Все о модульных фрезах

Модульная фреза – главный инструмент для изготовления зубчатых колес. Из нашей статьи вы узнаете, как применяются дисковые и пальцевые модели для нарезания зубьев и зубчатых колес, почему они поставляются с номерами в комплектах и какие параметры устанавливают ГОСТы.

Модульная фреза – это многолезвийный инструмент, который широко применяется в единичном и серийном производствах для изготовления зубчатых колес, шестерен и реек. В отличие от долбяков и зуборезных гребенок модульные фрезы обладают высокой скоростью работы, не требуют специального оборудования и дают высокую точность.

Для разных технологических операций и условий производства существуют различные их конструкции.

• Дисковая. Главное преимущество – универсальность. Обработку можно производить на любых горизонтально-фрезерных станках, но деталь нужно закрепить в делительном устройстве. Недостаток – требуется много места для выхода инструмента из заготовки (радиус фрезы плюс зазор 3–5 мм). Поэтому нарезать ступенчатые колеса или цельные шевронные нельзя. Зато можно обрабатывать сразу несколько заготовок одновременно. А это значительно увеличивает производительность и снижает затраты на изготовление зубчатых колес. Но поскольку за один проход можно обработать всего одну впадину между зубьями, общая скорость нарезания колеса невысокая.

• Пальцевая. Ее главное достоинство – можно производить колеса со сложным профилем зубьев. С ее помощью можно изготовить шестерню с круговыми зубьями или шевронное колесо из цельной заготовки. Такое изделие будет обладать наибольшей прочностью при минимальной массе. Правда, производительность гораздо ниже. Это потому, что в месте приложения наибольшего усилия резания (острие фрезы) у нее самый маленький диаметр, что вынуждает уменьшать скорость обработки. Так что эти инструменты больше подходят для единичного типа производства.

• Червячная. У нее высокая точность изделий сочетается с большой скоростью обработки. Но она не может нарезать шевронные и ступенчатые колеса. Кроме того, работу нельзя выполнить на универсальном оборудовании, и требуются специализированные зуборезные станки.

Высокая точность червячной фрезы обусловлена самим способом обработки. При нарезании зубьев заготовка и инструмент имитируют зубчатое зацепление, и такой метод называется обкаткой. При таком способе обработки не нужно большого количества инструментов – одной и той же фрезой можно нарезать колеса с различным числом зубьев. А с дисковыми и пальцевыми фрезами их профиль переносится на впадины колеса, поэтому такой способ назван методом копирования. При этом все погрешности переносятся на конечное изделие, поэтому после обработки детали часто отправляются на шлифование.

Для установки модульных фрез на станок нужны специальные приспособления.

• Дисковые и червячные модели закрепляются на оправке. Для этого у них есть центральное отверстие с фасками, которые упрощают монтаж. После этого оправка фиксируется на шпинделе.
• Пальцевые фрезы имеют хвостовую часть в виде цилиндра, конуса Морзе или инструментального конуса 7: 24. Она сразу может устанавливаться в шпиндель.

Если посадочные размеры инструмента и шпинделя станка не совпадают (например, диаметры центрального отверстия и шпинделя), то применяются переходные втулки. Они стандартизированы по ГОСТу. Более того, с их помощью можно менять тип крепления. Например, фрезу с конусом Морзе закрепить в шпинделе с коническим отверстием 7: 24.

Модульные фрезы используются на зуборезных фрезерных, универсальных токарных со специальной головкой, многооперационных станках с ЧПУ и некоторых других видах оборудования. С их помощью можно изготовить:

• цилиндрические зубчатые колеса с прямыми, косыми и круговыми зубьями;
• конические шестерни разного размера;
• шевронные колеса с различным сечением канавки между зубьями;
• шестерни с циклоидальным профилем зубьев – для их изготовления требуются специальные фрезы;
• зубчатые рейки;
• валы-шестерни различных форм и конфигураций;
• калибры для измерения точности зубчатых колес.

Для обработки заготовок из разного материала требуются различные инструменты.

• Для заготовок из углеродистых сталей применяются фрезы из сталей марок 9ХС, ХВГ, ХВСГ и других. Их подвергают поверхностному закаливанию токами высокой частоты, поэтому твердость режущих кромок повышается до 62–64 HRC.
• Заготовки из конструкционных материалов обрабатываются фрезами из быстрорежущих сталей Р6М5 и Р6М3. Твердость режущих граней составляет 63–65 HRC. Такие инструменты имеют более высокую стоимость.
• Для нарезания зубьев на легированных деталях используются составные фрезы. Тело инструмента – высокопрочная сталь, а режущие пластины выполнены из твердых сплавов. Они закрепляются механически.

Для получения качественного изделия фрезерование осуществляется за 2 подхода: черновой и чистовой. Квалитет точности обработанной поверхности – 9–10. Полученные изделия можно сразу установить на машину или отправить их на дальнейшее шлифование. Качество обработанной поверхности зависит еще от размеров инструмента. Чем больше диаметр модульной фрезы, тем лучше условия резания и выше точность изделия. Параметры инструментов строго регулируются документами и указываются в каталогах.

Высокая точность обработки зависит от правильного выбора инструмента. Чем меньше зубьев на колесе, тем больше расстояние между ними и тем толще должна быть режущая пластина. Поэтому для разного числа зубьев нужны разные по толщине дисковые и пальцевые модульные фрезы. Они поставляются комплектами из 8, 15 или 26 штук. Каждая фреза предназначена для обработки колеса с определенным числом зубьев. Поэтому ГОСТом регламентирован номер фрезы, который можно выбрать по таблице.

Комплекты из 8 фрез используются при обработке колес, у которых модуль составляет не более 8 мм. Если он больше, то используется набор из 15 инструментов. Этого достаточно для большинства задач. Но если изделие должно быть очень точным, то нужен комплект из 24 фрез. Но такое касается только дисковых и пальцевых фрез. Для червячных моделей количество зубьев на изделии не имеет значения. Фрезы подразделяются на черновые и чистовые модели и делятся на несколько классов точности: ААА, АА, А, В, С и D. Инструменты классов ААА АА и А имеют наименьшие погрешности, они дают 5–9-й степень точности зубчатого колеса по ГОСТ 1643-81, тогда как фрезы С и D дают 10–11 квалитеты.

Помимо этого, документы устанавливают и другие параметры инструментов.

• Наружный диаметр. Он нужен для расчетов скорости резания, определения допустимых геометрических размеров заготовки и других расчетов.
• Размер посадочного отверстия. От него зависит, подойдет ли выбранная фреза для установки на конкретный станок. А если нет, то по нему можно будет определить модель переходной втулки.
• Углы заточки режущих кромок. Чем они меньше, тем меньше усилий требуется на резание и тем лучше условия работы станка. Но вместе с тем сокращается срок службы инструмента до повторной заточки (период стойкости).
• Материал фрезы или ее режущих пластин. Его твердость должна быть минимум в 3 раза выше твердости заготовки – это главное условие резания. Твердость материала устанавливается специальными ГОСТами.