Шпоночные пазы (канавки) на валах изготавливаются для призматических и сегментных шпонок. Шпоночные пазы для призматических шпонок могут быть закрытыми с двух сторон (глухие), закрытыми с одной стороны и сквозными.
Шпоночные пазы изготавливаются различными способами в зависимости от конфигурации паза и вала, применяемого инструмента. Они выполняются на горизонтально-фрезерных либо вертикально-фрезерных станках общего назначения или на специальных станках.
Сквозные и открытые с одной стороны шпоночные пазы изготавливаются фрезерованием дисковыми фрезами (рис. 22, а ).
Рис. 22. Методы фрезерования шпоночных пазов валов: а – дисковой фрезой с продольной подачей; б – концевой фрезой с продольной подачей; в – концевой фрезой с маятниковой подачей; г – дисковой фрезой с вертикальной подачей
Фрезерование паза осуществляется за один-два прохода. Этот способ наиболее производителен и обеспечивает достаточную точность ширины паза, но его применение ограничивается конфигурацией пазов: закрытые пазы с закруглениями на концах не могут выполняться этим способом. Такие пазы изготовляются концевыми фрезами с продольной подачей за один или несколько проходов (рис. 22, б ).
Фрезерование концевой фрезой за один проход производится таким образом, что сначала фреза при вертикальной подаче проходит на полную глубину канавки, потом включается продольная подача, с которой шпоночный паз фрезеруется на полную длину. При этом способе требуется мощный станок, прочное крепление фрезы и обильное охлаждение эмульсией. Вследствие того, что фреза работает в основном периферийной частью, диаметр которой уменьшается от переточки к переточке, по мере увеличения числа переточек точность обработки (по ширине паза) ухудшается.
Для получения точных по ширине пазов применяются специальные шпоночно-фрезерные станки с «маятниковой подачей», работающие концевыми двуспиральными фрезами с лобовыми режущими кромками. При этом способе фреза врезается на глубину 0,1–0,3 мм и фрезерует паз на всю длину, затем опять врезается на ту же глубину, как и в предыдущем случае, и фрезерует паз на всю длину, но в обратном направлении (рис. 22, в ). Отсюда происходит название «маятниковая подача».
Этот метод является наиболее рациональным для изготовления шпоночных пазов в серийном и массовом производстве, так как точность изготовления паза обеспечивает взаимозаменяемость в шпоночном соединении. Кроме того, поскольку фреза работает лобовой частью, она будет долговечнее, так как изнашивается лобовая, а не периферийная часть фрезы. Недостатком этого способа является низкая производительность. Из этого следует, что метод маятниковой подачи надо применять при изготовлении пазов, требующих взаимозаменяемости, а метод фрезерования за один проход следует использовать в тех случаях, когда допускается пригонка шпонок по пазу.
Шпоночные пазы под сегментные шпонки изготавливаются фрезерованием при помощи дисковых фрез (рис. 22, г ). Сквозные шпоночные пазы валов можно обрабатывать на строгальных станках (длинные пазы – на продольно-строгальных, а короткие пазы – на поперечно-строгальных станках).
Шпоночные пазы в отверстиях втулок зубчатых колес, шкивов и других деталей, надевающихся на вал со шпонкой, обрабатываются в индивидуальном и мелкосерийном производстве на долбежных станках, в крупносерийном и массовом производстве – на протяжных станках.
Обычно токарный станок применяется при расточке, нарезании резьбы, развертывании, зенковании и сверлении, но на этом их возможности не заканчиваются. Я предлагаю рассмотреть способ, как с его помощью продолбить шпоночный паз на втулке. Для этого я применяю токарно-винторезный станок 1К62.
Обычно токарный станок применяется при расточке, нарезании резьбы, развертывании, зенковании и сверлении, но на этом их возможности не заканчиваются. Я предлагаю рассмотреть способ, как с его помощью продолбить шпоночный паз на втулке. Для этого я применяю токарно-винторезный станок 1К62.
Для выполнения работы помимо станка потребуется:
Расточной резец может использоваться любой, конечно в пределах возможностей диаметра втулки. Что касается долбежного инструмента, то его сечение подбирается под требуемую ширину шпоночного паза. Смазочное масло потребуется только в тех случаях, если приходится работать с твердым металлом. Для мягких сталей при условии применения качественных резцов оно не обязательно, поскольку расточка фаски и долбление не вызывает критического перегрева, способного ускорить стирание режущей кромки инструмента.
Втулка устанавливается в трехкулачковый патрон. Перед выполнением долбления необходимо сначала подготовить ее внутреннюю и наружную фаску расточным резцом. Они делаются только с той стороны, с которой будет входить долбежный инструмент. Это простейший процесс знакомый даже токарю любителю, потому не требует отдельного рассмотрения.
После подготовки фасок на станке нужно поставить минимальную скорость, чтобы предотвратить прокручивание шпинделя. У многих станков кулачковый патрон может под нагрузкой давать люфт, поэтому в этом случае необходимо поставить распорку. Для этого под него ставится подходящий по высоте болт с гайкой. При ее выкручивании длина упора увеличивается, поэтому он плотно прижимается к патрону, тем самым убирая качение.
Долбежный резец слегка зажимается в резцедержателе. Он выставляет по центру втулки, после чего необходимо провести точную регулировку. Для этого он заводится во втулку, двигаясь продольно с суппортом по салазкам. Получаемая в результате царапина должна идти вдоль отверстия втулки от одного края до второго. В порезанной линии не должно оставаться участка без царапины. Если он есть, то это говорить о наличии перекоса. Когда резец выставлен правильно, его нужно очень крепко зажать, поскольку нагрузка при долблении намного выше, чем при выполнении стандартных токарных работ.
Поскольку внутри втулка имеет свой радиус, то перед началом отсчета глубины паза необходимо его срезать, чтобы получить ровную площадку, которая будет нулевой точкой отсчета. Для этого с помощью суппорта двигаю резец вовнутрь втулки по продольным салазкам, снимая тончайшую стружку металла. После его возвращения в изначальное положение приближаю режущую кромку уже по поперечным салазкам к телу втулки на 0,1 мм. Снова делаю продольное движение по каретке. Процесс повторяю до тех пор, пока желоб не утратит радиус. Как только он уйдет, это и будет нулевая точка для отсчета.
Теперь приступаю к долблению шпоночного паза. В моем случае его глубина должна составлять 2,6 мм. Используя шаг по 0,1 мм потребуется сделать 26 движений резца, чтобы достичь такой глубины.
После углубления паза на 2,6 мм нужно не меняя настройки на лимбе сделать еще несколько повторных движений резца, чтобы подчистить плоскость от мелких заусениц. Далее втулка извлекается из патрона. Ее второй торец довольно грубый, но это легко решается. В резцедержатель снова устанавливается расточной резец, и снимаются аккуратные фаски. После этого втулку можно использовать по предназначению.
Долбление на токарном станке продолжительный, хотя и не сложный процесс. В моем случае продольное движение суппорта моторизировано, поэтому все делается относительно быстро. Продолбить паз возможно и на бюджетных станках с ручным приводом, но в этом случае времени понадобится значительно больше.
В условиях домашней мастерской без специальных станков и приспособлений можно выполнить, пожалуй, только так называемый «колхозный» шпоночный паз: это когда в насаженной на вал шестерне или шкиву сверлится электродрелью совместное отверстие с центром на окружности стыковки деталей. Потом в это отверстие вставляется цилиндрическая шпонка. Но такое соединение деталей ненадёжно — ведь недаром его нет ни в одном ГОСТе.
Для изготовления же «гостовских» шпоночных пазов в деталях я разработал ручной настольный станок (или, можно сказать, приспособление), которым уже несколько лет и пользуюсь. Думаю, что такой станок может пригодиться, как и мне, домашним умельцам, конструкторам-любителям, в школьной мастерской.
Этот вертикально-строгальный станок-приспособление с ручным приводом по конструкции схож со сверлильным, а по принципу работы — с долбёжным.
Вся конструкция собрана на основании размерами 350x350x20 мм. Оно же (основание) является и рабочим столом на котором располагаются стойка со всеми необходимыми для прорезания паэов узлами и суппорт с трёхкулачковым токарным патроном. Толщина основания у моего станка — 20 мм. Сначала это была древесно-стружечная плита (как на фото), но потом я заменил её на стальную с теми же размерами — станок стал массивнее, но и устойчивее.
Здесь же сделаю пояснение: на чертежах есть и другие отличия от изображения станка на фотографиях. Дело в том, что в ходе эксплуатации выявлялось, что некоторые узлы и детали лучше было бы выполнить немного иначе. И эти усовершенствования отражены в чертежах.
1—основание (стальная плита s20); 2 — стойка (сталь, круг d40); 3 — опорный фланец (сталь); 4 — крепление фланца к основанию (винт М12, 3 шт.); 5—державка (сталь); 6 — стопор державки (винт М12); 7 — ось тяги рычага (половинка шпильки М12 с гайкой, 2 шт.); 8—тяга рычага (стальная полоса 30×8, 2 шт.); 9 — шарнирное соединение тяги с рычагом (болт М12, 2 шт.); 10 — рычаг (стальная полоса 30×8, 2 шт.); 11—пружина сжатия; 12 — консоль; 13 — ползун (винт М12); 14—фиксатор (винт М12); 15—крепление рычага на оси (ганка М12, 2 шт.); 16 — ось ручки (сталь, круг 18); 17 — ручка (труба d30x18,5); 18 — оправка-резцедержатель (сталь, круг d64); 19 — резец; 20 — стопор (винт М10); 21—трёхкулачковый токарный патрон: 22 — суппорт
Близ одного края основания закреплена посредством фланца стойка — стальной стержень диаметром 40 мм и высотой 450 мм. Вдоль всей стойки прорезан продольный паз, а на одном из юнцов выполнена проточка для стыковки с фланцем. Сейчас мне стало понятно, что было бы неплохо сделать стойку и повыше — до 500 мм — нередко бывает необходимость, когда надо сделать паз в длинных (или высоких) деталях (например, ступицах), вот тогда-то подъёма консоли не хватает. Фланец представляет собой большую ступенчатую шайбу с центральным отверстием под стойку и тремя равномерно расположенными отверстиями диаметром 12,5 мм — для крепления к плите основания. Соответственно расположенные, но только резьбовые отверстия М12 выполнены и в столе-основании. Стойка проточенным концом вставляется в центральное отверстие фланца, и детали соединяются сваркой, а после этого фланец прикручивается к основанию.
На стойку насаживаются по скользящей посадке державка и консоль с пружиной сжатия между ними.
Державка представляет собой прямоугольный параллелепипед с небольшой, относительно размеров в плане, высотой с центральным отверстием под стойку и тремя резьбовыми отверстиями М12 — двумя встречными глухими боковыми и одним сквозным с одного из торцов. Конечно, определения «торец» и «бок» у такого геометрического тела идентичные, но, надеюсь, понятны из чертежа. В торцевое отверстие вворачивается стопорной винт державки, а в боковые — шпильки, служащие осями тяг рычагов.
Консоль — деталь посложнее. Представляет собой два полых цилиндра (стоечный и оправочный), соединённых между собой перемычкой из стальной квадратной трубы размерами 60x60x2,5 с помощью сварки. В теле каждого из цилиндров выполнено по резьбовому отверстию М12: в стоечном — под фиксирующий винт удержания от поворачивания, а в оправочном — под стопорный винт. Кроме того, к стоечному цилиндру в его середине с противоположных сторон приварена пара «полушпилек» М12 (можно использовать и винты с такой же резьбой) — они служат осями для рычагов подачи инструмента.
1—стоечный цилиндр (круг d80); 2—перемычка (труба 60х60х2,5); 3—оправочный цилиндр (труба 80×64); 4—ось рычага (шпилька М12, разрезана пополам, 2 шт.)
Эту операцию надо постараться выполнить как можно точнее, чтобы впоследствии при работе рычаги не перекашивало, отверстия в них не разбивались, а сами оси не изнашивались. Поэтому, прежде чем их приваривать, стоит проделать некоторые технологические операции. Сначала на стоечном цилиндре необходимо сфрезеровать (или сточить напильником) пару диаметрально противоположных лысок размерами 20×20 мм. По центру лысок с каждой стороны просверливаются отверстия диаметром 4 мм. Затем они рассверливаются до диаметра 6 мм с одной установки сверлом необходимой длины. Осевые отверстия такого же диаметра выполняются и в обеих «полушпильках» (винтах). После этого в отверстия цилиндра вставляется прямой отрезок проволоки такого же диаметра. На выступающие концы насаживаются «полушпильки» и сначала прихватываются, а после выверки положения окончательно привариваются к цилиндру. В завершение операции отрезок проволоки выбивается.
Державка на стойке на нужной высоте закрепляется стопорным винтом и служит опорой всего механизма подачи инструмента: консоли с закреплённой в ней оправкой с режущим инструментом и системы рычагов для его продольной подачи. Подъём консоли и удержание её в верхнем положении осуществляются пружиной. От поворачивания же на стойке консоль удерживает фиксирующий винт, конец которого, заточенный под соответствующий профиль, скользит в продольном пазе стойки. Трущиеся поверхности деталей перед работой покрываются тонким слоем (как у огнестрельного оружия) консистентной смазки.
Оправка — деталь, с помощью которой инструмент или его держатель закрепляется в консоли. В моём случае оправка и резцедержатель выполнены из стали 45 как одна деталь в форме ступенчатого цилиндра с диаметральным отверстием под резец близ свободного более тонкого конца. Здесь же в торце просверлено резьбовое отверстие М10 — через него соответствующим винтом резец закрепляется в отверстии резцедержателя. На цилиндре большего диаметра сфрезерована лыска — в неё упирается фиксирующий винт М12, который не позволяет оправке поворачиваться при возникновении крутящего момента от резца. Этот же винт удерживает оправку от выпадания из цилиндра консоли. А вот его усилия от выдавливания оправки из цилиндра при рабочем ходе может и не хватить: для этого на оправке оставлен буртик.
Рычаги и тяги изготовлены из стальной полосы сечением 30×8 мм. Рычаги надеты на оси оправочного цилиндра консоли, а тяги — на оси державки. И те и другие между собой скреплены болтами-осями шарнирно.
Между верхними (свободными) концами рычагов вставлена и закреплена ось ручки — цилиндрический стержень диаметром 18 мм с резьбой М12 на концевых проточках. Сама ручка, выполненная в виде втулки диаметром 30×18 мм, свободно надета на смазанную ось. По поверхности втулки предварительно произведена накатка.
Особый рассказ о суппорте станка. Внешне он похож на машинные тиски. А закрепляются заготовки для обработки в смонтированном на верхней подвижной площадке суппорта трёхкулачковом патроне от токарного металлорежущего станка. С помощью суппорта осуществляется подача заготовки относительно режущего инструмента на глубину резания. Забегая вперёд, отмечу, что глубина резания за один проход совсем небольшая — всего 0,2 — 0,3 мм.
Суппорт состоит из сварного корпуса и подвижного стола. Хотя свариваемых элементов корпуса и несколько (5 штук), однако они совсем простые — почти все (кроме стоек) — в форме прямоугольных параллелепипедов. Стойки выполнены из равнополочного стального прокатного уголка 40×40 с наполовину срезанной вертикальной полкой. Кстати, траверсы корпуса и поперечина подвижного стола — это державки (тела) от сломанных токарных отрезных резцов. У кого имеется в наличии фрезерный станок, тот легко изготовит корпус и площадку как одну деталь из массивной заготовки.
1 —стойка корпуса (уголок 40×40 с обрезанной вертикальной полкой, 2 шт.); 2—площадка корпуса (сталь, лист s7); 3—передняя траверса (державка резца); 4—задняя траверса (державка резца); 5—подвижный стол (сталь, лист в7); 6—поперечина подвижного стола (державка резца); 7—ходовой винт М12; 8—стяжка левая, правая условно не показана (винтМ12,2 шт.); 9—маховик с ручкой; 10—шплинт d3; 11 —накладка (стальной лист sЗ); 12—крепление накладки к корпусу (винт М4, 2 шт.)
Предварительная подводка заготовок к режущему инструменту может быть осуществлена «вручную», путём ослабления винтов, крепящих его корпус К столу-основанию, и перемещения всего суппорта в пазах (продолговатых отверстиях).
Перемещение площадки осуществляется от рукоятки-маховика ходовым винтом с обычной резьбой М12. Матричной гайки, как таковой, в механизме нет Соответствующее резьбовое отверстие, вместе с парой направляющих отверстий, выполнено в поперечине под площадкой. Сами направляющие — пара стандартных длинных винтов М12. Надо сказать, что стол суппорта можно передвигать на расстояние до 60 мм, хотя для нарезания пазов и шлицов, как правило, больше 10 мм и не требуется.
Как было отмечено ранее, глубина резания (подача) при работе на станке небольшая. Для ускорения изготовления «гостовских» шпоночных пазов можно воспользоваться приведённой в начале статьи технологией сверления полукруглых «колхозных» пазов, а затем с помощью долбёжного станка доработать их до прямоугольного сечения.
Г.СПИРЯКОВ. г. Челябинск
