Шпоночная фреза: особенности, применение и выбор

Шпоночные соединения широко используются в машиностроении для передачи крутящего момента между валом и деталью. От качества обработки шпоночного паза зависит надежность и долговечность такого соединения. В данной статье мы подробно рассмотрим особенности и применение одного из важнейших инструментов для нарезания шпоночных пазов - шпоночной фрезы. Узнаете, как правильно подобрать и использовать этот режущий инструмент для решения конкретных производственных задач.

Назначение и области применения шпоночных фрез

Основное назначение шпоночной фрезы - это фрезерование шпоночных канавок на валах при изготовлении шпоночных соединений. Такие соединения широко применяются в машиностроении для передачи крутящего момента между вращающимися деталями - валами, осями, цапфами и ступицами.

Качество обработки поверхности шпоночного паза напрямую влияет на надежность такого соединения. Поэтому правильный выбор и использование шпоночной фрезы имеет большое значение.

Помимо машиностроения, шпоночные фрезы широко применяются в следующих областях:

Металлообработка
Станкостроение
Ремонт и техническое обслуживание оборудования
Судостроение
Авиастроение
Строительство
Железнодорожный транспорт
Изготовление инструмента и оснастки

Помимо нарезания шпоночных пазов, такие фрезы используются для:

Подготовки продольных канавок в деталях и заготовках
Изготовления мерных выемок в деталях из чугуна и стали

Типы шпоночных фрез и их конструктивные особенности

Существует несколько разновидностей шпоночных фрез, отличающихся конструкцией и особенностями применения:

По типу хвостовика

С цилиндрическим хвостовиком
С коническим хвостовиком

Цилиндрический хвостовик крепится в цанговом патроне станка или электродрели. Конический - вставляется непосредственно в шпиндель станка с соответствующей конусной посадкой.

По направлению вращения

Правые (по часовой стрелке)
Левые (против часовой стрелки)

Это определяет направление подачи фрезы во время обработки.

По количеству и форме режущих кромок

Могут иметь от 2 до 4 прямых или фасонных режущих кромок. От этого зависит чистота обработки поверхности.

По материалу режущей части

Быстрорежущая сталь Р6М5
Инструментальная сталь Р18
Твердый сплав (напайка ВК8, Т15К6)

Стойкость и срок службы фрезы напрямую зависит от этого параметра.

Конструкция шпоночной фрезы регламентируется ГОСТами, которые определяют стандартные размеры, допуски и другие технические характеристики. Подробнее мы рассмотрим это в отдельном разделе.

Технология обработки шпоночными фрезами

Рассмотрим основные моменты технологического процесса фрезерования шпоночных пазов с помощью таких фрез:

Требования к станочному оборудованию

Для качественной обработки шпоночными фрезами необходимо использовать вертикально-фрезерные или специализированные шпоночно-фрезерные станки. Они должны обеспечивать:

Высокую жесткость и виброустойчивость
Надежное закрепление заготовки
Точную регулировку частоты вращения шпинделя
Плавную регулировку подач

Для небольших объемов работ можно использовать настольные фрезерные станки или электродрели.

Выбор типа фрезы

Тип фрезы выбирается в зависимости от:

Материала обрабатываемой заготовки
Требуемой чистоты обработки поверхности
Глубины шпоночного паза
Твердости заготовки

Для черновой обработки мягких материалов подойдут простые фрезы из стали Р6М5. Для высокой точности обработки твердых, закаленных материалов используют фрезы с твердосплавными пластинами.

Режимы резания

Подбираются исходя из рекомендаций производителя для конкретной фрезы. Также учитывают:

Материал заготовки
Требуемую чистоту обработки
Глубину резания
Мощность станка

Скорость резания обычно составляет около 25-35 м/мин. Подача - 0,08-0,25 мм/об.

Охлаждение и СОЖ

Применение СОЖ повышает стойкость фрезы и качество обработки за счет охлаждения и смазки. Рекомендуется подача СОЖ в зону резания под давлением.

Контроль обработки

Контролируют:

Точность размеров шпоночного паза
Шероховатость обработанной поверхности
Отклонение формы паза
Наличие/отсутствие дефектов

Для контроля используют измерительный инструмент, профилометры, профилографы.

Таким образом, при соблюдении рекомендаций и технологической дисциплины, шпоночные фрезы позволяют получить высокое качество обработки шпоночных пазов.

Заточка и восстановление шпоночных фрез

Для поддержания режущих свойств шпоночных фрез необходима их периодическая заточка или восстановление.

Особенности заточки

При заточке шпоночных фрез нужно учитывать следующие особенности:

Большая длина режущих кромок по сравнению с другими типами фрез
Наличие радиусных переходов между гранями
Необходимость строгого соблюдения углов в плане и профиле

Поэтому заточка должна выполняться на специализированных заточных станках с ЧПУ или вручную опытными специалистами.

Ручная заточка

При ручной заточке используют абразивные круги различной зернистости. Сначала выполняется заточка в плане, затем в профиле. Особое внимание уделяется соблюдению заданных углов.

Механическая заточка

На заточных станках с ЧПУ обеспечивается высокая точность заточки и производительность. Заточные циклы разрабатываются под конкретный тип фрезы.

Восстановление фрез

Затупившиеся со временем шпоночные фрезы можно восстановить путем напайки новых твердосплавных пластин взамен изношенных.

Для этого с помощью алмазного диска срезаются старые пластины, подготавливаются поверхности под новые пластины, которые потом припаиваются твердым припоем.