ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ. Лекции по курсу металлорежущие станки
 Скачать 3.81 Mb.
|
|
Станки для абразивной обработки Шлифовальные станки применяются в основном для снижения шероховатости обрабатываемых деталей и получения точных размеров. В большинстве случаев на шлифование детали поступают после предварительной черновой обработки и термических операций, хотя бывают случаи, когда шлифование является единственным методом обработки. Основной инструмент при шлифовании – шлифовальный круг. На шлифовальных станках можно обрабатывать наружные и внутренние цилиндрические, конические и фасонные поверхности и плоскости, разрезать заготовки, шлифовать резьбу и зубья зубчатых колёс, затачивать режущий инструмент и т.д. Шлифовальные станки в зависимости от назначения подразделяются на круглошлифовальные, внутришлифовальные, безцентровошлифовальные, плоскошлифовальные и специальные. Главным движением резания во всех шлифовальных станках является вращение шлифовального круга, измеряемое в м/сек. V шл = 30…40 м/сек. 1. Круглошлифовальные станки. 38 Обработка длинных валов (рис. а). Станок имеет следующие движения: главное движение – вращение шлифовального круга, круговая подача – вращение заготовки. Кроме того, имеется продольная подача заготовки П пр и поперечная подача шлифовального круга (подача врезания) П вр. Станки, работающие методом врезания (б) имеют круговую подачу, подачу на врезание (П вр ), а также осциллирующую подачу, т.е. колебательное осевое движение, которое могут совершать шлифовальная бабка или стол. Круглошлифовальные станки бывают простые и универсальные, т.е. имеющие поворот оси шпиндельной бабки и бабки изделия для шлифования конусов. Основной размер в них – наибольший диаметр обработки. Он равен 100- 1600 мм. Круглошлифовальный станок мод. 3А151, например, предназначен для обработки деталей с диаметром до 200 и длиной до 700 мм. (рис 38) Вращение шлифовального круга V ш выполняется от двигателя Д V c N = 7 кВт через сменные шкивы i v . Круговая подача заготовки V з – от двигателя постоянного тока Д 2 , через клиноременные передачи сообщает заготовке n = 63…400 об/мин. Продольная подача заготовки П пр и подача врезания П вр шлифовального круга выполняется гидравлически от насоса Н 1 . Продольное перемещение стола П пр выполняется гидроцилиндром Гц Sпр . Оно управляется реверсивным золотником З р от управляющего золотника З у, переключаемого переставным упором У п или вручную. При этом золотник включения продольной подачи З Sпр перемещён влево. Переключением его вправо отключается возвратно- поступательная продольная подача стола и создаётся возможность наладочного перегона стола влево или вправо ручным включением крана К р . При любых гидравлических перемещениях стола в блокировочный гидроцилиндр Гц бл , через канал крана К р подаётся масло, благодаря чему блокировочная муфта М бл отключает реечное колесо с z = 10 от маховика 1 X M ручного перемещения стола, что бы рукоятка этого маховика не травмировала рабочего при вращении. Ручное перемещение стола маховика 1 X M возможно только при выключении гидроприводе, когда пружина блокировочного гидроцилиндра включает муфту М бл 39 При правке круга нужна меньшая скорость перемещения стола, поэтому вручную переключают золотник З прав или З шл , чтобы слив проходил через дроссель правки Др пр , а не через досель шлифования Др шл Для уменьшения шероховатости поверхности, обрабатываемой врезным шлифованием, шпинделю шлифовальной бабки сообщают осевое колебательное (осциллирующее) движение П осц с частотой n = 40 дв. х/мин и амплитудой 0…3 мм. Для этого со шпинделя червячной парой вращение передаётся эксцентрику, качающему через рычаг шпиндель. Амплитуда регулируется рычагом гидроцилиндра Гц осц . Подача на врезание осуществляется от гидроцилиндра Гц вр 2. Внутришлифовальные станки. На внутришлифовальных станках шлифуют сквозные и глухие отверстия цилиндрической и конической формы, а также их торцы. При обычном исполнении станков вращаются как шлифовальный круг V кр , так и заготовка. При планетарном исполнении вращение заготовки V заг передано оси шлифовального круга V оси , т.к. заготовки обычно тяжёлые и имеют несимметричную форму. Кроме того подача врезания П вр выполняется на этих станках не смещением оси шлифовального круга относительно оси шлифуемого отверстия, а изменением величины радиуса вращения оси шлифовального круга относительно оси отверстия. Для обеспечения достаточной (30-40м/с) скорости резания число об/мин шлифовальных кругов малого диаметра приходиться доводить до 150 000 об/ми. Опорами шпинделей служат прецизионные радиально-упорные шарикоподшипники со смазкой масляным туманом, а также гидро- и аэростатические подшипники. Внутришлифовальный полуавтомат мод. 3А252, например, предназначен для шлифования отверстий с диаметром до 200 мм (рис. 39). Шлифовальный круг имеет две частоты вращения: 3650 и 1000 об/мин, устанавливаемые сменными шкивами. Электродвигатель привода вращение заготовки В заг – двухскоростной, что в сочетании с бесступенчатым вариатором даёт диапазон частот вращения заготовки n заг = 110…870 об/мин. Гидропривод обеспечивает возвратно-поступательное движение шлифовальной бабки П пр гидроцилиндром Гц Пр с одновременным отключением гидроцилиндром Гц бл ручного привода этого движения маховиком, а также зажима заготовки в патроне гидроцилиндром Гц заж . Включение продольного перемещения шлифовальной бабки П пр выполняют вручную золотником З пр , при этом одновременно срабатывает и Гц бл . Реверсирование П пр выполняется упорами У п или вручную реверсивным золотником З р 40 Подача врезания П вр выполняется на каждый двойной ход бабки электромагнитом, срабатывание которого поворачивает краповое колесо с z = 200 на несколько зубьев вместе с корпусом. Этот поворот передаётся через планетарный механизм на ходовой винт с шагом t = 3 мм. Пружина на дальнем конус ходового винта обеспечивает выбор зазора в резьбе. Левое колесо z = 23 неподвижно и скреплено с корпусом бабки. При вращении корпуса сателлит с z = 23 откатывается по центральному колесу. При этом второй сателлит с z = 22, обкатываясь по колесу с z = 24, скреплённому с ходовым винтом, заставляет его медленно поворачиваться из-за разности передаточных отношений обоих пар. Повороту храпового колеса на 1 зуб соответствует перемещение бабки на 0,00125 мм. Ручное врезание получают вращением маховика 2 X M . Ходовой винт Xв 1 служит для ручного поперечного перемещения бабки, а ходовой винт Xв 2 для поворота этой бабки на угол шлифуемого конуса. 3. Бесцентровошлифовальные станки Бесцентровошлифовальные станки применяются в крупносерийном и массовом производстве для наружного и внутреннего шлифования тел вращения. (рис) При шлифовании наружных поверхностей заготовка 3, поддерживаемая ножом 4, располагается между двумя абразивными кругами из которых шлифуемый круг 1, вращаясь с окружной скоростью 30…40 м/с, снимает с заготовки припуск, а другой ведущий круг 2, вращающийся с окружной скоростью 10…50 м/мин, сообщает заготовке вращение (круговую подачу) V Sкр и продольную (осевую) подачу П пр Установочное поперечное перемещение ведущего круга П вр определяет диаметр шлифуемой детали. Ось ведущего круга 2 поворачивает на угол α, чтобы он не только вращая заготовку V Sкр , но и выполняя её осевую подачу П пр. При черновом шлифовании α = 1,5…6º, при чистовом α = 0,5…1,5º. Для прилегания к заготовке ведущего круга, повёрнутого на угол α, по линии, он заправляется как однополостный гиперболоид вращения, движением алмаза параллельно оси заготовки. 41 Наиболее часто на этих станках применяют сквозное шлифование деталей с постоянным наибольшим диаметром (рис. а), но применяют и шлифование деталей с уступом до упора 5 (рис. б). В этом случае для заготовки 3 и её снятие ведущий круг 2 отводится. Недлинные заготовки сложной формы шлифуют методом врезания поперечным перемещением ведущего круга 2 (рис. в). При этом в осевом направлении заготовка 3 фиксируется упорами 5, к которому поджимается за счёт небольшого (порядка 30”) поворота оси ведущего круга 2. Для получения на заготовке конической, фасонной или ступенчатой формы при врезном шлифовании шлифующему, а иногда и ведущему кругу придается с помощью правки соответствующая форма рабочей поверхности по копиру. Для бесцентрового шлифования отверстий (рис. г) заготовки 1 типа втулок базируются наружной точно обработанной цилиндрической поверхностью на два опорных ролика 2 к которым их поджимает ведущий шлифовальный круг 3. Шлифующий круг 4 кроме вращения имеет возвратного поступательное движение П пр вдоль оси и подачи врезания П вр в сторону ведущего круга 3. Радиальные усилия резания замыкаются через толщину стенки заготовки на ведущий круг 3, поэтому не деформируют даже тонкостенную заготовку. г) Преимущества бесцентровошлифовальных станков: 1. Большое сокращение вспомогательного времени на установку, выверку и снятие заготовки, особенно при продольной подаче. 2. Меньший припуск на обработку, т.к. заготовка самоцентрируется. 3. Прогиб заготовки от сил резания исключён. 4. Большая стабильность размеров в партии деталей. 5. Возможность шлифования относительно тонких валов и тонкостенных втулок. Недостатки: требуется высокая квалификация наладчика. 4. Плоскошлифовальные станки 42 По расположению оси шпинделя плоскошлифовальные станки подразделяются на горизонтальные (рис. а и в), работающие периферией круга и на вертикальные (рис. б и г), работающие торцом круга. По форме стола они подразделяются на имеющие круглый стол (в и г) имеющие прямоугольный стол (а и б). Главное движение резания у всех разновидностей – вращение шлифовального круга V кр . При прямоугольном столе имеется его продольное возвратно-поступательное движение П пр , при круглом – вращение стола V ст . При работе дисковым кругом на станках с горизонтальным шпинделем имеется периодическая поперечная подача П поп вдоль оси шпинделя для обработки заготовок по всей их ширине. У всех вариантов плоскошлифовальных станков имеется ещё периодическая вертикальная подача врезания П вр , выполняемая в начале каждого хода или оборота стола. Шероховатость поверхностей, обрабатываемых на плоскошлифовальных станках после чернового шлифования достигает от 3,2 до 0,8, после чистового от 0,8 до 0,4 и после тонкого шлифования – 0,4 до 0,2. Электрофизическая и электрохимическая обработка (Общая характеристика электрофизической и электрохимической обработки) Расширенное использование труднообрабатываемых материалов для изготовления деталей машин, усложнение конструкций этих деталей в сочетании с возрастающими требованиями к снижению себестоимости и увеличению производительности послужило причиной разработки и освоения методов электрофизико-химической обработки (ЭФХО). Эти методы основаны на использовании специфических явлений, возникающих под действием электрического тока, для удаления материала или изменения формы заготовки. Основным преимуществом методов ЭФХО является возможность их использования для изменения формы заготовок из материалов, не поддающихся 43 обработке резанием, причём обработка этими методами происходит в условиях действия минимальных сил или при полном их отсутствии. Во многих случаях обработки методами ЭФХО в качестве обрабатываемого инструмента используют сформированный определённым образом поток электронов, ионов или фотонов. Преимуществом подобных “инструментов” является их безинерционность и отсутствие износа. Важным преимуществом методов ЭФХО является независимость производительности большинства из них от твёрдости и хрупкости обрабатываемого материала. Трудоёмкость и длительность ЭФХО материалов повышенной твёрдости (НВ>400) меньше, чем трудоёмкость и длительность обработки резанием. Незначительность или отсутствие силового взаимодействия между инструментом и заготовкой позволяют в станках для ЭФХО значительно уменьшить массу основных узлов и передач, использовать кинематические цепи, обеспечивающие лишь точность перемещения исполнительных органов, и создают предпосылки для оснащения этих станков следящими системами и системами ЧПУ. ЭФХО охватывает практически все операции механической обработки и не уступает большинству из них по достигаемой шероховатости и точности обработки. Способы ЭФХО Хим. действ. электрич.тока Тепловое действ. электрич.тока Механич. действ. электрич.тока и электромаг поля Одноврем. действ. нескольких явл-ий Э л ек т ро хи м . о бр аб. Э л ек т ро эр оз ио н. о бр . П л аз м ен на я. о бр аб. С ве т ол уч ев . о бр аб. Э л ек т ро нн о- л уч ев . о бр . У л ьт ро зв ук . о бр аб. М аг ни т но -и м пк л ьсн . о бр . Э л ек т ро ги др ав л . о бр . Э л ек т ро ко нт ак т на я. о бр . Э л ек т ро эр аз ио н- но -ул ьт ра зв ук . о б р. и т .д . А но дн о- м ех. о бр аб. Э л ек т ро аб ра зи вн . о бр . Электрофизические методы обработки Недостатки: повышенная по сравнению с обработкой резанием энергоёмкость; необходимость использования при обработке специального оборудования; необходимость сбора и утилизации отходов. Электроэрозионная обработка (ЭЭО) является разновидностью электрофизической обработки и характеризуется тем, что изменение формы, размеров и качества поверхности заготовки происходит под действием электрических разрядов. Электрические разряды возникают при пропускании импульсного электрического тока в зазоре шириной 0,01 – 0,05 мм между электродом-заготовкой и электродом-инструментом. Под действием электрических разрядов материал заготовки плавится, испаряется и удаляется из 44 межэлектродного зазора в жидком или парообразном состоянии. Подобные процессы разрушения электродов (заготовок) называют электрической эрозией. В целях интенсификации электрической эрозии зазор между заготовкой и электродом заполняют диэлектрической жидкостью (керосин, минеральное масло, дистиллированная вода). При достижении на электродах напряжения, равного напряжению пробоя, в среде между электродом и заготовкой образуется канал проводимости в виде заполненной плазмой цилиндрической области малого сечения с плотностью тока 8000 – 10000 А/мм 2 . Высокая плотность тока, поддерживаемая в течении 10 -5 – 10 -8 с, обеспечивает температуру на поверхности заготовки до 10000 - 12000˚С. Удаленный с поверхности заготовки металл охлаждается диэлектрической жидкостью и застывает в виде сферических гранул диаметром 0,01 – 0,005 мм. В каждый последующий момент времени импульс тока пробивает межэлектродный зазор в том месте, где промежуток между электродами оказался наименьшим. Непрерывное подведение импульсов тока и автоматическое сближение электрода-инструмента с электродом-заготовкой обеспечивают продолжение эрозии до тех пор, пока не будет, достигнут заданный размер заготовки или не будет удален весь металл заготовки в межэлектродном зазоре. Режимы ЭЭО делятся на электроискровые и электроимпульсные. Электроискровые режимы характеризуются использованием искровых разрядов с малой длительностью (10 -5 …10 -7 с) при прямой полярности подключения электродов (заготовка “+”, инструмент “-”). В зависимости от мощности искровых разрядов режимы делятся на жесткие и средние (для предварительной обработки), мягкие и особо мягкие (для окончательной обработки). Использование мягких режимов обеспечивает отклонение размеров детали до 0,002 мм при параметре шероховатости обработанной поверхности R а =0.01 мкм. Электроискровые режимы используют при обработке твердых сплавов, труднообрабатываемых металлов и сплавов, тантала, молибдена, вольфрама и т.д.; обрабатывают сквозные и глубокие отверстия любого поперечного сечения, отверстия с криволинейными осями; используя проволочные и ленточные электроды, вырезают детали из листовых заготовок; нарезают зубья и резьбы; шлифуют и клеймят детали. Для проведения обработки на электроискровых режимах используют станки (см. рис.), оснащенные RC-генераторами, состоящего из заряженного и разряженного контура. Зарядный контур включает конденсатор С, заряжающийся 45 через сопротивление R от источника тока с напряжением 100 – 200 В, а в разрядный контур параллельно конденсатору С включены электроды 1 (инструмент) и 2 (заготовка). Как только напряжение на электродах достигает пробойного, через межэлектродный зазор происходит искровой разряд энергии, накопленной в конденсаторе С. Производительность эрозионного процесса может быть увеличена уменьшением сопротивления R. Постоянство межэлектродного зазора поддерживается специальной следящей системой, управляющей механизмом автоматического движения подачи инструмента, изготовленного из меди, латуни или углеграфитных материалов. Электроимпульсные режимы характеризуются применением импульсов большой длительности (0,5…10 с), соответствующих дуговому разряду между электродами и более интенсивному разрушению катода. В связи с этим при электроимпульсных режимах катод соединяется с заготовкой, что обеспечивает более высокую производительность эрозии (в 8-10 раз) и меньшей, чем при электроискровых режимах, износ инструмента. Наиболее целесообразной областью применения электроимпульсных режимов является предварительная обработка заготовок сложнопрофильных деталей (штампы, турбины, лопатки и т.д.), изготовленных из труднообрабатываемых сплавов и сталей. Электроимпульсные режимы реализуются установками (см рис), в которых на электроды 1 и 2 подаются униполярные импульсы от электромашинного 3 или электронного генератора. Возникновение Э.Д.С. индукции в намагниченном теле движущимся под некоторым углом к направлению оси намагничивания позволяет получать ток большей величины. Лучевая обработка. Разновидностями лучевой обработки в машиностроении является электронно-лучевая или светолучевая обработка. Электронно-лучевая обработка (ЭЛО) основана на тепловом воздействии потока движущихся электронов на обрабатываемый материал, который в месте обработки плавится и испаряется. Столь интенсивный нагрев вызывается тем, что кинетическая энергия движущихся электронов при ударении о поверхность обрабатываемой заготовки почти полностью переходит в тепловую, которая будучи сконцентрирована на площадке малых размером (не более 10 мкм), вызывает её разогревание до 6000˚С. При размерной обработке, как известно, происходит локальное воздействие на обрабатываемый материал, что при ЭЛО обеспечивается импульсным режимом потока электронов с продолжительностью импульсов 10 -4 …10 -6 с и частотой f = 50 … 5000 Гц. Высокая концентрация энергии при ЭЛО в сочетании с импульсным воздействием обеспечивают условия 46 обработки, при которых поверхности заготовки, находящиеся на расстоянии 1 мкм от кромки электронного луча, разогреваются до 300˚С. Это позволяет использовать ЭЛО для резки заготовок, изготовления сеток из фольги, вырезания пазов и обработки отверстий диаметром 1 – 10 мкм в деталях из труднообрабатываемых материалов. В качестве оборудования для проведения ЭЛО используют специальные электровакуумные устройства, называемые электронными пушками (см рис). Они генерируют, ускоряют и фокусируют электронный луч. Электронная пушка состоит из вакуумной камеры 4 (с разрежением 133·10 -4 ), в которой установлен питаемый источником высокого напряжения 1 вольфрамовый катод 2, обеспечивающий эмиссию свободных электронов, которые разгоняются электрическим полем, созданным между катодом 2 и анодной диафрагмой 3. Далее электронный луч проходит через систему магнитных линз 9, 6, устройство электрической юстировки 5 и фокусируется на поверхности обрабатываемой заготовки 7, установленной на координатном столе 8. Импульсный режим работы электронной пушки обеспечивается системой состоящей из импульсного генератора 10 и трансформатора 11. Метод светолучевой обработки (СЛО) основан на использовании теплового воздействия светового луча высокой энергии, излучаемого оптическим квантом генератором (лазером) на поверхность заготовки. Размерная обработка с помощью лазеров заключается в образовании отверстий диаметром 0,5…10 мкм в труднообрабатываемых материалах, изготовлении сеток, вырезании из листа сложнопрофильных деталей и т.д. |