Дисковые фрезы по металлу: трехсторонние, пазовые и отрезные по ГОСТ 28527-90, расчет режимов и наладка

Дисковые фрезы применяют для скоростной прорезки глубоких пазов, уступов, отрезки заготовок и нарезания прямозубых шлицев на горизонтально-фрезерных станках. В отличие от концевого инструмента, жесткая посадка на длинную оправку с опорной серьгой исключает отжим фрезы под силовой нагрузкой. В этом руководстве мы разберем классификацию инструмента по ГОСТ 28527-90, механику разнонаправленных зубьев, расчет режимов резания и технологию безаварийной наладки станка 6Р82.

Классификация дисковых фрез по ГОСТ 28527 и ГОСТ 2679

В цеховой практике дисковый фрезерный инструмент разделяют по расположению режущих кромок, профилю зубьев и технологическому назначению. Правильный выбор геометрии определяет производительность обработки, стойкость кромок и точность получаемого паза. Ниже подробно охарактеризованы основные разновидности фрез, применяемых на современных механообрабатывающих производствах.

• Пазовые двусторонние фрезы (ГОСТ 3964-69): инструмент оснащен главными режущими кромками на цилиндре и вспомогательными кромками на торцах. Их используют для открытых пазов глубиной до 12 мм.
• Трехсторонние фрезы прямозубые (ГОСТ 28527-90, исполнение 1): зубья ориентированы параллельно оси вращения оправки. Кромки выполнены на цилиндре и обоих торцах. Конструкция проста в изготовлении, но склонна к вибрациям при глубоком резании.
• Трехсторонние фрезы с разнонаправленным зубом (ГОСТ 28527-90, исполнение 2): зубья имеют чередующийся наклон вправо и влево под углом 15–20°. Каждый зуб режет металл по цилиндру и одной боковой стенке, исключая заклинивание стружки.
• Отрезные и прорезные дисковые фрезы (ГОСТ 2679-93): тонкие цельные диски толщиной от 0.5 до 6.0 мм с мелким, средним или крупным зубом. Инструмент предназначен для раскроя проката и прорезки узких шлицев.

Для прецизионных сопряжений ширину трехсторонних фрез по ГОСТ 28527-90 выполняют по полям допусков k11 или d11. Посадочные отверстия изготавливают по квалитету H8 со шпоночным пазом по ГОСТ 9472-90.

Консольно-фрезерные станки

Весь раздел →

Широкоуниверсальный фрезерный станок Универсальный консольно-фрезерный станок X5032

Цена по запросу В наличии

Узнать цену Подробнее

Станок широкоуниверсальный консольно-фрезерный 6К81Ш, 6К82Ш

Цена по запросу В наличии

Узнать цену Подробнее

Широкоуниверсальный фрезерный станок Консольно-фрезерный станок X6132

Цена по запросу В наличии

Узнать цену Подробнее

Кинематика резания: разнонаправленный зуб и баланс осевых сил

При фрезеровании глубокого паза прямозубым инструментом стружка отделяется одновременно по трем кромкам: цилиндрической и двум боковым. В результате формируется П-образный элемент стружки, который распирает стенки паза и намертво заклинивает фрезу. Это приводит к резкому нагреву кромок свыше 750 °C, поломке зубьев и порче заготовки. Для устранения данного эффекта применяют шахматное расположение зубьев.

Механика разделения стружки шахматным зубом:

У трехсторонней фрезы Исполнения 2 соседние зубья наклонены в противоположные стороны под углом ω = 15° ... 20°. Четный зуб имеет боковую кромку справа, а нечетный — слева. Цилиндрическая кромка снимает основной припуск, а боковая кромка зачищает только одну стенку паза.

Благодаря этому стружка образуется в виде плоской тонкой ленты. Она легко сворачивается в стружечной канавке и вымывается потоком охлаждающей жидкости без трения о противоположную стенку канавки.

Наклон главной режущей кромки на угол ω неизбежно порождает осевое усилие резания Fx = Fz * tg(ω), направленное вдоль оси оправки. Но при чередовании направления наклона зубьев осевые векторы действуют в противоположные стороны:

Консольно-фрезерные станки

Весь раздел →

Широкоуниверсальный фрезерный станок Универсальный консольно-фрезерный станок XW6032 B

Цена по запросу В наличии

Узнать цену Подробнее

Станки вертикальные консольно-фрезерные 6К11 и 6К12

Цена по запросу В наличии

Узнать цену Подробнее

Станок фрезерный консольно- вертикальный с ЧПУ 6Т13Ф3

Цена по запросу В наличии

Узнать цену Подробнее

• Правый зуб создает осевую силу +Fx в направлении шпинделя станка;
• Левый зуб создает противоположно направленную осевую силу -Fx в сторону серьги;
• Суммарная осевая нагрузка за полный оборот инструмента уравновешивается до нуля: ∑Fx ≈ 0.

Динамическое уравновешивание осевых сил разгружает упорные подшипники шпиндельного узла 6Р82. В итоге фрезеровщик получает стабильный размер паза без волнистости и боковой разбивки.

Инструментальные материалы: быстрорежущие стали и твердые сплавы

Выбор режущего материала определяет максимальную скорость резания, стойкость кромок и общую производительность фрезерной операции. Мы рекомендуем выбирать марку инструмента исходя из твердости заготовки, наличия литейной корки и условий охлаждения зоны резания. В тяжелом машиностроении применяют быстрорежущие стали и твердосплавные пластины.

Быстрорежущие стали (HSS):

• Р6М5: базовая вольфрамомолибденовая сталь с твердостью 63–65 HRC. Отличается высокой вязкостью на изгиб, что предотвращает поломку тонких отрезных фрез при вибрациях. Допустимая скорость резания по стали 45 составляет 22–28 м/мин.
• Р6М5К5: кобальтовая сталь с повышенной красностойкостью до 630 °C. За счет 5% кобальта твердость достигает 66–67 HRC. Это дает прирост скорости резания на 30–40% при фрезеровании нержавеющих сталей 12Х18Н10Т и легированных сплавов 40ХН2МА.
• Р18: высоковольфрамовая сталь с повышенной стойкостью к абразивному износу. Ее используют для пазовых фрез при обработке серых чугунов.

Твердые сплавы (напайные пластины и СМП):

• ВК8 (ISO K30): вольфрамокобальтовый сплав для чугунов СЧ15, СЧ20, цветных металлов и титана. Высокая ударная вязкость исключает выкрашивание кромок при обработке литейной корки на скоростях 70–110 м/мин.
• Т15К6 (ISO P10–P20): титановольфрамовый сплав для чистового фрезерования конструкционных сталей 45 и 40Х. Позволяет работать на скоростях 120–180 м/мин при стабильном безударном резании.
• Т5К10 (ISO P30): сплав повышенной прочности для чернового пазового фрезерования поковок с переменным припуском на скоростях 80–130 м/мин.

Расчет режимов резания: скорость Vc, подача и мощность

Для настройки кинематики консольно-фрезерного станка наладчик рассчитывает частоту вращения шпинделя n, минутную подачу стола Vf и проверяет силовую нагрузку на привод. Правильный расчет гарантирует расчетную стойкость инструмента в течение 120–180 минут непрерывной работы. Ниже приведены проверенные формулы и наглядный пример расчета для станка 6Р82.

Инженерные формулы кинематического расчета:

1. Частота вращения шпинделя (об/мин):
n = (1000 * Vc) / (π * D)

2. Минутная подача стола (мм/мин):
Vf = fz * z * n

3. Эффективная мощность фрезерования (кВт):
Pe = (ap * ae * Vf * kc) / (60 * 10^6 * η)

Обозначения расчетных параметров:

• Vc: справочная скорость резания для выбранной пары материалов, м/мин;
• D: наружный диаметр дисковой фрезы, мм;
• fz: расчетная подача на один зуб, мм/зуб;
• z: количество режущих зубьев фрезы;
• ap: глубина фрезеруемого паза за рабочий проход, мм;
• ae: ширина паза (номинальная толщина диска B), мм;
• kc: удельное сопротивление резанию (сталь 45: 1950 Н/мм², сталь 40Х: 2100 Н/мм², чугун СЧ20: 1150 Н/мм²);
• η: коэффициент полезного действия кинематики станка (для 6Р82 принимаем η = 0.80).

Практический расчет режимов фрезерования паза

Технологическая задача: Фрезерование шпоночного паза шириной B = ae = 16 мм и глубиной ap = 20 мм в детали из стали 40Х (твердость 210 HB). Станок: 6Р82 (мощность двигателя 7.5 кВт). Инструмент: трехсторонняя фреза с разнонаправленным зубом ГОСТ 28527-90 диаметром D = 125 мм, число зубьев z = 16, материал Р6М5К5 с охлаждением эмульсией.

1. Назначаем скорость резания Vc = 30 м/мин и подачу на зуб fz = 0.05 мм/зуб.
2. Вычисляем расчетную частоту вращения шпинделя:
   n_расч = (1000 * 30) / (3.1416 * 125) = 76.4 об/мин.
3. По паспорту коробки скоростей 6Р82 выбираем ближайшую ступень n = 80 об/мин. Фактическая скорость составит Vc = 31.4 м/мин.
4. Рассчитываем минутную подачу стола:
   Vf_расч = 0.05 * 16 * 80 = 64 мм/мин. По паспорту станка устанавливаем подачу Vf = 63 мм/мин.
5. Определяем потребную мощность резания при kc = 2100 Н/мм²:
   Pe = (20 * 16 * 63 * 2100) / (60 * 10^6 * 0.80) = 0.88 кВт.
   Мощность привода 7.5 кВт полностью перекрывает нагрузку с восьмикратным запасом.

Монтаж и наладка на станках 6Р82 и 6Р83

Надежность и точность фрезерования пазов напрямую зависят от жесткости инструментальной оправки. На консольно-фрезерных станках 6Р82 и 6Р83 используют длинные оправки с конусом 7:24 (конус 50 по ГОСТ 24644-81). Свободный конец оправки фиксируют в бронзовой или подшипниковой втулке серьги хобота. Соблюдение правильной последовательности сборки исключает деформацию оправки.

Порядок сборки инструментального пакета:

1. Очистка сопряжений: Протираем конусное гнездо шпинделя и хвостовик оправки чистой салфеткой. Любая металлическая соринка в конусе вызывает радиальное биение оправки свыше 0.04 мм.
2. Затяжка шомпола: Затягиваем затяжной болт шомпола через шпиндель ключом с моментом 120–150 Н*м, плотно осаживая оправку в гнезде.
3. Набор дистанционных колец: Надеваем калиброванные кольца на оправку (диаметры 22, 27, 32 или 40 мм). Фрезу размещаем как можно ближе к шпинделю для уменьшения изгибающего плеча. В шпоночный паз оправки устанавливаем призматическую шпонку.
4. Монтаж подвески серьги: Выдвигаем хобот станка и надеваем втулку серьги на опорную шейку оправки. Надежно зажимаем серьгу на направляющих хобота болтами.
5. Затяжка гайки оправки: Гайку оправки разрешено затягивать только после полной фиксации серьги. Затяжка гайки на весу без опоры на серьгу необратимо изгибает оправку.

Регламент технолога: Зазор между шейкой оправки и бронзовой втулкой серьги должен быть в пределах 0.02–0.03 мм. Если зазор превышает 0.06 мм, серьга теряет несущую способность, что ведет к поломке зубьев.

Контроль торцевого биения индикатором ИЧ-10 и юстировка оправки

После затяжки гайки оправки наладчик контролирует радиальное и торцевое биение режущих кромок. Для замеров используют индикатор часового типа ИЧ-10 с ценой деления 0.01 мм на магнитной стойке. Стойку крепят на столе станка, а измерительный щуп подводят к зубьям фрезы. Своевременный контроль исключает брак по ширине паза.

Методика контроля параметров биения:

• Радиальное биение: Щуп индикатора упирают в цилиндрическую кромку каждого зуба. При плавном повороте шпинделя рукой биение не должно превышать 0.015 мм.
• Торцевое биение: Щуп подводят к боковой плоскости зуба на максимальном диаметре. По ГОСТ 28527-90 допустимое торцевое биение составляет не более 0.02 мм.

Если торцевое биение превышает 0.03 мм, ширина паза неизбежно увеличится на величину перекоса. При этом зубья с максимальным вылетом будут перегружены и быстро выкрошатся.

Способы устранения биения оправки:

1. Ослабляем гайку, поворачиваем дистанционные кольца на 180° относительно оси и повторяем затяжку. Это взаимно компенсирует торцевую непараллельность колец.
2. При сохранении биения демонтируем пакет и проверяем торцы колец на микрометре. Дефектные кольца перешлифовываем на плоскошлифовальном станке пакетом с допуском параллельности до 0.003 мм.
3. Проверяем геометрию оправки в центрах: радиальное биение посадочной шейки по всей длине должно быть менее 0.01 мм.

Типовые дефекты обработки пазов и регламент техобслуживания

В процессе фрезерования пазов оператор может столкнуться с дефектами геометрии деталей или ускоренным износом инструмента. Изучение причин возникновения брака позволяет быстро скорректировать наладку станка и восстановить параметры резания. В таблице ниже сведены типичные неполадки и методы их оперативного устранения.

Для сохранения точности храните дисковые фрезы и кольца в специальных деревянных ячейках с защитной смазкой. Регулярная переточка зубьев на заточных станках гарантирует высокую стойкость инструмента и чистоту обрабатываемых пазов.