выверка
не требуется и тогда, когда после износа одной грани пластину
поворачивают и вводят в работу новую вершину.
При работе на настроенных станках применение точных
быстро сменяемых режущих пластин позволяет не только свести
к минимуму время на смену пластин, но и исключить поднастройку
инструмента на размер.
Высокий уровень технологии изготовления пластин позволяет
экономично получать путем прессования более сложные, чем
раньше, формы. Так, например, можно получить пластины с зад-
ним углом больше нуля (формы 03311 и 03331 с задним углом 11°),
пластины с канавками на передней поверхности (формы 03114,
0 3124,05114 и 05124), пластины с задним углом и с канавкой
(форма 12214) и др. У всех ^тих пластин угол заострения мень-
ше 90°, что позволяет получать геометрию в главной секущей
плоскости, наиболее благоприятную для чистовой обработки.
Может возникнуть вопрос, почему не все плаетины делают е зад-
ним углом и канавкой на передней поверхности? Причина глав-
ным образом в том, что такие пластины нельзя использовать в пере-
вернутом положении; кроме того, прочность аластиы в углом
P<90Q не всегда достаточна.
149

В большинстве современных
конструкций металлорежущих
инструментов с механическим кре-
плением твердосплавных пластин
режущая пластина опирается на
корпус или державку инструмента
через промежуточную опорную
пластину.
Опорная пластина имеет двой-
ное назначение. Во-первых, она
предохраняет корпус или держав-
• ку инструмента от повреждения
в случае поломки режущей пласти-
ны. Это особенно важно для слож-
ных дорогих корпусов многолез-
вийных инструментов, какими
являются многие фрезы. Во-вто-
рых, опорная пластина, изготов-
ляемая из высокотвердых тепло-
стойких материалов, служит на-
дежной жесткой опорой режущей
пластины. Если устанавливать ре-
жущую пластину непосредственно
в гнездо корпуса, под действием
силы резания сравнительно мягкая
опорная поверхность гнезда будет
постепенно сниматься и в пластине
появятся изгибающие напряжения,
вызывающие ее поломку или вы-
крашивание.
Производственный опыт и специальные исследования пока-
еывают, что с повышением твердости опорной пластины поломки
и выкрашивание режущих пластин происходят значительно реже.
Поэтому основным материалом опорных пластин в последнее время
служат твердые сплавы, хотя такие пластины значительно дороже
стальных. В СССР применяют опорные пластины, форму и размеры
которых выбирают по ГОСТ 19073—73—ГОСТ 19083—73 в соот-
ветствии с формой и размерами режущих пластин. Опорные пла-
стины, так же как и режущие, делают двух типов: с задним углом
и без заднего угла. Обе пластины в корпусе инструмента, как пра-
вило, базируют на общие конструктивные элементы.
Стружколомы применяют главным образом в токарных резцах
для завивания сливной стружки. Вместе с тем стружколом обычно
служит накладкой, прижимающей режущую пластину к базовой
поверхности, поэтому стружколомы применяют и в некоторых
конструкциях фрез.
По мнению специалистов, в ближайшей перспективе будет
технически и экономически целесообразным использовать меха-
150
Рис. 63. Стандартные размеры твердо-
сплавных пластин особо высокой (с) и
высокой (С?) точности

яическое закрепление твердосплавных пластин примерно на 55—
60% инструментов. Но напайной инструмент имеет свои достоин-
ства. Одно из них — компактность соединения режущей пластины
и державки или корпува инструмента. Это особенно важно для
мелких инотрументов, инструментов о малым расстоянием между
режущими лезвиями и т. д. Второе достоинство — высокая жест-
кость и прочность соединения без каких-либо крепежных деталей.
Третье — универсальность напайного инструмента. Перетачивая
напайной резец или фрезу, можно еравнительно простым спосо-
бом изменить их форму, геометрию, размеры, что очень важно
для единичного и мелковерийного производства.
ТОРЦОВЫЕ ФРЕЗЫ
Торцовыми фрезами выполняют черновую и чиатовую обработки
открытых поверхностей и поверхностей, расположенных вблизи
уступов (рив. 64). Размеры и конструкция торцовой фрезы обычно
г
Рис* 64. Типы торцовых фрез:
а *- цельные с мелким зубом; о ¦» дельаые с крупным зубом; а, ¦* » сборные с ножами
из быстрорежущей стали
15]

Таблица 31
Основные размера стандартных торцовых и цельных фрез (рис. 64, а, 6)
©оновные размере
Z
й, ни
L, мы
Диаметр фреза D, ян
40
10
16
32
50
12
22
36
63
14
8
27
40
80
16
10
32
45
100
18
12
32
50
Примечание. Фрезн с крупными зубьями изготовляют начиная а диаметра
63 им. Они имеют уменьшенное число зубьев (показано в знаменателе). Остальные размеры
для фрез обоих типов «динановв
не оураничиваютея размерами обрабатываемой поверхности,
поэтому конструкции торцовых фрез отличаются большим разно-
образием.
Стандартные торцовые фрезы насадного типа* Фрезы меньших
размеров уетанавливают на оправках; крутящий момент переда-
ется фрезе продольной или торцовой шпонкой. Крупные торцовые
фрезы закрепляют непосредственно на конце шпинделя етанка;
крутящий момент передается торцовыми шпонками.
Торцовые фрезы могут быть цельными и сборными со
вставными ножами. Стандартные цельные торцовые фрезы
(ГОСТ 9304—69) изготовляют о мелкими и крупными зубьями.
Их основные размеры приведены в табл. 31.
Фрезы в мелкими зубьями можно применять при вбработке
металлов, образующих сыпучую стружку. Для обработки сталей
лучше использовать фрезы с крупными зубьями; они имеют боль-
ший объем втружечных канавок и улучшенную форму канавки,
что облегчает отвод «тружки, а значит, улучшает условия реза-
ния. Стандарт предусматривает вариант конструкции крупно-
еубой фрезы с неравномерными шагом зубьев. При выполнении
Таблица 32
Основные размеры стандартных торцовых фрез со вставными ножами
(ГОСТ 1092—69) из быстрорежущей стали (рис 64, в, г)
Сановные размера
Диаметр фрезя D, мм
so
100
125
160
200
250
по Г©6Т 1092—69
Z
d, ив
В, мы
10
27
36
10
32
40
14
40
40
16
50
45
20
60
45
26
50
46
20
60
152

Таблица 33
Основные размеры стандартных торцовых фрез со вставными ножами,
оснащенными пластинами из твердого сплава, по ГОСТ 9473—71 и
ГОСТ 8529—69 (рис 66)
Основные
размера
г
d, мм
В, мм
80
1А
10
27
100
10
8
32
38
50
125
12
8
40
38
55
Диаметр
160
16
10
50
42
60
200
20
12
50
42
60
> фрезы D,
250
* 24
14
50
128,57
42
75
мм
315
320
30
18
400
36
20
500
44
26
128,57 или 221
66
75
66
85
71
85
630
52
30
,44
71
85
Примечание. В числителе показаны размерн для фрез по ГОСТ 9473—71,
в знаменателе «^ для фрез по TOGT 8529—69 (наименьший диаметр таких фрез 100 мм).
Остальные размеры фрез по обоим стандартам одинаковы.
некоторых фрезерных операций такие фрезы менее еклонны к по-
явлению вибраций, чем обычные фрезы.
Торцовые наеадные фрезы ередних и крупных размеров изго-
товляют сборными ео вставными ножами из быстрорежущей стали
или резцами, ©снащенными пластинами из твердого сплава. Фрезы
е ножами из быстрорежущей стали изготовляют диаметром 80—
630 мм (табл. 32).
Для фрез, изготовляемых в централизованном порядке, уста-
новлено, что передний угол f = 15е, а аадний угол а = 12Q.
Диаметр посадочного отверстия для крупных фрез может быть
выполнен в двух вариантах в зависимости ©т посадочного размера
шпинделя станка. Для большинства фрезерных станков этот раз-
мер составляет 128,57 мм, а для крупных четырехшпиндельных
продольно-фрезерных станков 221,44 мм.
Имеются стандарты на торцовые фрезы со вставными ножами-
резцами, оснащенными пластинками из твердого сплава (табл. 33).
Фрезы по ГОСТ 9473—71 рекомендуются для обработки за-
готовок из чугуна, а фрезы по ГОСТ 8529—69 — для стали и чу-
гуна с припуском 6—10 мм.
Фрезы по ГОСТ 8529—69 по сравнению в фрезами, имеющими
вставные ножи в креплением на рифлях (рис. 65, а), проще в из-
готовлении. Роль зубьев у них играют резцы, подобные токарным,
вакрепляемые в корпусе клиньями g углом 5°. Но у таких фрез
невозможно тонко регулировать вылет резцов из корпуса, так же
как и у фрез е рифлеными ножами, поэтому заточку фрез выпол-
няют только в сборе.
153

Рис. 65. Торцовые фрезы с «вердосплавными ножами
В централизованном порядке фрезы по ГОСТ 9473—71 изго-
товляют в углом в плане ф = 45° (рис. 65, б). У фрез в вставными
резцами (рио. 65, б и в) диаметром 125 мм и более паз для резца
наклонен к ови фрезы под углом 10 или 15Q, поэтому геометрия
фрезы в еборе отличается от геометрии отдельных резцов.
В централизованном порядке фрезы по ГОСТ 8529—69 изго-
товляют g углом в плане <р = 60Q, плоской формой передней по-
верхности и углами у = 4-5Q, oe = 15°, X = 4-8°. Такие фрезы
предназначены для обработки чугуна твердостью НВ — 180-i?
154

*т-300 и стали g ов ^ 80 кгс/мм-. По заказу могут быть изгото-
влены фрезы с углами в плане ф = 45, 75 и 90Q. Такими фрезами
можно обрабатывать стальные заготовки в ов = 80-Т-120 кгс/мм2.
Передняя поверхность у них двойной формы. Угол у для фрез
с<р = 45° принимают -f-3Q, для фрез с ф = 75 и 90° у = 7-*-8°.
У главной режущей кромки имеется фаска шириной 0,2—0,6 мм
с углом у2 — —5Q. Угол Я изменяется от +9Q для фрез е ф = 45Ч
до +5° для фрез е ф = 90Q. Задний угол для всех фрез а = 15Q.
Пазы для резцов в корпусе повернуты по отношению к радиусу
фрезы, вследствие чего образуется угол ух = 8Q.
Резцы (ножи) изготовляют двух типов: прямой и отогнутой
формы; последние (только для фрез g углом ф = 90°) позволяют
одновременно с обработкой поверхности получать небольшие пря-
моугольные уступы на заготовках или фрезеровать поверхности
вплотную к вертикальной стенке детали.
У фрез диаметром 315 мм и более посадочное отверстие имеет
диаметр 128,57 мм. Фрезы о посадочным диаметром 221,44 мм
изготовляют по специальному заказу.
Наряду со стандартными в машиностроении применяют раз-
нообразные конструкции торцовых фрез, многие из которых
представляют значительный интерес. Широкое применение нашли
сборные торцовые фрезы со вставными зубьями-резцами, оснащен-
ными напайными пластинами из твердого сплава. Разработано
множество способов закрепления резцов в корпусах фрез, удов-
летворяющих одному из основных требований к конструкции
крепежных элементов — возможности размещения в корпусе
большого числа зубьев (производительность фрезерования про-
порциональна числу зубьев фрезы).
Рассмотрим некоторые виды многозубых фрез. Корпус тор-
цовой фрезы имеет, как правило, массивные перемычки, отделяю-
щие зубья-резцы g элементами крепления от других резцов. Та-
кие перемычки нужны для обеспечения необходимой прочности
и жесткости корпуса. Если перемычка слишком узкая, она может
быть деформирована клиньями, прокладками и другими элемен-
тами крепления при закреплении резца; поэтому большой интерео
представляет конструкция торцовой фрезы, у которой нет пере-
мычки (рис. 66, а). Режущий элемент фрезы выполнен в виде кли-
новой вставки g двумя припаянными к ней твердосплавными пла-
стинами. Таким образом, каждая вставка образует два зуба фрезы.
Вставки закрепляют болтами /, проходящими через отверстия
в кольцевом корпусе фрезы. Конструкция позволяет регулиро-
вать вылет зубьев из корпуса упорными винтами 2. Фреза диа-
метром 350 мм имеет 35 вставок, т. е. 70 зубьев. По сравнению
с распространенными торцовыми фрезами подача на оборот при
работе этими фрезами может быть увеличена в 3—4 раза. Кон-
струкция фрезы разработана в СКБ-1 Минстанкопрома и нашла
применение на ЗИЛе при фрезеровании чугунных заготовок
с глубиной резания до 5 мм и подачей 1650 мм/мин.
155

Рис. 66. Торцовые фрезы со вставными зубьями-резцами
Такие фрезы можно использовать только на очень мощных
и жестких фрезерных станках. Для обработки етали они не при-
годны, так как пространство между зубьями недостаточно для
размещения сливной стружки. Сложны в изготовлении и
ваточке двузубые режущие вставки.
Очень проста торцовая фреза с закреплением зубьев-резцов
через общее кольцо, охватывающее корпус фрезы. У фрезы есть
перемычки, но небольшого размера (рис. 66, б) Существенный
недостаток фрезы — невозможность регулирования положения
резцов в корпусе при переточках. Между крепежными винтами
и резцами нет прокладок. При первом закреплении винт образует
небольшую вмятину в державке резца и при перестановке резца
после переточки стремится вернуть его в прежнее положение.
Этого недостатка не имеют многозубые фрезы конструкции
А. М. Меллера, внедренные на Алтайском тракторном заводе
(рис. 66, в). У этих фрез резцы также крепят винтами через кольцо
корпуса, но винты воздействуют "не на резцы, а на клинья 2, раз-
мещенные между резцами. Упорные винты / позволяют регули-
ровать осевой вылет резцов. Точный шаг резцов-зубьев обеспе-
чивается их размещением в гнездах сепаратора 3. Вместе с тем
из-за малой глубины гнезд положение резца в гнезде зависит от
равномерности затяжки всех клиньев, поэтому еборка фрезы и за-
мена зубьев связаны с определенными трудностями и значитель-
ной затратой времени,
156

Крупные многозубые фрезы находят применение главным
образом в массовом и крупносерийном производстве на мощных
карусельно-фрезерных, бесконсольных и специализированных
станках. Если заготовки обрабатывают небольшими партиями,
одним из основных требований становится универсальность ин-
струмента.
Смена фрезы на станках, не имеющих быстродействующих
устройств для закрепления фрез, требует значительного времени
и утомительна для рабочего. В связи с этим представляют инте-
рес торцовые фрезы, допускающие установку резцов различной
конфигурации, для разных случаев фрезерования в корпусе,
постоянно закрепленном на шпинделе станка.
Простая конструкция такого типа разработана фрезеровщиком
Л. С. Дедюхиным. Корпус фрезы (рис. 67) состоит из двух частей.
Верхнюю часть 2 закрепляют коническим хвостовиком в шпин-
деле станка, нижняя 6 часть имеет пазы для установки зубьев-
резцов 3, 4. Части корпуса соединяют винтами /. Резцы закреп-
ляют болтами не непосредственно, а через закаленные планки 7.
Планка имеет два выступа, которыми она входит в специаль-
ные пазы нижней части корпуса и тем самым удерживается от
выпадания. На планке, на стороне, прилегающей к резцу, нане-
сены продольные рифли. При установке резца в корпус пружина 5
прижимает планку к резцу и удерживает его от выпадания до
начала затяжки болтов, тем самым облегчается регулирование
положения резца перед окончательным закреплением. Выверку
резцов производят широко известным способом «по следу». Для
этого в корпусе закрепляют первый резец, пускают станок и вра-
Рис, U7, Торцовая фреза конструкция Л* С дедюжина
157

щающейся фрезой слегка врезаются в гладкую поверхность заго-
товки или любой металлической пластины, зажатой, например,
в станочных тисках. Останавливают вращение шпинделя, вста-
вляют в первый свободный паз второй резец и, подводя к образо-
ванному на заготовке следу, от первого резца выверяют и закреп-
ляют второй резец. Затем таким же образом устанавливают тре-
тий и остальные резцы (у фрез диаметром 125 мм — четыре резца,
у фрез диаметром 160 мм — шесть резцов).
Зубьями фрезы служат простые в изготовлении резцы с напа-
янными твердосплавными пластинами. Пазы в корпусе фрезы
наклонены по отношению к оси на 10°; это учитывают при заточке
резцов и выборе их геометрии. Геометрию резцов и марку твердого
сплава выбирают в зависимости от материала заготовки. При обра-
ботке чугуна к резцам напаивают пластину ВК8 и затачивают
с углами у = +20° и а = 10°. После установки в корпус геоме-
трия резца в процессе резания изменяется. Так как паз под резец
наклонен по отношению к образующей цилиндрической поверх-
ности корпуса под углом 10°, то передний угол уменьшается до
+ 10°, а задний увеличивается до 20° (рис. 67, б). При обработке
стали применяют резцы, оснащенные пластинами из твердого
сплава Т15К6 или Т5КШ, затачиваемые с углами у — 0° и а = 2°.
'После закрепления в корпусе получают углы у = —10°; а = 12°.
Резцы могут быть обычными, одинарными 3 или сдвоенными 4
с напаянными по концам двумя пластинами. Сдвоенные резцы
можно переставлять в пазу, переворачивая, и тем самым вдвое
увеличивать время их работы между переточками. Изменяя углы
резцов в плане, можно фрезой обрабатывать не только открытые
плоские поверхности, но и поверхности, расположенные около
уступов.
Массовый выпуск многогранных неперетачиваемых пластин
дал толчок к созданию новых конструкций инструментов с такими
пластинами. Наметилось два направления конструктивных раз-
работок фрез: со вставными резцами и сменными неперетачивае-
мыми пластинами и с твердосплавными неперетачиваемыми пла-
стинами, закрепляемыми непосредственно в корпусе.
Фрезы со вставными резцами и сменными пластинами. Унифи-
цированные конструкции фрез такого типа разработаны ВНИИ
в содружестве с инструментальными заводами и освоены в про-
изводстве на Сестрорецком инструментальном заводе им. Воскова,
московском заводе «Фрезер», Харьковском инструментальном
ваводе.
Имеются фрезы с четырех-пятигранными и круглыми пласти-
нами. Несмотря на конструктивные варианты, во всех этих фре-
зах использован одинаковый способ крепления вставных резцов
и сменных пластин (рис. 68). Твердосплавную пластинку / на-
девают на штифт державки 2, вставляют державку в паз корпуса
фрезы и закрепляют винтом 4. При подтягивании винта твердо
сплавная пластинка поджимается к базовой кольцевой канавке
158

Рис. 68. Торцовая сборная фреза с четы-
рехгранными твердосплавными пластинами
на торцовой поверхности кор-
пуса. Для смены пластины до-
статочно немного отвернуть
винт 4 и нажать на него, сжи-
мая пружину 3. Пластина осво-
бождается, и ее можно легко
снять и повернуть или заменить.
Пружина облегчает сборку
зубьев, поджимая предваритель-
но пластину, надетую на штифт,
к базе корпуса.
Тип пластинок выбирают в
соответствии с характером выполняемой операции.
Фрезы с четырехгранными пластинками (изготовители москов-
ский завод «Фрезер» и Сестрорецкий инструментальный завод
им. Воскова) рекомендуются для фрезерования поверхностей
стальных и чугунных заготовок с припуском до 12 мм. Фрезы
насадные, <у = —9°, а = 9е и q> == 75Q. Они имеют следующие
размеры и число зубьев
Диаметр фрезы мм 80 100 125 160 200
Число зубьев ........ 6 или 8 или 8 или 10 или 12 или
8 10 12 16 20
Пластины рекомендуется заменять комплектно, предвари-
тельно подбирая их по размерам таким образом, чтобы после уста-
новки на фрезу биение зубьев не превышало 0,1 мм.
Фрезы с пятигранными пластинами бывают хвостовые с кону-
сом Морзе диаметром 63 мм и четырьмя зубьями; насадные диаме-
тром 80—200 мм. Они предназначены для торцового фрезерования
с припусками 6—9 мм. Диаметр фрез выбирают в зависимости
от ширины фрезерования (В «^ 0,75 D) и мощности станка. Для
наиболее распространенных небольших станков FН11 и др.)
рекомендуются фрезы D = 80 мм, Z = 5; для станков среднего
размера (серий Н, М, Р) фрезы D = 100 мм, Z = 6; для более
крупных станков фрезы D = 125, Z = 8.
Геометрия зубьев всех этих фрез е пятигранными пластинами
(после установки их в корпус) следующая: у= +Ю°ч 10° (за-
висит от угла фаски на передней поверхности), а — 10°, ср — 67а
и ф! = 5 9.
Торцовые фрезы с круглыми сменными пластинами предна-
значены для получистовой и чистовой обработки стали, чугуна
и других материалов с припусками 1—4 мм. При небольших глу-
бинах резания пластину по мере износа можно поворачивать
6—7 раз, а затем перевернуть и использовать второй ее торец.
Фрезы разработаны в двух исполнениях: хвостовые (D =s 50,
Z = 5, D = 63, Z = 6, D = 80, Z = 8) и насадные (D = 80,
Z = 8; D =* 100, Z = 10; D = 125, Z = 12; D = 160, Z =* 16).
При соответствующем подборе пластинок биение зубьев не пре-
вышает 0,08 мм. Геометрия фрез: у = —8-.—10°; а =8-^10°;
159

рекомендуемые заводами режимы работы: В — 0,7 D, подача
0,15 мм/зуб; скорость резания по стали средней прочности равна
250—300 м/мин, по чугуну 75—100 м/мин.
Концевые фрезы о круглыми пластинами изготовляют Харь-
ковский инструментальный завод, насадные — завод «Фрезер».
Ряд конструкций торцовых фрез со вставными резцами и смен-
ными пластинками разработан конструкторами машиностроитель-
ных заводов и фрезеровщиками-новаторами. Интересная кон-
§трукция фрезы создана на ГЗФС (Горьковском заводе фрезерных
станков) Твердосплавная пластина 4 (рис. 69) опирается на сталь-
ную закаленную прокладку 3, что исключает смятие опорной по-
верхности державки и скалывание пластины под действием силы
резания. Державка удерживается в корпусе фрезы клиновой
втулкой 2, затягиваемой винтом /. Фреза отличается высокой жест-
костью крепления резцов и позволяет работать с повышенными
подачами. Для увеличения технологичности конструкции в ка-
честве базы для сменных пластинок использовано точное шлифо-
ванное съемное кольцо 5.
Стойкость сборных фрез в большой степени зависит от биения
зубьев, которое возникает нз-за неточности размеров сменных
пластин и их положения в корпусе фрезы и биения фрезы после
закрепления в шпинделе. Устранить биение или свести его к ми-
нимуму можно способом, позволяющим тонко регулировать поло-
жение зубьев непосредственно на станке.
Конструкция фрез о тонкой регулировкой положения зубьев
разработана Героем Социалистического Труда В. К. Семинским
(рив 70) После установки на штифты державок / сменных твердо-
еплавных пластин 6 и закрепления их клиньями 8 и винтами 7
выполняют тонкую регулировку положения вершин зубьев. Из-
менить положение державки е пластинкой в осевом направлении
можно, поворачивая эксцентрик 4 о помощью болта 5. Для регу-
лировки державки в ра-
диальном направлении
используют винт 2, ко-
торый проходит через
Рис 89 Торцовая сборная
160
фреза ГЗФО
Рис. 70. Торцовая фреза с тонкой регулировкой
зубьев конструкции В. К. Семине кого

Рис. 71. Торцовая сборная фреза конструкции
С. Г. Карпова
резьбовое отверстие держав- а-а
ки и упирается в дно паза
корпуса. Проверку положе-
ния зубьев выполняют инди-
катором, установленным с
подставкой на столе станка.
Державки- пластины удер-
живаются в корпусе фрезы
тарельчатыми пружинами и
винтами 3. Тарельчатые пру-
жины выполняют роль демп-
фера и гасят в процессе фре-
зерования вибрации, способ-
ствуя тем самым повышению
стойкости инструмента.
Прогрессивным направле-
нием в проектировании сбор-
ных фрез является разработ-
ка конструкций с закреплением сменных твердосплавных пла-
стин непосредственно в корпусе фрезы.
Примером современной конструкции торцовой фрезы такогс
типа является фреза ленинградского фрезеровщика-новатора
С. Г. Карпова (рис. 71). Многогранную неперетачиваемую тбер-
досплавную пластину / базируют одной гранью по пазу корпуса,
второй гранью — по съемному базовому кольцу 5 и плоскостью —
по стальной закаленной пластинке 2, изготовленной из стали У7.
К базовым поверхностям пластина поджимается клином 4. Клин
перемещается дифференциальным винтом 3. В результате этого
при отвинчивании винта клин вытягивается из паза и пластинка
освобождается. Винты затягивают Г-образным ключом с шести-
гранным концом. Шестигранник ключа должен быть точно (по
3-му классу точности) обработан. В противном случае ключ и ше-
стигранные отверстия головок винтов быстро снимаются и смена
пластин усложняется.
Во всех случаях применения фрез с неперетачиваемыми твер-
досплавными пластинками необходимо обращать особое внимание
на подбор пластин для каждого комплекта. Пластинки после
износа следует менять комплектно. Для обеспечения биения ре-
жущих кромок фрезы в пределах 0,03—0,05 мм требуется изго-
товлять пластины с точностью по размеру до 0,02—0,03 мм и по
радиусу до 0,02—0,04 мм.
С. Г. Карпов рекомендует сортировать пластины на группы с раз-
ницей в размерах 0,05 мм. Каждый комплект зубьев фрезы должен
набираться из пластин одной размерной группы. В этом случае фре-
зы конструкции С. Г. Карпова будут иметь торцовое биение зубьев
0,05 мм, а радиальное биенце 0,06 мм. Увеличение биения зубьев
фрез до 0,15 мм вызывает существенное уменьшение стойкости,
а при биении зубьев 0,4 мм стойкость снижается в 2—2,5 раза.
161

Рис 72. Крепление твердосплавных пластин:
а «¦» регулируемое; 6 «• пружинное; в «• конический штифтом
Фрезы с неперетачиваемыми твердосплавными пластинами
получили широкое распространение и за рубежом.
Одна из последних конструкций фирмы Крупп-Видиа (ФРГ)
показана на рис. 72, а. Твердосплавные пластины 4 устанавливают
по опорным поверхностям вставок 2, а вставки — в корпус /
фрезы. Пластины и вставки закрепляют специальными клиньями
(на рис. 72, а не показаны). К одному корпусу фрезы прилагается
несколько комплектов вставок с вырезами под твердосплавные
пластины разных типоразмеров, что увеличивает универсальность
инструмента и упрощает его эксплуатацию Если при работе
с большой подачей необходимо получить поверхность с низкой
шероховатостью, одну или две вставки делают регулируемыми
(такой тип вставки показан на рисунке) и устанавливают в них
пластины с длинными зачистными режущими кромками. Чтобы
точно отрегулировать осевой и радиальный вылеты пластины,
вращают винт 3.
Основной недостаток этой конструкции — ее сложность в из-
готовлении.
Среди многих конструкций известной шведской фирмы Сандвик
заслуживает внимания по простоте замены пластин конструкция
их крепления, показанная на рис. 72, б. Пластина удерживается
от выпадания из корпуса клином, имеющимся на конце стержня /,
и пружиной 2. Для освобождения пластины достаточно нажать
сверху на стержень рычагом, вводимым в зазор между стержнем
и буртиком корпуса фрезы, и сжать пружину. При работе фрезы
пластины удерживаются в корпусе силой резания. Вследствие
отсутствия обычно применяемых крепежных клиньев и болтов
увеличено число зубьев, время на смену пластин сведено к мини-
муму.
Но и этот способ крепления, на первый взгляд простой, тре-
бует применения очень точных, трудоемких в изготовлении дета-
лей. Поэтому особого внимания заслуживает способ крепления
твердосплавных пластин, разработанный ленинградским фрезе-
162

ровщиком-новатором М А. Зайцевым (рис. 72, в). Пластину / уста-
навливают в паз корпуса фрезы и поджимают к базовым поверх-
ностям коническим штифтом 2 (конус 5°). Поджатие пластин в на-
правлении, показанном стрелкой, обеспечивается в результате
того, что ось отверстия в пластинке смещена по отношению к оси
отверстия в корпусе фрезы примерно на 0,25 мм.
Штифт можно делать из обычной конструкционной стали, так
как он служит только для первоначального закрепления пластины.
В процессе фрезерования пластины удерживаются в корпусе
силами резания. Если в процессе фрезерования обнаруживается,
что крепление пластины несколько ослабло, достаточно слегка
изогнуть штифт, ударив по лыске, имеющейся на головке штифта.
При смене пластины штифт можно легко выбить из отверстия.
Уже первые промышленные испытания фрез М. А. Зайцева
показали отличные результаты. Торцовые фрезы диаметром 40 мм
с пятигранными твердосплавными пластинами из сплава Т15К6
успешно работают по конструкционной стали с глубиной резания
до 10 мм и подачей до 1215 мм/мин. Каждая пятигранная пластина
допускает десять перестановок.
Для фрез небольших диаметров (D = 25, 32 мм) автор исполь-
зует три пластины, а для фрез диаметром 63 мм рекомендует уста-
навливать четыре пластины ромбической формы.
Фрезы конструкции М. А. Зайцева изготовляет Сестрорецкий
инструментальный завод им. Воскова.
Кроме фрез со вставными напайными твердосплавными рез-
цами известны ступенчатые ^фрезы, представляющие собой раз-
новидность упомянутых выше фрез со сменными резцами и не-
перетачиваемыми режущими пластинами. Трехступенчатые фрезы
диаметром 250—350 мм с четырехгранными неперетачиваемыми
пластинами, выпускаемые заводом «Фрезер», позволяют снимать
за один рабочий ход припуски до 22 мм при подаче на зуб 0,12 мм
и скоростях резания при обработке стали 120—180 м/мин и чугуна
60—80 м/мин. Подобная конструкция фрез с пятигранными смен-
ными режущими пластинами разработана на свердловском за-
воде «Уралэлектротяжмаш».
Резцы располагают по окружности корпуса секциями по 4 шт.
в каждой. Ступенчатое, со смещением в радиальном и осевом на-
Рис. 73, Торцовая фреза для обработки органического стекла
163

правлениях расположение зубьев в каждой секции обеспечивается
формой, расположением пазов и базовых поверхностей в корпусе
фрезы.
Торцовые насадные фрезы для обработки пластмасс и органи-
ческого стекла (рис. 73) изготовляют из быстрорежущей стали
диаметром 32—50 мм с числом зубьев Z = Ю-т-14. Вершины зубьев
закругляют по радиусу R = 3 мм.
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ФРЕЗЫ
Цилиндрические фрезы менее производительны, чем торцовые,
и применяют их реже. Наиболее рационально использовать их
в наборах совместно с дисковыми фрезами, что позволяет одно-
временно обработать несколько поверхностей заготовки.
Стандартные цилиндрические фрезы изготовляют цельными
и составными. Наиболее просты по конструкции цельные фрезы
(табл. 34). Широкий диапазон типоразмеров фрез позволяет вы-
бирать длину L, соответствующую ширине обрабатываемой по-
верхности (при условии, что ширина фрезерования должна быть
не менее 2/3 длины фрезы).
Фрезы с крупным зубом изготовляют с неравномерным шагом
зубьев. Угловой шаг различен для фрез разных диаметров. Так,
например, для фрезы 'диаметром 80 мм углы между зубьями сле-
дующие: 27, 33, 27, 33, 27, 33° и т. д.
В результате неравномерного шага снижается вероятность
появления вибраций. У фрез с мелким зубом трудно сделать шаг
зубьев различным и его делают равномерным.
Для фрез, изготовляемых в централизованном порядке, при-
няты следующие геометрические параметры: передний угол в
нормальном сечении к режущей кромке уп — 15°; задний угол
в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, а =¦ 16°; угол наклона
Рис. 74. Цилиндрические фрезы:
а — цельные (ГОСТ 3752—71); 6 — со-
ставные с ножами из быстрорежущей
стали (ГОСТ 9926—61); в — оснащен-
ные винтовыми пластинами из твердого
сплава (ГОСТ 8721—69)

Рис. 75. Цилиндрические фрезы для обработки:
а — органического стекла; б — слоистых пластмасс; в — стеклопластиков
зуба (стружечной канавки) с* = 30—35° для мелкозубых фрез
и 40° для крупнозубых фрез.
Фрезы изготовляют из быстрорежущей стали, а также из ле-
гированной стали 9ХС. Цилиндрические фрезы со вставными
ножами из быстрорежущей стали изготовляют, начиная с диа-
метра 100 мм, одинарными и составными (рис. 74, б). Составные
фрезы представляют собой набор из двух—пяти инструментов
(табл. 35), правых и левых.
Составные фрезы могут иметь длину, в 2 раза превышающую
диаметр и достигающую 300 мм. Это дает возможность обрабо-
тать за один рабочий ход поверхность большой ширины.
Следует, однако, иметь в виду, что размеры фрез необходимо
выбирать, учитывая жесткость системы СПИД для конкретной
фрезерной операции; в противном случае возможно появление
вибраций. Ножи фрез изготовляют из быстрорежущей стали, уста-
навливают в корпус на рифлях и крепят клиньями.
Освоение промышленностью технологии изготовления твердо-
сплавных винтовых пластин позволило стандартизировать ци-
линдрические фрезы, оснащенные твердыми сплавами Т5К10,
Т14К8, Т15К6, ВК6, ВК8 (табл. 36). У таких фрез (рис. 74, в)
передний угол в нормальном сечении к главной режущей кромке
у„ = —5°, задний угол в том же сечении*1У„ = 18°, угол наклона
зуба со = 24° для фрез диаметром 63 мм, со — 30° для фрез диа-
метром 80 и 100 мм и со = 36° для фрез диаметром 125 мм.
Цилиндрические фрезы для обработки органического стекла,
слоистых пластмасс и стеклопластиков показаны на рис. 75.
165

Таблица 34
Цилиндрические цельные фрезы по ГОСТ 3752—71 (рис. 74, а)
Основные
размеры
Z
d, мм
L, мм
Диаметр фрезы D, мм
50
12
б
22
50, 63, 80
63
14
8
27
50, 63, 80,
100
80
16
10
32
63, 80, 100,
125
100
18
12
40
80, 100, 125,
160
Примечание. В числителе — число зубьев для фрез с мелким зубом, в знаме»
нателе — для фрез с крупным зубом
Таблица 35
Основные размеры цилиндрических фрез со вставными ножами
Основные
размеры
Z
d, мм
L, мм
Диаметр фрезы D, мм
100
8
32
40
80; 120;
160; 200
125
8
40
50
100; 150;
200; 250;
300
160
10
50
50
150; 200;
250; 300
200
12
60
50
200; 250;
300
250
12
60
65
250, 325;
390
Примечание. В числителе указана длина фрезы, а в знаменателе — длина
набора составной фрезы
Таблица 36
Основные размеры цилиндрических фрез, оснащенных винтовыми
пластинами из твердого сплава (ГОСТ 8721—69)
Основные
размеры
г
d, мм
L, мм
Диаметр фрезы D, мм
63
8
27
45; 70; 96
80
8
32
45; 70; 96
100
10
40
45; 72; 100
125
12
50
70, 100
166

Фрезы для обработки органического стекла и пластмасс изгото-
вляют из быстрорежущей стали, а фрезы для обработки стекло-
пластиков оснащают твердосплавными пластинами.
КОНЦЕВЫЕ ФРЕЗЫ
Концевые фрезы — инструменты, отличающиеся широкими тех-
нологическими возможностями (рис. 76, а). Их используют для
обработки узких вертикальных плоских и фасонных поверхно-
стей, разнообразных пазов. Особенно удобны концевые фрезы,
имеющие режущие зубья не только на периферии, но и на торце.
Такая фреза может работать с осевой подачей, врезаясь в сплош-
ной металл; например, при обработке глубоких пазов сложной
конфигурации, окон, колодцев и других элементов заготовок.
Рис. 76. Концевые стандартные фрезы
167

Таблица 37
Основные размеры концевых обдирочных фрез по ГОСТ 4675—71
(см. рис. 76, б)
Основные размеры
1
1, МЫ
Конус Морзе
25
б
50; 80
3
32
5
55; 85;
130
f
Диаметр фрезы D, мм
40
6
65; 100;
160
4
50
6
70; 115;
180
5
63
8
80; 125;
200
5
80
10
90; 140;
224
6
В связи с этим концевые фрезы служат одним из основных инстру-
ментов для станков с числовым программным управлением при
обработке комплексов поверхностей без смены инструмента.
Для стандартных обдирочных концевых (кукурузных) фрез
(рис. 76, б) характерно наличие канавок на задней поверхности
зубьев. Вследствие этого обеспечивается разделение срезаемого
слоя, улучшается удаление стружки, что особенно важно при
фрезеровании глубоких пазов. Такие фрезы имеют затылованные
зубья и предназначены для тяжелых обдирочных работ. Фрезы
изготовляют двух типов: с торцовыми зубьями (исполнение 2)
и без торцовых зубьев (исполнение 1).
Основные размеры стандартных концевых обдирочных фрез
приведены в табл. 37.
Для фрез, изготовляемых в централизованном порядке, перед-'
ний угол в нормальном сечении к режущей кромке уп = 15°, зад-
ний угол на торцовом зубе ат = 6-ь8° (меньшее значение для
фрез диаметром 25 и 32 мм). Фрезы изготовляют праворе-
жущими, причем для фрез без торцовых зубьев принимают левое
направление винтовых стружечных канавок, а для фрез с торцо-
выми зубьями —правое. Канавки необходимы для того, чтобы
при обработке глубоких пазов стружка удалялась из паза, под-
нимаясь по стружечным канавкам фрезы.
«Кукурузные» концевые фрезы рекомендуется изготовлять
из инструментальной стали, причем хвостовик делают из стали
марок 45 и 50. Допускается изготовление фрез из легированной
стали 9ХС. Так как на стойкость фрезы большое влияние оказы-
вает биение ее зубьев, стандарт ограничивает допускаемое бие-
ние режущих кромок: для двух смежных зубьев 0,04 мм и для
противолежащих зубьев 0,07 мм. Допускаемая конусность ци-
линдрической части фрезы не должна превышать 0,08 мм на 100 мм
длины фрезы. Последняя величина характеризует минимальную
погрешность отклонения поверхности, обработанной периферий-
ными кромками фрезы, по отношению к оси инструмента^.
О режущих способностях стандартных концевых фрез при
обработке поверхностей можно судить по данным, приведенным
в табл. 38.
168

Таблица 38
Рекомендуемые режимы резания и стойкость концевых обдирочных фрез
по ГОСТ 4675—71 при обработке стали 40 твердостью НВ 179—197
Диаметр
фрезы D, мм
25; 32
32; 40;
50; 63
80
Подача
на зуб «2,
мм
0,09
0,12
0,12
Ширина
фрезерова-
ния В, мм
25
30
50
Глубина
фрезерова-
ния /, мм
3,5
5,5
5,5
Скорость
резания v,
м/мнн
40
35
35
Гарантийная
стойкость Т,
мин
50; 60
90
90
Твердосплавные стандартные концевые фрезы изготовляют
двух типов: оснащенные твердосплавными винтовыми корон-
ками (рис. 76, б) и с напаянными твердосплавными пластинками
(рис. 76, в). Первые имеют рекомендуемые диаметры от 10 до
20 мм, вторые — от 6 до 50 мм (табл. 39).
Для фрез с винтовыми пластинками размер /, определяющий
максимально возможную ширину фрезерования, зависит от длины
стандартных твердосплавных пластинок. Чтобы увеличить этот
размер, у фрез диаметром 20—50 мм на каждый зуб напаивают
не одну, а две пластинки (рядом).
Для фрез, изготовляемых в централизованном порядке, уста-
новлены следующие геометрические параметры: передний угол
в нормальном сечении к главной режущей кромке у = 0°—(—5°);
задний угол в нормальном сечении к главной режущей кромке
ап = 18 ч-20°; угол подточки зубьев на торце ouj =-\~5°~(—5°);
Таблица 39
Основные размеры концевых фрез, оснащенных твердым сплавом
по ГОСТ 20534—75 и ГОСТ 20537—75
Основные размеры
Z
Н, мм (для фрез с
коронками)
/, мм (для фрез с вин-
товыми пластинками)
Конус Морзе
10
6
10
—
—
12
6
12
—
—
Диаметр фрезы D,
16
6
3
Ю;
20
13
2
20
8
3
15
12
3
25
4
20
4
мм
32
4
__
19
4
40
6
24
5
50
6
22
5
Примечания: 1. В числителе дано число зубьев для фрез с коронками, в зна-
менателе — число зубьев для фрез с винтовыми пластинками.
2. Для фрез с коронками рекомендуется делать конус Морзе 3; по требованию потре-
бителя их можно делать с конусом Морзе 2.
}fc>9

угол наклона зубьев фрезы <о„ от 30° (для фрез малых диаметров)
до 40° (у фрез диаметром 50 мм). Максимально допустимое ради-
альное биение зубьев относительно оси хвостовика составляет
0,03 мм для двух смежных зубьев и 0,06 мм для противоположных
зубьев. Торцовое биение для фрез диаметром до 16 мм допуска-
ется не более 0,03 мм, а для фрез большего диаметра — 0,04 мм.
Конусность цилиндрической части фрезы на длине рабочей части
не должна превышать 0,02 мм.
Стандартные концевые фрезы оснащают твердыми сплавами
марок Т5КЮ, Т14К8, Т15К6, ВК6 и ВК8.
В связи с универсальностью и широкими технологическими
возможностями концевых фрез постоянно вносятся различные усо-
вершенствования в их конструкцию и геометрию. Одно из харак-
терных направлений в усовершенствовании концевых фрез —
увеличение угла наклона винтовых зубьев, в результате чего
улучшается отвод стружки из зоны резания при обработке пазов
и уступов, уменьшается опасность пакетирования стружки. Для
большинства концевых фрез угол наклона винтовых зубьев может
быть принят равным 30е. Так, по данным ряда исследований, для
фрез d = 20-T-25 мм можно принимать со = 35°, для фрез d =
= 25-т-ЗО мм со = 40°, для фрез d = 30-^50 мм со = 45°. Для
уменьшения вероятности появления вибраций делают шаг зубьев
фрез неравномерным, повышают жесткость инструмента, при-
меняя усиленные хвостовики с конусным переходом к рабочей
части фрезы.
Значительные трудности возникают при обработке концевыми
фрезами титановых и жаропрочных сплавов, вязких труднообра-
батываемых материалов в связи с пакетированием стружки даже
у фрез с большими углами наклона зубьев. Поэтому большой
интерес представляет конструкция концевых фрез, разработанная
В. С. Кузнецовым.
На каждом зубе фрезы делают подточку передней поверхности
по всей длине зуба. В результате образуются уступы, ломающие
стружку. По данным В. С. Кузнецова, такие фрезы диаметром
10 мм, изготовленные из стали Р18Ф2К8М, можно использовать
для обработки закрытых пазов глубиной до 35 мм в заготовках
из жаропрочных сталей при подаче на зуб 0,05 мм и минутной по-
даче до 100 мм/мин. Шаг зубьев у таких фрез неравномерный,
углы между ними приняты равными 85, 90, 95 и 90°. Угол наклона
режущих кромок составляет 35е. Для экономии инструменталь-
ного материала режущую часть приваривают встык к хвостовику,
изготовленному из стали 45.
На заводах тяжелого машиностроения концевые фрезы нахо-
дят применение для черновой и чистовой обработки поверхностей
крупных многотонных заготовок. Такие фрезы имеют большие
размеры. Например, на Уралмашзаводе применяют концевые
фрезы диаметром 200 мм и более при длине режущей части около
500 мм. Общая длина фрезы достигает 700—800 мм, а масса—
170

Рис. 77. Концевые фрезы со сменными
твердосплавными пластинами
\Щ кг. Зубья фрезы получают
наплавкой быстрорежущей стали.
При обработке мелких загото-
вок из труднообрабатываемых ма-
териалов используют концевые
фрезы диаметром 3—18 мм, изго-
товленные целиком из твердых
сплавов. Такие фрезы имеют стой-
кость примерно в 10 раз более
высокую, чем быстрорежущие.
Их изготовляют из сплавов марок
В Кб, ВК6М, ВК8, ВК15 и приме-
няют для обработки жаропрочных,
кислотоупорных и других высоко-
прочных сталей и сплавов. Фрезы
Московского инструментального
завода диаметром 14—18 мм имеют
неравномерный шаг с углом на-
клона зубьев 35°.
Исследования показывают, что при фрезеровании нержавею-
щих и жаропрочных сталей, сплавов аустенитного класса и тита-
новых сплавов цельными концевыми фрезами из сплава ВК15М
диаметром 8 мм с тремя зубьями удается увеличить производи-
тельность процесса в 4—6 раз по сравнению с фрезами из стали
Р18, а при обработке сталей перлитного класса — примерно в
3 раза.
Разрабатывают и выпускают концевые фрезы со сменными
твердосплавными пластинами. Фрезы Сестрорецкого инструмен-
тального завода им. Воскова по конструкции (рис. 77, а) подобны
торцовым фрезам того же завода. Их изготовляют диаметром
40—63 мм с четырьмя зубьями и используют для фрезерования
стали и чугуна.
Интересная конструкция концевых фрез диаметром 25—35 мм
с тремя сменными зубьями-пластинами разработана во ВНИИ
(рис. 77, б). Сменную пластину / устанавливают на штырь дер-
жавки 2 и подтягивают к базовому кольцу винтом 3 с конусным
наконечником, который расположен эксцентрично по отношению
к конусному углублению корпуса. При затяжке винта он стре-
мится войти в это углубление и подтягивает пластину к базовой
площадке. От радиального смещения в корпусе державка резца
удерживается кольцом 4, которое охватывает корпус фрезы.
Для концевых фрез меньшего диаметра применяют цанговое
крепление пластин или простейшие зажимные элементы. Смен-
ные пластины 1 концевой фрезы диаметром 20 мм (рис. 77, в) кре-
пят в пазах корпуса накладкой 2 и двумя потайными винтами,
ввернутыми навстречу друг другу.
При работе на вертикально-фрезерных станках часто в заго-
товках требуется делать отверстия фасонной формы — окна раз-
171

личной конфигурации. Если отверстие в заготовке предвари-
тельно не отлито, удобно для его обработки использовать комби-
нированный инструмент сверло-фрезу.
Такой инструмент позволяет легко осуществлять врезание
с осевой подачей на значительную глубину (насквозь) с последую-
щим фрезерованием по контуру. Сверла-фрезы конструкции перм-
ского фрезеровщика В. М. Чувятина (рис. 78) изготовляют путем
переточки из четырехзубой концевой фрезы. Два зуба затачивают
под углом 140°, которые и образуют режущие кромки сверла. Два
других частично срезают с торца, чем обеспечивают умень-
шение осевой составляющей силы резания при сверлении и раз-
деление срезаемого слоя. После врезания (засверливания
отверстия) инструмент работает периферийными режущими
кромками.
Для экономии быстрорежущей стали хвостовик фрезы делают
из конструкционной стали и приваривают встык к режущей части.
Для работы по копиру предусмотрено стальное закаленное коль-
цо /, удерживаемое на инструменте стопорным кольцом 2.
При фрезеровании нержавеющих и титановых сплавов сверло-
фреза может работать по контуру с подачей 0,08—1 мм/зуб при
скорости резания 15 м/мин. Подобные инструменты небольших
диаметров, предназначенные для обработки труднообрабатывае-
мых материалов, можно изготовлять твердосплавными. Сверло-
фреза диаметром 10 мм из сплава ВКЮМ разработано новосибир-
ским филиалом производственно-технологического бюро Орг-
примтвердосплав. Это сверло-фреза имеет четыре зуба, из которых
два образуют на торце режущие кромки для сверления. По дан-
ным Читинского машиностроительного завода, стойкость твердо-
сплавных сверл-фрез при обработке труднообрабатываемых ма-
териалов в 20 раз превышает стойкость быстрорежущих фрез
аналогичной конструкции.
В связи с расширением области применения труднообрабаты-
ваемых сталей и сплавов разработаны конструкции и внедряют
Рнс. 78. Сверло-фреза
172

Рис. 79. Фасонные концевые твердосплавные фрезы (ГОСТ 18934 — 73 ¦=• ГОСТ 48949 — 73)
в производство фасонные концевые твердосплавные фрезы. Это
концевые сферические, грушевидные, эллипсовидные, кониче-
ские, сфероцилиндрические, сфероконические фрезы, изготовля-
емые целиком из твердого сплава, или составные с коронками
из твердого сплава (ГОСТ 18934—73 — ГОСТ 18949—73). Диа-
метры фрез равны 4—22 мм. Их основные конструктивные разно-
видности .показаны на рис. 79, а—з.
173

ДИСКОВЫЕ ФРЕЗЫ
Дисковые фрезы предназначаются для обработки прямоугольных
уступов (двухсторонние фрезы) и пазов (трехсторонние фрезы).
Стандартные двухсторонние дисковые фрезы со вставными но-
жами, оснащенными пластинами из твердого сплава, имеют диа-
метр от 100 до 315 мм, ширину от 18 до 32 мм (рис. 80, а) и число
вубьев 8—20.
Диаметр фрезы следует выбирать исходя из заданных раз-
меров обработки. Основные размеры фрез приведены в табл. 40.
Здесь же указана максимальная ширина В фрезерования или
глубина резания, подсчитанная с учетом диаметров устанавли-
ваемых на оправках проставочных колец. При этом учтено, что
при фрезеровании должен оставаться зазор 5—8 мм между про-
ставочными кольцами оправки и поверхностью заготовки.
Рис. 80. Дисковые твер-
досплавные стандартные
фрезы:
а _ ДВУХСТОРОННЯЯ, 6 mm
трехсторонняя
174

Таблица 40
Основные размеры стандартных дисковых фрез со вставными
твердосплавными ножами (см. рис. 80)
Основные размеры
Z
d, мм
Ь, мм
В, мм
Диаметр фрезы D, мм
100
8
32
18
20
125
10
40
20
28
160
12
50
22
38
200
14
50
25
58
250
18
60
28
78
315
20
60
32
ПО
Примечание. В таблицу включены данные только для фрез, часто используе-
Зубья стандартных дисковых фрез изготовляют в виде встав-
ных ножей с напаянными твердосплавными пластинами, уста-
новленными в рифленых пазах корпуса и закрепленными клинь-
ями. Трехсторонние дисковые фрезы со вставными ножами, осна-
щенными пластинами из твердого сплава, имеют такие же диа-
метры и числа зубьев, как и двухсторонние (рис. 80, б), но их
изготовляют в нескольких вариантах по размеру В (ширина фрезы,
определяющая ширину фрезеруемого паза).
Диаметр фрезы D, мм 100 125 160 200 250 315
Ширина фрезы В, мм 14; 18; 12; 16; 14; 18; 12; 16; 14; 18; 16; 20;
22 20; 25 22; 28 20; 25; 22; 28; 25; 32;
32 36 40
Зубья стандартных трехсторонних фрез размещены в корпусе
в шахматном порядке и имеют разное направление (фрезы с разно-
направленными зубьями), так что смежные зубья обрабатывают
разные стенки паза. Вследствие этого улучшается разделение
и отвод стружки, повышается стойкость инструмента.
Геометрические параметры зубьев для двухсторонних и трех-
сторонних дисковых твердосплавных фрез одинаковы. Форму
заточки принимают в зависимости от свойств обрабатываемого
материала. При обработке чугуна и стали с ов < 80 кгс/мма
рекомендуется применять форму заточки I с передним углом 7 =
== 5°; при обработке стали с ов = 80 кгс/мм2 рекомендуется
форма заточки II с передним углом у = —5° на фаске шириной
0,2—0,6 мм. Главный задний угол а = 15°, вспомогательный угол
ах — 4°, задний угол в сечении по переходной режущей кромке
равен 12° для всех обрабатываемых материалов.
Форма ножей, оснащенных пластинами из твердого сплава,
для двух- и трехсторонних фрез регламентирована ГОСТ 14700—69.
Дисковые трехсторонние фрезы из быстрорежущей стали или
легированной стали 9ХС (рис. 81) имеют разнонаправленные
зубья. Эти фрезы подразделяют на фрезы с мелкими и нормаль-
ными зубьями. Основные размеры фрез приведены в табл. 41,
175

Таблица 41
Основные размеры дисковых трехсторонних фрез по ГОСТ 9474—73 (см. рис. 8!, а)
Основные размеры
Z
<?, мм
В, мм
Диаметр фрезы D, мм
63
16
12
22
6; 8; 10; 12; 14; 16
80
18
14
27
8; 10; 12; 14; 16; 18; 20
100
20
14
32 V
10; 12; 14; 16; 18; 20;
22; 25
125
22
18
32
12; 14; 16; 18; 20; 22з
25; 28
Примечание. В числителе дано число зубьев для фрез с мелкий зубом, в знаменателе-" число зубьев для фрез с нормальным зубои.
Таблица 42
Основные размера дисковых, трехсторонних фрез со вставными ножами (ГОСТ 1669—69) (см. рис. 81, б)
Основные
размера
Z
d, мм
В, мм
Диаметр фрезы ?>, мм
80
12; 10
27
12; 16; 20; 25
100
12; 10
27
14; 18; 22; 28
125
16; 14; 12
32
12; 16; 20; 25;
32
160
20; 18; 16
40
14; 18; 22; 28;
36
200
24; 20; 18; 16
50
16; 20; 25; 32;
40
250
26; 24; 20
50
18; 22; 28; 36;
45
315
30; 28; 26; 22
50
20; 25; 32; 40;
50

Рис. 81. Дисковые трехсторонние фрезы
с разнонаправленными зубьями:
а — цельная; б — сборная
Для экономии быстрорежущей стали фрезы относительно
крупных размеров целесообразно изготовлять со вставными но-
жами. В этом случае корпус делают из стали марки 40Х, а ножи
из быстрорежущей стали.
Основные размеры трехсторонних дисковых фрез со вставными
ножами из быстрорежущей стали приведены в табл. 42.
Для сборных трехсторонних фрез, изготовляемых в серийном
порядке, передний угол у = 15°, а задний угол а = 12°.
Для обработки шпоночных и других мелких пазов, прорезки
канавок, шлицевых пазов в головках винтов, а также отрезки
широко" применяют дисковые пазовые и прорезные фрезы.
ГОСТ 3964—69 предусматривает изготовление дисковых пазовых
фрез следующих типоразмеров (табл. 43).
Для фрез, изготовляемых в централизованном порядке, перед-
ний угол 7 == 15°, задний угол а = 20" и вспомогательный угол
в плане ц>г = 1 ~-2°.
Затылованные пазовые фрезы (рис. 82, б) имеют аналогичные
основные размеры, но несколько меньшее число зубьев: для фрезы
диаметром 50 мм — 12 зубьев, для фрез диаметром 63 и 80 мм —
14 зубьев и для диаметра 100 мм — 16 зубьев.
ГОСТ 8543—71 гарантирует стойкость быстрорежущих заты-
лованных пазовых фрез не менее, 90 мин при обработке сталей
марок 40, 45 твердостью НВ 179—197 при следующем режиме
резания; глубина 10 мм, подача на зуб 0,05 мм для фрез диаме-
177

Основные размеры стандартных дисковых пазовых фрез
(см. рис. 82, а)
Таблица 43
Основные
размеры
Z
d, мм
В, мм
Диаметр фрезы D, мм
50
14
16
3; 4; 5; 6
63
16
22
5; 6; 8
80
18
27
8; 10; 12
100
20
32
10; 12; 14; 16
тром 50—63 мм или 0,1 мм для диаметров 80—100 мм, скорость
резания 30 м/мин.
Прорезные (шлицевые) и отрезные фрезы (ГОСТ 2679—73)
изготовляют с мелким, средним и крупным зубьями (рис. 82, г, д).
При выборе типа и числа зубьев следует учитывать характер
обработки. Многозубые фрезы при прочих равных условиях обес-
печивают более высокую минутную подачу вследствие большего
числа зубьев. Однако при обработке вязких материалов условия
размещения стружки между зубьями ухудшаются, что может
вызвать снижение стойкости фрезы, поэтому мелкозубые фрезы
целесообразно применять только для обработки чугуна и других
хрупких материалов.
Размеры фрез изменяются в широких диапазонах: D — 20н-
н-315 мм, Z = 32-4-200 и d = 5ч-40 мм.
Основной размер фрез, определяющий ширину обрабатывае-
мого паза, В = 0,20; 0,25; 0,30; 0,40; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6;
2,0; 2,5; 2,8; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 мм.
Для фрез, изготовляемых в централизованном порядке, уста-
новлены следующие геометрические параметры: передний угол
у = СИ—f ю° для фрез различной ширины; задний угол (для
фрез с крупным зубом) а = 20°; наименьший вспомогательный
угол в плане q>i = 5° для узких фрез малых диаметров, для фрез
диаметром 315 мм — 30'.
Для улучшения условий резания путем деления срезаемого
слоя между смежными зубьями стандартные пазовые фрезы со
средним и крупным зубьями при ширине 1,6мм и более изготовляют
.с переходными режущими кромками по формам /, // или /// (см.
рис. 82).
Стандартные пазовые фрезы изготовляют из быстрорежущей
стали или из стали 9ХС. Размеры кромок выполняют в зависимо-
сти от ширины фрезы: С = 0,5-4-1,8 мм, Ct — 1,5-г-0,6 мм, h =
= 0,12-4-0,5 мм (меньшие значения — для фрез В = 1,6 мм;
большие значения — для фрез В = 6 мм).
Рассмотрим некоторые конструкции отрезных дисковых фрез.
Отрезная фреза конструкции фрезеровщика-новатора Минского
178

Рис. 82. Фрезы:
а «¦ дисковые пазовые, б — дисковые затылованные пазовые, в, г —¦ прорезные и отрез-
ные, д — формы зубьев прорезных и отрезных фрез со средним и крупным зубом A-^-11);
с крупным зубом A11)
179

подшипникового завода Н. И. Евтихевича (рис. 83, а) имеет не
большое число зубьев и расширенные канавки для размещения
стружки. Фрезы изготовляют диаметром 60—200 мм, шириной
3—5 мм, максимальное число зубьев 30; геометрия фрез: у = 10°;
а = 8-f-10°; ф = 1---10 30'; R = 2,5-4-4,5 мм; Н = 7н-12 мм;
е = 10°.
Фрезы используют для отрезных и прорезных работ по сталям
средней и повышенной прочности. Конструкция фрезы отмечена
серебряной медалью ВДНХ.
Ленинградскими новаторами Л. М. Бейлиным, В. С. Блино-
вым, С. Ф. Козловым разработана конструкция дисковой отрез-
ной фрезы с напайными твердосплавными пластинами для обра-
ботки легких сплавов [7] (рис. 83, б). Фрезы имеют большой
передний угол C0°), крупные впадины для размещения стружки.
Зубья заточены со снятием фаски по вспомогательной задней
поверхности через зуб в шахматном порядке.
Для резки мягких сплавов, бронзы, меди, латуни ленинград-
ский новатор И. В. Малашин предложил своеобразную констр>к-
иию узкой отрезной фрезы из быстрорежущей стали (рис. 83, в).
а — конструкционных сталей, 6, в —, ле! ких и мягких сплавов, е « текстолита в гетя»
накса

Рис. 84. Трехсторонние регулируемые ди-
сковые фрезы:
а — с плоскими ножами, б — с калибрую
щим зубом
Режущие кромки фрезы расположены на разных расстояниях
от ее оси таким образом, что каждый последующий зуб выше пре-
дыдущего на 0,1 мм. Форма фрезы обеспечивает хороший отвод
стружки и малый нагрев при работе.
Простая фреза для отрезки заготовок из текстолита и гетинакса
изготовлена новатором Н. В. Скворцовым (рис: 83, г). Зубья
фрезы оснащены твердым сплавом Т15К6. Фреза может работать
с подачей 700—900 мм/мин при толщине реза до 60 мм.
При обработке точных мерных пазов большой длины и глубины
целесообразно использовать трехсторонние дисковые регулируе-
мые по ширине фрезы, одна из которых показана на рис. 84, а.
В фрезе использованы плоские рифленые ножи, которые можно
передвигать вдолЬ пазов винтами / с последующим закреплением
клиновой втулкой и дифференциальным винтом 2.
Другая конструкция 1 предложена для обработки глубоких
1 Кучер A. JVL Трехсторонняя дисковая фреза. Бюллетень «Открытия,
изобретения, промышленные образцы и товарные знаки». Авт. свид. № 325118,
класс В23с, 5/08, 1972.
181

и длинных точных пазов в роторах крупных электродвигателей
и мощных турбогенераторов (рис. 84, б). В корпусе фрезы кроме
обычных жестко закрепленных зубьев установлен один регулируем
мый по ширине зуб. Ширина зуба, имеющего продольную прорезь,
увеличивается при ввертывании винта 2. Радиальный вылет зуба
регулируют упорным винтом 3. Зуб закрепляют клином 4 с по-
мощью винта 1. Промышленные испытания фрезы диаметром
700 мм при обработке пазов шириной 32+°«2 мм с подачей 7 мм/мин
и скоростью резания 16 м/мин (подача на калибрующий зуб
0,95 мм/об) показали, что без смены калибрующего зуба можно
профрезеровать с заданной точностью пазы длиной 4,5 м.
Для обработки жаропрочных и других труднообрабатываемых
сталей и сплавов изготовляют монолитные прорезные твердо-
сплавные фрезы диаметром 16—60 мм. Такие фрезы из сплава
ВК10М имеют стойкость в 10—15 раз выше, чем фрезы из быстро-
режущей стали.
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
При сокращении времени на смену режущего инструмента
применяют различные устройства, ускоряющие и облегчающие
закрепление фрез в шпинделе станка. Зажимные устройства должны
отвечать следующим требованиям: 1) точному базированию и
надежному закреплению инструмента; 2) жесткости крепления
фрезы; 3) возможности быстрого и безопасного закрепления и
раскрепления инструмента; 4) универсальности устройства, по-
зволяющей закреплять инструменты разных типоразмеров;
5) технологичности конструкции (простоте изготовления); 6) со-
осности инструмента и шпинделя станка, минимальному биению
фрезы и надежной передаче крутящего момента. Следует особо
подчеркнуть значение первых двух требований, так как многие
зажимные устройства их полностью не обеспечивают.
Концевой инструмент с коническим или цилиндрическим хво-^
стовиком закрепляют, как правило, через переходную втулку.
Часто имеются и дополнительные переходные втулки, цанги и
другие элементы. Но чем больше промежуточных элементов, тем
труднее обеспечить необходимую точность и жесткость крепления
фрезы. Высокие требования предъявляются к точности сопряже-
ния конических хвостовиков инструментов или переходных вту-
лок с коническими посадочными отверстиями.
Исследования, проведенные во, ВНИИ [61, показали, что
даже небольшое несовпадение углов сопрягаемых конусов при-
водит к существенному снижению жесткости крепления инстру-
мента. Деформация соединения может происходить даже при
сравнительно небольших осевых и радиальных нагрузках на
инструмент, что приводит к снижению стойкости инструмента.
Естественно, что на точность и жесткость конусного сопряжения
существенно влияют погрешности формы (некруглость,4 непрямо-
182

Рис, 85. Вспомогательный инструмент для быстрого закрепления фрез с хвостовиком:
а •— коническим; б — цилиндрическим
линейность образующей) сопрягаемых деталей. Чтобы обеспечить
нормальные условия для работы концевых фрез даже при высокой
точности изготовления элементов конусного сопряжения, необ-
ходимо, по данным ВНИИ, при закреплении инструмента создать
момент затяжки порядка 1600 кгс-см. Если момент затяжки
уменьшить до 1000 кгс*см, стойкость концевых фрез из-за возник-
новения вибраций уменьшится в~1,6—2 раза. Необходимый мо-
мент затяжки наиболее надежно обеспечивается с помощью меха-
нически закрепляемого штревеля, мощного пружинного зажима
или другими механизированными устройствами.
Рассмотрим некоторые способы быстрого закрепления фрез
без применения механизированных устройств. Значительный
интерес представляет цанговый патрон конструкции ленинград-
ских новаторов В. С. Кузнецова и В. В. Федорова (рис. 85, а).
Фрезу или другой инструмент с цилиндрическим хвостовиком
закрепляют в патроне с помощью основной 1 и сменной переход-
ной 2 цанг. Затяжка цанг обеспечивается шестигранной гайкой
и гаечным ключом. По сравнению с другими известными конструк-
циями этот цанговый патрон проще в изготовлении, более техно-
логичен. При смене фрез патрон не вынимают из шпинделя «танка.
Комплект сменных цанг позволяет закреплять инструмент
с диаметром хвостовика 3—20 мм. При тщательном изготовлении
деталей патрон обеспечивает достаточно точное базирование и
закрепление фрез.
Многие конструкции зажимных устройств предназначены для
фрез, предварительно закрепленных в переходной втулке. За-
жимное устройство Свердловского инструментального завода
(рис. 85, б) обеспечивает быстрое закрепление переходной втулки 5
(инструмент не показан) в основной втулке 2, постоянно находя-
щейся в шпинделе станка. Для этого служит гайка 4, навернутая
на втулку 2, и камертон 3. Камертон своими концами входит
в пазы гайки и кольцевой наз втулки 2. Чтобы установить новый
183

Рис. 86.
«Мечта»
Быстросменный патрон
инструмент, его вместе с переходной
втулкой вставляют в посадочное ко-
ническое отверстие, утапливают ка-
мертон и поворотом гайки на два-три
оборота затягивают ее. При отверты-
вании гайки втулка освобождается и
одновременно вывинчивается из от-
верстия.
Крутящий момент при работе стан-
ка передается переходной втулке и
инструменту винтом 1, который вхо-
дит концом в продольный паз втулки.
Высокая работоспособность рас-
смотренного устройства обеспечивает-
ся соответствующей точностью изго-
товления сопрягаемых деталей. При
наличии набора переходных втулок
устройство можно использовать для
закрепления концевых и насадных
фрез, сверл, зенкеров и других инст-
рументов разных типоразмеров.
Среди разнообразных конструкций патронов для быстрой
смены хвостовых инструментов особого внимания заслуживает
конструкция В. Г. Моисеева — патрон «Мечта»1. Инструмент 1,
предварительно закрепленный в конической переходной втулке 2,
вставляют снизу в корпус патрона 6, установленный в шпиндель
станка и затянутый штревелем (рис. 86). С помощью гайки 4,
имеющейся на нижнем конце корпуса, подают в направлении
стрелки стопор 5, который упирается в гнездо Г переходной втулки
и перемещает ее вверх до устранения зазора в сопряжении втулка—
корпус. При фрезеровании крутящий момент передается инстру-
менту хвостовиком В переходной втулки, входящим в паз корпуса,
и стопором 5.
Для смены инструмента отвертывают гайку 4. Опускаясь,
она освобождает стопор, а затем упирается в кольцо 3, посажен-
ное на конце переходной втулки. При дальнейшем вращении
гайки она вытягивает втулку из корпуса. Одновременно стопор
опускается по наклонному отверстию корпуса, не мешая удалению
втулки.
Переходные конические втулки для инструментов могут быть
специально изготовлены или переделаны из стандартных. В по-
следнем случае упорное кольцо 3 может удерживаться на втулке
при соответствующей посадке.
Для повышения универсальности патрона, в частности для
закрепления в нем небольших инструментов, можно изготовлять
1 Моисеев В. Г. Патрон для крепления концевого инструмента. Бюлле-
тень «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки. Авт.
свид. №272782, класс 49в, 12/11, 1970, №19.
184

специальные конические переходные втулки 7 с коническим
отверстием, куда устанавливают разрезную цангу 9 и гайки 8
для затяжки цанги. В цанге можно закреплять инструмент с ци-
линдрическим хвостовиком. Втулка удерживается в корпусе
патрона стопором 5, упирающимся в гнездо Г.
При применении переходной втулки любой конструкции воз-
никают определенные трудности при извлечении инструмента
из втулки из-за больших сил трения, возникающих при затяжке
инструмента. Чтобы не выколачивать инструмент из втулки, что
связано с опасностью повреждения рук рабочего, инструмента,
затяжного винта, втулки и значительными затратами времени,
следует применять какие-либо приспособления.
Одно из простейших таких приспособлений, применяемое
многими фрезеровщиками (рис. 87, а), представляет собой вилку,
Рис. 87. Приспособления для выпрессовки инструмента нз переходной втулки,
устанавливаемые в пазу стола станка (а, о); с силовым приводом (в)
185

которая входит концами в пазы / переходной втулки. Удерживая
одной рукой втулку с инструментом, другой ключом (накидным
или торцовым, в зависимости от конструкции вспомогательного
инструмента) вывертывают затяжной винт. При подходе к упору 2
винт останавливается и при дальнейшем вращении выдавливает
инструмент из втулки. Вилку вставляют фигурным выступом
в Т-образный паз стола станка.
При использовании патрона «Мечта» удобнее пользоваться
приспособлением, показанным на рис. 87, б, которое закрепляют
в пазу стола гайкой 2. Переходную втулку вставляют в коническое
отверстие корпуса приспособления, где она удерживается стопо-
ром 1, упирающимся в паз П переходной втулки (см. рис. 86).
Затяжной винт вращают через отверстие О в корпусе, куда встав-
ляют торцовый ключ с шестигранным концом.
Еще удобнее механизированное приспособление (рис. 87, в),
предложенное В. Н. Дьячеком и И. И. Маркиным. Для удаления
инструмента из втулки использован пневмоцилиндр 2 односторон-
него действия (шток в исходное положение возвращается пру-
жиной). При отсутствии в магистрали сжатого воздуха предусмо-
трена возможность использования винта и маховика 7, переме-
щающих весь корпус цилиндра. Этот же винт можно применить
для настройки приспособления по высоте. Естественно, что вместо
пневмоцилиндра можно поставить диафрагменную камеру, изме-
нить компоновку всего приспособления и т. д.
На фрезерных станках наиболее целесообразно применять
механизированные зажимные устройства для инструмента, ко-
торые наиболее полно отвечают рассмотренным выше требованиям.
К ним относятся различные устройства, в которых для затяжки
штревеля используется вращение шпинделя от привода станка
или специального электромеханического привода, а ограничение
крутящего момента при затяжке обеспечивается предохранитель-
ной муфтой.
В других механизированных устройствах закрепление инстру-
мента обеспечивается тарельчатыми пружинами, а раскрепление —.
гидравлическим, электромеханическим или другим силовым при-
водом. Такие устройства отличаются наиболее высоким быстро-
действием, надежностью закрепления и получили широкое при-
менение на станках с ЧПУ и многооперационных станках. На
станках с автоматической сменой инструмента смена и закрепление
инструмента (заранее, вне станка, закрепленного в переходной
втулке) выполняется за 4—6 с.
Принцип действия пружинно-механизированного зажима*
показан на рис. 88, а. Переходная втулка или оправка 1
с инструментом захватывается рычагами 2 и затягивается
в коническом гнезде шпинделя при перемещении штока 3 под
* Бобров А. Н. Мильштейн Е. И. Устройство для механизированного
зажима концевого инструмента. Бюллетень «Открытия, изобретения, промыш-
ленные образцы, товарные знаки». Авт. свнд. № 325121, класс В23с/26, 1972.
186

Рис. 88. Механизированное устройство для закрепления инструмента на фрезер*
ных станках:
а — компоновка; б *- г « схемы действия
действием мощной цилиндрической пружины или пакета тарель-
чатых пружин 4. Для смены инструмента шток 3 смещается
вниз с помощью силового привода, например гидроцилиндра 5;
пружины сжимаются, рычаги освобождают оправку с инстру-
ментом. Рассмотрим более подробно процесс захвата и ^осво-
бождения инструмента в этом приспособлении. В нижнем
положении штока (рис. 88, б) рычаги располагаются в рас-
точке шпинделя станка. Нижние концы рычагов сближены под
действием симметрично расположенных пружин 6 (это исход-
ное положение для левого рычага на рис. 88, б выделено). Инстру-
мент, закрепленный предварительно в оправке вне станка, вво-
дят в конусное отверстие шпинделя таким образом, что фигурная
головка 7 бота, оправки раздвигает концы рычагов (рис. 88, б),
преодолевая сопротивление пружин 6. При дальнейшем движении
оправки в направлении стрелки рычаги под действием пружин
сближаются, удерживая оправку от выпадания из шпинделя.
После этого дают обратный ход силовому приводу 5, шток 3
освобождается и под действием пружин поднимается вверх, увле-
кая за собой рычаги 2 (рис. 88, а), которые зацеплены своими
верхними выступами за головку штока. Нижние концы рычагов
надежно удерживают оправку, упираясь в стенку отверстия шпин-
деля. Оправка затягивается в конусе шпинделя с силой 1300 кгс,
зависящей от силы тяги пружин. Для удаления оправки из шпин-
деля требуется приложить силу около 2500 кгс. При смене ин-
струмента шток 3 движется вниз, рычаги упираются в контр-
гайку 8 болта оправки и выпрессовывают ее (рис. 88, г).
Для окончательного удаления оправки достаточно потянуть
ее рукой, преодолевая небольшое сопротивление рычагов и пру-
187

жин 6. В реальной конструкции имеется не два, а четыре рычага-
захвата, приняты меры для повышения жесткости захватов.
Ускоренные испытания механизма на надежность с числом цик-
- лов зажим—отжим, примерно соответствующим десятилетней
двухсменной работе станка, показали, что износ деталей почти
не наблюдался, стабильность положения оправки в шпинделе
практически не изменялась. ч
Еще проще решена задача быстрого закрепления оправок
с инструментами в шпинделях ряда фрезерных станков с ЧПУ,
изготовляемых ГЗФС. Так же как и в предыдущей конструкции,
в шпиндель станка вместо штревеля вставлен шток, перемещаемый
при зажиме оправки тарельчатыми пружинами (отжим выпол-
няется гидроцилиндром). Но на нижнем конце штока вместо
рычагов-захватов имеется Т-образный наконечник, который вхо-
дит в фасонное отверстие хвостовика оправки (или ввернутого
в нее наконечника, который одновременно может служить затяж-
ным винтом для инструмента).
Для сцепления оправки с штоком ее вводят снизу вверх в шпин-
дель так, чтобы наконечник штока вошел в отверстие хвостовика,
а затем поворачивают оправку примерно на 90°. После этого
оправку затягивают в конусе шпинделя силой, равной силе
тарельчатых пружин. Такую конструкцию в сочетании с крепле-
нием концевых фрез в оправке на резьбе (впервые фрезы с резьбо-
выми хвостовиками предложены ленинградским фрезеровщиком
В. С. Семеновым) успешно применяют на ряде заводов.
При отсутствии на станке механизированного зажима для
оправок удобно использовать фрезы с резьбовым хвостовиком,
завертывая или вывертывая их обычным гаечным ключом из
оправки, постоянно закрепленной в шпинделе станка штревелем.
В этом случае одну и ту же оправку можно использовать для фрез
разных диаметров, но с одинаковыми резьбовыми хвостовиками.
В. С. Семенов использовал для всех концевых фрез диаметром
6—40 мм только два типоразмера хвостовиков. Фрезы с резьбо-
выми хвостовиками имеют малую площадь базовой конической
поверхности, по которой происходит сопряжение фрезы и оправки.
Если прилегание по этим поверхностям будет неполным, жест-
кость соединения существенно снизится, поэтому особое внимание
следует обращать на точность обработки конусов и применять
такие фрезы при сравнительно легких фрезерных работах, напри-
мер для обработки заготовок из алюминиевых сплавов.

Глава IV
Фрезерные
станки
ОБОЗНАЧЕНИЯ СТАНКОВ
Каждый металлорежущий станок имеет условное обозначение —
номер, по котором) можно определить тип и краткую характе-
ристику станка. Первая цифра означает группу станка. Услови-
лись все токарные станки обозначать цифрой 1, группу сверлиль-
ных станков — цифрой 2, шлифовальные станки — цифрой 3,
специальные станки — цифрой 4, зуборезные и резьбонарезные —
цифрой 5, фрезерные — цифрой 6, строгальные, долбежные и
протяжные — цифрой 7, разрезные — цифрой 8 и все остальные —
цифрой 9. Вторая цифра обозначает тип станка. Вертикально-
фрезерные консольные станки имеют цифру 1, фрезерные непре-
рывного действия — цифру 2, копировальные, гравировальные —
цифру 4, вертикальные бесконсольные — цифру 5, продольно-
фрезерные — цифру 6, специальные консольно-фрезерные —
цифру 7, горизонтально-фрезерные консольные — цифру 8, другие
фрезерные — цифру 9. Третья, цифра, а для крупных станков и
четвертая цифра условно определяют основные размеры станка.
Так, например, третья цифра 2 означает, что размер стола фре-
зерного станка равен 320x1250 мм. Станок 6662 (продольно-
фрезерный) имеет стол размером 1800x6000 мм, у этого станка
размеры стола обозначены двумя цифрами. Кроме цифр, в номер
станка часто включают также различные буквы. Если буква
стоит между первой и второй цифрами, это означает, что конструк-
ция станка усовершенствована по сравнению с прежней моделью.
Так, например, модель станка 682 совершенствовалась в течение
многих лет, хотя основные размеры станка оставались почти оди-
наковыми. Эти более совершенные модели обозначали буквами
Н, М, Р и др. Для обозначения быстроходного вертикально-фре-
зерного станка добавили букву Б FН12Б, 6М12Б, 6М12Р и т. я.).
Буква в конце номера означает изменение основной или, как
часто говорят, базовой модели. Если в номере станка есть буква
Г, это означает, что станок горизонтально-фрезерный. В отли-
чие от универсального станка, стол этого станка не поворачи-
вается.
Кроме станков, изготовляемых серийно, станкостроительные
взводы выпускают много специальных станков. Эти станки, как
правило, обозначают условными заводскими номерами.
189

Номер копировально-фрезерного станка обычно заканчивается
буквой К. Например, вертикально-фрезерный станок серии М
с электрокопировальной следящей системой имеет обозначение
6М13К. В обозначения фрезерных станков, оснащенных системой
циклового программного управления, включали букву П (напри-
мер, станок 6А12П). Однако в последнее время для всех станков
с программным управлением в обозначение (номер) станка вво-
дят букву Ф, которая обозначает, что станок оснащен системой
программного управления и цифра рядом с ней — дополнительный
признак.
Обозначение Ф1 применяют для станков, оборудованных уст-
ройствами цифровой индикации и предварительного набора коор-
динат. Устройство цифровой индикации имеет световое табло, на
котором светящимися цифрами указывают значение координаты
(длину перемещения исполнительного органа станка). По мере
перемещения исполнительного органа происходит смена цифр
на табло, и, таким образом, оператор или наладчик могут про-
верить в любой момент времени, какое перемещение, на какую
длину выполнено. Иногда система цифровой индикации сооб-
щает, на каком режиме (с какой подачей, частотой вращения
шпинделя) работает в данный момент станок, и выдает другую
информацию.
Обозначение Ф2 относится к станкам, оснащенным позицион-
ными системами ЧПУ (независимо от того, движение по скольким
координатам обеспечивает данная система управления). Обозна-
чение ФЗ применяют для станков, оснащенных контурными си-
стемами ЧПУ, обеспечивающими автоматические перемещения
исполнительного органа по двум или трем координатам (например,
станок 6Р13ФЗ). Обозначение Ф4 используют для станков с кон-
турными или позиционными системами ЧПУ, которые имеют
устройства для автоматической смены режущих инструментов.
КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА
Для изменения скорости резания и подачи в станках служат
коробки скоростей и коробки подач. Современный фрезерный
станок универсального назначения имеет 8—18 скоростей шпин-
деля и 12—18 подач, при этом частоту вращения шпинделя можно
изменять в 20—60 раз, а подачу в 25—60 раз. Такой станок можно
быстро настроить на любой нужный режим работы.
Частоту вращения шпинделя и величины подач у станков
выбирают такими, чтобы можно было наиболее полно использо-
вать режущие способности фрез. Обычная коробка скоростей не
позволяет получать любую скорость или подачу.
Например, у вертикально-фрезерного станка 6Р12 частоты
вращений (об/мин) шпинделя следующие: 31,5; 40; 50; 63; 80; 100;
125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600. Всего
у станка 18 частот вращения шпинделя — 18 ступеней скорости.
190

Рис. 89. Лучевая диаграмма
Отношение наибольшей частоты вращения шпинделя к наимень-
шей, т. е. диапазон регулирования равен 50. Если внимательно
рассмотреть написанный, ряд частот вращений шпинделя, можно
видеть, что он подчиняется определенной закономерности. Каждое
последующее значение ряда получается умножением предыдущего
на определенное число (в данном случае на число 1,26). Это значит,
что частоты вращения ряда составляют геометрическую прогрес-
сию. Такие ряды чисел называют геометрическими. Чтобы понять,
почему в станках применяют геометрические ряды частот вращения,
познакомимся с лучевой диаграммой. По такой диаграмме легко
определить, какая должна быть частота вращения шпинделя,
чтобы получить нужную скорость резания при том или другом
диаметре фрезы.
Известно, что скорость резания (м/мин) при фрезеровании
определяется по формуле
Если диаметр фрезы равен 318 мм, получаем v = л, т. е. ско-
рость резания и частота вращения фрезы диаметром 318 мм выра-
жаются одним и тем же числом. А для фрезы диаметром 31,8 мм
г, — п
Пользуясь полученными соотношениями, легко построить
лучевую диаграмму. Отложим в произвольном масштабе на
горизонтальной оси диаграммы значения диаметров фрез, а на
вертикальной оси значения скорости резания (рис. 89). Построик
часть диаграммы для десяти высших частот вращений станка
6Р12. Отметим на диаграмме значение диаметра фрезы 31,8 мм
и проведем из этой точки вертикальную прямую. Теперь нанесем
на диаграмму луч для частоты вращения 1600 об/мин. Зная, что
для ОфР = 31,8 мм скорость резания в 10 раз меньше частоты
191

вращения, находим на диаграмме значение, скорости резания
150 м/мин и из этой точки проводим горизонтальную прямую.
В месте пересечения горизонтальной и вертикальной прямых
получим точку, соответствующую частоте вращения 1600 об/мин.
Проводим через начало координат и эту точку прямую; это и
будет луч для п = 1600 об/мин.
Таким же образом найдем положение лучей для других девяти
частот вращений.
Пользоваться лучевой диаграммой несложно. Предположим,
надо определить, на какую частоту вращения следует настроить
станок, чтобы получить для фрезы диаметром 100 мм скорость
резания 200 м/мин. Найдем на диаграмме нужные значения диа-
метра и скорости резания и проведем из точки D = 100 вертикаль-
ную прямую, а из точки v = 200 горизонтальную прямую (на
рис. 89 эти прямые показаны полужирными линиями). Получаем
точку А, которая находится между лучами п = 800 и п = 630.
Это значит, что на станке нельзя получить фрезой D — 100 мм
скорость резания 200 м/мин. Если сообщить фрезе 800 об/мин, полу-
чим скорость резания 235 м/мин, а при 630 об/мин— 190 м/мин.
Чтобы не снижать стойкость фрезы, сообщим ей 630 об/мин. Ско-
рость резания будет равна 190 м/мин, т. е. на 10 м/мин меньше,
чем надо получить. Потеря в скорости составляет 5%.
Если бы нужно было работать со скоростью резания 235 м/мин,
а станок настроен на 630 об/мин, потеря скорости была бы больше:
235 — 190 = 45 м/мин, или 20% (это наибольшая возможная
потеря скорости).
Выясним, как велика может быть потеря скорости для других
случаев работы. Для этого проведем горизонтальную прямую
через точку Б. В местах пересечения прямой с отдельными лу-
чами получим точки Г, Е, 3, К, М и т. д. Если из этих точек вос-
ставить перпендикуляры на ось диаметров, можно найти значе-
ния диаметров фрез, при которых на станке можно получить
скорость резания 235 м/мин, переключая частоты вращений шпин-
деля. Отметим на диаграмме точки (Я, Ж, Д, Л, Н), где проведен-
ные перпендикуляры пересекают лучи. Соединив их между собой,
видно, что они лежат на одной горизонтали. Отсюда можно за-
ключить, что наибольшая потеря скорости (БВ, ГД, ЕЖ и т. д.)
для всех участков диаграммы одинакова. Для нашего ряда частот
вращений она равна 20%. Это очень удобно, так'как позволяет
одинаково полно использовать возможности станка при самых
различных условиях работы.
Одинаковая потеря скорости при переходе от одного луча
к другому получается только тогда, когда частоты вращений
составляют геометрическую прогрессию. Геометрические ряды
используют также и в механизмах подач. В станке 6Р12 ряды
продольных и поперечных подач, так же как и ряд чисел оборотов
шпинделя, имеют знаменатель 1,26 (т. е. 25; 31,5; 40; 50; 63; 80;
100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250).
192

Коробки скоростей. Существуют разнообразные конструкции
коробок скоростей, основанные на применении одной из следу-
ющих схем: 1) переключение передач с помощью передвижных
зубчатых колес и блоков колес; 2) изменение частоты вращения
шпинделя с помощью сменных зубчатых колес; 3) смешанная
схема переключения с помощью передвижных колес и бдоков
сменных колес; 4) переключение с помощью электромагнитных
муфт; 5) изменение частоты вращения шпинделя с помощью много-
скоростных электродвигателей; 6) бесступенчатое регулирование
с помощью вариаторов или электродвигателей с плавным регули-
рованием; 7) комбинированные способы регулирования.
Коробки скоростей первого типа применяют ЁГстанках, пред-
назначенных для единичного и мелкосерийного производства,
инструментальных цехов, ремонтных мастерских, когда прихо-
дится обрабатывать самые разнообразные детали. Для этих работ
нужно иметь такую коробку скоростей, которая позволяла бы
быстро настроить нужную частоту вращения шпинделя
Типичная компоновка и кинематическая схема коробки ско-
ростей станка 6М82 показана на рис. 90.
От электродвигателя вращение передается через муфту валу /
(на чертежах и схемах валы обычно обозначают римскими циф-
рами). С вала / движение передается валу // посредством двух
зубчатых колес, находящихся в постоянном зацеплении, при
этом скорость вращения замедляется вследствие разницы в числах
зубьев колес. Частоту вращения вала // легко определить, умно-
жив частоту вращения электродвигателя на отношение чисел
зубьев колес
54
Дальше движение передается на валы ///, IV и на шпиндель.
Эта передача может идти разными путями. На некоторых валах
нарезаны шлицы. По шлицам могут перемещаться подвижные
зубчатые колеса. Подвижных зубчатых колес в коробке несколько.
На валу // их три, они сделаны из одного куска металла (или
соединены друг с другом неподвижно) и перемещаются все вместе.
Такие зубчатые колеса называют блочными. На следующем валу
все зубчатые колеса закреплены неподвижно, а на валу IV два
блока зубчатых колес из трех и из двух колес. Изменяя положе-
ние подвижных зубчатых колес, можно получать разные частоты
вращения шпинделя. Подсчитаем* с какой частотой вращается
шпиндель при положении зубчатых колес, показанном на схеме.
Для этого достаточно перемножить отношения чисел зубьев сцеп-
ленных зубчатых колес
"шп= 1440 |-ii-?§.= 250 об/мин.
Посмотрим, какие другие положения могут занимать зубчатые ко
леса и сколько разных частот вращений может получить шпиндель.
193

194

Рис. 90. Консольно-фрезерный станок
6М82ГЗФС:
а — кинематическая схема, б — коробка
скоростей, в — муфты, г — коробка подач
и механизм переключения подач, д, е —
схемы действия механизмов переключения
частоты вращения и подач
195

Начнем с вала //. Блок Л находится в среднем положении.
Если сдвинуть его влево, зубчатое колесо 19 войдет ъ зацепление
с зубчатым колесом 36. В крайнем правом положении блока будут
сцеплены зубчатые колеса 22 и 33. При каждом из положений
блока А вал /// (а следовательно, и шпиндель) будет вращаться
с разной скоростью.
Итак, блок А дает три скорости. При каждом из трех положе-
ний блока А можно получить три скорости вследствие перемещения
блока Б. Следовательно, с помощью блоков Л и Б получаем
3*3 = 9 скоростей шпинделя. Вращение шпинделю можно пере-
давать при двух положениях блока шестерен В. Таким образом,
всего можно получить 9*2 = 18 скоростей.
Сложные коробки скоростей нужны не всегда. В крупносерий-
ном производстве фрезерный станок подолгу обрабатывает одина-
ковые детали. Изменять частоту вращения шпинделя требуется
главным образом тогда, когда обработка одной партии деталей
закончена и станок перенастраивают на обработку партии других
деталей. В этом случае достаточно иметь вместо коробки скоростей
несколько сменных колес с разными числами зубьев.
В мелкосерийном производстве выгоднее промежуточное ре-
шение: сочетание в станке сменных колес и простой коробки на
две—шесть скоростей. Возможны и другие способы регулирования.
Коробки подач. Движение подачи у большинства современных
фрезерных станков не связано с работой коробки скоростей:
валы и зубчатые колеса коробки подач получают враще.ние от
отдельного электродвигателя. Изменение скорости и направления
подачи производят с помощью подвижных блоков зубчатых
колес, муфт или регулируемых электродвигателей.
Проследим цепь подач станка серии М по его кинематической
схеме (рис. 90, а). Продольную подачу стол станка получает от
электродвигателя (Л/" = 1,7 кВт; п = 1420 об/мин), через зубчатые
колеса -^ вал //, зубчатые колеса -g=- — вал ///, тройной
блок зубчатых колес и одно из зубчатых колее вала IV (зацеп-
л » ^ 36 18
ляются между собой при разных положениях блока -jg-t -^г-или
27
~2=- и далее через второй тройной блок, размещенный на валу V
(отношение чисел зубьев колес -^-, -^- или-^у-К зубчатые ко-
40 * 13 18 Т/Г л 28
леса ~|q- или через перебор -^-, -^-, вал VI, зубчатые колеса -щ—
18 18
вал VII, зубчатые колеса-^-, -^р конические зубчатые колеса
-j?- И -jg- , ХОДОВОЙ ВИНТ XI.
Поперечная подача салазок обеспечивается до той же кинема-
37
тической цепи (до вала /X) и далее через зубчатые колеса -^
196

ходовой винт поперечной подачи при включении муфты, установ-
ленной на валу X. Вертикальную подачу консоль станка полу-
чает по той же кинематической цепи (до вала VIII) и далее через
22 23
зубчатые колеса-^-, конические зубчатые колеса -j=- и ходовой
винт вертикальной подачи при включении муфты, установлен-
ной на валу VIII.
Величины продольных подач стола станков мод. 6М82, 6М82Г
и 6М12П приведены в табл. 44. Поперечные подачи стола у этих
станков такие же, а вертикальные в 3 раза меньше. Быстрый ход
стола, салазок и консоли обеспечивает двигатель коробки подач,
соединенный с валом VI, минуя коробку подач, с помощью зубча-
тых колес, размещенных на валах // и V с числом зубьев 50 и 67.
На кинематической схеме связь этих зубчатых колес между собой
показана пунктиром. Для включения быстрого хода служит фрик-
ционная муфта, установленная на валу VI (рис. 90, в). При рабо-
чей подаче движение вала VI передается от коробки подач ку-
лачковой муфтой 5. В левом положении муфты она кулачками
входит в зацепление с кулачковой втулкой 4. Эта втулка, в свою
очередь, сцеплена шариками с зубчатым колесом 2, которое
находится в постоянном зацеплении с колесом / (отношение чисел
40 \
зубьев -tq-) перебора коробки подач. Зубчатое колесо 2, втулка 4
и двенадцать подпружиненных шариков 3 образуют предохрани-
тельную муфту. В случае перегрузки механизма подач крутящий
момент на валу VI резко увеличивается, шарики утапливаются
в своих гнездах, сжимая пружины, зубчатое колесо 2 начинает
проскальзывать относительно втулки и кинематическая цепь
подачи разрывается.
Фрикционная муфта имеет корпус 8, постоянно вращающийся
от электродвигателя подач зубчатыми колесами Z = 26, 50, 67,
33. Внутри корпуса размещены закаленные диски трения тол-
щиной 1,5 мм. Часть дисков 7 своими вырезами сцеплена с высту-
пами корпуса муфты и вращается вместе с ним; другая часть
дисков 6 сцеплена с валом VI шпонкой. Для включения быстрого
хода нужно сильно сжать диски муфты, и тогда корпус муфты и
вал будут вращаться как одно целое. Для этого сдвигают вправо
кулачковую муфту. Вначале она отключает рабочую подачу,
а затем в крайнем правом положении сжимает диски фрикцион-
ной муфты.
Переключение муфт осуществляется с помощью пружины
и электромагнита. Пружина удерживает кулачковую муфту в ле-
вом положении (рабочая подача). При включении электромагнита
нажатием кнопки «Быстрый ход» он посредством рычагов сдвигает
кулачковую муфту вправо, выключая ее и включая фрикцион.
Рассмотрим теперь, как производят настройку станка на
выбранную частоту вращения шпинделя и скорость рабочей
подачи. Механизмы переключения частоты вращения (рис. 90, д)
197

Таблица 44
Продольные подачи стола консольно-фрезерных станков мод. 6М82,
6М82Г и 6М12П
№ ступени
1
О
з
4
5
6
7
я
о
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Кинематические цепи
1490
1490
1490
1490
1490
1490
1490
1490
1 л 90
1420
1420
1420
1420
1420
1420
1420
1420
1420
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
50
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
26
57
18
36
18
36
18
36
27
27
27
27
27
27
36
18
36
18
36
1-8
18
36
18
36
18
36
27
27
27
27
27
27
36
18
36
18
36
18
18
40
21
37
24
34
18
40
21
37
24
34
18
40
21
37
24
34
18
40
21
37
24
34
18
40
21
37
24
34
18
40
21
37
24
34
13
45
13
45
13
45
13
45
13
45
13
45
13
45
13
45
13
45
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
18
40
18
40
18
40
18
40
18
40
18
40
18
40
18
40
18
40
28
35*
28
35
28
35
28
35
28
35
28
35
28
35
28
35
28
35
продольных подач
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
18
33
18
33
18
33
18
33
18
33
18
33
18
33
18
33
18
33
28
35
28
35
28
35
28
35
28
35
28
35
28
35
28
35
28
35
33
37
33
37
33
37
33
37
33
37
33
37
33
37
33
37
33
37
18
33
18
33
18
33
18
33
18
33
18
33
18
33
18
33
18
33
18
16
18
16
18
16
18
16
18
16
ОО |СО
18
16
18
16
18
16
33
37
33
37
33
37
33
37
33
37
33
37
33
37
33
37
33
37
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
16
18
16
18
16
18
16
18
16
18
16
18
16
18
16
18
16
6
6
6
р.
6
р.
р.
6
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
е
6
6
6
6
е
6
6
Продольная
подача,
мм/мин
¦94
01 С
40
кп
63
80
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250

и подач (рис. 90, г) сходны по устройству. Схема их работы пока-
зана на рис. 90, е. Для перемещения блока зубчатых колес служит
вилка, закрепленная на конце рейки, находящейся в зацеплении
с зубчатым колесом и второй рейкой. Передвигая рейки, можно
получить три положения блока зубчатых колес. Для перемещения
реек 9 служит диск 10 с определенным образом расположенными
отверстиями двух разных диаметров. Если против рейки нет
отверстия в диске, то, смещая диск справа налево, верхнюю рейку
передвигают в крайнее левое положение. Одновременно нижняя
рейка посредством промежуточного зубчатого колеса переме-
стится в правое положение, войдя своим концом в отверстие диска.
Если отверстие в диске совпадает с верхней рейкой (см. схему
на рис. 90, е внизу), то при повороте диска влево он заставит
нижнюю рейку сместиться влево, а верхняя рейка, увлекаемая
промежуточным зубчатым колесом, переместится вправо. Третье,
среднее положение блока зубчатых колес соответствует такому
положению диска, при котором против обеих реек попадают от-
верстия малого диаметра. В этом случае концы реек входят на-
половину своей длины в отверстие диска. Таким образом, для
переключения передач диск должен иметь два движения — по-
ворот вокруг своей оси и возвратно-поступательное перемещение.
Для переключения подач диск оттягивают за рукоятку («грибок»)
11 вправо (см. рис. 90, е и г), поворачивают его в положение, соот-
ветствующее выбранной подаче, и сдвигают вдоль оси влево.
Рейки и соединенные с ними вилки передвигают блоки зубчатых
колес в нужные положения.
В механизме переключения частоты вращения шпинделя (см.
рис. 90, д) функции поворота диска 10 выполняет рукоятка 11%
на которой написаны значения частот вращения, а для осевого
перемещения диска и блоков зубчатых колес служит рукоятка 13,
сектор 14 и рейка с вилкой 12 (на рис. 90, д показана только одна
вилка блока зубчатых колес, в станке их три).
Рассмотренный принцип выбора частот вращений и подач
с помощью одной рукоятки удобен, не требует значительного
времени, и его применяют на всех консольно-фрезерных станках
серии Н, М и Р ГЗФС.
Остановимся теперь на особенностях кинематики других
консольно-фрезерных станков ГЗФС.
Вертикально-фрезерный станок мод. 6М12П имеет такую же
кинематическую схему подач, что и горизонтально-фрезерный
станок мод. 6М82Г. В кинематической цепи главного движения
введены дополнительные передачи, необходимые для вращения
вертикально расположенного шпинделя (рис. 91, а). Передаточные
29 54 о л
отношения -gQ- и -^- цилиндрической пары не изменяют общего
передаточного отношения цепи главного движения. Поэтому
ряды и пределы частот вращений (и подач) у станков мод. 6М82,
6М82Г и 6М12П одинаковые.
199

Рис. 91. Кинематические схемы вращения вертикального шпинделя:
а—для станка 6М12П; б — для станка 6М82Ш
Станок мод. 6М12ПБ имеет такую же кинематическую схему,
что и станок мод. 6М12П, но в результате установки электродви-
гателя главного движения с частотой вращения 1440 об/мин
(N = 10 кВт), изменения передаточного отношения в коробке
/31 26 \
скоростей от вала / к валу // (-щ- вместо -^ у станка мод. 6М12П J
и последней пары зубчатых колес, вращающей шпиндель (-^f
вместо ~тг)> диапазон частот вращений у него сдвинут. Наимень-
шая частота вращения 63 об/мин, наибольшая — 3150 об/мин.
Таким образом, в дополнение к имеющейся на станке мод. 6М12П
частоте вращения 1600 об/мин можно получать еще 2000, 2500 и
3150 об/мин.
Изменены числа зубьев и у нескольких зубчатых колес ко-
робки подач, в связи с чем наибольшая подача повышена до
2000 мм/мин, наименьшая — до 40 мм/мин. Отметим, что такие же,
200

как и у станка мод. 6М12ПБ, пределы частот вращений и подач
имеются у горизонтально-(^зерного станка мод. 6М82ГБ.
У всех станков серии М значения частот вращений шпинделя
и подач соответствуют стандартному геометрическому ряду со
знаменателем прогрессии ф = 1,26; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80;
100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; Г600;
2000; 2500; 3150. . . Поэтому, зная из технической характери-
стики станка только наименьшее и наибольшее значения частоты
вращения или подачи, можно определить и все промежуточ-
ные.
У вертикально-фрезерных станков мод. 6М12П и 6М12ПБ
шпиндельная бабка может поворачиваться относительно гори-
зонтальной оси, а шпиндель вместе с пинолью перемещаться
вдоль своей оси внутри шпиндельной бабки с помощью маховичка
вручную (через коническую пару зубчатых колес — см. рис. 91, а).
Вследствие этого расширяются технологические возможности
станков — облегчается настройка торцовой фрезы на размер,
уггрощается обработка наклонно расположенных поверхностей
заготовок.
Более существенные отличия имеют широкоуниверсальные
фрезерные станки мод. 6М82Ш и 6М83Ш. Эти станки сконструи-
рованы на базе соответствующих горизонтальных станков, имеют
горизонтальный шпиндель и такие же кинематические цепи глав-
ного движения и подач. Сверху на корпус коробки скоростей
установлен более мощный, чем у горизонтально-фрезерного
станка, хобот, в котором размещены механизмы привода допол-
нительного вертикально-поворотного шпинделя. Этот шпиндель
получает вращение от отдельного электродвигателя / (рис. 91, б).
В кинематической цепи главного движения вертикального
шпинделя имеются два подвижных блока зубчатых колес по три
в каждом, что позволяет получать девять частот вращений шпин-
деля: 90, 125, 180, 250, 355, 500, 700, 1000 и 1400 об/мин. По за-
казу числа зубьев пары зубчатых колес -щ- могут быть заменены
для получения частоты вращения в пределах 63—1000 или 125—
2000 об/мин.
Вертикальный шпиндель размещен в головке 3, которую
можно поворачивать относительно корпуса 2, а вместе с ним еще
и относительно консоли. Вследствие этого шпиндельная головка
может быть установлена под любым углом в двух взаимно перпен-
дикулярных плоскостях. Это позволяет обрабатывать различные
наклонные и периферийные поверхности крупных заготовок, пре-
вышающих по размерам габаритные размеры стола. В случае
необходимости у станка могут работать два шпинделя одновре-
менно.
Такие станки используют главным образом в инструменталь-
ных цехах с единичным или мелкосерийным характером произ-
водства.
201

УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ СТАНКОМ
Устройства управления рассмотрим на примере фрезерного станка
серии Р *. На рис. 92, а показано расположение рукояток и
панелей управления станком мод. 6Р12, а на рис. 92, б — связь
этих рукояток с механизмами управления.
Для управления электродвигателями станка служат основные
22—23, дублирующие 6—8 и вспомогательные пульты. Для вклю-
чения главного движения («Пуск шпинделя») нажимают кнопку 23
или 7, а для остановки — кнопку «Стоп» B2 или 8). Кнопки 24 и 6
служат для включения быстрого хода стола. На вспомогательном
пульте размещены кнопки, которыми пользуются реже. Это пере-
ключатели ввода «Включено-выключено» 14, насоса охлаждения 13,
направления вращения шпинделя 12.
Хорошо видны знакомые нам грибок — указатель частот вра-
щений шпинделя 5 и рукоятка переключения частоты вращения
шпинделя 9, грибок с фиксатором 17 для переключения подач и
указатель подач. Чтобы при переключениях облегчить ввод в за-
цепление зубчатых колес, нажимают кнопку 4 «Импульс шпин-
деля».
Переключатель 32 для перехода с ручного на автоматическое
управление и для включения привода круглого станка размещен
с другой стороны станка (рис. 92, в). Для включения продольной
подачи служат рукоятка 21 и дублирующая рукоятка //, имеющие
три фиксированных положения: среднее, левое — подача стола
влево, правое — подача стола вправо. Здесь, так же как и для
включения подачи салазок и консоли, применено мнемоническое
управление: направление поворота рукоятки соответствует на-
правлению подачи. Подача салазок и консоли включается рукоят-
кой 16 (или дублирующей 15), имеющей четыре положения: вперед-
назад, вверх-вниз.
Разберем теперь схему взаимодействия устройств управления
(см. рис. 92, б).
Управление продольной подачей электромеханическое. Ру-
коятка 21 (или 11) при повороте влево или вправо сектором 42
действует на рычаг 38, заставляя его повернуться против часовой
стрелки и сместить влево шток 33, правый конец которого пред-
ставляет собой рейку, находящуюся в зацеплении с зубчатым
колесом 36. Зубчатое колесо 36 сцеплено со второй рейкой 39,
соединенной с вилкой 35 включения муфты Мх продольной по-
дачи. Обратим внимание на то, что поворот рукоятки продольной
подачи как влево, так и вправо приводит непосредственно только
к включению муфты продольной подачи, а направление продоль-
ной подачи изменяется с помощью электрических конечных вы-
ключателей КВ1 и КВ2, предназначенных для включения и
реверсирования электродвигателя подач. Тот или другой выклю-
* Устройства управления станков серий Н и М построены аналогично и
отличаются только конструкцией некоторых элементов.
202

Mt
Рис. 92. Органы и устройства управления консольно-фрезерным станком ГЗФС (серии Р):
а, в — органы управления: 1 — валик шестерни поворота фрезерной головки; 2 — ру-
коятка зажима гильзы шпинделя; 3, 4, 6, 7, 8, 12, 22, 23, 24 -* кнопки; 5 -* грибок-
указатель; 9—рукоятка переключения частоты вращения шпинделя; 10, 19, 25, 28—махо-
вики; 11, 15, 16, 18, 21—рукоятки; 13—переключатель насоса охлаждения; 14—пере-
ключатель ввода, 17 — грибок-пере (Лючатель подач; 20 —а валик, 26, 29-* рукоятки
зажима салазок; 27 — зажим стола; 30 — рукоятки зажима консоли; 31 — рукоятка
зажима фрезерной головки; 32— переключатель; 33—шток; 34— звездочка; 35— вилка;
36 — зубчатое колесо; 37, 45 — тяги; 38, 44, 47 — рычаги; 39 — рейка; 40 — палец;
41, 52 — коромысла; 42 — сектор; 43 — вал-шестерня; 43 — кулачок; 48 — пружина;
49— электромагнит, 50— фрикционная муфта; 51— барабан; б—схема устройств управ-
ления станков. Ц1г Ц2, Цв — установка кулачков
чатель срабатывает при повороте коромысла 41 пальцем 40, за-
крепленным на тяге 37. Отметим, что управление продольной
подачей при работе станка на автоматическом цикле электрическое.
Поэтому систему управления продольной подачей называют ком-
бинированной электромеханической системой.
Электромеханическая система служит и для переключения
подач салазок и консоли. Рукоятка 11 находится в гнезде фигур-
ного барабана 51, С помощью рукоятки можно повернуть барабан
или переместить его вдоль оси, при этом коромысло 52, опира-
ющееся на фигурные выступы барабана, поворачивается и с по-
мощью тяги и рычага включает муфту подачи салазок М2 или
консоли М3. Одновременно скошенная часть барабана действует
на конечный выключатель КВ5 или КВ6 и включается прямое
или обратное вращение двигателя коробки подач.
203

Для включения фрикционной муфты быстрого хода (при лю-
бом направлении подачи) имеется еще одна система рычагов.
При включении электромагнита 49 нажатием кнопки 24 «Быстро
стол» его сердечник втягивается и тяга 45 через пружину 48 пово-
рачивает рычаги 44 и 47. Рычаг 47 сжимает диски фрикционной
муфты 50, и включается быстрый ход.
Работа станка на автоматическом цикле позволяет управлять
движениями стола с помощью кулачков и конечных выключателей
без участия рабочего. Для этого включают и оставляют включен-
ной муфты продольной подачи. Включение выполняют не рукоят-
кой продольной подачи, а с помощью механизма запирания муфты.
Механизм состоит из вала-шестерни 43, который своим концом
входит в отверстие зубчатого колеса 36 и служит для него осью
вращения. Нажимая на передний конец вала-шестерни 43, сме-
щают его и зубчатое колесо 36 вперед таким образом, что рейка 39
выходит из зацепления с зубчатым колесом- 36 и сцепляется с ва-
лом-шестерней 43. Поворачивая теперь вал-шестерню 43 отверт-
кой, перемещают влево рейку 39 до момента включения муфты Мг.
Теперь продольная подача уже не может быть выключена рукоят-
кой 21 (хотя поворот рукоятки и возможен). Важно уяснить такую
особенность работы механизма запирания муфты; перемещение
зубчатого колеса 36 в осевом направлении (см. рис. 92, б) возможно
только тогда, когда ее продольный паз П находится против фикса-
тора 53.
Это положение зубчатое колесо занимает, когда рукоятка 21
продольной тюдачи находится в среднем положении. Следовательно,
перед запиранием муфты необходимо поставить рукоятку про-
дольной подачи в среднее положение. При ручном управлении
фиксатор 53 не мешает повороту зубчатого колеса 36 рукояткой 21,
так как зубчатое колесо выходит из зацепления с ним.
Механизм запирания муфты выполняет еще одну роль. При сме-
щении вперед вала-шестерни 43 (см. рис. 92, б) конус К нажимает
на конечный выключатель КВЗ, который блокирует электриче-
скую цепь включения поперечной и вертикальной подач. Этим
исключается возможность включения при запертой кулачковой
муфте продольной подачи одновременно двух движений — стола
и салазок или стола и консоли.
Для автоматического изменения направления и скорости на-
правления хода стола станка служат специальные кулачки,
устанавливаемые в пазу стола (см. рис. 92, а). Изменение направ-
ления хода стола происходит в тот момент, когда кулачок-упор
поворачивает рукоятку продольной подачи, а последняя включит
один из выключателей КВ1, КВ2 (см. рис. 92, б). При повороте
рукоятки повернется и связанное с ней зубчатое колесо 43. Фик-
сатор 53 не будет мешать повороту, так как будет находиться
в кольцевом пазу Ш зубчатого колеса 36.
Для переключения скорости движения стола с рабочей подачи
на быстрый ход служат переключатель КВ4 и другие кулачки,
204

действующие на звездочку 34 (см. рис. 92, а я б). Звездочка 34
соединена с кулачком 46, но может свободно поворачиваться на
оси рукоятки.
Расставляя в нужных местах паза стола кулачки, можно полу-
чать различные циклы движений: полуавтоматический вправо
и влево (Цх и Ц2), автоматический маятниковый (Цв) и др.
СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Любая из систем управления в принципе является системой про-
граммного управления, так как обеспечивает согласованные пере-
мещения исполнительных органов в определенной последователь-
ности, т. е. по определенной программе, поэтому название про-
граммное управление условное. Его применяют для обозначения
систем управления, в которых программа задается на программо-
носителях в виде перфорированных бумажных лент или карт
(т. е. лент или карт с пробитыми в определенном порядке отвер-
стиями), кино- или фотопленки, магнитной ленты или переключе-
нием тумблеров, перестановкой штекеров на специальных панелях
и др.
Общая особенность таких систем — их гибкость, возможность
быстрой переналадки для обработки различных заготовок, соче-
тающаяся с высоким уровнем автоматизации. Это позволяет ра-
ционально использовать автоматизированные станки с программ-
ным управлением в средне- и мелкосерийном производстве.
Наибольшее количество продукции (порядка 80%) машино-
строения выпускают на заводах серийного производства, поэтому
станкам с программным управлением в последнее время уделяют
серьезное внимание.
Станки с программным управлением по технологическим при-
знакам принято классифицировать на две основные группы:
1) станки с программированием цикла и режимов обработки (с цик-
ловым программным управлением — ЦПУ); 2) станки с числовым
программным управлением (ЧПУ). В свою очередь, системы ЧПУ
делят на позиционные и контурные.
Станки с цикловым программным управлением имеют системы
управления, обеспечивающие заданную программой последова-
тельность движений исполнительных органов (например, движений
стола, салазок и консоли вертикально-фрезерного станка при
обработке нескольких поверхностей заготовки корпусной детали)
Необходимая величина перемещений исполнительных органов,
а следовательно, и размеры обработки программой не задаются
и обеспечиваются установкой упоров, воздействующих на конеч-
ные выключатели. Расстановку упоров выполняет наладчик перед
обработкой партии одинаковых заготовок.
В некоторых станках этой группы программируется не только
последовательность движений, но и режим работы станка для
отдельных переходов в пределах цикла, автоматическая смена
режущего инструмента и т. д.
205

Программоносителями служат штекерные панели, перфокарты
или1 перфоленты.
В станках с числовым программным управлением программа
работы станка задается в виде ряда чисел, обозначающих после-
довательные положения частей станка, режущего инструмента
и их перемещения, необходимые для получения требуемой формы
и размеров обработанных деталей. Программа записывается в ко-
дированном виде на программоноситель — перфорированную или
магнитную ленту.
Позиционные системы ЧПУ служат для последовательной
точной перестановки заготовки из одного положения в другое
по отношению к режущему инструменту. Их применяют главным
образом в сверлильных и расточных станках для обработки за-
готовок плоских и корпусных деталей с большим числом отвер-
стий.
Одной из разновидностей позиционной системы является си-
стема программного управления прямоугольными перемещениями,
применяемая для обработки заготовок плоских и корпусных дета-
лей на фрезерных станках, для обтачивания ступенчатых валов
на токарных станках и т. д.
Контурные системы ЧПУ предназначены для обработки
заготовок сложной формы с криволинейными поверхностями.
Они обеспечивают автоматический обход режущего инструмента
по заданному контуру. Для обработки плоских заготовок служат
системы непрерывной двухкоординатной, а для сложных объем-
ных заготовок — трехкоординатной обработки,
ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ С ЦИКЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ
УПРАВЛЕНИЕМ (ЦПУ)
Одна из основных особенностей станка с цикловым программным
управлением, отличающая его от обычного универсального
станка,— наличие автоматической системы управления циклом —
последовательностью выполнения рабочих и вспомогательных
движений. Для задания станку определенного цикла работы чаще
всего применяют штекерные панели и коммутаторы, выполняющие
роль программоносителя.
Принцип устройства простой штекерной панели рассмотрим
на примере фрезерного станка с ЦПУ мод. 6Л12П. По внешнему
виду этот станок (рис. 93, а) мало отличается от обычного верти-
кального с поворотной головкой. Изменение частоты вращения
и подач производят с помощью рукояток и лимбов /, 2, пиноль
перемещается вверх-вниз маховиком 3 На станке имеется пульт 5
с кнопками «Рабочая подача» (Р), «Стоп» (С), «Ускоренный ход» (У),
«Продольный ход» влево и вправо (П), «Поперечный ход» вперед
и назад (Н), «Вертикальный ход» вверх и вниз (В). Таким образом,
перемещение стола, салазок и консоли можно осуществлять прос-
тым нажатием кнопки. Чтобы не спутать кнопки, у каждой из них,
206

Рис. 93. Вертикально-фрезерный станок 6Л12П с цикловым программным управлением
а — общий вид, 1,2 — рукоятки, 3 — маховик; 4, 5, 7, 8 -= пульты, 6 — пульт на
бора программы, б — штекерный коммутатор
предназначаенной для включения той или иной подачи в двух
направлениях или между ними, имеется световое табло, где пока-
зана схема перемещения (такое наглядное изображение называют
мнемоническим). При нажатии кнопки соответствующее табло
освещается лампочкой.
207

Нажимая кнопку Пр «Работа по программе», включают ста-
нок для работы по автоматическому циклу. Остальные кнопки
служат для управления станком при подготовке к автоматической
работе
Пульт набора программы 6 расположен сбоку станка. На нем
задается — набирается программа. Программоносителем служит
штекерная панель, на которой имеются горизонтальные и верти-
кальные ряды отверстий, куда можно вставлять специальные кон-
тактные стержни—штекеры, вынув их из магазина М. Чтобы
понять назначение штекерной панели, рассмотрим схему ее устрой-
ства (рис. 93, б) Каждое гнездо штекерной панели состоит из
двух половинок, присоединенных к проводам электрической
цепи. Гнезда размещены в несколько рядов (на рис. 93, б показана
только часть гнезд). Заметим, что все верхние половинки штекер-
ных гнезд каждого вертикального ряда присоединены к общему
проводу, идущему к одному из контактов шагового искателя
(рис. 93, б справа). Нижние половинки гнезд соединены с катуш-
ками реле Р1, Р2, РЗ. .., а обмотки катушек — с общим проводом,
идущим к контакту К1 схемы. Если контакты /С/ и К2 присоеди-
нить к источнику электрического тока, то при условии, что в гнезда
первого ряда панели будут вставлены штекеры, катушки реле Р1 и
Р6 будут включены в электрическую цепь.
С помощью этих реле можно подать две команды, например
для включения быстрого хода стола станка влево. Реле Р1 будет
в этом случае подавать команду на включение подачи стола влево,
реле Р2 включит ускоренный ход. Чтобы перейти к следующей
части цикла, включим электромагнит Э шагового искателя, кото-
рый заставит повернуться рычаг с собачкой храпового механизма.
Собачка повернет на определенный угол храповое колесо, и
щетка Щ переместится к контакту 2, включит в электрическую
цепь второй вертикальный ряд штекерной панели, в котором
имеется один штекер. Реле Р1 включит рабочую подачу влево.
При следующем срабатывании шагового искателя, который вклю-
чается автоматически после выполнения каждого элемента цикла,
через штекер третьего ряда включится реле РЗ (например, для
перемещения стола с салазками вперед) и т. д. Расставляя в нужном
порядке штекеры в гнездах панели, можно получать различную
последовательность движений станка.
Число элементов цикла, которое можно запрограммировать
на панели, зависит от числа рядов гнезд. У станка мод. 6Л12П
имеется 10 вертикальных рядов гнезд, следовательно, рабочий
цикл станка можно построить из 10 различных элементов. На па-
нели использовано мнемоническое изображение, потому поясним
только три нижних обозначения. Зигзагообразная линия обозна-
чает реле, включающее ускоренный ход (в любом направлении,
которое задается вторым штекером и реле). Следующее обозна-
чение символизирует ускоренный ход с опусканием консоли.
Такая .команда подается в случае, когда при торцовом фрезерова-
208

Рис. 94. Пример расстановки штекеров-
а — для обработки поверхности, б — пааа
а)
нии после рабочего хода стол быстро возвращается в исходное
положение и нужно немного (на 1 мм) опустить консоль, чтобы
фреза не портила обработанную поверхность. Последний символ О
означает возврат в исходное положение («В ноль») и остановку
(«Стоп»).
Пример расстановки штекеров для обработки поверхностей
и паза в заготовке простой формы показан на рис. 94. Станок
выполняет следующую программу: / — быстрый ход стола влево;
2, 4 — рабочая подача влево; 4 — опускание консоли; 5 — бы-
стрый ход салазок вперед; 6 — подъем консоли; 7 — рабочая
подача стола вправо; 8 — быстрый ход консоли вниз; 9 — бы-
стрый ход стола вправо; 10 — возврат частей станка в исходное
положение и остановка. На рис. 94 внизу показаны все перечис-
ленные элементы цикла. Условно принято (для удобства .изобра-
жения), что все движения выполняет инструмент, а не заготовка,
поэтому направления движения на схеме и в программе противо-
положные.
Посмотрим теперь, как обеспечивается заданная длина (размер)
каждого перемещения. Сама система управления станком такими
возможностями не обладает, поэтому эту часть программы задает
наладчик, расставляя путевые упоры, ограничивающие переме-
щения стола, салазок и консоли станка. Упор действует на ко-
нечные выключатели, управляющие электромагнитными муфтами
коробки подач. Муфты включают и выключают рабочие и ускорен-
ные подачи.
Конечные выключатели размещены группами в блоках по
12 контактов. 10 из них служат для работы по программе, их число
соответствует числу элементов цикла. Для контакта предназначены
для остановки в концах хода и ограничивают максимальные пере-
мещения частей станка. На рис. 93, а хорошо видно размещение
блоков конечных выключателей продольной 4, поперечной 8 и
вертикальной 7 подач и размещенных под ними пазов для расста-
новки путевых упоров. Расстановку упоров выполняют разными
209

способами. Если требования к точности размеров заготовки не-
высокие, можно задать положение упоров по первой заготовке
из партии, обрабатываемой с ручным управлением станка. Более
точную расстановку упоров выполняют по имеющимся на станках
масштабным линейкам и нониусам (а на некоторых станках при-
меняют оптические устройства для точных перемещений). Так как
точная установка упоров требует длительного времени и станок
в это время не работает, стремятся использовать методы ускорен-
ной настройки. Хорошие результаты дает применение сменных
панелей упоров. Вместо того чтобы устанавливать и выверять
упоры непосредственно в пазах станках, ставят на станок панель
с заранее расставленными в ее пазах упорами. Расстановку упо-
ров на панели в этом случае выполняют во время работы станка;
это можно делать, например, в инструментальном цехе.
Более широкими технологическими возможностями распола-
гают системы управления станками мод. 6А12П и 6С12Ц, позволя-
ющие задавать программы для сложных циклов, содержащих
до 24 элементов. Программоносителем для этих станков служит
штекерный коммутатор, выполненный в виде поворотного бара-
бана (рис. 95, б). В гнезда барабана вставляют штекеры в соот-
ветствии с заданной программой выполнения переходов. Первые
десять гнезд каждого ряда служат для управления направлением
движения стола (влево, вправо, вперед, назад, вверх, вниз),
включения бытрого хода стола, быстрого хода с автоматическим
отводом фрезы от обрабатываемой поверхности, включения за-
медленной («ползучей») подачи и остановки стола.
Следующие 24 гнезда каждого ряда служат для установки ште-
керов, включающих конечные выключатели при выполнении
очередного перехода. На рис. 96 показан пример технологической
программной карты, по которой производят расстановку штекеров
при наладке станков мод. 6А12П и 6С12Ц. В карте дана программа
обработки крышки подшипника — фрезерование плоскостей разъ-
ема и поверхностей, параллельных им, расположенных на раз-
ных уровнях. Цифрами в числителе обозначены порядок пере-
мещения стола продольной подачей, салазок с поперечной подачей
и консоли вертикально. В знаменателе указаны номер а гнезд
штекерной панели, соответствующие этим перемещениям- Заме-
тим, что на рис. 96 в отличие от рассмотренной выше схемы стрел-
ками показаны перемещения^исполнительных органов станка, а не
инструмента.
Приведенный пример не исчерпывает технологических воз-
можностей станков мод. 6А12П и 6С12Ц. Рабочие циклы станков
могут быть значительно более сложными. Механизмы и система
управления этих станков позволяют обрабатывать в любой после-
довательности различные ступенчатые поверхности, в том числе
за несколько рабочих ходов выполнять маятниковый и скачко-
образный циклы, обрабатывать заготовки по наружному и вну-
треннему замкнутым контурам (цикл «рамка»), растачивать отвер-
210

Рис. 95. Вертикально-фрезерный станок с ЦПУ мод. 6С12Ц:
а — общий вид; / = пулы управления; 2, 3 = кноиочвый пульт; 6 «= штекерный ком.-
ыутатор
211

Рис, 96. Схема перемещения исполнительных органов станка с ЦПУ
при фрезеровании поверхностей крышки подшипника и программа
расстановки штекеров
стия в заготовках корпусных деталей, фрезеровать шпоночные
пазы и выполнять другие работы при перемещении стола, салазок
и консоли.
Представление о работе механизмов станков с цикловым про-
граммным управлением дает кинетическая схема вертикально-
фрезерных станков мод. 6Л12П и 6А12П (рис. 97).
Главное движение — вращение шпинделя обеспечивает элек-
тродвигатель Дх мощностью 4,5 кВт (частота вращения
1440 об/мин). Для изменения частоты вращения шпинделя служит
коробка скоростей с тремя подвижными блоками зубчатых колес
(посаженными на валах // и IV).
Блок шестерен вала // может занимать три положения: одно
показано на схеме и два других, для которых взаимно сцепленные
зубчатые колеса условно соединены полужирными линиями
Таким образом, можно получить три скорости вращения шпин-
деля. Блок из трех зубчатых колес вала IV позволяет при каждом
из трех положений блока вала // получать по три скорости, а
блок из двух зубчатых колес (вал IV) удваивает общее число ско-
212

ростей. В результате шпиндель может иметь 3-3«2 — 18 скоростей
в пределах 40—2000 об/мин. Для переключения скоростей служит
однорукояточный механизм управления.'
Связь коробки скоростей со шпинделем осуществляется кони-
ческой и цилиндрической передачами (вал VI — шпиндель)
Шпиндель VII имеет возможность перемещаться вверх-вниз вместе
с пинолью. Это движение является настроечным, и его выполняют
вручную с помощью маховичка, установленного на шпиндельной
бабке и вращающего через коническую пару зубчатых колес винт
подъема-опускания пиноли. Для быстрой (за 2—4 с) остановки
шпинделя предусмотрен электромагнитный тормоз Т.
Движение подач передается от электродвигателя мощностью
1 кВт (частота вращения 1440 об/мин) через коробку подач —
Рис. 97. Кинематическая схема станков с ЦПУ мод. 6Л12П и 6А12П
213

валы V7//, IX, X, XI и вал XII. Два подвижных блока шестерен
по три шестерни в каждом позволяют получить 3-3 = 9 ступеней
подач, а кулачковая муфта Мх удваивает число ступеней.
Другая кинематическая цепь из трех^ шестерен связывает
валы VIII и XII и служит для получения ускоренных переме-
щений. Электромагнитная муфта Эг включает рабочее, а муфта Э2
ускоренное вращение вала XII. Отсюда движение передается
шестерням, свободно посаженным на валах XIII (продольной
подачи), XIV (вертикальной подачи) и XV (поперечной подачи).
Включением одной из электромагнитных муфт Э4, Э9 или Э8 со-
единяют соответствующие валы с коробкой подач для получения
движения в прямом направлении, а с помощью муфт Э3, Эъ, Э7
для движения в обратном направлении.
Кинематическая связь коробки подач с ходовым винтом про-
дольной подачи осуществляется зубчатыми колесами и валами XVI,
XVII, XVIII и кулачковой муфтой М2.
Кинематические схемы станков мод. 6Л12П и 6А12П в принципе
одинаковы, но в станке мод. 6А12П введен ряд усовершенствова-
ний, в частности в кинематическую схему включена дополнитель-
ная цепь замедленных подач. Замедленная (ползучая) подача
позволяет уменьшить погрешности перемещений при снижении
скорости движения стола, салазок или консоли при подходе к за-
данному положению.
Цепь замедленных подач станка мод. 6А12П выделена на кине-
матической схеме жирной линией. Она связывает вал IX коробки
подач с валом XII и включается с помощью электромагнитной
муфты Э$. Муфта Э9 сблокирована с муфтами Эг и Э2 таким обра-
зом, что автоматически исключается возможность одновременного
включения рабочей и замедленной подач. При помощи электро-
магнитных муфт 9Z—Э8 замедленная подача может быть получена
в любом направлении (влево-вправо, вперед-назад, вверх-вниз).
Станок оборудован гидравлическим механизмом для выбора
зазора в паре ходовой винт—гайка продольной подачи стола,
что позволяет повысить жесткость системы и применять попутное
фрезерование.
Цикловое программное управление успешно применяют также
на крупных бесконсольно-фрезерных станках, токармых станках
разных типов и назначения. Достоинство станков с ЦПУ — про-
стота систем управления и значительно меньшая стоимость по
сравнению со станками и системами числового программного
управления. Для внедрения и эффективного использования стан-
ков с ЦПУ не нужны коренные изменения в подготовке и орга-
низации производства, создание специальных технологических
служб. Наладка и обслуживание станков не требует такой высокой
квалификации, как для станков с ЧПУ. Применять станки с ЦПУ
наиболее целесообразно в условиях серийного производства для
обработки заготовок относительно простой формы при длитель-
ности обработки партии не менее одной-двух смен.
214

СТАНКИ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ (ЧПУ)
В станках с числовым программным управлением все элементы
программы: направление, величина и скорости заданных рабо-
чих и вспомогательных перемещений, порядок работы исполни-
тельных органов и другие элементы цикла, например автоматиче-
ская смена режущего инструмента, задаются в виде чисел, распо-
ложенных в определенном порядке и записанных с помощью ка-
кого-либо кода.
Код представляет собой условную запись числа или действия,
позволяющую достаточно простым способом получить изображение
этого числа (действия) в форме, удобной для использования в си-
стемах программного управления.
Различные коды, применяемые в станках с ЧПУ, характерны
тем, что любое число, представляющее собой заданное перемеще-
ние исполнительного органа, изображается в виде какой-либо
комбинации, состоящей только из двух цифр 1 и 0.
Главным достоинством такой записи является удобство пре-
образования информации. Для автоматической записи или вос-
произведения какого-либо сигнала можно использовать широко
применяемые в автоматике реле. Реле имеет два состояния: «Вклю-
чено»—«Выключено». Принимая одно из состояний реле (например,
включенное) за единицу, а другое за ноль, можно с помощью на-
боров реле записывать или воспроизводить любые цифровые
команды. Можно кодировать, т. е. условно изображать, не только
длины перемещений исполнительных органов, но и их последова-
тельность, направление, скорость, а также другие команды. По-
этому коды, применяемые в системах ЧПУ, состоят из кода пере-
мещений и кода вспомогательных команд.
Рассмотрим основные способы кодирования, получившие наи-
большее практическое применение.
Двоичное кодирование. Перемещения исполнительных орга-
нов станка или координаты обрабатываемых элементов заготовки
задают в десятичной системе счисления, а затем изображают в дво-
ичной системе. Десятичное число представляют в виде суммы
чисел, каждое из которых является степенью числа 2. Так, на-
пример, число 19 = 1-24 +0-23 +0-22 + 1-2 + 1-2°, а его
изображение в двоичной системе счисления в двоичном коде будет
10011, где 0 или 1 — коэффициенты при цифре 2 в каждом разряде.
Число 10 = 1-23 -j-0-22 -fl-21 -fO-2°, а его изображение в
в двоичной системе счисления в двоичном коде будет 1010; число
165 = Ь27 +0-26 + Ь25 +0-2* -j-0-23 + 1 -22 + О^1 + 1-2°,
его кодовое изображение 10100101. Изображение чисел в дво-
ичном коде получается более длинным, чем в десятичной сис-
теме, но зато вместо десяти цифр для записи любого числа ис-
пользуют только две: 1 и 0. Это упрощает запись и воспроизведение
программ.
Для перевода чисел из десятичной системы в двоичную можно
использовать простые таблицы (табл. 45 и 46). Вверху указаны
215

Таблица 45
Перевод чисел
из десятичной
системы счисления
в двоичную
Таблица 46
Запись числа 1976
в двоично-десятич-
ном коде 8—4—
2—J
разряды двоичной системы, а справа — числа
десятичной системы. Черный кружок условно
означает единицу, белая клеточка — ноль. Наи-
большее число, которое можно преобразовать
из десятичной системы в двоичную, зависит от
числа разрядов, содержащихся в таблице. Если
ограничить таблицу третьим разрядом, то мак-
симальное число будет 7 = 1 -22 +1 '21 + 1.2°,
а его изображение 111 (три черных кружка
в таблице).
В качестве программоносителя обычно при-
меняют перфорированную карту или ленту.
Карта имеет принципиально такое же построе-
ние, что и рассмотренные табл. 42 и 43. В ней
имеется ряд вертикальных колонок (по выбран-
ному числу разрядов двоичной системы) й строк:
каждая строка—на определенную команду или
группу команд. Вместо черных кружков в карте
пробивают круглые отверстия. При расшифров-
ке (считывании) программы через эти отверстия
происходит замыкание контактов реле.
Пусть, например, на карте имеется в одной
строчке четыре отверстия подряд, изображаю-
щие число 15. Это означает, что исполнитель-
ный орган станка должен передвинуться вперед
на &,15 мм. Тогда при расшифровке программы
замыкание контактов соответствующих реле при-
ведет к посылке пятнадцати импульсов испол-
нительному органу в цепи управления; каждый
импульс — для перемещения на 0,01 мм.
Йаибольшее.применение для записи программ
получают перфорированные ленты — бумажные
ленты с пробитыми в них отверстиями. Ширина
бумажных лент, применяемых в технике, поз-
воляет разместить в одной строке (поперек
ленты) пять, максимум восемь отверстий, по-
этому запись многоразрядных чисел оказы-
вается сложной.
Двоично-десятичный код. Более удобен и
прост для использования двоично-десятичный
код 8—4—2—1 (восемь—четыре—два—один).
Для изображения в двоично-десятичном коде
десятичное число разбивают на разряды, для
каждого разряда используют запись в двоич-
ном коде, каждый разряд получает свою строку
на перфоленте. Для записи любой из десяти
цифр в двоично-десятичном коде достаточно
одной строки и четырех дорожек, а для записи
21Ь

любого числа — четыре дорожки и столько строк, сколько цифр
(разрядов) содержится в заданном числе, Так, запись числа 1976
в коде 8—4—2—1 на бумажной ленте будет занимать четыре
строки (см. табл. 43). Код 8—4—2—1 отличается удобством и про-
стотой записи программы, поэтому он получил наибольшее рас-
пространение в системах ЧПУ.
Кроме записи числовой информации — величин заданных пере-
мещений, на программоносителе помещают и другую информацию—
запись вспомогательных команд. Для этого необходимо иметь
хотя бы одну дополнительную дорожку. Запись программы на
пяти дорожках принята в разработанном ЭНИМСом и приме-
няемом на многих отечественных станках коде БЦК-5 (пятираз-
рядный буквенно-цифровой код). Буквенно-цифровым код назван
потому ? что позволяет записывать как перемещения исполнитель-
ных органов в коде 8—4—2—1 (цифровая информация), так и
вспомогательные команды (буквенная информация). Запись про-
граммы выполняется путем перфорации (пробивки отверстий)
В бумажной телеграфной ленте шириной 17,5 мм на пяти дорожках.
Первые четыре дорожки-разряды (считая справа налево) служат
для записи цифровой информации, пятая — для обозначения при-
знака буквы при записи вспомогательных команд (о записи вспо-
могательных команд будет рассказано позже).
Код БЦК-5 позволяет применять стандартную телеграфную
ленту, а для подготовки перфоленты — любые перфораторы, пред-
назначенные для пятидорожечной ленты (аппарат СТА-2М, устрой-
ства подготовки данных для ЭВМ и др.). Удобно использовать
широко распространенные телеграфные аппараты СТА-35. Аппа-
рат имеет клавиатуру типа пишущей машинки с нанесенными
на ней обозначениями цифр. Цифры даны в десятичной системе,
а при нажатии на клавишу в ленте пробивается символическое
изображение в двоичном коде. Программу, записанную в коде
БЦК-5, нетрудно расшифровать. Код можно использовать в раз-
личных системах программного управления.
При применении кода БЦК-5 сложно обнаружить ошибки в
записи программы. Для этого необходимо применение специальных
автоматизированных устройств. Ограничены возможности записи
вспомогательных команд на пятидорожечной ленте.
В последнее время в вычислительной технике получили рас-
пространение восьмидорожечные перфоленты. Для таких перфо-
лент международная организация по стандартизации ISO раз-
работала код, получивший название код ISO—Iblt. Обозначение
Ibit означает, что в этом коде для записи программ используют
семь разрядов, а каждый разряд содержит одну единицу инфор-
мации — bit. Так же, как и в других кодах, информация зано-
сится на перфоленту путем пробивки отверстий. Смысл, который
заключен в этом действии, может быть разным. Так, наличие
отверстия на перфоленте может условно обозначать цифру 1,
отсутствие отверстия — цифру 0. Но можно условиться и о других
21/

значениях отверстий, например считать, что отверстие означает
команду «Начать движение», а отсутствие отверстия — «Оста-
новиться». Важно, что во всех случаях наличие или отсутствие
отверстия (или группы отверстий) всегда соответствует только
одному какому-то смысловому значению — «единице информа-
ции». Для краткости назвали единицу информации бит (bit).
На восьмидорожечной перфоленте можно разместить восемь
разрядов (а следовательно, восемь бит информации). Восьмая
дорожка служит только для контроля правильности записи ин-
формации в каждой строке программы и непосредственно для
управления машиной не используется.
Применение восьмидорожечных перфолент и единого кода
в вычислительной технике и системах управления машинами
удобно для практики и особенно важно для управления группами
станков непосредственно от ЭВМ.
Поэтому в будущем, по-видимому, для всех или большинства
станков с ЧПУ будут применять международный код ISO.
В коде ISO, так же как и в коде БЦК-5, числа выражают
в двоично-десятичной системе. Для изображения букв, обозна-
чающих названия команд управления, условились использовать
те же единицы и нули (отверстия и чистые поля перфоленты), что
и для чисел, а чтобы не путать букву и число, ввели дополнитель-
ные обозначения — признак числа или буквы. В коде ISO при-
знаком любого числа служат два отверстия, пробитые рядом на
пятой и шестой дорожках; признаком буквы служат отверстия,
пробитые на седьмой дорожке, а для некоторых букв еще и на
пятой дорожке.
Код БЦК-5 отличается тем, что числовая информация записы-
вается на четырех дорожках ленты (справа), без указания допол-
нительного признака. Буквы записывают по аналогии с цифрами:
например, буква П (обозначающая команду на включение подачи)
записывается так же, как цифра пять путем пробивки отверстий
на первой (справа) и третьей дорожках. А чтобы отличить букву
от записи числа, пробивают еще одно дополнительное отверстие
на пятой дорожке.
Буква Ш, обозначающая команду на включение вращения шпин-
деля, записывается так же, как цифра шесть, пробибкой отверстий
на второй и третьей дорожках, но с добавлением признака буквы —
отверстия на пятой дорожке. Подобным образом записывают дру-
гие команды: направление перемещения заготовки, поворот стола
станка, смену инструмента и др.
Способы перемещения исполнительных
органов в станках с ЧПУ
Для перемещения исполнительных органов в станках с ЧПУ
применяют чаще всего два принципиально различных способа.
1. Заданное перемещение обеспечивает двигатель, получаю-
щий командные импульсы от устройства, считывающего программу
218

Рис. 98. Структурные схемы:
а — шагово-импульсной системы; б «- счет»
но-импульсной системы ЧПУ
с программоносителя. Каждый
импульс вызывает элементарное
(шаговое) перемещение испол-
нительного органа. Изменение
скорости перемещения дости-
гается изменением частоты пода-
чи командных импульсов, а
изменение направления переме-
щения — реверсированием дви-
гателя.
Заданная точность (величи-
на) перемещения зависит от точ-
ности отработки программы дви-
гателем без потери командных
импульсов. Такие системы ЧПУ
н азывают ш агово- импу л ьсными.
Структурная схема системы показана на рис. 98, а. Про-
грамма /7, записанная на перфоленте или магнитной ленте, счи-
тывается прочитывающим устройством ПУ и поступает в усили-
тель и преобразователь командных импульсов Ум/7, откуда сиг-
налы выдаются двигателю. Двигатель обеспечивает точное шаго-
вое перемещение исполнительного органа ИО и потому называется
шаговым ШД.
Мощность шагового двигателя может быть недостаточной
для перемещения ИО. В этом случае он работает совместно
с гидравлическим усилителем крутящих моментов ГУ. Связь ШД
и ГУ Q ИО осуществляется кинематической парой — шариковый
винт—гайка (Т).
Контроль выполнения заданной программы в процессе обра-
ботки заготовки отсутствует, поэтому систему называют разом-
кнутой.
2. Исполнительный орган ИО получает перемещение от дви-
гателя через систему передач Т таким же образом, как в обычных
металлорежущих станках (рис. 98, б).
Элементы схемы получают электроэнергию Э от постороннего
источника.
Величину перемещения непрерывно контролирует датчик обрат-
ной связи ДОС] информация о фактическом перемещении, напри-
мер, в виде ряда электрических импульсов, каждый из которых
свидетельствует об элементарном (шаговом) перемещении, посту-
пает в усилитель и преобразователь импульсов УИП. Сюда же
поступают командные импульсы от прочитывающего устройства
ПУ. Когда число импульсов, поступающих от ДОС и УиП, совпа-
дает, т. е. когда система отработает заданное перемещение, по-
дается команда в узел управления У на остановку исполнитель-
ного органа.
Такая счетно-импульсная система управления является
вамкнутой (системой с обратной связью),
219

Шагово-импульсная система ЧПУ
Одним из основных элементов шагово-импульсной системы ЧПУ
является электрический шаговый двигатель. Рассмотрим принцип
его действия.
Шаговый электродвигатель — это импульсная синхронная ма-
шина, преобразующая электрические управляющие сигналы в ди-
скретные перемещения исполнительного органа станка. Статор
двигателя / (рис. 99) имеет полюсные наконечники с обмотками,
образующими три секции /, //, ///. Обмотки выполнены таким
образом, что каждая смежная пара полюсов секции имеет различ-
ную полярность. Ротор 2 также разделен на три секции, но каждая
из них смещена по окружности относительно смежной секции на
1/3 междуполюсного расстояния. Предположим, что в положении,
показанном на рис. 99, в электрическую цепь включены обмотки //
секции статора. Образующиеся магнитные поля, взаимодействуя
с полюсными наконечниками ротора, поворачивают его в поло-
жение, соответствующее наименьшему магнитному сопротивлению,
когда зубцы ротора окажутся против полюсных наконечников
// секции статора. Так как в исходном положении зубцы ротора
сдвинуты на V3 шага, то ротор повернется тоже на V3 шага.
Если теперь включить в цепь обмотки /// секции статора, ротор
повернется еще на 1/3 шага. А после включения / секции ротор
закончит поворот на шаг.
Для изменения направления вращения ротора порядок вклю-
чения обмоток статора меняют на обратный. Для получения малых
элементарных перемещений ротора, а следовательно, и связан-
ного g ним исполнительного органа стремятся уменьшать шаг
между зубьями статора. Для этого делают зубья маленькими.
Габаритные размеры шагового двигателя 100 X 150 мм. Шаговый
двигатель непосредственно для перемещения исполнительного
органа можно использовать только в приводах малой мощности.
Поэтому шаговые двигатели обычно соединяют g ходовым винтом
подачи не непосредственно, а через усилитель крутящих момен-
тов — гидроусилитель.
Гидроусилитель ГУ представ-
ляет собой аксиально-поршневой
гидромотор со следящим управ-
лением (рис. 100). Он обеспечи-
вает увеличение крутящего мо-
мента, развиваемого шаговым дви-
гателем.
В роторе 3 двигателя располо-
жены плунжеры 2, которые могут
перемещаться в осевом направле-
нии. Под давлением масла, посту-
пающего в двигатель через полу-
SraiСхема устройства шагового кольцевой паз Рг распределите-
220

Рис. 100. Схема работы следящего ус-
тройства в гидроусилителя крутящих
моментов
ля 4, плунжеры 2 упираются в кольцо 1 упорного шарикопод-
шипника. Кольцо расположено наклонно, и плунжеры, скользя
по наклонной плоскости, образованной подшипником, заставляют
ротор поворачиваться в направлении, показанном на рисунке
стрелкой. Когда плунжер попадает в положение Л, приток масла
к нему прекращается, так как отверстие ротора попадает на
перемычку распределителя. Цри дальнейшем повороте масло из-
под плунжера через полукольцевой паз Р2 распределителя по-
ступает на слив. Таким образом, каждый плунжер за половину
оборота ротора совершает рабочий ход, а за следующие пол-обо-
рота — обратный (холостой ход).
Для изменения направления вращения ротора масло под дав-
лением подают в паз Я2, а из паза Рх направляют на слив.
Управление потоком масла обеспечивает следящее устрой-
ство СУ, управляемое шаговым двигателем. Вал шагового дви-
гателя ШД соединен с золотником 6 следящего устройства. На
золотнике имеются кольцевые канавки Кг и /С2 и продольные
пазы Пх и Л2. Золотник вставлен во втулку 5, соединенную с ва-
лом гидроусилителя. Втулка 5 находится в корпусе 7, имеющем
кольцевые канавки Вг — Вл. К кольцевой канавке Вг подводится
221

масло под давлением Д, канавки В3 служат для отвода масла на
слив С; канавки Вх и Б4 соединены каналами о полостями распре-
делителя 4.
В положении частей, показанном на рио. 100, а, эолотник 6
перекрывает доступ масла к гидроусилителю и он не работает.
Но достаточно повернуть золотник на очень небольшой угол
(рис. 100, б), чтобы масло от гидронасоса по каналу Д, кольцевой
канавке корпуса следящего устройства и отверстию Ох втулки 5
попало в паз Пх золотника и далее через канавки Кх, Вх и распре-
делитель 4 в ротор гидроусилителя, поворачивая его в том же на-
правлении, что и золотник. Масло на слив удаляется из гидроуси-
лителя через кольцевую канавку В4 и паз П% золотника в отвер-
стие О2 втулки 5, канавку В3 и канал С (рис. 100, а и в). Если вра-
щать золотник с помощью шагового двигателя непрерывно, то
одновременно, «догоняя» его, будет вращаться и ротор гидроусили-
теля, а вместе с ним ходовой винт станка; исполнительный орган
станка получил движение подачи.
При остановке золотника он перекроет отверстия втулки, дви-
жение потоков масла прекратится и ротор гидроусилителя не-
медленно остановится. Для реверсирования гидроусилителя до-
статочно переключить направление вращения вала шагового дви-
гателя. Направление потоков масла в следящем устройстве из-
менится на противоположное, это легко проследить по рис. 100.
Один шаговый двигатель с гидроусилителем обеспечивает пере-
мещение обрабатываемой заготовки по одной оси координат. Для
двухкоординатной системы ЧПУ устанавливаются два, а для трех-
координатной — три шаговых двигателя с гидроусилителями.
Электрические импульсы, необходимые для работы шагового
двигателя, поступают в его обмотки с установленного рядом со
станком пульта управления. Программу, записанную на перфо-
ленте или магнитной ленте, помещают в считывающее устройство
пульта управления. Если программа записана в виде комбинаций
пробитых в ленте отверстий, ее пропускают между осветителем и
фотоэлементами. Когда отверстие ленты попадает под осветитель,
фотоэлемент засвечивается и «считывается» нужная информация.
В зависимости от того, на какой дорожке пробито отверстие, си-
стема управления автоматически преобразует один сигнал фото-
элемента во столько импульсов, сколько означает пробитое на
данной дорожке отверстие. Если программа записана на магнит-
ной ленте, считывание производят с помощью такого же устрой-
ства, как в бытовом магнитофоне.
Один из распространенных вертикально-фрезерных станков
с ЧПУ — консольно-фрезерный станок мод. 6Р13ФЗ Горьковского
вавода фрезерных станков. Он имеет шагово-импульсную систему
ЧПУ. Программа записывается на бумажной телеграфной ленте
в коде БЦК-5 и преобразуется в пульте управления типа «Кон-
тур ЗП-68» в заданную последовательность импульсов, поступаю-
щих в обмотки шаговых электродвигателей типа ШД-4. Двига-
222

тели с помощью гидроусилителей МП8-14М вращают ходовые
винты, перемещающие стол, салазки или шпиндельную ползун-
ковую бабку (на 0,025 мм при подаче одного импульса).
Пульт управления оснащен встроенным интерполятором —
устройством, позволяющим при согласованном включении двух
шаговых двигателей получать криволинейные обработанные кон-
туры. Вследствие широкого диапазона частот вращений шпин-
деля D0—2000 об/мин) и подач G,5—1135 мм/мин) на станке можно
обрабатывать заготовки сложной конфигурации из черных и цвет-
ных металлов, различных сплавов и пластмасс.
Закрепление инструмента на станке механизировано, а ряд
команд (пуск и остановка шпинделя, включение СОЖ, закрепле-
ние и раскрепление ползуна и др.) выполняются автоматически.
При обработке "заготовок с прямолинейными контурами обес-
печивается точность ±0,08 мм, а для криволинейных контуров
±0,10 мм.
/ Важным направлением развития конструкций станков с про-
граммным управлением является создание станков с автоматиче-
ской сменой инструмента. Система автоматической смены инстру-
ментов позволяет использовать при обработке заготовок наборы
различных инструментов, сократить вспомогательное время на их
смену, настройку на размер, позволяет рабочему обслуживать
несколько станков с программным управлением, что расширяет
технологические возможности и позволяет повысить экономиче-
скую эффективность станков.
Примером вертикально-фрезерного станка с ЧПУ и автомати-
ческой сменой инструмента, закрепляемого в револьверной го-
ловке, может служить станок мод. 6Р13РФЗ, построенный на базе
станка мод. 6Р13ФЗ (рис. 101). На станке можно выполнять обра-
ботку заготовок из стали, чугуна и цветных сплавов фрезами, свер-
лами, зенкерами, развертками и другим инструментом, закреплен-
ным в револьверной головке / (конусность отверстия шпинделя
7 : 24). Поворот головки автоматический, по программе.
Система управления станком шагово-импульсная. Перемеще-
ния головки, закрепленной на столе станка, выполняются по трем
координатам g помощью шаговых двигателей ШД-5Д1 и гидроуси-
лителей 2-У крутящих моментов Э32Г18-24. Подача за один им-
пульс равна 0,01 мм, пределы скоростей минутной подачи по лю-
бой из трех координат X, Y, Z составляют 20—1200 мм/мин, ско-
рость быстрого хода 2400 мм/мин.
Каждый из шпинделей станка может вращаться с частотой 40—
2000 об/мин. Изменение частоты вращения A8 ступеней) автома-
тическое, по программе, с помощью гидромеханического устрой-
ства переключения блоков зубчатых колес коробки скоростей.
Мощность электродвигателя привода главного движения равна
7,5 кВт.
В отличие от станка мод. 6Р13ФЗ, где программа задается в коде
БЦК-5, для станка мод. 6Р13РФЗ предусмотрено программирова-
223

Рис. 101. Фрезерный станок ГЗФС мод. 6Р13РФЗ с ЧПУ и автомати-
ческой сменой инструмента:
1 — револьверная головка; 2-^4 — шаговый электродвигатель и гидро-
усилитель крутящих моментов приводов продольной, вертикальной в
поперечной подачи
ние в коде ISO e записью программы на восьмидорожечной перфо-
ленте шириной 25,4 мм. Станком управляет устройство програм-
много управления тип,а НЗЗ-1М, обеспечивающее возможность одно-
временно управлять движениями по трем координатам, т. е. обра-
батывать заготовки пространственно-сложной формы.
Приведем основные размеры станка (в мм), определяющие га-
баритные размеры обрабатываемых заготовок. Размеры рабочей
поверхности стола: длина 1600 мм, ширина 400 мм. Наибольший
ход стола: продольный 1000 мм, поперечный 400 мм, вертикальный
380 мм.-Расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности
стола равно 70—450 мм. Расстояние от оси шпинделя до вертикаль-
ных направляющих станины равно не менее 500 мм. Наименьшее
расстояние от задней кромки стола до направляющих станины
100 мм.
Станки о ЧПУ и револьверными инструментальными магази-
нами выпускают многие станкостроительные заводы СССР и за-
рубежные фирмы. В револьверной инструментальной головке
224

обычно удается разместить не более шести инструментов. При
обработке заготовок сложных корпусных деталей требуется боль-
ше инструментов. Их можно разместить в магазине, находящемся
поблизости от шпинделя стан-
ка. Магазины могут иметь ем-
кость в 30—60 инструментов
и более.
Компоновка станка g ЧПУ
и инструментальным магазином
показана на рис. 102, а. Мага-
зин / в виде барабана или диска
с гнездами для инструмента раз-
мещен на боковой стенке ста-
нины, в стороне от рабочей зоны.
Он не мешает обработке заго-
товки горизонтально располо-
женным шпинделем 2. Смена
инструмента в шпинделе 3 осу-
ществляется автоматически по
программе автооператором.
Рис. 102. Компоновка многооперационного станка:
/ —- /V — порядок работы автооператора
225

Автооператор (иногда его называют механической рукой)
имеет два захвата, один из которых вынимает инструмент из мага-
зина, а другой из шпинделя.
Принцип действия автооператора и цикл смены инструмента
показаны на рис. 102, б. Заготовку закрепляют на поворотном
столе 4. Это позволяет без переустановки заготовки обработать
ее с четырех сторон, совмещая на одном станке предварительную
и чистовую обработки.
Один такой станок позволяет заменить несколько обычных
станков, а для некоторых заготовок выполнить всю обработку.
Поэтому станки g ЧПУ, автоматической сменой инструмента и
магазинами большой емкости называют многооперационными
станками.
У некоторых станков шпиндель располагают вертикально
(они менее универсальны). Станки разных заводов и фирм отли-
чаются по конструкции и размещением магазина, способом авто-
матической смены инструмента, системами ЧПУ и другими осо-
бенностями. Кроме станков, выполняющих фрезерную, сверлиль-
ную и другую обработку корпусных заготовок, автоматическую
смену инструмента применяют и на станках токарной группы.
Многооперационные станки сложнее и дороже обычных стан-
ков с ЧПУ, но в результате высокой концентрации обработки, по-
вышенной производительности (один такой станок заменяет до
5—8 обычных станков) быстро окупаются в серийном производстве.
Экономическая эффективность станков & ЧПУ
Применение станков с ЧПУ становится одним из главных направ-
лений автоматизации серийного производства. Быстро растет
выпуск станков с ЧПУ, совершенствуются их конструкции, си-
стемы управления. За девятую пятилетку в нашей стране выпуск
станков с программным управлением увеличился более чем
в 3,5 раза.
При хорошей организации производства станки с ЧПУ дают
в короткие сроки большой экономический эффект.
1. Облегчается подготовка производства новых изделий, со-
кращается подготовительно-заключительное время, не требуется
проектирование и изготовление сложных станочных приспособле-
ний, предназначенных только для конкретной заготовки, свер-
лильных и расточных кондукторов, копиров, шаблонов и т. д.
Подготовку новых программ при наличии на заводе группы
квалифицированных технологов и программистов (бюро програм-
много управления) выполняют быстро и оперативно, особенно тогда,
когда для ускорения подготовки программ применяют электронно-
вычислительные машины (ЭВМ).
2. Повышается качество выпускаемой продукции. Обработка
заготовок ведется по автоматическому циклу, точность заданных
перемещений не зависит от квалификации рабочего (в связи с этим
226

станки с ЧПУ могут обслуживать рабочие невысокой квалифи-
кации), но наладчики таких станков должны иметь очень высокую
квалификацию.
На многооперационных станках возможна обработка всех или
большинства поверхностей заготовки за один установ, вследствие
чего исключена погрешность установки.
3. Повышается производительность труда за счет сокращения
машинного и вспомогательного времени.
Машинное время сокращается путем автоматической установки
оптимальных режимов резания, а в самонастраивающихся си-
стемах с ЧПУ — путем автоматического регулирования режима
работы станка, обеспечивающего максимальную его загрузку по
мощности.
Вспомогательное время сокращается при уменьшении числа
перестановок, необходимых для полной обработки заготовки.
Если станок оборудован двухпозиционным столом или двумя за-
грузочно-разгрузочными позициями, время на установку и за-
крепление заготовки полностью перекрывается машинным вре-
менем.
При координатной обработке время на установку координат
сокращается по сравнению с установкой вручную в среднем
в 3 раза. Холостые перемещения частей станка выполняются со
скоростями до 10 м/мин, при необходимости по двум координатам
одновременно.
Сокращается время, связанное со сменой инструментов (на
станках с автоматической сменой), время на установку и измене-
ние режимов работы станка.
4. Улучшается использование станка во времени. Машинное
время в общем времени эксплуатации для фрезерных станков
достигает 50—90%, тогда как для обычных станков в мелкосерий-
ном производстве оно обычно не превышает 30%. При обработке
заготовок, требующих небольших затрат машинного времени, на
станок устанавливают одновременно несколько различных заго-
товок и обрабатывают их по специально подготовленной общей
программе.
Увеличение времени работы станка без вмешательства рабочего
создает благоприятные условия для многостаночного обслужи-
вания. Один станок с ЧПУ заменяет три — пять обычных станков,
а многооперационный станок — до восьми станков. Эффект тем
больше, чем сложнее изготовляемые детали.
На многих заводах уже имеются целые участки из станков
с ЧПУ и многооперационных станков. Управление станками,
а в ряде случаев также подъемно-транспортным и другим обору-
дованием на таком участке выполняется с использованием единой
ЭВМ.
Благодаря этому обеспечивается наиболее полное и эффек-
тивное использование технологического оборудования с ЧПУ.

Глава V
Сокращение
оперативного времени
при фрезеровании
Затраты времени на фрезерование заготовок выражаются техни-
чески обоснованной нормой времени. В условиях серийного про-
изводства норма времени на обработку одной заготовки склады-
вается из следующих элементов:
А *П. 3 I А . А / . I / , I /
*ш.к — я ' шт' шт — * в ' пр'
гЯе *ш.к — норма штучно-калькуляционного (расчетного) вре-
мени на обработку одной заготовки; /п#3 — подготовительно-за-
ключительное время; п — число заготовок в партии; /шт — штуч-
ное время, время на обработку одной заготовки; t0 — основное
время; tB — вспомогательное время; /пр — прибавочное время.
Подготовительно-заключительное время tfn>8 затрачивается
на выполнение всех действий, необходимых для начала и оконча-
ния обработки партии одинаковых заготовок (ознакомление с чер-
тежом детали и технологией ее обработки, подготовка к работе
станка, приспособления и инструмента, завершение работы). Под-
готовительно-заключительное время, приходящееся на одну за-
готовку, зависит от размера партии и тем меньше, чем выше серий-
ность производства.
Прибавочное время tw затрачивается на техническое и орга-
низационное обслуживание станка, а также на отдых и естествен-
ные надобности. Это время при техническом нормировании обычно
определяют в процентах от оперативного времени ton, которым
называют сумму основного и вспомогательного времени
Для большинства фрезерных работ в серийном производстве
оперативное время является главным определяющим элементом
нормы времени. Поэтому можно условно принять, что произво-
дительность Q (в шт/мин) — число заготовок, обрабатываемых на
станке в единицу времени при непрерывной его работе, зависит
только от оперативного времени
228

Для повышения производительности необходимо в первую
очередь уменьшать оперативное время. Этого можно достичь, со-
кращая как основное, так и вспомогательное время.
Основное время to затрачивается непосредственно на обра-
ботку заготовки резанием — на изменение ее формы, размеров,
шероховатости поверхности. Основное время при фрезеровании
может быть машинным, если движения фрезы и заготовки обес-
печиваются двигателями станка, и машинно-ручным, если пере-
мещение стола с заготовкой (движение подачи) производит рабо-
чий, вращая вручную ходовой винт стола, салазок или консоли.
Чаще всего фрезерование ведут с механической подачей и основное
время — машинное.
Машинное время tu при фрезеровании определяют по формуле
/ _ и __ /! + /-Н»
м~~ sM ~" szzn »
где L — длина обработки, состоящая из длины обрабатываемой
поверхности в направлении подачи /, длины пути подвода и вре-
зания фрезы 1г и длины перебега l%\ i — число проходов фре-
зы по обрабатываемой поверхности заготовки; sM — минутная
подача.
Сократить машинное время можно, уменьшая длину обработки
и увеличивая минутную подачу. Увеличение минутной подачи
возможно при повышении режима резания (s2 и. п) и увеличении
числа зубьев фрезы.
Рассмотрим пути сокращения длины обработки.
1. Если обрабатываемая поверхность заготовки имеет суще-
ственно различные ширину а и длину Ь% диаметр фрезы D > Ь
и на столе станка нельзя установить больше одной заготовки, за-
готовку целесообразно закреплять в положении /, а не в поло-
жении IV (рис. 103).
2. Если возможна установка двух заготовок по ширине стола
станка, следует располагать их по отношению к фрезе по схеме //,
а если позволяет диаметр фрезы — по схеме /// (вместо схемы V).
3. Для некоторых типов заготовок о небольшими обрабаты-
ваемыми поверхностями (торцы валиков, головки рычагов, вилки
и др.) можно многократно снизить путь фрезы, располагая за-
готовки не последовательно (рие. 103, IV), а веерообразно по от-
ношению к фрезе (рис. 103, VII).
4. Обработка одновременно нескольких заготовок, размещен-
ных рядом, называется параллельной, а одна за другой — после-
довательной. Параллельная обработка особенно производительна
при использовании наборов фрез, т. е. в сочетании с многоинстру-
ментальной обработкой.
Так, например, устанавливая на горизонтально-фрезерном
станке оправку g пятью или десятью дисковыми трехсторонними
или пазовыми фрезами, можно одновременно прорезать пазы в пяти
или десяти заготовках (головках винтов, гайках, валиках и т. д)
229

Рис. 103. Схемы установ-
ки заготовок по отноше-
нию к фрезам:
a, b, d — размеры обра-
батываемых поверхно-
стей, D — диаметр фре-
зы, L — длина обработки
и тем самым во столько же раз сократить суммарную длину хода
стола в направлении подачи.
5. Параллельную обработку наборами фрез можно использо-
вать при фрезеровании нескольких поверхностей одной заготовки.
В результате удается многократно повысить производительность
обработки заготовок сложной конфигурации [51.
6. Параллельно-последовательная (рис. 103, VIII) и парал-
лельная обработка обеспечивают не только уменьшение длины
рабочего хода, но и сокращение пути врезания и перебега фрезы,
так как фреза почти одновременно врезается в несколько загото-
вок и одновременно заканчивает их обработку. Следует только
учитывать, что при обработке нескольких заготовок последова-
тельно фреза совершает холостые перемещения от одной заго-
товки к другой, поэтому заготовки следует размещать возможно
ближе друг к другу.
Вспомогательное время *в затрачивается на установку, закреп-
ление заготовки на столе станка или в приспособлении, енятие за-
готовки, подвод и отвод фрезы (в случаях, когда эти перемещения
230

выполняются дополнительно к обычному пути врезания и пере-
бега, учитываемому при подсчете машинного времени, и совер-
шаются с ускоренной подачей), на измерения, а также на управ-
ление станком.
При выполнении многих фрезерных операций, особенно когда
длина обработки невелика, вспомогательное время составляет зна-
чительную часть штучного времени и может быть соизмеримо
с машинным. Поэтому сокращение вспомогательного времени яв-
ляется важнейшим средством повышения производительности
труда.
Основной путь сокращения вспомогательного времени — при-
менение быстродействующих механизированных и автоматизиро-
ванных станочных приспособлений.
Познакомимся с основными принципиальными направлениями
в области проектирования и рационального применения фрезер-
ных приспособлений для серийного производства.
Серийное производство характерно частой сменой выпускае-
мых изделий и связанной с их изготовлением технологической
оснастки. Для мелкосерийного производства с успехом исполь-
зуют собираемые за несколько часов из стандартных элементов
универсально-сборные приспособления (УСП) (см. рис. 7 и 11).
Для увеличения эффективности УСП в этих приспособлениях стре-
мятся применять механизированные зажимные устройства.
В средне- и крупносерийном производстве наиболее рацио-
нальны переналаживаемые 'приспособления — универсально-нала-
дочные приспособления (УНП), групповые и т. п., оснащенные
быстродействующими силовыми приводами.
Характерным для современных приспособлений в серийном
производстве является использование отделенных силовых при-
водов. Такой привод (пневматический цилиндр, диафрагменную
камеру, гидравлический цилиндр и т. д.) не встраивают в корпус
приспособления, а прикрепляют к нему снаружи и иногда уста-
навливают рядом на столе станка. Тогда один и тот же привод
можно использовать в различных приспособлениях. Снижается
себестоимость проектирования и изготовления приспособлений,
сокращается время подготовки производства.
В механизированных фрезерных приспособлениях приме-
няют различные силовые приводы: пневматические цилиндры и
диафрагменные камеры, гидравлические цилиндры, пневмогидрав-
лические, пружинно-гидравлические и другие приводы.
Широко распространенные пневматические приводы проще
в изготовлении и эксплуатации, чек гидравлические, но более
громоздки и не обеспечивают больших сил закрепления при тя-
желых фрезерных работах. Поэтому в последние годы уделяется
много внимания усовершенствованию приспособлений с гидрав-
лическими силовыми приводами. Раньше для питания гидравли-
ческих цилиндров приспособлений маслом использовали дорого-
стоящие индивидуальные насосные установки, что сдерживало
231

Рис. 104. Пневмогидравлические силовые приводы:
а — прямого действия, б — последовательного действия,
1—пневмоцилиндр, 2, 4—диафрагменные камеры, 3—гид-
роусилитель, 5, 8 — рабочие гидроцилиндры, 6, 7 — заго-
товки
распространение приспособлений с гидравлическим приводом.
Теперь в условиях серийного производства применяют групповые
насосные установки, позволяющие использовать одну установку
для нескольких — трех, пяти и более приспособлений. Экономич-
ность приспособлений с гидравлическим приводом значительно
повысилась.
Другой эффективный способ питания гидрофицированных при-
способлений, не требующий установки электрогидравлических
масляных насосов, — применение пневмогидравлических силовых
приводов. Такой привод представляет собой сочетание пневма-
тического силового привода и гидравлического усилителя давле-
ния. Различают пневмогидравлические силовые приводы прямого
и последовательного действий. В пневмогидравлическом приводе
(рис. 104, а) шток пневматического цилиндра является одновре-
менно плунжером гидроусилителя. При рабочем ходе поршня
шток-плунжер создает а гидросистеме давление, увеличенное по
отношению к давлению сжатого воздуха пропорционально отно-
шению квадратов диаметров поршня и шток-плунжера (с учетом
КПД):
?>?
Рг = Р\-р Л»
232

где р2 — давление масла в гидроусилителе, кгс/см2; рх — давле-
ние сжатого воздуха в цеховой магистрали, кгс/см2; D х — диа-
метр поршня пневмоцилиндра, см; d — диаметр шток-плунжера,
см; ц — КПД.
Если Dx = 150 мм = 15 см; d = 30 мм = 3 см; рх — 4 кгс/см2;
Л = 0,8,
то р2 == 4 -р- 0,8 кгс/см2,
т. е. давление рабочей среды увеличилось в 20 раз.
Масло из гидроусилителя поступает к рабочим гидравлическим
цилиндрам зажимных элементов приспособления. Диаметр поршня
цилиндра обычно значительно больше диаметра шток-плунжера,
что позволяет получить выигрыш в силе пропорционально пло-
щади поперечного сечения поршня цилиндра. Если диаметр
поршня цилиндра Da = 9* см, его площадь
то сила на штоке цилиндра будет Р2 = pS = 80-63 *« 5000 кге,
а с учетом потерь на трение в уплотнениях цилиндра (г) = 0,8)
р2 = 5000-0,8 = 4000 кгс.
Пневматический цилиндр без гидроусилителя позволил бы по-
лучить силу на штоке
n nDi 3,14-152 л о с„л
P1==-r-p1T) = -i-1 4-0,8^570 кгс.
Таким образом, гидроусилитель увеличивает силу зажима при-
мерно в 7 раз.
Применяя пневмогидравлический привод прямого действия,
выигрываем в силе, но во сколько же раз проигрываем в пути.
Поэтому, чтобы переместить шток рабочего гидроцйлиндра и свя-
занный с ним зажимной элемент приспособления на 10 мм, пор-
шень пневмоцилиндра в рассматриваемом примере должен со-
вершать ход порядка 70 мм. А если, например, требуется закре-
пить в приспособлении 4 заготовки одновременно и для каждой
поставить по два рабочих гидроцилиндра, то потребный ход поршня
пневмоцилиндра увеличится в 8 раз. Пневматические цилиндры
с большим ходом штока сложны в изготовлении и громоздки.
Поэтому выгодно применять пневмогидрав'лические силовые при-
воды последовательного действия. Для уменьшения длины хода
поршня пневматического цилиндра его используют только для
непосредственного закрепления заготовки, после того как
зажимные элементы уже подведены и уперлись в заготовку.
Подвод зажимов обеспечивается при низком давлении масла
с помощью второго пневматического цилиндра или диафрагмен-
ной камеры.
233

Рис. 105. Рычажный механогидравлический привод
Существует много вариантов конструкций таких приводов.
В приводе на рис. 104, б подвод зажимов к заготовке происходит
при подаче сжатого воздуха в полости диафрагменных камер 2
и 3. Диафрагмы, имеющие большую площадь, вытесняют масло
через каналы /Сх и /С2 в полость 4 гидроусилителя, и поршни ра-
бочих гидравлических цилиндров 5 и 6 быстро подводятся к за-
готовке. Давление масла в системе соответствует давлению сжа-
того воздуха.
Окончательное закрепление заготовки достигается подачей
сжатого воздуха в полость Пх пневматического цилиндра. Его
шток-плунжер в начале хода перекрывает каналы Кг и /B и со-
здает в гидроусилителе высокое давление масла так же, как в пнев-
могидравлическом приводе прямого действия. Но ход поршня
пневматического цилиндра до полного зажатия заготовки оказы-
вается небольшим, поэтому и габаритные размеры привода после-
довательного действия невелики. Его можно устанавливать не-
посредственно'на столе фрезерного станка и подключать к разным
приспособлениям.
Обратный ход элементов пневмогидравлических приводов обес-
печивается пружинами или сжатым воздухом.
Так как закрепление заготовки с пневмогидравлическим при-
водом последовательного действия происходит последовательно
в два этапа, то после предварительного зажима можно, если это
требуется, поправить положение заготовки в приспособлении,
а затем закрепить ее окончательно.
В этом случае, когда в цехе нет магистрали для подвода сжа-
того воздуха, можно использовать механогидравлический сило-
вой привод рычажного или винтового типа. Рычажный механо-
гидравлический привод представляет собой гидравлический насос
с двумя обратными клапанами (рис. 105). Поднимая рукоятку 4
234

Рис. 106. Механизированные прихваты
насоса, перемещают вверх
п-лунжер 3, который через
клапан 1 засасывает масло
из резервуара 9 в полость П1
насоса. Клапан 2 закрыт, и
масло из полости Я2 посту-
пает через клапан 8 в трубо-
провод и далее к рабочему
гидроцилиндру зажима заго-
товки.
При опускании рукоятки
плунжер вытесняет масло из
полости #! через открываю-
щийся клапан 2 в полости Пх
и П%. Клапан 1 при этом
закрывается под давлением
масла в полости [Jv При
дальнейшем качании рычага
продолжается периодическая
подача масла в гидросистему,
происходит подвод зажимов
к заготовке 10 и ее закреп-
ление. Давление масла конт-
ролируют манометром 5. Для
раскрепления заготовки открывают сливной клапан 7, поворачи-
вая ручку 6, и масло из гидросистемы вытесняется в резервуар 9
под действием пружин рабочих гидроцилиндров.
Привод такого типа вследствие компактности и простоты пере-
становки особенно удобен для станков с ЧПУ при обработке не-
больших заготовок.
Весьма перспективно, особенно для мелкосерийного произ-
водства и станков с ЧПУ, применение зажимных элементов в виде
прихватов с механизированным приводом, которые можно закреп-
лять в необходимом месте корпуса приспособления, стола станка
или координатной плиты (на фрезерных станках с ЧПУ). Для
уменьшения габаритных размеров такого зажимного элемента
перемещение прихватов фрезерных приспособлений чаще всего
производят с помощью гидроцилиндров (рис. 106). Быстрая пере-
наладка на другие размеры заготовок достигается применением
прихватов, регулируемых по высоте (рис. 106, а). Масло высокого
давления подается в гидроцилиндр от гидронасоса, пневмогидрав-
лического усилителя или механогидравлического привода. Хо-
лостой ход прихвата при раскреплении заготовки чаще и проще
всего обеспечивается пружиной, реже — подводом сжатого воз-
духа или масла в одну из полостей цилиндра.
Для повышения безопасности работы на станке особенно ра-
ционально использовать пружинно-гидравлический привод При.
хват зажимает заготовку при действии комплекта мощных тарель.
235

чатых пружин, а для раскрепления служит цилиндр (рис. 106, б).
Вследствие этого исключается опасность раскрепления заготовки
в случае снижения давления масла или сжатого воздуха.
Небольшие цилиндры можно применить для механизации су-
ществующих на заводе приспособлений с ручным зажимом. Такой
цилиндр устанавливают на приспособлении вместо зажимной гайки
(рис. 106, -в).
' Широкое применение для закрепления заготовок на фрезер-
ных станках находят станочные тиски. Наряду со стандартными
тисками, изготовляемыми централизованным порядком, имеется
множество других конструкций. Основные принципиальные схемы
тисков с механизированным приводом показаны на рис. 107, а.
В тисках с диафрагменным пневматическим приводом подвижная
губка 5 соединена боковыми тягами с перекладиной 1, в которую
упирается рычаг 2 с роликом на другом конце. На ролик действует
шток 3 диафрагменной камеры одностороннего действия при по-
даче сжатого воздуха в нижнюю полость камеры. Обратный ход
губки и возврат всех частей в исходное положение обеспечивает
пружина 4. Тиски просты по конструкции. Диафрагменная ка-
мера 'с толкающим штоком не требует уплотнения штока, что благо-
приятно сказывается на работе привода. Тиски имеют небольшую
высоту, не поворачиваются и потому обладают повышенной жест-
костью. Крепление тисков на столе станка возможно в двух поло-
жениях: вдоль и поперек стола с закреплением в четырех точках.
Для настройки на размер партии заготовок перемещают чвинтом
неподвижную губку.
В тисках^ показанных на рис. 107, б, использован диафрагмен-
ный привод тянущего типа. Недостаток конструктивной схемы —
необходимость уплотнения штока 3, так как рабочей является
верхняя полость диафрагменной камеры.
Рис. 107. Схемы механизированных тисков
236

Во многих конструкциях тисков применяют привод от пневма-
тического цилиндра (рис. 107, в). По сравнению с диафрагмен-
ным поршневой привод позволяет получать более высокие силы
зажима (при одинаковых диаметрах цилиндра и камеры), но не-
обходимо уплотнение штока и поршня. Из-за трения в уплотне-
ниях снижается КПД привода, уменьшается надежность работы
из-за утечек воздуха при износе уплотнений. Подвижную губку 5
регулируют на размер заготовки винтом. Другая губка постоянно
закреплена на корпусе тисков, в результате чего повышается жест-
кость конструкции.
Во всех тисках с пневмоприводом применяют рычажную пере-
дачу от привода к подвижной губке, чтобы увеличить силу за-
жима заготовок. Если эта сила все же недостаточна, устанавли-
вают вместо пневматического гидроцилиндр. Масло под давлением
подается в гидроцилиндр от насоса высокого давления или пнев-
могидравлического усилителя.
Безопасны в работе тиски с пружинно-гидравлическим силовым
приводом (рис. 107, г). Комплект тарельчатых пружин / переме-
щает подвижную губку 2 и закрепляет заготовку с силой ~-4000 кго
(сила зависит от размеров пружины). Для раскрепления заготовки
пружины сжимают с помощью гидроцилиндра 3.
Для закрепления в тисках заготовок различной конфигурации
и в разных положениях применяют сменные губки. Комплекты
сменных губок позволяют использовать станочные тиски как уни-
версально-наладочное приспособление.
Один из путей сокращения вспомогательного времени — сов-
мещение вспомогательного времени с машинным, которое дости-
гается при применении следующих мероприятий.
1. Применение поворотных столов, устанавливаемых на стол
фрезерного станка (рис. 108, а). Первую заготовку закрепляют на
поворотном столе в позиции А. При ходе стола станка вправо
фрезеруют эту заготовку при автоматической подаче и одновре-
менно закрепляют вторую заготовку в позиции Б. После возврата
стола в исходное положение поворачивают накладной стол и на-
чинают обработку второй заготовки. Первую заготовку снимают
и заменяют следующей.
Время на установку и снятие заготовок полностью перекры-
вается машинным. Вспомогательное время затрачивается только
на подвод, отвод и поворот стола. Если заготовки мелкие, можно
применять вместо двухпозиционного стола четырехпозиционный
(рис. 108, б). В этом случае стол поворачивают не на 180°, а только
на 90°, и вспомогательное время значительно сокращается.
Недостаток способа — необходимость установки громоздкого
поворотного стола и снижение жесткости технологической системы,
вследствие чего возможно появление вибраций при фрезеровании.
2. Использование маятникового фрезерования (рис. 108, в).
Заготовки устанавливают по концам стола станка. Пока одну за-
готовку фрезеруют, другую устанавливают или заменяют следую-
237

Рис. 108. Способы совмещения вспомогательного времени с машинным
щей. Стол станка попеременно движется вправо-влево с автомати-
ческой подачей при настройке станка на маятниковый цикл (все
современные фрезерные станки такую настройку допускают).
По сравнению с первым способом достигается еще более вы-
сокая производительность, так как заготовки закрепляют в при-
способлении непосредственно на столе станка (повышается жест-
кость системы, можно работать на максимальных режимах реза-
ния) и исключаются потери времени на поворот накладного стола.
При применении обоих способов и особенно маятникового фрезе-
рования торцовыми твердосплавными фрезами, работающими при
высоких скоростях, необходимо закрывать рабочую зону эластич-
ной сеткой-кольчугой, прикрепляемой на рамке к фрезерной бабке.
3. Наиболее эффективен метод непрерывного фрезерования
(рис. 108, г). Заготовки устанавливают на стол карусельно-фре-
зерного станка (или круглый накладной стол на вертикально фре-
зерном станке). Стол непрерывно поворачивается со скоростью
рабочей подачи.
Вследствие высокой производительности • карусельно-фрезер-
ных станков можно на одном станке обрабатывать одновременно
группу различных заготовок или фрезеровать однотипные заго-
товки с нескольких сторон, последовательно переставляя их из
одного приспособления в другое.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абакумов М. М. Стандартизация вспомогательного инструмента. М., Изд-во
стандартов, 1969. 180 с.
2. Клушин М. H.f Симкин Д. И., Тихонов В. М. Унификация СОЖ для обра-
ботки металлов резанием. — «Станки и инструмент», 1974, №- 2, с. 34—37.
3. Кувшинский В. В. Фрезерование. Изд. 3-е. М., «Машиностроение», 1964,
64 с.
4. Кузнецов В. С, Пономарев В. А. Универсально-сборные приспособления.
Альбом монтажных чертежей. М. «Машиностроение», 1974. 155 с.
5. Лосев С. А. Многоинструментальная обработка фрезерованием. Л., Ма-
шиностроение», 1965. 124 с.
6. Мартынов А. Д., Синелыцикова Т. К. Влияние точности конических хво-
стовиков на надежность концевого инструмента. — «Станки и инструмент»,
1974, № 3, с. 18—19.
7. Новое в механической обработке металлов. Под ред. К. Л. Евдокимова
и П. Н. Матвеева. Л., Лениздат, 1973. 167 с.
8. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического
нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. Токарные, ка-
русельные, токарно-револьверные, алмазно-расточные, сверлильные, стро-
гальные, долбежные и фрезерные станки. Изд. 2-е. М., Машиностроение»,
1974. 416 с.
9. Пер А. Г. Алмазное фрезерование. — «Станки и инструмент», 1968, № 7,
с. 19^-20.
10. Подпоркин В. Г., Бердников Л. Н. Фрезерование труднообрабатываемых
материалов. М., «Машиностроение», 1972. 112 с.
П. Подураев В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М., Высшая
школа», 1974. 590 с.
12. Ратмиров В. А., Чурин И. Н., Шмутер С. Л. Повышение точности и про-
изводительности станков с программным управлением. М., «Машинострое-
ние», 1970. 344 с.
13. Режимы резания труднообрабатываемых материалов. Справочник. М., «Ма-
шиностроение», 1976. 176 с. Авт.: Я- Л. Гуревич, М. В. Горохов, В. И. За-
харов и др.
14. Резание труднообрабатываемых материалов. Под ред. П. Г. Петрухи. М.,
«Машиностроение», 1972. 176 с.
15. Справочник технолога-машиностроителя. Т. 2. Под ред. А. Н. Малова.
Изд. 3-е, перераб. М., «Машиностроение», 1972. 568 с.
16. Шихельман X. Л. Фрезерование на прецизионных станках. М., Машино-
строение», 1971. 129 с.
17. Штучный В. П. Обработка пластмасс резанием. Справочное пособие. М.,
«Машиностроение», 1974. 144 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава I. Качество фрезерной обработки 5
Требования к точности фрезерной обработки 5
Погрешности фрезерной обработки 8
Неточности металлорежущего станка . 9
Погрешности установки заготовки 18
Неточности изготовления, установки, настройки и износа режу-
щего инструмента 34
Упругие деформации технологической системы 43
Тепловые деформации элементов технологической системы... 56
Остаточные напряжения в заготовке 57
Определение суммарной погрешности механической обработки .... 60
Шероховатость обработанной поверхности 62
Способы оценки шероховатости обработанной поверхности ... 73
Шероховатость поверхности при фрезеровании . 78
Глава II. Процесс фрезерования и выбор режимов резания 88
Геометрическая форма и углы заточки зубьев фрез 88
Элементы режима резания 91
Физические явления в процессе фрезерования . . ._ 94
Силы резания и мощность при фрезеровании 99
Инструментальные материалы .................... ПО
Износ и стойкость фрез . 115
Смазочно-охлаждающие жидкости 120
Рациональная геометрия фрез , 123
Выбор режима резания 127
Глава III. Фрезерный инструмент . 140
Конструкции фрез ..*... 140
Способы крепления зубьев в корпусах фрез 142
Торцовые фрезы 151
Цилиндрические фрезы 164
Концевые фрезы 167
Дисковые фрезы 174
Вспомогательный инструмент » 182
Глава IV. Фрезерные станки 189
Обозначения станков 189
Коробки передач фрезерного станка 190
Устройства управления станком 202
Системы программного управления 205
Фрезерные станки с цикловым программным управлением (ЦПУ) . . . 206
Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) 215
Способы перемещения исполнительных органов в станках с ЧПУ 218
Шагово-импульсная система ЧПУ . 220
Экономическая эффективность станков с ЧПУ 226
Глава V. Сокращение оперативного времени при фрезеровании .... 228
Список литературы 239
240