Фрезерные станки с нижним расположением шпинделя

Отечественной промышленностью выпускаются одношпиндельные станки Ф-4, Ф-5, Ф-6, ФШ-4 и ФА-4. Они применяются на деревообрабатывающих предприятиях с серийным выпуском продукции и на предприятиях вспомогательного производства.
Станок ФШ-4 выполняет шипорезные работы. Станок ФА-4 может быть использован с ручной и механической подачей. Все станки с ручной подачей по конструкции однотипные с разницей лишь в модификации отдельных узлов.
Базовой моделью является фрезерный станок Ф-4 среднего типа.
К легким станкам с повышенным числом оборотов шпинделя относится Ф-6. На нем обрабатываются по шаблону и линейке мелкие прямолинейные и криволинейные детали.
К тяжелым станкам относится Ф-5. На нем обрабатываются по шаблону и линейке крупные детали.
Станки с ручной подачей по конструкции несложные, с однотипной кинематической схемой, поэтому более подробно рассмотрен только станок Ф-4 (рис. 138).

На станине 1 в направляющих 2 монтируется суппорт 3, На суппорте посредством шарикоподшипников закрепляется шпиндель 10. По высоте шпиндель устанавливается маховичком 13 с помощью подъемного механизма, состоящего из зубчатой а и винтовой передач. Суппорт фиксируется стопорными винтами 5. В верхней части станины укрепляется стол 7, а на столе — направляющая линейка 8 коробчатого сечения, служащая одновременно ограждением фрезерной головки. Для удаления пыли предусмотрен приемник 11. Привод шпинделя — от электродвигателя 16 через плоскоременную передачу 17. Электродвигатель монтируется на подмоторной шарнирно укрепленной плите.
Натяжение ремня производится отклонением подмоторной плиты и двигателя с ведущим шкивом посредством маховичка 14. Ограждение ремня осуществлено специальным щитком 15. Сбоку станины смонтирован специальный шкаф 4 для размещения электроаппаратуры, а кнопки управления находятся на щитке 12. Ручка 6 служит для включения тормоза электродвигателя.
При больших нагрузках в процессе обработки крупногабаритных заготовок предусматривается (на верхней части шпинделя) установка дополнительной опоры 9, которая монтируется на кронштейне 18, укрепленном на станине.
Для предотвращения вибрации заготовка в процессе резания прижимается сверху подпружиненными упорами 19. Рабочее место освещается лампой 20.
Основным узлом станка является станина, которая служит средством поглощения вибраций, возникающих от дисбаланса вращающегося при высоком числе оборотов шпинделя.
Стол является базой для обрабатываемых заготовок. Для выхода шпиндельной насадки в середине стола имеется круглое отверстие. Диаметр отверстия регулируется вставкой вкладышных колец в зависимости от диаметра применяемой фрезы. Имеющиеся на столе пазы служат направляющими для перемещения линейки, крепления ограждения и др.
Суппорт представляет собой чугунную раму жесткой конструкции, на поперечинах которой отлиты корпуса подшипников шпиндельного вала. Жесткая связь корпусов обоих (верхнего и нижнего) подшипников обеспечивает точную расточку, а затем установку однорядных высокооборотных шарикоподшипников.
Крайние боковые стороны (по вертикали) суппорта точно обработаны и сопрягаются с направляющими станины, по которым суппорт настраивается по высоте. Перемещение суппорта в пределах 50—100 мм.
Шпиндельный вал (рис. 139, а) в верхней части (внутри стержня) имеет гнездо с конусом Морзе для присоединения шпиндельной насадки, на которой закрепляется фреза.

Соединение шпиндельного вала с насадкой должно быть соосным и обеспечивать центрирование оси фрезы с системой вал — насадка. Укрепление насадки на шпиндельном валу с соблюдением центрирования (рис. 139, б) производится с помощью колпачковой 1 или дифференциальной 2 зажимной гайки. Наиболее совершенным считается крепление дифференциальной гайкой, имеющей две резьбы с разным шагом (большой шаг на шпинделе, меньший на стержне насадки). С помощью дифференциальной гайки насадка легко вытягивается из гнезда шпинделя, а также прочно соединяет конусы насадки и вала, создавая надежное трение между конусами.
Наиболее ответственными деталями в узле шпиндельного вала являются опоры. Они должны обеспечивать нормальную работу при высоких числах оборотов. В станках с нижним расположением шпинделя преимущественно используются однорядные шариковые радиальноупорные подшипники.
Недопустима установка упорных подпятниковых подшипников, так как они не приспособлены для работы на высоких скоростях.
Особое значение имеет смазка скоростных подшипников. Для этого применяется жидкое маловязкое масло, подаваемое в подшипники самотеком. Отработанное масло подается винтовым насосом обратно в бак (рис. 139, в).
В процессе эксплуатации станков при больших числах оборотов наблюдается вибрация шпинделя. Возникающие от дисбаланса инерционные силы создают дополнительные динамические нагрузки на шарикоподшипники, возбуждают колебания деталей и узлов станка. Прогиб шпинделя вызывает погрешности при обработке. Для уменьшения влияния дисбаланса рекомендуется устанавливать третью опору на конце шпинделя. По данным исследований ЛТА, эта опора в 10 раз повышает виброустойчивость шпиндельного узла.
На консольной нижней части шпинделя укрепляется широкий ведомый шкив для свободного перемещения ремня; он обеспечивает вертикальное перемещение шпиндельного блока.
Двухшпиндельный станок Ф2-4 предназначен для обработки рамочных и щитовых деталей по наружному контуру. Для предотвращения заколов и вырывов древесины с поверхности обработки предусматривается взаимно противоположное направление вращения ножевых головок.
По существу станок Ф2-4 это сдвоенный одношпиндельный станок Ф-4. Станина станка и стол являются общими для обоих шпинделей. Конструкция суппортов и шпинделей, системы их смазки и привода такие же, как у станков Ф-4, Ф-5 и др. Каждый шпиндель имеет самостоятельный привод.

Отечественной промышленностью выпускается станок с механизированной подачей ФА-4. Он является модификацией станка Ф-4. Механизм (рис. 140, а) зубчатой звездочкой обеспечивает подачу прямолинейных и криволинейных заготовок с помощью специального шаблона.
Подающая звездочка 1 смонтирована на полом валу 2, который укрепляется из расчета независимого вращения относительно шпинделя (на шарикоподшипниках).
Привод звездочки от электродвигателя 5, через редуктор 4 и цепную передачу 3. Звездочка 1 входит в зацепление с втулочно-роликовой цепью, которая укреплена на боковой поверхности шаблона 6, При вращении звездочка зубцами через цепь перемещает шаблон по направлению касательной к точке сцепления, осуществляя подачу по направлению профиля боковой поверхности шаблона. На нижней стороне шаблона имеется паз 7, вертикальная стенка которого по периметру параллельна боковой наружной поверхности шаблона. Шаблон вставляется между подающей звездочкой и прижимным роликом 8. Для ограничения перемещения шаблона и исключения чрезмерного его давления на звездочку на полом валу установлено ограничительное кольцо 9, Ролик прижимается к шаблону пружиной 11. В прорези стола устанавливается подвижный ползун 10, на котором укрепляется с помощью пальца прижимной ролик 8.
Педалью 12 прижимной ролик отводится, тем самым сцепление звездочки с роликовой цепью нарушается и подача останавливается. Фрезерный шпиндель 13 имеет геометрическую ось с подающей звездочкой. Фреза 14 располагается над подающей звездочкой. Прижим заготовки к шаблону осуществляется прижимным элементом со сферической поверхностью 15, а давление на элемент производит пружина 16.
Прижимной элемент регулируется по высоте перемещением кронштейна 17 по колонке 18.

Заготовки на шаблоне закрепляются с помощью накалывания на шипы 19.
Механизм подачи с помощью звездочки может применяться при обработке заготовок по наружному и внутреннему замкнутому и незамкнутому контурам. Этот механизм преимущественно применяется при обработке тяжелых деталей с длинной линией обработки замкнутого контура и несильно вытянутой формы.
В зарубежной практике применяются приставные механизмы с вращающимися шаблонами (рис. 140, б). Механизм прикрепляется к столу станка. Конструкция его состоит из корпуса 1 с редуктором, электродвигателя 2, передающего движение редуктору посредством ременной клиновой передачи. Для натяжения ремня электродвигатель укреплен на подмоторной плите 3. К корпусу прикреплены две качающиеся рамки 4 со шпинделями 5. Шпиндели получают движение от электродвигателя через редуктор. Вращающиеся шаблоны 6 прикрепляются к шпинделям снизу. Обрабатываемая заготовка укладывается под шаблон. После поворота рукоятки 7 шпиндель с шаблоном опускается вниз, прижимая шипами заготовку, и приводит ее в движение. Рукоятка 8 служит для подвода рамки со шпинделем к режущему инструменту. Заготовка обрабатывается по копирующей поверхности шаблона. Этот механизм используется для обработки криволинейных заготовок толщиной 10—15 мм и диаметром 130—140 мм по замкнутому контуру.

При обработке по наружному контуру криволинейных поверхностей применяются приспособления (рис. 141, а), которые состоят из шаблона 1, имеющего криволинейную боковую поверхность 5, соответствующую детали обрабатываемой заготовки, и упорного копировального кольца 2, имеющего общую ось вращения со шпинделем фрезерной головки 3. Шаблон состоит из основания 4 и упора 5. Он изготовляется из сухой твердолиственной древесины или толстой многослойной фанеры (для точных работ — из легкого металла дюралюминия). Обрабатываемая деталь 6 фиксируется на шаблоне прижимами 7. В процессе обработки заготовки резанием копировальная кромка шаблона 8 упирается в упорное кольцо 2. Этим обеспечивается перенесение контура опорной боковой поверхности шаблона на поверхность обрабатываемой заготовки.

Конструкция упорного кольца может быть двух типов. В первом случае кольцо надевается на шпиндель (шарикоподшипник) — рис. 141, б, а во втором — кольцо не связано со шпинделем и укрепляется в столе (рис. 141, в). Первая конструкция проста по устройству, но имеет существенный недостаток: передает поперечное усилие от давления шаблона на шпиндель. Указанного недостатка лишено упорное кольцо второй конструкции.
На одном из мебельно-деревообрабатывающих комбинатах применено упорное кольцо с регулируемым опорным диаметром. Известно, что при обработке по контуру боковых поверхностей узлов мебели необходимо соблюдать соответствие диаметра резания ножевой головки и опорного диаметра кольца. Кольцо с регулируемым опорным диаметром значительно сокращает время на наладку станка и обеспечивает точную обработку детали. Кольцо (рис. 141, в) имеет круглое основание 1 с отверстием для свободного прохода шпинделя. Верхняя часть кольца протачивается, на проточенной поверхности нарезается резьба с шагом 2 мм. Кольцо укрепляется на столе 2.
На проточенную часть навинчивается переходное кольцо 3, наружная грань которого скошена под углом 15°. На верхней кромке переходного кольца вырезаются шлицы под специальный ключ. Переходное кольцо охватывается направляющим КОЛЬЦОМ 4, внутренняя грань которого также скошена под углом 15°. Это кольцо разрезное и стягивается с помощью специально приваренных пластин с отверстиями под болт. Кольцо фиксируется в нужном положении с помощью штифта 5, закрепленного на основании кольца. Каждый полный поворот переходного кольца изменяет наружный диаметр упорного кольца на 0,33 мм. Таким образом приводятся в соответствие диаметры резания ножевой головки и упорного кольца.
Техническая характеристика фрезерных станков с нижним расположением шпинделя дана в табл. 61.