Устройство и технические характеристики горизонтально-фрезерного станка

Горизонтально-фрезерные станки были одними из первых типов оборудования для выполнения операций по обработке металлических изделий. С их помощью выполняется шлифование, расточку, фрезеровки, а в некоторых моделях – сверление. При этом компоновка моделей зачастую одинакова.

На основании установлена станина, выполняющая функцию опорной стойки. На ее передней части располагается рабочий стол с коробкой передач и движущимися каретками. Они необходимы для смещения поверхности по осям X и Y. В задней части конструкции установлен электродвигатель, соединенный со шпиндельной бабкой через коробку скоростей. Несмотря на столь общее описание, следует учитывать возможные изменения или дополнения, свойственные для конкретной модели.

В зависимости от специфики назначения горизонтально-фрезерные станки могут иметь следующие дополнительные узлы и агрегаты:

• консольная конструкция. С ее помощью можно изменять положение заготовки относительно фрезы. Некоторые типы оборудования имеют возможность поворота рабочего стола под определенным углом;
• установка магнитного стола. Для обработки деталей сложной формы рекомендуется применять электромагнитные столы, исключающие надобность механического крепления. Таким образом можно повысить качество фрезерной обработки;
• станки с ЧПУ. Это современные аналоги классического оборудования. С помощью блока CNC можно задать алгоритм работы станка в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Актуальны для приборостроения или при обработке больших заготовок из твердых сортов стали.

В отдельную категорию можно отнести универсальные горизонтально-фрезерные станки. Их назначение – выполнение всего спектра операций по обработке. Для этого в конструкции устанавливают дополнительную шпиндельную головку на гибком приводе. Это дает возможность осуществлять фрезерование сложных элементов.

Одним из главных параметров станка являются характеристики подач рабочего стола. Они определяют скорость обработки металлической заготовки, а также максимально допустимые размеры детали.

Основные виды фрезерных станков

Различные виды оборудования для фрезеровки характеризуются следующими особенностями конструкции:

Горизонтально-фрезерные

Оснащены горизонтальным шпинделем и рабочим столом в виде консоли. Стол совершает продольные, поперечные и вертикальные перемещения относительно шпиндельного вала и обрабатывающего инструмента (фрезы), закрепленного в нем.

Вертикально-фрезерные (консольные)

Принципиально отличаются от горизонтальных положением оси инструмента: здесь она расположена вертикально. Наличие в конструкции агрегата рабочей консоли ограничивает возможность применения горизонтально-фрезерного и вертикально-фрезерного оборудования: их назначение — изготовление деталей небольшого веса, размер заготовки также сравнительно невелик.

Универсальные и широкоуниверсальные станки

Снабжены: в первом случае поворотным столом, во втором — поворотной шпиндельной головкой. Такой тип оборудования значительно расширяет перечень проводимых фрезерных операций.

Бесконсольные фрезерные

Имеют шпиндель, совершающий вертикальные перемещения, а передвижения фрезерного стола напоминают крест (перемещаются продольно-поперечно). Такая траектория движения рабочего стола определила второе основное название оборудования этого типа — фрезерные станки с крестовым столом. Особенность таких агрегатов — это не консольное, а жесткое основание для установки заготовки; распространенное назначение — фрезерование крупногабаритных деталей значительной массы.

Продольно-фрезерные

Снабжены столом, совершающим продольные перемещения относительно оси станка. Шпиндельная бабка, в свою очередь, двигается в поперечном и вертикальном направлении, поворачивается на заданный угол (опция). Для обработки крупногабаритных заготовок из металла используют продольно-фрезерные станки портального типа с установленной на две опоры траверсой, вдоль которой перемещается шпиндельная головка. Для станков с меньшими габаритами характерно консольное устройство шпиндельной бабки.

Копировально-фрезерные (объемно-фрезерные)

Производят фрезеровку заготовки, считывая заданную конфигурацию с образца с помощью специального копировального инструмента.

Шпоночные фрезерные

Характеризуются планетарным движением шпинделя, стол агрегата совершает возвратно-поступательные перемещения.

Карусельные фрезерные (непрерывного действия)

Имеют один или несколько вертикальных шпинделей, последовательно обрабатывающих подающиеся к ним заготовки. В конструкции применен принцип многопозиционной обработки.

Особую нишу в промышленном производстве занимают фрезерные станки с ЧПУ и обрабатывающие центры.

Фрезерные станки, оснащенные ЧПУ

При выборе и покупке фрезерного станка с ЧПУ необходимо знать определяющие технические параметры оборудования. Агрегаты, оснащенные системой числового программного управления, имеют следующие особенности компоновки:

• Положение шпинделя. Вращение многолезвийного обрабатывающего инструмента (фрезы) производится при горизонтальном или вертикальном положении оси, либо шпиндель поворачивается и устанавливается наклонно под заданным углом к заготовке.
• Количество шпиндельных головок. Конструктивно фрезерное оборудование может включать один, два и более шпиндельных валов, расположенных в различных плоскостях. Нередко станки с ЧПУ (например, продольно-фрезерные, универсальные или горизонтально-фрезерные) и обрабатывающие центры оснащаются дополнительной съемной шпиндельной головкой, расширяющей диапазон производимых работ и повышающих сложность получаемых поверхностей изделий из металла и других материалов.
• Конструкция рабочего стола. В зависимости от компоновки, стол перемещается в продольном (продольно-фрезерные), продольно-поперечном (горизонтально-фрезерные и вертикальные фрезерные агрегаты), поднимается или опускается (консольные фрезерные), поворачивается вокруг своей оси (карусельные, барабанного типа). Опционно устройством для поворота заготовки могут оснащаться агрегаты со столом, совершающим продольно-поперечные перемещения (например, горизонтально-фрезерные, в том числе консольные, или универсальные). При этом поворотное устройство монтируется на рабочий стол станка или встраивается в его плоскость, позволяя обрабатывать как поверхности вращения, так и длинномерные заготовки без дополнительных затрат времени на установку/снятие оснастки.
• Количество осей или степеней свободы. Варьируется от 2-х до 5-и. Такая особенность практически всех видов фрезерных станков по металлу определяет сложность конфигурации обрабатываемой поверхности, количество переустановок детали при проведении полного цикла фрезерных работ.
• Точность обработки характеризуется не только жесткостью узлов агрегата и конструкции в целом, но и возможностью точного позиционирования детали, применением различных измерительных приборов для контроля конфигурации режущих кромок, перемещения инструмента, а также определения положения и размеров детали.
• Наличие магазина инструмента и количество возможных позиций в нем. Число устанавливаемых и используемых при обработке резанием фрез доходит до нескольких десятков. Вариативность производимых операций повышает применение в конструкции таких видов фрезерных станков приводных державок для инструмента.
• Мощность оборудования определяет тип обрабатываемого материала, его прочностные характеристики. На мощных агрегатах всех основных типов фрезерных станков при использовании твердосплавного режущего инструмента возможна обработка резанием закаленных металлов (до HRC 60…75), высокопрочных и жаропрочных сталей, титановых сплавов, твердых композитных материалов, а также применение форсированных режимов — высокой скорости резания при значительной глубине обработки.
• Частота вращения шпинделя. Определяет диапазон материалов, поддающихся обработке, а также качество (чистоту) получаемой поверхности. Выбор станка для фрезерования зависит от того, какой материал планируется на нем обрабатывать. Например, универсальные станки с высокоскоростными режимами резания реализуют точную обработку вязких материалов, например, дюралюминия, латуни, цинкосодержащих сплавов и т.д.
• Размеры необходимой рабочей зоны основных типов фрезерных станков определяют габариты обрабатываемых заготовок.

Если перед вашим промышленным предприятием встал вопрос, какие типы фрезерных станков приобрести для производства той или иной продукции, свяжитесь с инженерно-техническими специалистами компании «СМК» по телефонам 8 (4822) 620-620

Принцип работы горизонтально-фрезерных станков

Как в любом фрезерном станке, принцип работы фрезеров, в которых работающий шпиндель установлен горизонтально, основан на передвижении движущегося стола с заготовкой под вращающейся неподвижной фрезой. Такие станки могут быть как консольными, так и бесконсольными. На горизонтально фрезерных станках производится обработка заготовок и деталей сравнительно небольшого размера и веса. Стол имеет два направления движения в одной плоскости. Возможно использование любых видов фрез: концевых, пальцевых, фасонных и так далее. С помощью этих станков можно обрабатывать не только горизонтальные, но и вертикально расположенные поверхности, а также пазы, углы и так далее. При помощи делительных устройств возможна очень высокая точность обработки заготовок, которые необходимо периодически делить.

Все узлы горизонтально-фрезерного станка собраны на станине, в внутри нее расположены механизмы управления скоростями и прочая механика. Часть моделей этих станков является широкоуниверсальными, благодаря большой площади стола и поворотным головкам фрезы. Управление станком осуществляется с приборной панели, которые могут быть дублированы для удобства управления.

Сверлильные агрегаты

Металлообрабатывающие станки, которые относятся к группе сверлильно-фрезерных, служат для обрабатывания горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей. Пазы в крупногабаритных деталях возможно сделать также с их помощью.

Этот тип станков по металлу располагает сверлильно-фрезерной головкой, которая разрешает производить работы по сверлению под наклоном и обрабатывать поверхность, расположенную под углом к горизонтальной оси. То что в реверсном режиме может действовать рабочая головка, является его отличием, универсальностью, определенной вероятностью проводить две и более востребованных операций, эти станки очень выгодны, с точки зрения экономии средств и экономии на производственной площади места. Такой аппарат иметь у себя дома не откажется ни один домашний умелец, потому как он объединил в себе несколько результативных и полезных устройств.

Применение

На горизонтально-фрезерном оборудовании по металлу делаются в заготовках шпоночные канавки. Они могут делаться несколькими способами в зависимости от используемого инструмента на разном оборудовании – вертикально-фрезерных станках или оборудовании общего назначения, используемого для проведения разноплановых работ по металлу.

Шлицы на валах диаметром до 100 мм делаются за один цикл фрезерования. На более широких валах эта операция может проводиться в два захода. Для чернового фрезерования необходимы делительные механизмы. Они есть на горизонтально-фрезерных, что делает это оборудование более удобным для обработки валов с большим диаметром.

Выбор фрезы для выполнения работ

Продольное фрезерование могут вести многошпиндельные горизонтально-фрезерные станки по металлу с использованием различных фрез, установленных в револьверную головку. При обработке металлических деталей несколькими различными фреза установка инструмента также может осуществляться в отправку, и далее в шпиндель.

Фрезерование дисковыми фрезами

Трёхсторонние дисковые фрезы используются для протачивания шпоночных сквозных пазов. Для достижения большей точности лучше сделать эту работу за один подход. При необходимости создания широкого паза в один приём провести эту операцию сложно. Второй, чистовой проход будет сделан фрезой с большим диаметром. Надёжным будет крепление фрезы при установке её в шпиндель с двумя опорами.

Существуют станки, предназначенные для работы только одним или несколькими видами фрез. Горизонтально-фрезерные, созданные для проведения работ дисковыми и цилиндрическими фрезами имеют дополнительную возможность использования торцевых фрез, что несколько увеличивает сферу, в которой применяется это оборудование.

§ 23. Устройство настольного горизонтально-фрезерного станка

Фрезерование — это операция механической обработки металлов резанием, при которой многолезвийный инструмент — фреза (рис. 73) совершает вращательное (главное) движение, а обрабатываемая заготовка — поступательное (движение подачи).

Рис. 73. Виды фрез: а, б — концевые; в — фасонная

Фрезерование применяют для получения плоскостей, пазов, канавок, изготовления зубчатых колес и др. Заготовку устанавливают в тисках или непосредственно на столе станка (рис. 74).

Рис. 74. Фрезерование плоскостей: а — цилиндрической фрезой в тисках; 6 — торцевой фрезой на столе станка: 1 — фреза; 2 — заготовка; 3 — стол; 4 — тиски; 5 — прижим

В школьных мастерских применяют настольный горизонгально-фре-зерный станок модели НГФ-110Ш (рис. 75). На нем можно фрезеровать горизонтальные и вертикальные плоскости, пазы и т. д. концевыми, цилиндрическими, торцевыми, дисковыми, угловыми и фасонными фрезами. Наибольший диаметр фрезы не должен превышать 110 мм.

Рис. 75. Устройство горизонтально-фрезерного станка НГФ-110Ш: 1 — основание; 2 — маховик продольной подачи; 3 — корпус станка; 4, 5 — рукоятки переключения частоты вращения шпинделя; 6 — коробка скоростей; 7 — хобот; 8 — светильник; 9 — серьга; 10 — оправка с фрезой; 11 — тиски; 12 — стол; 13 — маховик поперечной подачи; 14 — консоль; 15 — маховик вертикальной подачи; 16 — шпиндель

Станок состоит из основания 1, корпуса 3, коробки скоростей 6. Коробка скоростей обеспечивает получение шести частот вращения шпинделя — от 125 до 1250 об/мин с помощью рукояток 4 и 5. Фреза закрепляется на оправке 10 зажимными втулками.

В верхней части корпуса 3 имеются направляющие типа «ласточкин хвост», в которых установлен хобот 7. Хобот можно перемещать вручную по направляющим. К переднему концу хобота крепится серьга 9, которая служит опорой для оправки 10 с фрезой. Другой конец оправки закрепляется в шпинделе станка.

Заготовку устанавливают непосредственно на столе станка 12 или в тисках 11. Стол может перемещаться в продольном направлении маховиком 2, в поперечном направлении — маховиком 13, в вертикальном направлении по направляющим станины вместе с консолью 14 — маховиком 15.

На рисунке 76 показана упрощенная кинематическая схема станка. От электродвигателя через клиноременную передачу главное движение передается через две зубчатые передачи 2—5 и 8—10 на шпиндель. Коробка скоростей позволяет изменять частоту вращения шпинделя за счет соединения разных шестерен (например, в первой зубчатой передаче могут быть соединены шестерни 1 — 4, или 2—5, или 3—6, а во второй — 7—9 или 8—10).

Рис. 76. Упрощенная кинематическая схема фрезерного станка НГФ-110Ш: М — электродвигатель; 1—10 — зубчатые колеса и шестерни

Правила безопасной работы

1. Не включать станок без разрешения учителя.
2. Работать на станке только в спецодежде и защитных очках.
3. Нельзя трогать вращающийся шпиндель.
4. Рукоятки управления, маховики подач вращать плавно, без рывков.
5. Стол станка не следует перемещать до упора.
6. Не отходить от включенного станка.
7. Надежно и прочно закреплять заготовку.

Практическая работа № 24

Ознакомление с режущим инструментом для фрезерования и с устройством станка НГФ-110Ш

1. Рассмотрите несколько различных фрез.
2. Определите их виды и назначение.
3. Осмотрите настольный горизонтально-фрезерный станок НГФ-110Ш и назовите его основные части.
4. Рассмотрите упрощенную кинематическую схему станка НГФ-110Ш и разберитесь, каким образом передается главное движение шпинделю.

Практическая работа № 25

Наладка и настройка станка НГФ-110Ш

1. Пользуясь схемой, расположенной на коробке скоростей станка, установите рукоятками 4 и 5 (см. рис. 75) минимальную частоту вращения шпинделя, включите и выключите станок. Проверьте работу станка, настроив его на максимальную частоту вращения шпинделя.
2. Переместите консоль вверх-вниз и стол по направляющим в продольном и поперечном направлениях.
3. Отсоедините серьгу 9 от хобота 7 и положите на стол станка. Установите на оправке 10 цилиндрическую фрезу и зажимные втулки. Установите и закрепите серьгу 9.
4. Закрепите тиски / / в середине стола 12станка и установите в них размеченную заготовку зажима воротка (см. рис. 59, а) или другой детали. Разметочная риска должна находиться на 2. 3 мм выше поверхности губок тисков.
5. Установите нужное число оборотов и включите вращение шпинделя. Переместите консоль 14 станка вверх до легкого касания заготовки фрезой. Отведите заготовку от фрезы маховиком продольной подачи 2. Выполните пробное фрезерование с минимальной подачей и глубиной резания, вращая маховик продольной подачи. Выключите станок.
6. Замерьте толщину f слоя металла, которую требуется снять фрезерованием. Подсчитайте необходимое число делений а лимба вертикальной подачи по формуле: а = t : 0,25 и поднимите маховиком вертикальной подачи 15 консоль со столом на нужную высоту.
7. Включите станок и выполните фрезерование.
8. Выключите станок и измерьте полученный размер штангенциркулем.

Новые слова и понятия

Фрезерование, фрезы: концевая, цилиндрическая, торцевая, дисковая, угловая, фасонная.

Виды фрезерных работ

Фрезерные станки применяются при операциях обработки различных поверхностей многолезвийным инструментом (фрезой). На фрезерных станках обрабатывается главным образом плоские поверхности и сочетания плоских поверхностей. Могут обрабатываться и поверхности сложной геометрической формы.

Наибольшую производительность при фрезеровании плоскостей удается получить, обрабатывая их на вертикально-фрезерных станках торцевыми фрезами (ось вращения фрезы перпендикулярна к обрабатываемой плоскости), так как при этой схеме обработки наблюдаются наибольшая жесткость системы станок-приспособление-инструмент-деталь, что позволяет работать с большими режимами резания. Торцевые фрезы очень часто оснащают ножками (так называются вставные зубья фрезы), твердосплавными пластинами, что позволяет работать с высокой скоростью резания.

Фрезы изготавливаются со вставными твердосплавными ножками, что позволят работать на высоких скоростях. Эти фрезы применяют при обработке пазов, уступов, наклонных плоскостей как на вертикально-так и на горизонтально-фрезерных станках (широко применяется станках с ЧПУ).
Несколько реже применяются фрезы угловые, фрезы для обработки Т-образных пазов, фасонные фрезы, для обработки резьбы, зубчатых венцов и шлиц. Все существующие виды работ на фрезерных станках по металлу систематизируются по своему назначению.

Фрезерование горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей

Производится на станках с горизонтальным и вертикальным расположением вала шпинделя, а также на широкоуниверсальных станках с поворотной шпиндельной головкой. В этом случае применяют фрезы с расположением зубьев на цилиндрической поверхности (цилиндрическое фрезерование), а также торцевые фрезы с режущими кромками на торцевой и цилиндрической поверхностях.
При обработке наклонных плоскостей как основном виде фрезерных работ применяют фрезы с заточкой режущих кромок под определенным углом, либо используют стандартный инструмент и выполняют работы на станках с поворотной шпиндельной бабкой.

Фрезерование уступов, пазов всех видов — прямоугольных, т-образных, «ласточкиного хвоста», шпоночных канавок

Фрезерование уступов, пазов всех видов. Эти виды работ на фрезерных станках, выполняемые с помощью различных фрез (пазовых, концевых, т-образных, радиусных и т.п.), считаются одними из самых распространенных. Лезвия ножей инструмента расположены таким образом, что при фрезеровании на горизонтальных, вертикальных, универсальных станках обеспечивают получение требуемой конфигурации детали.

Фрезерование фасонных, комбинированных поверхностей

Фасонные поверхности, выполняемые при работе на фрезерном станке по металлу:

• с помощью фасонных и комбинированных фрез;
• при использовании приспособлений и поворотных столов;
• путем заданного взаимного перемещения обрабатываемой детали и шпинделя станка (продольно-фрезерные с ЧПУ);
• с помощью фрезерной обработки по копиру (копировально-фрезерные станки).

Обработка криволинейных поверхностей или сложных профилей

При обработке на универсальных станках реализация данного вида фрезерных работ по металлу затруднительна. Станкам с ЧПУ с необходимым количеством степеней свободы (от 3-х) дополнительной оснастки не требуется, обработка согласно заданной программе

По направлению фрезерования

Фрезерные операции могут производиться двумя способами:

• Попутное фрезерование. Вектор подачи детали совпадает с направлением вращения фрезерного инструмента.
• Встречное фрезерование. Направление вращения фрезы и подачи обрабатываемой детали противоположны.

Точность результата всех видов фрезерных работ зависит не только от режимов обработки, но и от параметров и технических характеристик самого фрезерного станка (станки нормальной точности и прецизионные фрезерные станки), от применяемого инструмента и от правильности базирования и перемещения детали.

Устройство и принцип работы

Большинство устройств работает аналогичным образом. Единственная разница состоит в направлении и спектре возможностей каждого типа. В общем случае фрезерные станки состоят из следующих основных элементов:

1. Станина. Несущая основа устройства, на которой крепятся и перемещаются другие узлы. Обычно элемент создается методом литья из серого чугуна.
2. Рабочий стол. Основная функция — удобство при обработке изделий. Однако, немаловажен тот факт, что стол участвует в формировании жесткости всей конструкции.
3. Фреза. Рабочий инструмент, которым снимают слои металла с деталей. Его характеристики зависят от поставленной задачи.
4. Цанга и патрон. Необходимы для установки фрезы.
5. Портал и шпиндель. Шпиндель имеет важнейшее значение в конструкции станка. Он находится на портале, который может перемещаться на станках с ЧПУ с помощью контроллеров. Шпиндель вращает зафиксированную фрезу.
6. Электродвигатель. Электрический привод обеспечивает вращение рабочего элемента.

Оборудование с ЧПУ начинает работу со считывания предварительно подготовленных чертежей компьютеризированной программой. Она же создает и передает электронные команды рабочей части станка.

Широкоуниверсальные фрезерные станки совмещают вертикальный и горизонтальный виды аппаратов для работы по металлу. Цанговый патрон и зажимы присутствуют в сборке, но движения передаются коробкой передач от одного электродвигателя. Важное отличие — ручной режим, который дает возможность управлять ходовым блоком.

Пятикоординатный фрезерный станок оборудован дополнительными зажимами, что позволяет добавить в его конструкцию оборудование для гравировки. Рабочий инструмент в данном случае вращается с помощью карданного вала, подключенного к электродвигателю.

К упрощенным вариантам относятся ручные станки, состоящие из нескольких составляющих — цанги с патроном, ротора, головки привода и электродвигателя. Ресурс ручного станка ограничен 10 000 часов. Оборудование действительно не отличается высокой мощностью и многофункциональностью, но отлично подходит для выполнения несложных операций на нерегулярной основе.

4 Другие типы фрезерного оборудования

Барабанно- либо карусельно-фрезерный станок относят к категории «непрерывно работающих» агрегатов. Под непрерывностью понимают то, что оборудование не требуется останавливать во время монтажа и фиксации деталей под обработку, а также при их съеме после завершения фрезерования.

Барабанную установку легко отличить от любой другой, так как в ней имеется специальный барабан с восемью или четырьмя гранями. Его устанавливают с осью вращения, расположенной горизонтально, на валу, который вместе с барабаном совершает равномерное вращение, передаваемое приводом станка. Фиксация изделий для фрезерования производится в крепящих приспособлениях. Присутствует в конструкции такого ФС и коробка подач, регулирующая скорость, с которой барабан крутится.

Барабанно-карусельное оборудование располагает головками для фрезерования (они смонтированы на стойках). Их можно фиксировать во всех требуемых положениях, что дает возможность обрабатывать заготовку сразу с двух плоскостей. Такие станки нашли применение при массовом и крупносерийном выпуске металлических деталей.

Карусельные ФС представляют собой надежную станину, на которой установлены стойки (вертикальные), соединенные друг с другом горизонтальной плитой. Ее помещают вверху конструкции, создавая тем самым рамную замкнутую систему. Шпиндельные головки смонтированы на траверсе. Она стоит на стойках. Достоинство карусельно-фрезерного оборудования заключается в повышении производительности операции фрезерования за счет совмещения вспомогательного времени с временем обработки заготовки.

Турбинные лопатки, сложные по исполнению пресс-формы, и аналогичные им заготовки фрезеруют концевым инструментом на специальных копировально-фрезерных агрегатах. Они часто оснащаются ЧПУ, могут изготавливаться с консолью и без. Для работы в домашних условиях и на малых предприятиях можно приобрести ручной копировальный станок. Он нередко снабжается системой ЧПУ, упрощающей процедуру фрезерования. На таких станках выполняют объемную либо контурную фрезерную обработку.

Ручной ФС приобретают домашние мастера и небольшие производственные фирмы, занимающиеся изготовлением каркасов для лоджий и балконов, металлических входных дверей и прочей «мелочи». Стоимость такого оборудования вполне приемлема. Нетрудно купить дешевый ручной станок китайского производства, чтобы выполнять стандартные фрезерные операции в своем гараже. Отметим один важный факт. Современный ручной ФС, как правило, оснащается комплексом ЧПУ. По этой причине эффективность его использования даже малоподготовленными специалистами очень высока.