Изготовление шпоночного паза на валу
Pereosnastka.ru
Обработка дерева и металла
Шпоночные соединения весьма распространены в машиностроении. Они могут быть с призматическими, сегментными, клиновыми и другими сечениями шпонок. На рабочих чертежах вала должны быть проставлены размеры для вала с призматической шпонкой и для вала с сегментной шпонкой.
Шпоночные пазы делятся на сквозные, открытые (с выходом) и закрытые. Фрезерование шпоночных пазов является весьма ответственной операцией. От точности шпоночного паза зависит характер посадки на шпонку сопрягаемых с валом деталей. К обработанным фрезерованием шпоночным пазам предъявляются жесткие технические требования. Ширина шпоночного паза должна быть выполнена по 2-му или 3-му классу точности: по глубине шпоночный паз должен быть выполнен по 5-му классу точности; длина паза под шпонку — по 8-му классу точности. Невыполнение этих требований при фрезеровании шпоночных пазов влечет за собой трудоемкие пригоночные работы при сборке — припиливание шпонок или других сопрягаемых деталей.
Кроме указанных выше требований, в отношении точности к шпоночному пазу предъявляется также требование в отношении точности его расположения и шероховатости поверхности. Боковые грани шпоночного паза должны быть расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось вала; шероховатость поверхности боковых стенок должна находиться в пределах 5-го класса шероховатости, а иногда и выше.
Сопоставляя допуски на фрезы с допусками на размер шпоночного паза, можно убедиться в трудности выполнения паза требуемой точности на станках, работающих мерным инструментом. Возьмем для примера паз шириной 12ПШ
Практика показывает, что для обработки шпоночного, паза, укладывающегося в поле допуска ПШ, приходится тщательно подбирать. фрезы и делать пробные проходы. В серийном и массовом производстве стремятся по возможности шпоночные соединения заменять шлицевыми.
Дисковые фрезы пазовые (СТ СЭВ 573—77) предназначаются для фрезерования неглубоких пазов. Они имеют зубья только на цилиндрической части.
Пазовые фрезы затылованные по ГОСТ 8543—71 предназначаются также для обработки пазов. Их затачивают только по передней поверхности. Достоинством этих фрез является то, что они не теряют размера по ширине после переточек. Они выпускаются диаметром от 50 до 100 мм,от 4 до 16 мм.
Шпоночные фрезы по ГОСТ 9140—78 применяются для фрезерования шпоночных пазов и изготовляются с цилиндрическим и коническим хвостовиком. Шпоночные фрезы имеют два режущих зуба с торцовыми режу
щими кромками, выполняющими основную работу резания. Режущие кромки фрезы направлены не наружу, как у сверла, а в тело инструмента. Такие фрезы могут работать с осевой подачей (как сверло) и с продольной подачей. Переточка фрез производится по торцовым зубьям, вследствие чего диаметр фрезы практически остается неизменным. Это очень важно для обработки пазов.
Фрезы с цилиндрическим хвостовиком изготовляют для диаметра от 2 до 20 мм, с коническим хвостовиком — от 16 до 40 мм. В настоящее время инструментальные заводы выпускают цельные твердосплавные шпоночные фрезы диаметром 3, 4, 6, 8 и 10 мм с углом наклона винтовой канавки 20° из сплава ВК8. Эти фрезы применяют главным образом при обработке закаленных сталей и труднообрабатываемых материалов. Применение этих фрез позволяет увеличить производительность труда в 2—3 раза и повысить класс шероховатости обработанной поверхности.
Фрезы для пазов под сегментные шпонки хвостовые по ГОСТ 6648—68* предназначаются для фрезерования всех пазов под сегментные шпонки диаметром 4—5 мм.
Фрезы для пазов под сегментные шпонки насадные по ГОСТ 6648—68* предназначаются для фрезерования всех пазов под сегментные шпонки диаметром 55—80 мм.
Закрепление заготовок. Заготовки валов для фрезерования в них шпоночных пазов и лысок удобно закреплять в призмах. Для коротких заготовок достаточно одной призмы. При большей длине вала заготовку устанавливают на двух призмах. Правильность расположения призмы на столе станка обеспечивается шипом в основании призмы, входящим в паз стола, как показано на рисунке справа. Валы закрепляют прихватами. Во избежание прогиба вала при закреплении необходимо следить, чтобы прихваты опирались на вал над призмами. Под прихваты следует положить тонкую медную или латунную прокладку, чтобы не повредить окончательно обработанной цилиндрической поверхности вала. На рис. 4 показаны тиски для закрепления валов. Тиски на столе можно закреплять либо в положении, показанном на рис., либо можно повернуть их на 90°. Поэтому они пригодны для закрепления валов как на горизонтально-, так и на вертикально-фрезерных станках. Вал устанавливается цилиндрической поверхностью на призму и при вращении маховичка зажимается губками, которые поворачиваются вокруг пальцев. Призму можно установить в тисках другой стороной закрепления вала большего диаметра. Упор служит для установки вала по длине.
На рис. 5 показана магнитная призма с постоянным магнитом. Корпус призмы состоит из двух частей, между которыми размещен оксидно-бариевый магнит. Для закрепления валика достаточно повернуть рукоятку выключателя на 90°. Сила зажима вполне достаточна для фрезерования на валиках шпоночных пазов, лысок и т. д. Одновременно с закреплением детали призма притягивается к опорной поверхности стола станка.
Фрезерование сквозных шпоночных пазов. Шпоночные пазы фрезеруют после окончательной обработки цилиндрической поверхности. Сквозные и открытые пазы с выходом канавки по окружности, радиус которой равен радиусу фрезы, обрабатывают дисковыми фрезами. Превышение размера ширины паза по сравнению с шириной фрезы составляет 0,1 мм и более. После заточки дисковых пазовых фрез ширина фрезы несколько уменьшается, поэтому использование фрез возможно лишь до определенных пределов, после чего их применяют для других работ, когда не столь важен размер по ширине.
На рис. 6 показана установка заготовки и фрезы при .фрезеровании сквозного шпоночного паза. При установке фрезы на оправку необходимо добиться, чтобы фреза имела минимальное биение по торцу. Заготовку закрепляют в машинных тисках с медными или латунными накладками на губках.
При правильно установленных тисках точность установит закрепленного в них вала можно и не проверять. Установить фрезу следует так, чтобы она была расположена симметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось вала. Для выполнения этого условия пользуются следующим приемом. После закрепления фрезы и проверки ее биения индикатором фрезу устанавливают предварительно в диаметральной плоскости вала. Точная установка осуществляется угольником и штангенциркулем.
Для установки фрезы необходимо поставить ее в поперечном направлении на размер S со стороны одного из выступающих над тисками концов вала. Проверить этот размер штангенциркулем. Затем поставить угольник с другой стороны вала, как это показано на рис. 7 пунктиром, и еще раз проверить размер S.
дить одновременно медленный подъем стола до касания с фрезой и перемещение в продольном направлении. Установив момент касания фрезы с валом, отвести стол из-под фрезы. Выключить станок и вращением рукоятки вертикальной подачи поднять стол на глубину шпоночной канавки.
Фрезерование закрытых шпоночных пазов. Фрезерование закрытых шпоночных пазов можно производить на горизонтально-фрезерных станках. Для закрепления вала пользуются специальными самоцентрирующими тисками или призмами. Так как установка для фрезерования по рис. 9, а отличается от установки по рис. 9, б лишь расположением шпинделя, разберем только порядок фрезерования шпоночного паза на горизонтально-фрезерном станке.
Другой способ установки («по яблочку») шпоночной или концевой фрезы в диаметральной плоскости фрезы состоит в следующем. Вал устанавливают по возможности точно (на глаз) относительно фрезы и вращающуюся фрезу медленно приводят в соприкосновение с обрабатываемым валом до тех пор, пока на поверхности вала не появится едва заметный след фрезы. Если этот след получается в виде полного круга, то это означает, что фреза расположена в диаметральной плоскости вала. Если след имеет форму неполного круга, то необходимо сместить стол.
Установка на глубину паза. Обрабатываемый вал, диаметральная плоскость которого совпадает с осью фрезы, подводят до соприкосновения с фрезой. При этом положении стола отмечают показание лимба винта поперечной или вертикальной подачи, затем перемещают или поднимают стол на глубину резания В.
Закрытые шпоночные пазы, допускающие пригонку, фрезеруют одним из двух способов:
а) врезанием вручную на определенную глубину и продольной механической подаЧей, затем снова врезанием на ту же глубину и продольной подачей, но в другом направлении;
б) врезанием вручную на полную глубину паза и дальнейшей механической продольной подачей. Этот способ применяют при фрезеровании шпоночными фрезами диаметром свыше 12—14 мм.
Контроль ширины шпоночного паза следует производить калибром согласно допуску, указанному на чертеже.
Фрезерование открытых шпоночных пазов с выходом канавки по окружности, радиус которой равен радиусу фрезы, производят дисковыми фрезами. Пазы, в которых не допускается выход канавки по радиусу окружности, фрезеруют концевыми или шпоночными фрезами.
Фрезерование пазов сегментных шпонок осуществляют хвостовыми или насадными фрезами под сегментные шпонки, диаметр которых должен быть равен двойному радиусу канавки. Подача производится в вертикальном направлении, перпендикулярном оси вала (рис. 11).
Фрезерование валов на шпоночно-фрезерных станках. Для получения точных по ширине пазов обработку ведут на специальных шпоночно-фрезерных станках с маятниковой подачей, работающих двузубыми шпоночными фрезами. При этом способе фреза врезается на 0,2—0,4 мм и фрезерует паз по всей длине, затем опять врезается на ту же глубину, как и в предыдущем случае, и фрезерует паз опять на всю длину, но в другом направлении. Отсюда и происходит название метода — «маятниковая подача».
По окончании фрезерования шпиндель автоматически возвращается в исходное положение и выключается продольная подача фрезерной бабки. Этот метод является наиболее рациональным при изготовлении шпоночных валов в серийном и массовом производстве, так как дает точный паз, обеспечивающий взаимозаменяемость в шпоночном соединении. Кроме того, поскольку фреза работает торцовыми режущими кромками, она долговечнее, так как не изнашивается по периферии. Недостатком этого способа является значительно большая затрата времени по сравнению с фрезерованием за один-два прохода.
Фрезерование пазов на автоматизированных шпоночно-фрезерных станках немерным инструментом производится с осциллирующим (колебательным) движением инструмента. Регулируя размах осциллирования от нуля до требуемой величины, можно фрезеровать шпоночные пазы с требуемой точностью по ширине.
При фрезеровании с осциллированием ширина фрезы меньше ширины обрабатываемог о паза. Так, станок МА-57 предназначается для фрезерования открытых шпоночных пазов на валах электродвигателей дисковыми трехсторонними фрезами в автоматизированном производстве. Станок 6Д92 предназначен для фрезерования закрытых шпоночных пазов немерными концевыми фрезами. Требуемая ширина паза достигается за счет того, что фрезе придается осциллирующее движение в направлении, перпендикулярном продольной подаче. Станок может быть встроен в автоматическую линию.
Контроль размеров пазов и канавок. Контроль размеров пазов и канавок можно производить как штриховыми измерительными инструментами (штангенциркуль, штангенглуби-номер), так и калибрами. Измерение и отсчет размеров пазов с помощью универсальных инструментов не отличаются от измерений других линейных размеров (длина, ширина, толщина, диаметр). Ширину паза можно контролировать круглыми и листовыми предельными калибрами-пробками. На рис. 13, а показан контроль ширины паза, заданного размером 20+см мм. В этом случае проходная сторона калибра имеет размер 20,0 мм, а непроходная— 20,1 мм.
Симметричность расположения шпоночного паза относительно оси вала контролируется специальными шаблонами и приспособлениями.
Фрезерование шпоночных пазов
Фрезерование шпоночных пазов на валах имеет ряд особенностей. Сквозные и открытые пазы (под призматические шпонки) с выходом канавки по окружности, радиус которой равен радиусу фрезы, обрабатывают дисковыми фрезами.
Закрытые и полузакрытые пазы (под призматические шпонки) фрезеруют концевыми или специальными шпоночными фрезами. При обработке паза концевой фрезой в крайней его части необходимо просверлить отверстие для ее установки, поскольку концевые фрезы не работают при осевых подачах.
Фрезерование шпоночных пазов является весьма ответственной операцией. От точности шпоночного паза зависит характер посадки на шпонку сопрягаемых с валом деталей. К обработанным фрезерованием шпоночным пазам предъявляются жесткие технические требования. К шпоночному пазу предъявляется также требование в отношении точности его расположения и шероховатости поверхности. Боковые грани шпоночного паза должны быть расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось вала; шероховатость поверхности боковых стенок должна находиться в пределах 5 мкм, а иногда и выше.
Практика показывает, что для обработки шпоночного паза иногда приходится тщательно подбирать фрезы и делать пробные рабочие ходы. В серийном и массовом производстве стремятся по возможности шпоночные соединения заменять шлицевыми.
Шпоночные фрезы имеют два режущих зуба с торцовыми режущими кромками. Фрезы могут работать с осевой подачей (как сверло) и с продольной подачей. Шпоночные фрезы обычно применяют для получения шпоночных пазов при обработке заготовок на специальных шпоночно-фрезерных станках с маятниковой подачей. Фреза здесь врезается на глубину 0,2. 0,4 мм и фрезерует паз по всей длине. Затем паз фрезеруют снова на всю длину, но в другом направлении, и т. д.
Фрезерование пазов сегментных шпонок производят хвостовыми или насадными фрезами под сегментные шпонки, диаметр которых должен быть равен двойному радиусу канавки. Подача осуществляется в направлении, перпендикулярном оси вала.
Концевые фрезы после переточки изменяют свой диаметральный размер. Поэтому для получения необходимой ширины паза переточенной фрезой применяют специальные патроны.
Обработку Т-образных пазов обычно выполняют за несколько проходов. Сначала дисковой фрезой фрезеруют паз, затем Т-образной фрезой обрабатывают боковые поверхности, далее угловой фрезой снимают фаски и, наконец, мерной фрезой обеспечивают получение заданного размера В паза.
Фрезерование сквозных шпоночных пазов
Шпоночные пазы фрезеруют после окончательной обработки цилиндрической поверхности. Сквозные и открытые пазы с выходом канавки по окружности, радиус которой равен радиусу фрезы, обрабатывают дисковыми фрезами. Превышение размера ширины паза по сравнению с шириной фрезы составляет 0,1 мм и более.
После заточки дисковых пазовых фрез ширина фрезы несколько уменьшается, и поэтому использование фрез возможно лишь до определенных пределов, после чего их применяют для других работ, когда не столь важен размер по ширине. При установке фрезы на оправку для фрезерования шпоночного паза необходимо добиться, чтобы фреза имела минимальиое биение по торцу. Заготовку закрепляют в машинных тисках с медными или латунными накладками на губках.
Если тиски установлены правильно, то точность установки закрепленного в них вала можно и не проверять. Установить фрезу следует так, чтобы она была расположена симметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось вала. Для выполнения этого условия пользуются следующим приемом. После закрепления фрезы и проверки ее биения индикатором фрезу устанавливают предварительно в диаметральной плоскости вала. Точная установка осуществляется угольником и штангенциркулем.
На рис. 59 видно, что размер S = Т+d/2+B/2, где Т—ширина полки угольника, мм; d — диаметр вала, мм; В — ширина фрезы, мм.
Для установки фрезы необходимо поставить ее в поперечном направлении на размер S со стороны одного из выступающих над тисками концов вала. Проверить этот размер штангенциркулем. Затем поставить угольник с другой стороны вала, как это показано на рис. 59 пунктиром, и еще раз проверить размер S. Если оба отсчета по штангенциркулю совпадут, то это означает, что фреза относительно вала установлена правильно.
Для точной и быстрой установки дисковой фрезы в диаметральной плоскости применяют приспособление, показанное на рис. 60. Дисковую фрезу 1 устанавливают по вырезу двусторонней призмы 2, которая в свою очередь установлена по цилиндрической поверхности валика 3. Точность расположения шпоночного паза в диаметральной плоскости обеспечивает соосность V-образных пазов призмы 2. Правильность изготовленного паза проверяют по шаблону.
При установке на глубину фрезерования начальный момент касания фрезы с цилиндрической поверхностью заготовки происходит по линии, если после установки фрезы над валом производить одновременно медленный подъем стола до касания с фрезой и перемещение в продольном направлении. Установив момент касания фрезы с валом, отвести стол из-под фрезы. Выключить станок и вращением рукоятки вертикальной подачи поднять стол на глубину шпоночной канавки.
Рис. 59. Проверка установки дисковой фрезы
Рис. 60. Приспособление для установки дисковой фрезы
Фрезерование закрытых шпоночных пазов
Фрезерование закрытых шпоночных пазов можно производить на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках
Установив и закрепив вал в тисках и выверив его по разметке рейсмасом, можно приступить к установке фрезы. Установка шпоночной (или концевой) фрезы в диаметральной плоскости вала показана на рис. 61, а. Стол станка переместить рукояткой вертикальной подачи до соприкосновения с фрезой (показано пунктиром). После этого стол переместить в поперечном направлении до выхода фрезы за пределы вала и поднять на величину Н=d/2+D/2, где Н—величина перемещения стола в вертикальном направлении, мм; d — диаметр вала, мм; D — диаметр фрезы, мм.
Установка шпоночной (или концевой) фрезы в диаметральной плоскости вала при обработке в нем шпоночного паза на вертикально-фрезерном станке показана на рис. 61, б. Перемещение стола, на величину S отсчитывается по лимбу винта поперечной подачи.
Другой способ установки («по яблочку») шпоночной или концевой фрезы в диаметральной плоскости вала состоит в следующем. Вал устанавливают по возможности точно (на глаз) относительно фрезы (рис. 61, в) и вращающуюся фрезу медленно приводят в соприкосновение с обрабатываемым валом до тех пор, пока на поверхности вала не появится едва заметный след фрезы. Если этот след получается в виде полного круга (рис. 61, г), то это означает, что фреза расположена в диаметральной плоскости вала. Если след имеет форму неполного круга (рис. 61, б), то необходимо сместить стол.
При установке фрезы на глубину паза обрабатываемый вал, диаметральная плоскость которого Совпадает с осью фрезы, подводят до соприкосновения с фрезой. При этом положении стола отмечают показание лимба винта поперечной или вертикальной подачи, затем перемещают или поднимают стол на глубину фрезерования В.
Закрытые шпоночные пазы, допускающие пригонку, фрезеруют врезанием вручную на определенную глубину и продольной механической подачей, затем снова врезанием на ту же глубину и продольной подачей, но в другом направлении или врезанием вручную на полную глубину паза и дальнейшей механической продольной подачей. Последний способ применяют при фрезеровании шпоночными фрезами диаметром свыше 12—14 мм.
Контроль ширины шпоночного паза следует производить калибром согласно допуску, указанному на чертеже.
Рис. 61. Схема установки фрезы в диаметральной плоскости
Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.
Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.
Шпоночный материал предназначен для передачи крутящего момента с одной детали на другую. Препятствует вращению одной детали относительно другой. В зависимости от диаметра вала, на которые подгоняется шпонка, будет меняться её ширина и высота, а на валу – глубина шпоночного паза.
Шпоночные пазы на валу делают на фрезерном станке, а на другой детали, которая садится на вал (зубчатое колесо, втулка, полумуфта, муфта и т.д.) на долбежном станке (смотрите видео). Также возможно изготовление шпоночного паза на токарном станке (смотрите видео).
Существует несколько видов шпонок: призматические, клиновые, сегментные, цилиндрические и тангенциальные. Они могут быть как открытого, так и закрытого типа. Все они изготавливаются согласно стандартам ГОСТ, которые устанавливают размеры и предельные отклонение шпоночных пазов и шпонок:
ГОСТ 24071-97 – сегментные шпоночные пазы и шпонки;
ГОСТ 24068-80 – клиновые шпоночные пазы и шпонки;
ГОСТ 23360-78 – призматические шпоночные пазы и шпонки;
ГОСТ 10748-79 – призматические высокие шпоночные пазы и шпонки;
ГОСТ 24069-80 – тангенциальные нормальные шпоночные пазы и шпонки;
ГОСТ 12207-79 – цилиндрические шпоночные пазы и шпонки;
ГОСТ 8790-79 – призматические шпоночные пазы и шпонки с креплением на валу.
Материалом для шпонок могут служить различные сорта стали, чаще всего это углеродистые стали (Ст45, Ст60). Одним из главных условий, предъявляемых к шпонкам, является симметричность всех её боковых стенок, а также недопустима подгонка шпонки с заусеницами и забоинами.
Одним из главных плюсов шпонки является простота конструкции, надёжность и небольшая стоимость. Сборка такого рода соединения не занимает много времени.
Ниже вы можете ознакомится с таблицами размеров и предельных отклонение шпоночных пазов и шпонок.
Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.
Призматические шпонки по ГОСТ 23360-78.
Рис 1. Основные обозначения призматических шпонок и шпоночных пазов.
Таблица 1. Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78.
| Высота шпонок | Предельное отклонение размеров | |
| d + t1 | d + t2 | |
| От 2 до 6 | 0 -0,1 |
+0,1 0 |
| Св. 6 до 18 | 0 -0,2 |
+0,2 0 |
| Св. 18 до 50 | 0 -0,3 |
+0,3 0 |
Призматические шпонки с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.
Рис 2. Основные обозначения призматических шпонок с креплением на валу и шпоночных пазов.
Таблица 3. Размеры призматических шпонок с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.
| Ширина b (h9) | Высота h (h11) | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | Диаметр d0 | Длина l2 | Длина l (h14) | Винты по ГОСТ 1491-80 | ||
| не менее | не более | от | до | |||||
| 8 | 7 | 0 25 | 0,40 | М3 | 7 | 25 | 90 | М3×8 |
| 10 | 8 | 0,40 | 0,60 | 8 | 25 | 110 | М3×10 | |
| 12 | М4 | 10 | 28 | 140 | М4×10 | |||
| 14 | 9 | М5 | 36 | 160 | М5×12 | |||
| 16 | 10 | М6 | 11 | 45 | 180 | М6×14 | ||
| 18 | 11 | 50 | 200 | |||||
| 20 | 12 | 0,60 | 0,80 | 56 | 220 | |||
| 22 | 14 | М8 | 16 | 63 | 250 | М8×20 | ||
| 25 | 70 | 280 | ||||||
| 28 | 16 | 80 | 320 | |||||
| 32 | 18 | М10 | 18 | 90 | 360 | М10×25 | ||
| 36 | 20 | 1,00 | 1,20 | 100 | 400 | |||
| 40 | 22 | М12 | 22 | 100 | 400 | М12×30 | ||
| 45 | 25 | 125 | 450 | |||||
Сегментные шпонки по ГОСТ 8786-68.
Рис 3. Основные обозначения сегментных шпонок и шпоночных пазов.
Таблица 4. Размеры и предельные отклонения сегментных шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 8786-68.
Клиновые шпонки по ГОСТ 24068-80.
Рис 4. Основные обозначения клиновых шпонок и шпоночных пазов.
Таблица 5.1 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.
Таблица 5.2 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.
Фрезерование пазов – как качественно выполнить операцию?
Фрезерование пазов – ответственная процедура, точность и правильность ее выполнения напрямую влияет на надежность и качество сопряжений в различных механических устройствах, где используются шпонки.
1 Виды шпоночных пазов и требования к их обработке
Соединения шпоночного типа можно встретить в самых разных устройствах. Чаще всего они применяются в машиностроительной отрасли. Шпонки для таких сопряжений бывают клиновыми, сегментными и призматическими, реже встречаются изделия с другими видами сечений.
Шпоночные пазы принято подразделять на следующие типы:
- с выходом (иначе говоря – открытые);
- сквозные;
- закрытые.
Любые из этих пазов необходимо фрезеровать максимально точно, так как от качества проведенной операции зависит надежность посадки изделий, сопрягаемых с валом, на шпонку. Квалитет точности пазов после обработки должен иметь такие показатели:
- 8 класс точности – длина;
- 5 класс – глубина;
- 3 либо 2 класс – ширина.
Квалитет точности должен соблюдаться неукоснительно. В противном случае после фрезерования придется выполнять трудоемкие и очень сложные работы по подгонке, в частности, подпиливание сопрягаемых элементов конструкции либо непосредственно шпонок.
Нормативные документы выдвигают строгие требования к точности расположения шпоночного паза, а также величине шероховатости его поверхности.
Квалитет шероховатости стенок (боковых) паза не может быть ниже пятого класса, а его грани обязаны размещаться абсолютно симметрично по отношению к проходящей через ось вала плоскости.
2 Фрезы для обработки шпоночных пазов
Чтобы обеспечить требуемый квалитет точности различных пазов, для их обработки применяются разные виды пазовых фрез:
- Затылованные по Госстандарту 8543. Они могут иметь сечение 4–15 и 50–100 мм. После переточки такой инструмент не изменяется по своей ширине. Затачивают затылованные фрезы исключительно по передней поверхности.
- Дисковые по стандарту 573. Их зубья располагаются на цилиндрической части. Дисковый режущий инструмент рекомендован для обработки пазов небольшой глубины.
- С цилиндрическим и коническим хвостовиком. Они бывают сечением 16–40 мм (конические) и 2–20 мм (цилиндрические). Для изготовления подобных фрез обычно применяются твердые сплавы (например, ВК8). Инструмент имеет 20-градусный угол наклона канавки. Режущее приспособление из твердого сплава дает возможность выполнять фрезерование уступов и пазов из плохо поддающихся обработке материалов и сталей прошедших закалку. Такой инструмент в несколько раз увеличивает квалитет точности и шероховатости поверхности, а также существенно повышает производительность работ.
- Насадные под шпонки сегментного типа по Госстандарту 6648. Фрезы, позволяющие обрабатывать любые разновидности пазов под сегментные шпонки сечением от 55 до 80 мм. В этом же стандарте описывается и хвостовой инструмент под такие шпонки. С их помощью фрезеруют изделия сечением не более 5 мм.
Основным инструментом для обработки пазов на фрезерном станке являются специальные шпоночные фрезы, выпускаемые по Госстандарту 9140. Они располагают двумя зубьями с режущими торцовыми кромками, имеют хвостовик конической либо цилиндрической формы. Для обработки шпоночного паза они идеальны, так как рабочие кромки данных фрез направлены в тело инструмента, а не наружу.
Шпоночные фрезы работают и с продольной, и с осевой подачей (как на сверлильных станках), они гарантируют необходимый квалитет шероховатости уступов и пазов после обработки. Переточка подобного инструмента осуществляется по зубьям, расположенным в торцевой части фрезы, благодаря чему ее начальное сечение почти не изменяется.
3 Особенности обработки шпоночных уступов и пазов
Фрезерование элементов шпоночного соединения производится на валах. Для удобного крепления заготовок валов используют призму – специальное приспособление, облегчающее процесс обработки. Если вал имеет большую длину, применяют две призмы, если небольшую – достаточно и одной.
Призматическое приспособление для уступов и пазов должно располагаться максимально точно. Этого добиваются за счет наличия в его основании шипа, который вводится в паз рабочего стола. Для закрепления валов используют прихваты. Они опираются непосредственно на вал, что исключает вероятность прогиба последнего. Обычно под прихваты укладывают латунную либо медную (небольшую по толщине) пластинку. Она предохраняет готовую поверхность изделия от повреждений.
Крепление валов выполняют в обычных тисках, которые монтируют на стол так, чтобы их можно было развернуть на 90 градусов. За счет возможности поворота тиски без проблем устанавливают на вертикально- и горизонтально-фрезерные агрегаты.
На призме вал фиксируется губками (посредством маховичка его зажимают), вращающимися вокруг пальцев. Описываемое приспособление для обработки уступов и шпоночного паза имеет в своей конструкции упор. Он позволяет монтировать вал по длине.
Чаще всего применяются призмы с магнитом (оксидно-бариевым) постоянного действия. Призматический корпус сделан из двух частей. Между этими половинками и устанавливается магнит. Как видим, приспособление для фрезерования уступов и шпоночных соединений выполнено достаточно просто, но при этом гарантирует эффективную обработку изделий.
4 Как фрезеруют закрытые пазы?
Обработка пазов закрытого типа осуществляется на горизонтально-фрезерных агрегатах. Для работы используется описанное выше приспособление, которое снабжается призмами либо самоцентрирующимися тисками. Установка валов на них производится стандартным образом.
Кроме того, существует еще один вариант установки валов. Специалисты называют его «монтажом по яблочку». В этом случае вал размещается по отношению к рабочему инструменту (концевая либо шпоночная фреза для уступов и пазов) на глаз. Затем запускают режущее приспособление и аккуратно подводят его к валу до момента их взаимодействия.
При контакте фрезы и вала на последнем остается слабый след рабочего инструмента. Когда след получается в виде неполного круга, стол требуется слегка сместить. Если же рабочий видит перед собой полный круг, никаких дополнительных действий производить не нужно, можно начинать фрезерование.
Закрытые пазы, которые впоследствии слегка пригоняются, обрабатывают по двум разным схемам:
- Врезанием фрезы (ручная операция) на всю глубину уступа и механической подачей в продольном направлении.
- Ручным врезанием инструмента на заданную глубину и механической продольной подачей в одну сторону, а затем еще одним врезанием и подачей, но уже в противоположную сторону.
Первая методика обработки уступов и пазов используется для фрез сечением 12–14 мм. В остальных случаях рекомендована вторая схема.
5 Тонкости обработки открытых и сквозных пазов и уступов
Такие элементы фрезеруют только после того, как все работы по их цилиндрической поверхности полностью завершены. Дисковый инструмент применяют в ситуациях, когда радиусы фрезы и канавки одинаковые.
Обратите внимание – эксплуатация фрез допускается до некоторого момента. При каждой новой заточке инструмента его ширина становится меньше на определенную величину. После нескольких таких операций фрезы становятся негодными для работы с пазами, их можно использовать для выполнения других операций, которые не выдвигают высоких требований к геометрическим параметрам по ширине.
Рассмотренное ранее приспособление подходит для обработки уступов и пазов сквозного и открытого типа. Здесь важно обеспечить правильную установку режущего инструмента на оправку. Монтаж нужно производить так, чтобы биение фрезы по торцу было как можно меньшим. Заготовка фиксируется в тисках с накладками (латунь, медь) на губках.
Точность монтажа фрезы проверяют штангенциркулем и угольником. Процесс выглядит следующим образом:
- инструмент ставят поперечно со стороны конца вала, который выступает из тисков, на заданную заранее дистанцию;
- при помощи штангенциркуля проверяют правильность выставленной дистанции;
- с другого конца вала устанавливают угольник и опять выполняют проверку.
Совпадение результатов замеров говорит о том, что фреза смонтирована правильно.
Добавим, что сегментные шпонки обрабатываются специальными фрезами (насадными либо хвостовыми). Двойной радиус канавок таких шпонок определяет диаметр инструмента, который можно использовать для фрезерования. При выполнении таких работ подача выполняется вертикально (по отношению к оси вала – в перпендикулярном направлении).
6 Шпоночно-фрезерные агрегаты для обработки валов
Если пазы должны иметь максимально точную ширину, их обработку следует выполнять на специальных шпоночных станках. Они работают шпоночным двузубым режущим инструментом, а подача на таких агрегатах выполняется по маятниковой схеме.
Шпоночно-фрезерное станочное оборудование обеспечивает обработку паза по всей его протяженности при врезании рабочего инструмента на глубину от 0,2 до 0,4 миллиметров. Причем фрезерование проводится дважды (врезание и подача в одну сторону, затем – те же операции в обратную сторону).
Описываемые станки оптимальны для массового и серийного изготовления шпоночных валов. Работают они в автоматическом режиме – после обработки изделия подача бабки в продольном направлении отключается автоматически и шпиндельный узел перемещается в начальное положение.
Кроме того, данные агрегаты гарантируют высокую точность получаемого паза, а фреза по периферии почти совсем не изнашивается, так как фрезерование ведется ее торцовыми частями. Минусом применения такой технологии считается ее длительность. Стандартная обработка пазов за два или один проход осуществляется в несколько раз быстрее.
Размеры пазов при использовании шпоночно-фрезерного оборудования контролируется либо калибрами, либо измерительным штрих-инструментом. В качестве калибров применяют круглые пробки. Замеры при помощи штангенглубиномера и штангенциркуля выполняются стандартно (устанавливается сечение, ширина, длина, толщина паза).
На современных предприятиях активно эксплуатируются два шпоночных станка: 6Д92 – для обработки концевым немерным инструментом закрытых пазов, и МА-57 – для фрезерования трехсторонним инструментом открытых пазов. Эти агрегаты, как правило, интегрируют в автоматизированные технологические линии.
Особенности фрезерования шпоночных пазов
Особыми требованиями, предъявляемыми к точности шпоночных пазов, являются выполнение их ширины в пределах допустимых отклонений по ПШ и строгая симметричность паза к оси вала. Для соблюдения этих требований необходимо правильно подобрать фрезу, установить ее на станке с минимальным биением (не более 0,02 мм по боковым зубьям) и выверить приспособление и заготовку относительно направления продольной подачи стола станка.
Для фрезерования на валах шпоночных пазов стандартами предусмотрены дисковые пазовые и трехсторонние цельные фрезы (см. рис. 52 и 54, а и б), которыми могут быть обработаны открытые и полуоткрытые пазы, имеющие выход по радиусу фрезы. Закрытые пазы выполняются двузубыми шпоночными фрезами (рис. 64), торцовые зубья которых пересекаются в центре. Такие фрезы перетачиваются главным образом по задним поверхностям торцовых зубьев и могут работать с осевой подачей.
Шпоночные фрезы выполняются с цилиндрическими или коническими хвостовиками и изготавливаются из быстрорежущей стали или оснащаются пластинками твердого сплава. Для фрезерования закаленных и труднообрабатываемых материалов освоен выпуск монолитных твердосплавных шпоночных фрез.
Пазы на валах под сегментные шпонки обрабатываются специальными грибковыми фрезами (рис. 65, а) с цилиндрическими хвостовиками либо насадными фрезами (рис. 65, б) — для пазов крупного диаметра.
При обработке шпоночных пазов валы можно закреплять в станочных тисках, на призмах, непосредственно на столе станка или в специальных самоцентрирующихся тисках. При установке заготовок в станочных тисках (рис. 66) на губки следует надеть угловые нагубники из мягкого листового металла, предохраняющие поверхность вала от смятия. В этих случаях целесообразно также применять специальные призматические накладные губки к тискам.
Призмы 4 (рис. 67) имеют паз 1 с углом профиля 90° и направляющие шпонки 5, с помощью которых осуществляют выверку призм по пазу стола. Заготовка 3 прижимается к призмам прихватами 2.
Длинные валы часто устанавливают непосредственно на столе по фаскам Т-образного паза и закрепляют по концам прихватами.
Самоцентрирующие тиски (рис. 68) могут быть применены для установки заготовок типа валов как на горизонтально-фрезерных, так и на вертикально-фрезерных станках, что достигается наличием у них двух взаимно перпендикулярных опорных плоскостей 8. Заготовку ставят цилиндрической поверхностью на призму 5 и при вращении маховичка 1 зажимают губками 3 и 6, которые поворачиваются на осях 2 и 7. Для установки валов крупного диаметра призма 5 может быть повернута и установлена в тисках другой стороной. Регулируемый упор 4 служит для закрепления вала в требуемое положение по длине.
Приемы фрезерования шпоночных пазов практически мало отличаются от соответствующих приемов обработки пазов общего назначения. Особенностью здесь являются способы установки фрезы симметрично оси вала и контроль поперечного расположения паза на нем.
Заготовку обрабатываемого вала обычно закрепляют на станке так, чтобы она имела свободный конец. В этом случае фрезу подводят до касания с боковой образующей цилиндра заготовки (рис. 69, а), а затем уже известными действиями смещают стол в поперечном направлении на расстояние
где d — диаметр вала, мм; b — ширина паза, мм.
Контроль расположения фрезы относительно оси вала выполняют угольником и штангенциркулем по размеру S (рис, 69, б), который определяется по формуле
где T — ширина полки угольника, мм; В — ширина фрезы, мм.
Если размер S с двух сторон вала одинаков, то фреза расположена правильно.
Когда конец заготовки не выступает из приспособления, расположить фрезу симметрично оси вала можно с помощью сравнительно простого приспособления (рис. 69, в), которое состоит из стойки 1 и подвижной призмы 2. Нижним V-образным пазом призма устанавливается на поверхность вала, а в верхний паз вводится фреза до касания уголков зубьев с его сторонами. Точность симметричного расположения шпоночного паза проверяют шаблоном (рис. 69, г).
В массовом производстве для обработки шпоночных пазов широкое распространение получили станки с программным управлением мод. 6Д95, работающие немерными концевыми фрезами. Необходимая точность ширины паза на этих станках достигается за счет регулируемого осциллирующего (колебательного) движения фрезы в направлении, перпендикулярном продольной подаче.
Шпоночный паз: размеры по ГОСТ
Как средство для передачи вращения шпонка используется повсеместно. На первый взгляд здесь нет ничего сложного: вырезал шпоночный паз, вставили, узел готов. Почему шпоночное соединение, несмотря на довольно устаревшую технологию, не потеряло своей актуальности?
Шпоночные соединения
Шпонка представляет собой некую деталь, являющуюся промежуточным звеном для передачи вращательного момента вала ступице. Данный процесс осуществляется за счет образования напряжения смятия шпоночных пазов. Именно по этой причине шпоночные соединения относят к группе жесткого способа передачи вращения.
В большинстве случаев шпонками пользуются в низко нагруженных изделиях. Преимущественно для деталей мелкой серии. Происходит это из-за малой несущей нагрузки шпонок, причина которой кроется в наличии следующих недостатков:
- Шпоночные пазы уменьшают поперечную площадь вала, что отрицательно влияет на его прочностные характеристики. Особенно это имеет сильный эффект на пустотелых валах с отношением внутреннего и наружного радиусов 0,6. Изготовление шпоночных пазов в таких условиях является неприемлемым.
- Форма паза отличается резкими переходами, что служит причиной образования концентраторов напряжения. Все это заметно снижает устойчивость соединения к циклическим нагрузкам.
- Достаточно низкая технологичность.
Несмотря на все вышеуказанные недочеты шпонки все равно активно применяются в отраслях машиностроения из-за упрощенной конструкции и низкой стоимости. Но на массовом и крупносерийном производстве высоко ответственных деталей шпонки уступили более совершенным во всех планах шлицевым соединениям.
Виды шпонок
Современное производство предоставляет свыше 20 наименований разного рода.. Но среди них выделяют следующие наиболее применяемые типы в машиностроении:
- Клиновые — используются на концевых установках и являются разновидностью забивных шпонок. Такое шпоночное соединение применяют при диаметре вала от 100 мм. В настоящее время встречаются крайне редко. Причина этого кроется в высокой вероятности перетяжки узла и смещении соосности ступицы и вала под воздействием одностороннего усилия. А также затрудненное извлечение шпонок.
- Призматические. Размеры паза регулируются ГОСТ 23360-78. Они наиболее востребованы в промышленности из-за оптимального соотношения прочности и технологичности. Существует две их разновидности: врезные и закладные. Врезные шпонки устанавливаются с натягом, а закладные с небольшим зазором.
- Направляющие шпонки. От призматических их отличает наличие отверстий под крепеж на валу. Помимо передачи вращения они служат элементом для направления деталей.
- Сегментные шпонки выделяются среди остальных повышенной технологичностью вырезания пазов. Пазы изготавливают с помощью дисковых фрез, что обеспечивает им большее значение точности и производительности. Крепеж шпонок на валах также отличается более высокой устойчивостью из-за более глубокого врезания в их поверхность. Однако одновременно все эти достоинства являются причиной существенного ослабления вала. Это обстоятельство наряду с небольшой длиной паза приводит к появлению повышенных напряжений, которые и ограничивают использование шпонок малонагруженными изделиями.
Стоит отметить, что шпоночные пазы изготавливаются методом фрезерования, долбления протяжки. Наиболее распространено их получение пальчиковой фрезой, поскольку этот способ обеспечивает относительно благоприятное распределение напряжение и приемлемую технологичность.
Материал
Для шпонок наиболее подходят стали с содержанием углерода свыше 0,4%. Именно такой состав обеспечивает необходимое значение износостойкости, прочности и твердости. Сюда относятся конструкционные стали марок 45 и 50, а также сталь обыкновенного качества Ст.6.
Применение более дорогих аналогов стальных сплавов не имеет смысла, поскольку повышенная жесткость шпонки увеличивает вероятности пазов валов и ступицы. Для улучшения условий передачи вращения куда выгодней воспользоваться другими более оптимальными.
Маркировка
Обозначение шпоночного крепления вала на ступице покажем на примерах. Шпонка призматическая с шириной 18 мм, высотой 11 мм и длиной 50 мм маркируется:
Шпонка 18х11х50 ГОСТ 8789-68
Стоит заметить, что посадочные размеры пазов отличаются. Их значения находятся в соответствующих стандартах шпоночных соединений.
Таблица 1. Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78.
