Конспект лекций по технологии машиностроения. 1. Технология изготовления валов 3 Способы получения заготовок валов 3
 Скачать 3.82 Mb.
|
1.2. Типовой техпроцесс обработки ступенчатых валов в крупносерийном или массовом производствеЭтот ТП включает следующие операции:
1.2.1. Обработка торцов вала и центрированиеВ единичном и мелкосерийном производствах торцы обрабатывают на токарных и фрезерных станках. Центрирование выполняется на сверлильных, токарных, револьверных и горизонтально-расточных станках. Центрирование может производиться или двумя инструментами (спиральным сверлом и зенкером), или же одним комбинированным центровочным сверлом. Угол конуса сверла обычно равен 600, однако, для тяжелых заготовок валов его увеличивают до 750 или 900. В ряде случаев у режущих инструментов выполняют дополнительную фаску с углом 1200, которая предохраняет центровое отверстие от забоин при случайном повреждении торцов вала.  В серийном и массовом производствах применяют фрезерно-центровальные полуавтоматы, на которых одновременно фрезеруются 2 торца (позиция 2 на рис. 1.3.), затем центруются 2 отверстия (позиция 3).  Рис. 1.3. – Схема обработки вала на фрезерно-центровальном полуавтомате. 1.2.2. Обтачивание валовТокарная обработка валов обычно включает черновые и чистовые операции. При черновом точении снимают большую часть припуска, работая с большей глубиной резания и большой скоростью движения подачи. В единичном и мелкосерийном производствах обтачивание выполняется на токарных универсальных станках. При обработке ступенчатых валов используются различные схемы резания, например, представленная на рис. 1.4. В схеме на рис. 1.4., в суммарная длина перемещения резца  , т.е. меньше, чем в схеме на рис. 1.4., а. Однако, число рабочих и вспомогательных ходов больше. Рис. 1.4. – Схемы обтачивания валов При выборе схемы резания стремятся получить максимальную производительность и минимальную себестоимость операции. При этом учитывают размеры вала, способ простановки и контроля размеров, допуски и другие факторы. Иногда при большой разнице в диаметрах ступеней стремятся как можно дольше не ослаблять вал и ступени наименьшего диаметра обтачивать в последнюю очередь. При обтачивании длинных не жестких валов применяют неподвижные или подвижные люнеты. Неподвижный люнет устанавливается на станине станка. Подвижный люнет движется на суппорте и его кулачки следуют за резцом (рис. 1.5., а). Если же необходимо обеспечить соосность обработанной поверхности с поверхностью 2 (рис. 1.5., б), то кулачки люнета располагают впереди резца на поверхности.  Рис. 1.5. – Схема обтачивания вала с использованием люнета В настоящее время в мелкосерийном производстве используются станки с ЧПУ. Они позволяют автоматизировать цикл обработки, использовать повышенные режимы резания, повысить производительность, применить многостаночное обслуживание, сократить дефицит высококвалифицированной рабочей силы, уменьшить брак, сократить сроки подготовки производства. В крупносерийном и массовом производствах для обтачивания валов применяют многорезцовые и гидрокопировальные станки и полуавтоматы. Обычно они имеют 2 суппорта – продольный и поперечный, служащие для подрезания торцов, растачивания канавок и фасонного точения. Суппорты могут работать одновременно. На многорезцовых станках в случае необходимости применяют обтачивание с врезанием и последующей продольной подачей (рис. 1.6., б).   Рис. 1.6. – Схема обтачивания вала на многорезцовом полуавтомате По сравнению с универсальными токарными станками, многорезцовые станки позволяют повысить производительность за счет сокращения длины рабочего хода, одновременной работой резцов, а также за счет устранения затрат времени на смену резцов, поворот резцедержателя и холостые перемещения суппорта. На продольном суппорте гидрокопировального станка устанавливается 1 резец, который настраивается на размер только по одной шейке вала. Получение остальных размеров обеспечивается копиром и следящей системой. Одновременно сокращается число измерений, применяется более высокий режим резания, чем при работе с ручным включением подач. Валы обтачиваются за один или несколько рабочих ходов, при этом смена копиров производится автоматически за счет поворота барабана с копиром. В тех случаях, когда вал может быть обработан на гидрокопировальном и одношпиндельном многорезцовом полуавтомате, выбор оборудования делается на основании технико-экономического анализа. При этом учитываются следующие соображения:
1.2.3. Отделочная обработка наружных цилиндрических поверхностейДля отделочной обработки наружных цилиндрических поверхностей применяют тонкое точение, шлифование, полирование, притирку, суперфиниш, обтачивание роликами и т.п. 1.2.2.1. Тонкое точениеТонкое точение чаще применяется для отделочной обработки заготовок из цветных металлов и сплавов, реже для заготовок из стали и чугуна. Объясняется это трудностями шлифования цветных сплавов вследствие «засаливания» шлифовального круга. Обработка производится алмазными, композитными, металлокерамическими резцами и резцами, оснащенными твердыми сплавами, при высоких скоростях главного движения резания, малых скоростях движения подач и глубинах резания. Тонкое точение позволяет получить 6…7 квалитет точности обработки и шероховатость поверхности  мкм.Производительность обработки выше, чем при шлифовании. В крупносерийном и массовом производствах для тонкого точения применяют специальные быстроходные станки высокой точности и виброустойчивости. 1.2.2.2. ШлифованиеОно является основным методом чистовой обработки наружных цилиндрических поверхностей. Преимуществами шлифования является возможность исправления погрешностей заготовки после термообработки. При обычном тонком шлифовании осуществляется обработка по 6-7 квалитету точности, при шероховатости поверхности 1,2…0,3 мкм. Тонкое шлифование дает 5 квалитет точности и шероховатость 0,16…0,8 мкм. Оно осуществляется малозернистым кругом при большой скорости его вращения, малой скорости вращения заготовки, малой глубине резания. Шлифование осуществляется на кругло- и бесцентрошлифовальных станках с продольной подачей круга или по способу вращения (рис. 1.7.)  А – с продольной подачей; Б, В – по способу (методу) вращения Рис. 1.7. – Схема шлифования на кругло-шлифовальном станке: Шлифование по способу вращения более производительно, применяется в крупносерийном и массовом производстве при обработке цилиндрических и фасонных поверхностей. Для одновременного шлифования нескольких шеек используются специальные станки, работающие несколькими кругами с целью сокращения вспомогательного времени при шлифовании, применяются устройства активного контроля, позволяющие измерять заготовки в процессе шлифования, а также устройства автоматической остановки станка при достижении заданного размера. При бесцентровом шлифовании (рис. 1.8.) заготовка помещается между двумя шлифующими кругами, из которых один (большего диаметра) является шлифующим, а с другой – ведущим.  Рис. 1.8. – Схема бесцентрового шлифования Шлифующий круг 1 вращается со скоростью 20-35 м/с, ведущий круг 2 – со скоростью 20-30 м/мин. Заготовка 3 ничем не закрепляется, но поддерживается опорой 4 со скосом, направленным в сторону ведущего круга. Сила сцепления заготовки с ведущим кругом больше, чем со шлифующим. Это объясняется следующими причинами:
За счет сцепления с ведущим кругом заготовка вращается с окружной скоростью, которая меньше окружной скорости ведущего круга всего на 1-3%. При бесцентровом шлифовании с продольным движением подачи заготовки ось ведущего круга не параллельна оси шлифующего круга. Благодаря этому без специального механизма подачи обеспечивается перемещение заготовки со скоростью  где  - скорость вращения ведущего круга.С увеличением угла  скрещивания осей кругов производительность обработки возрастает, но качество поверхности ухудшается, поэтому обычно  .Для повышения точности обработки иногда выполняют сквозное шлифование за несколько рабочих ходов. В крупносерийном и массовом производствах обработка может выполняться последовательно на нескольких станках, соединенных в автолинию. При бесцентровом шлифовании по способу врезания оси кругов чаще всего параллельны. Сначала ведущий круг отводится от шлифующего, и заготовка устанавливается на опору, затем ведущий круг подводится к заготовке и осуществляется поперечная подача до получения заданного размера. По сравнению со шлифованием в центрах бесцентровое шлифование имеет следующие преимущества:
В то же время бесцентровое шлифование имеет определенные недостатки: 1. Затраты времени на наладку и регулировку таких станков достаточно велики и окупаются при больших партиях заготовок. Поэтому бесцентровое шлифование чаще всего применяют в автотракторной и подшипниковой промышленности. 2. шпоночные пазы, канавки, отверстия, разрывы обрабатываемой поверхности препятствуют нормальной работе и даже делают её невозможной. 3. При бесцентровом шлифовании трудно обеспечить круглость обрабатываемой поверхности. 4. Затрудняется достижение соосности шлифуемой поверхности с другими ранее обработанными поверхностями. 1.2.3.3. Полирование и суперфинишПолирование мягкими кругами из войлока, фетра или лентой ведется при высоких скоростях инструмента, на поверхность которого наносится смесь мелкозернистого абразивного порошка и смазки. Полирование обеспечивает малую шероховатость поверхности (  мкм), но не изменяет точность размеров и форму.Суперфиниш (отделка колеблющимися брусками) реализует принцип неповторяющегося следа, который заключается в том, что ни одно зерно абразива не проходит дважды по одному и тому же пути. Для этого, кроме вращающейся заготовки, с небольшой скоростью (1-2,5 м/мин) и продольного перемещения брусков (рис. 1.9.) им сообщают от 200 до 1000 колебаний в минуту с малой амплитудой. За счет колебательных движений, малой зернистости брусков и малого давления обеспечивается малая шероховатость заготовки (  мкм). Рис. 1.9. – Схема обработки вала абразивными брусками. Процесс ведется с применением смазочно-охлаждающей жидкости и протекает следующим образом: в начальный момент площадь контакта брусков с обрабатываемой поверхностью мала и давление бруска оказывается значительным, что вызывает интенсивный съём металла. В дальнейшем бруски прирабатываются, давление уменьшается, и процесс резания теряет свою интенсивность. Суперфиниш не улучшает макрогеометрию заготовки, поэтому предварительная обработка должна обеспечить правильную геометрическую форму детали. Припуск под суперфиниш обычно не оставляют. 1.2.4. Обработка резьбы1.2.4.1. Нарезание резьбы резцами и гребенкамиПри нарезании резьбы на токарных станках заготовке сообщают вращение, а резцу – перемещение вдоль оси заготовки с подачей на оборот, равной шагу резьбы. Точность шага определяется точностью кинематической цепи станка, а точность профиля резьбы – точностью заточки и установки резца. Поэтому в процессе обработки токарь обычно контролирует ?????????????????????. При нарезании резьбы за несколько рабочих ходов движение поперечной подачи резца может осуществляться, например, по схемам, показанным на рис. 1.10. (а,б). При использовании схемы (а) обеспечивается лучшее качество обработанной поверхности, а при работе по схеме (б) упрощается форма срезаемого слоя, облегчается процесс резания и удаления стружки. Поэтому иногда черновую обработку выполняют по схеме (б), а последний слой срезают по схеме (а).  Рис. 1.10. – Схемы резания при обработке резьбы. При нарезании резьбы одним резцом за несколько рабочих ходов его режущая кромка быстро притупляется и её форма искажается, поэтому рекомендуется для нарезания резьб с крупным шагом использовать 2 резца – черновой и чистовой, или же применять резьбонарезные гребенки. Благодаря уменьшению числа рабочих ходов, гребенки обеспечивают повышение производительности обработки. Недостатком стандартных гребенок является то, что их нельзя использовать для работы «в упор», т.е. для нарезания резьб, расположенных рядом с шейками большего диаметра. Обработка резьбы на токарных станках производится обычно в следующих случаях:
Преимуществом нарезания резьбы на токарном станке является простота инструмента и сравнительно высокая точность. Недостатками – низкая производительность и зависимость точности обработки от квалификации рабочего, которая должна быть достаточно высокой. Увеличение производительности резьбонарезания за счет увеличения скорости главного движения резания во многих случаях оказывается затруднительным из-за сложности быстрого отвода резца, обрабатывающего резьбу, примыкающую к уступу. В крупносерийном и массовом производствах резьбу часто нарезают на специальных полуавтоматах, обеспечивающих автоматизацию цикла многоходовой обработки. В мелкосерийном производстве целесообразно использовать станки с ЧПУ. 1.2.4.2. Фрезерование резьбы охватывающей резцовой головкойНарезание резьбы охватывающей головкой производится на токарно-винторезных и резьбофрезерных станках. Твердосплавные резцы 1 (рис. 1.11.) закрепляются в резцовой головке и вращаются со скоростью 150-450 м/мин. Головка устанавливается под углом к оси заготовки в соответствии с углом подъема резьбы и за каждый оборот медленно вращающейся заготовки перемещается вдоль её оси на величину шага. Наибольший эффект достигается при обработке крупных резьб.  Рис. 1.11. – Схема нарезания резьбы охватывающей головкой. 1.2.4.3. Нарезание резьбы плашками и самораскрывающимися головкамиПри нарезании резьбы на токарно-револьверных и агрегатных станках в качестве инструмента могут использоваться плашки. Держатели плашек позволяют инструменту свободно перемещаться на небольшую величину или, как говорят, самоустанавливаться в продольном направлении. Это исключает срыв резьбы при несовпадении скорости движения плашкодержателя вдоль оси заготовки и скорости навинчивания плашки на заготовку. Основной недостаток плашек – необходимость свинчивания их после окончания нарезания резьбы, что снижает производительность и качество обработки. При обработке резцовыми самораскрывающимися головками свинчивания не требуется и производительность значительно повышается. 1.2.4.4. Фрезерование резьбы дисковыми и гребенчатыми (групповыми) фрезамиФрезерование дисковыми фрезами (рис. 1.12.) применяется для обработки крупных резьб при достаточно больших объемах выпуска. При этом обработка выполняется за 1-3 рабочих хода. Заготовка медленно поворачивается, а вращающаяся со скоростью главного движения фреза перемещается вдоль её оси с подачей на оборот, равной шагу резьбы.  Рис. 1.12. – Схема фрезерования резьбы. По сравнению с точением преимуществом фрезерования является более высокая производительность, возможность многостаночного обслуживания и использования рабочего невысокой квалификации. Фрезерование гребенчатыми (групповыми) фрезами применяется для получения коротких наружных и внутренних резьб с мелким шагом. В отличие от обработки резьб дисковой фрезой оси гребенчатой фрезы и заготовки параллельны (рис. 1.13.). Длина фрезы обычно на 2-3 шага превышает длину резьбового участка заготовки.  Рис. 1.13. – Схема фрезерования резьбы гребенчатой фрезой. В начале обработки вращающаяся фреза перемещается в радиальном направлении  и врезается в заготовку на глубину профиля резьбы. При этом за 1 оборот заготовки фреза перемещается вдоль оси на шаг резьбы (движение подачи  ). Фрезерование происходит за 1,2 оборота заготовки. Причем вначале обработки 0,2 оборота необходимы для врезания фрезы, а в конце – для зачистки следов врезания.1.2.4.5. Накатывание резьбыНакатывание резьбы применяется в крупносерийном и массовом производствах. Помимо высокой производительности метод позволяет получить благоприятную упрочненную поверхностную структуру металла, т.к. волокна материала пластически деформируются, а не перерезаются. Резьба накатывается плоскими плашками или накатными роликами. На плоских плашках (рис. 1.14.) имеется прямолинейная резьба (развертка резьбы) с такими же профилем и углом подъема  как и у накатываемой резьбы. Резьба накатывается за один двойной ход ползуна. Число двойных ходов в минуту достигает 280. Рис. 1.14. – Схема накатывания резьбы плашками. Накатывание резьбы одним роликом применяется на токарных и револьверных станках и автоматах из-за односторонней радиальной силы. В этом случае возможен изгиб заготовки. Поэтому большее распространение получило накатывание резьбы двумя роликами с радиальным движением подачи (рис. 1.15.). Накатывание резьбы может также производиться двумя-четырьмя роликами с продольной подачей при постоянном межосевом расстоянии. По производительности накатывание роликами обычно уступает накатыванию плашками.  Рис. 1.15. – Схема накатывания резьбы роликами. |