Материаловедение. Учебник для студентов высших учебных заведений Арзамасов В. Б., Волчков А. Н
 Скачать 4.56 Mb.
|
|
15.6. Лезвийная обработка деталей машин В лезвийной обработке (зависимости от вида и направления движений резания, вида обработанной поверхности) можно выделить следующие технологические методы: точение, строгание, сверление, фрезерование, протягивание. Точение Точение – лезвийная обработка резанием (ЛОР) цилиндрических и торцевых поверхностей; главное движение – вращательное, придается заготовке или режущему инструменту; движение подачи - прямолинейное или криволинейное, придается режущему инструменту вдоль, перпендикулярно или под углом к оси вращения. Точением обрабатываются шейки и торцевые поверхности круглых стержней (валов); наружные и внутренние цилиндрические поверхности и торцы дисков; внутренние цилиндрические торцевые поверхности некруглых стержней и корпусных деталей. В зависимости от вида обработанной поверхности различают: обтачивание (обработка наружных поверхностей) и растачивание (обработка внутренних поверхностей). В зависимости от направления движения подачи различают: продольное точение ( рис. 15.8, а) (движение подачи направлено вдоль оси вращения заготовки); поперечное точение ( рис. 15.8, б) (движение подачи направлено перпендикулярно оси вращения заготовки); нарезание канавок и отрезание ( рис. 15.8, в), точение конусов (движение подачи направлено под 425 углом к оси вращения заготовки); нарезание винтовых поверхностей ( рис. 15.8, г) и точение фасонных поверхностей ( рис. 15.8, д). Рис. 15.8. Основные технологические схемы точения: а – продольное точение; б – поперечное точение; в – нарезание канавки и отрезание; г – нарезание резьбы; д – точение конических поверхностей. По характеру обработки, различают резцы: для чернового, получистового, чистового точения. По типу инструментального материала и способу его крепления на головке, различают резцы: цельные из углеродистых или из быстрорежущих сталей; с напайной пластинкой из быстрорежущей стали или из твердого сплава; с механическим креплением пластинки твердого сплава или кристалла сверхтвердого материала. По виду пластины твердого сплава, различают резцы; с перетачиваемыми и с неперетачиваемыми пластинами. Характер базирования и закрепления заготовки в рабочих приспособлениях токарных станков зависит от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, 426 типа заготовки (вал, диск, кольцо, некруглый стержень …), отношения длины заготовки к ее диаметру, требуемой точности обработки и т.д. При обработке круглых стержней на универсальных токарных станках чаще всего применяется трех, четырех или шести кулачковые патроны. Основные станки токарной группы показаны на рис. 15.9. Рис. 15.9. Станки токарной группы: а - универсальный токарно-винторезный станок; б - патронный токарно-револьверный полуавтомат; в - токарный гидрокопировальный автомат; г - вертикальный многошпиндельный полуавтомат; 1, 7 – передняя и задняя тумба; 2 – коробка подач; 3 – станина; 4, 6 - передняя и задняя бабка; 5 – резцедержатель; 8 – ходовой вал; 9 – суппорт; 10 – поперечный суппорт; 11 – револьверная головка; 12 - револьверный суппорт; 13 – траверса; 14 – верхний и нижний суппорт; 15 – шпиндель; 16 – карусель; 17 – направляющие; 18 – центральная колонна; На универсальном токарно-винторезном станке ( рис. 15.9, а) обрабатывают детали различных классов (круглые и некруглые стержни, кольца, диски, 427 корпусные детали …). Станина 3 станка - массивная базовая чугунная деталь имеет две тумбы: переднюю 1 и заднюю 7. В передней тумбе установлен главный электродвигатель. Верхняя часть станины имеет две пары направляющих для базирования и перемещения подвижных элементов станка. Передняя бабка 4 закреплена на левой части станины. В корпусе передней бабки расположена коробка скоростей и шпиндель. На правом резьбовом конце шпинделя устанавливается технологическая оснастка для базирования и закрепления заготовок. Шпиндель получает вращение (главное движение D р ) от главного электродвигателя через клиноременную передачу, систему зубчатых колес и муфт, размещенных на валах коробки скоростей, расположенной внутри передней бабки. Задняя бабка 6 установлена на правой части станины с возможностью перемещения по ее внутренним направляющим. Задняя бабка необходима для повышения жесткости закрепления длинных валов. Внутри задней бабки размещена выдвижная пиноль, в конусное отверстие которой вставляются различные центра. При обработке длинных валов (L/D> 4) передний конец заготовки устанавливается в патрон, закрепленный на шпинделе, а задний конец поджимается центром, установленным в пиноли задней бабки. При обработке коротких заготовок, заготовок типа “некруглый стержень”, или корпусных заготовок в конусное отверстие пиноли устанавливается осевой инструмент, что позволяет производить осевую обработку центрального отверстия в заготовке. Движение подачи при этом осуществляется вручную вращением маховика задней бабки. На наружных направляющих станины размещается суппорт 9, состоящий из резцедержателя 5, поворотных, поперечных и продольных салазок. 15. В четырех позиционном резцедержателе 5 устанавливаются режущие инструменты - токарные резцы. Поворотные салазки установлены с возможностью поворота и фиксации вокруг вертикальной оси, что позволяет обрабатывать короткие (до 150 мм) конусные поверхности с большими углами конусности (до 45 о ). При обработке длинных конусных поверхностей с малыми углами конусности (до 428 5 о ) смещают ось вращения заготовки, перемещая заднюю бабку перпендикулярно направляющим станины. Поперечные салазки позволяют придать режущему инструменту движение подачи (D s ) под углом 90 о к оси вращения заготовки (поперечная подача). Продольные салазки позволяют придать режущему инструменту движение подачи (D s ) вдоль оси вращения заготовки (продольная подача). Движение подачи осуществляется вручную или автоматически. На передней стенке станины закреплена коробка подач, кинематически связанная со шпинделем. Коробка подач передаёт движение на ходовой вал 8 и ходовой винт. Ходовой винт служит для обеспечения автоматической подачи только при нарезании резьбы. Для обеспечения автоматической подачи при других работах служит ходовой вал. Для обработки партии сложных деталей типа: ступенчатый валик, фланец, кольцо применяют токарно-револьверные станки ( рис. 15.9, б). В токарно- револьверном станке несколько режущих инструментов устанавливают в револьверной головке 11, что позволяет сократить время на установку и наладку инструментов. Револьверные станки с многогранной револьверной головкой дополнительно оснащены одним или двумя (передним и задним) револьверными суппортами 12. Все инструменты, работающие с продольным движением подачи, закрепляются в револьверной головке. Все инструменты, работающие с поперечным движением подачи, закрепляются в суппортах. Обработка ступенчатых валов ведется на многорезцовых токарных полуавтоматах, автоматах или на токарных гидрокопировальных автоматах ( рис. 15.9, в). На станине 3 станка установлены: передняя бабка 4 с коробкой скоростей и шпинделем; задняя бабка, верхняя и нижняя траверсы 13. По траверсам перемещаются верхний и нижний суппорты 14. Верхний суппорт имеет только поперечное движение подачи, нижний – только продольное (в гидрокопировальных автоматах суппорт перемещается по копиру, что позволяет обрабатывать сложные ступенчатые или фасонные поверхности). Диски обрабатывают на вертикальных многошпиндельных полуавтоматах ( рис. 15.9, г). На станине 3 размещены: центральная колонна 18 и карусель 3. 429 Карусель установлена с возможностью дискретного или непрерывного поворота вокруг оси колонны. При непрерывном вращении карусели колонна так же синхронно вращается. На карусели установлены шпиндели 15 с кулачковыми патронами. По вертикальным направляющим 17 колонны перемещаются суппорты 9. При дискретном вращении карусели, возможны два исполнения станка: с одинарной индексацией карусели и с двойной индексацией. На станках с одинарной индексацией проводится односторонняя обработка заготовки. На первой позиции проводится загрузка заготовки, далее после каждого поворота карусели обрабатывается группа поверхностей, далее, обработанная деталь возвращается на первую позицию, где снимается со станка. Следовательно, на одном станке одновременно обрабатывается семь заготовок. На станках с двойной индексацией, карусель поворачивается на двойной угловой шаг. Первая позиция загрузочная. Далее, на нечетных позициях ведется обработка заготовки с одной стороны. Полуобработанная заготовка возвращается на первую позицию, где вручную или с помощью автооператора, заготовка переносится на вторую загрузочную позицию и базируется по обработанным поверхностям. На четных позициях заготовка обрабатывается с другой стороны и снимается со станка. Следовательно, на станке ведется полная обработка заготовок с двух сторон. Строгание и долбление Строгание и долбление – ЛОР открытых плоских и фасонных, наружных и внутренних поверхностей; главное движение – прямолинейное, возвратно поступательное, придается режущему инструменту; движение подачи – дискретное, прямолинейное или криволинейное, придается заготовке в конце обратного хода инструмента. При строгании ( рис. 15.10, а) главное движение придается инструменту в горизонтальной плоскости. При долблении ( рис. 15.10, б) – в вертикальной. 430 Процесс резания при строгании или долблении – прерывистый и удаление материала происходит только при прямом (рабочем) ходе инструмента. При обратном (холостом) ходе, резец не снимает стружку. Рис. 15.10. Основные технологические схемы строгания наружных поверхностей: а – строгание; б – долбление. Холостой ход обеспечивает охлаждение инструмента. Прерывистый процесс резания определяет высокие динамические нагрузки на технологическую систему СПИД, ударное врезание инструмента в материал заготовки. Поэтому при строгании не применяют высоких скоростей резания и применяют массивные быстрорежущие инструменты. Наличие холостых ходов определяет низкую производительность обработки. При нормировании процесса задают: скорость движения резания (V р ), скорость обратного (холостого) хода (V хх ) и скорость движения подачи: минутную (S мин ) и на 1 двойной ход ползуна станка (S 2х ). Режущий строгальный и долбежный инструмент, изготавливается двух типов: резцы строгальные (проходные, прорезные и фасонные); долбяки (проходные, для шпоночных пазов и специальные). Обрабатываемые заготовки небольших размеров и простых форм устанавливают на станке в тисках. Крупные заготовки и заготовки сложных форм устанавливаются непосредственно на столе, имеющем Т-образные пазы, и закрепляются: прихватами, призматическими или клиновыми подкладками; упорами - прижимами. Заготовки с цилиндрическими базирующими элементами устанавливаются на призмы. 431 Поперечно-строгальные станки ( рис. 15.11, а) применяются в единичном и серийном производстве и во вспомогательных цехах машиностроительных заводов. На них обрабатываются заготовки с длиной обработки не более 1000 мм. На фундаментной плите 6 установлена станина 7. По вертикальным направляющим станины перемещается траверса 5 с горизонтальными направляющими, на которых, консольно, установлен стол 3. На столе устанавливается заготовка или рабочие приспособления. Вертикальные перемещения стола осуществляются домкратом 8. На верхнем торце станины выполнены горизонтальные направляющие, по которым перемещается ползун 4. На переднем торце ползуна выполнены вертикальные направляющие, по которым перемещается вертикальный суппорт 2 с качающейся плитой 1 и резцедержателем. Вертикальный суппорт можно поворачивать вокруг горизонтальной оси для строгания наклонных плоскостей. Рис. 15.11. Станки строгальной группы: а – поперечно-строгальный станок; б – продольно-строгальный станок; в – долбежный станок: 1 – качающаяся плита; 2 – суппорт; 3 – стол; 4 – ползун; 5 – траверса; 6 – фундаментная плита; 7 – станина; 8 – домкрат; 9 – вертикальные суппорты; 10 – поперечина; 11 – боковые суппорты; 12 – стойки; 13 – главный электродвигатель; 14 – направляющие; 14 – поперечные салазки; 15 – 432 продольные салазки; 16 – поворотные салазки; стрелками указаны перемещения элементов станка. На продольно - строгальных станках ( рис. 15.11, б) обрабатывают крупные, тяжелые заготовки. Ход стола у этих станков 1,5…12 м., ширина строгания 0,7…4м. Продольно-строгальные станки подразделяются на одно и двухстоечные. Вдоль станины 7 двухстоечного станка расположены направляющие 14 (левая – V-образная, правая - плоская). По направляющим перемещается стол 3, на котором устанавливают заготовки. Стол приводится в движение от собственного электродвигателя постоянного тока 13, что позволяет бесступенчато регулировать скорости прямого и обратного ходов. Портал станка состоит из: левой и правой стоек 12. Стойки соединены вверху поперечиной 10. По вертикальным направляющим стоек перемещается траверса 5 и каретки боковых суппортов 11. На траверсе размещены: левый и правый вертикальные суппорты 9. Каждый суппорт снабжен собственной коробкой подач. Все суппорты могут перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях и могут быть повернуты в вертикальной плоскости на угол до 60 о . На горизонтальных направляющих станины 7 долбежного станка ( рис. 15.11, в) установлены поперечные 14, продольные 15 и поворотные 16 салазки с рабочим столом 3. По вертикальным направляющим станины перемещается ползун 4 с суппортом 2 и резцедержателем. Протягивание Протягивание – ЛОР открытых, плоских и фасонных, внутренних и наружных поверхностей с линейной образующей; главное движение - прямолинейное или круговое, придается режущему инструменту; движение подачи отсутствует, возобновление процесса резания обеспечивается подъемом на зуб (S z ). Подъем на зуб – превышение по высоте или по ширине размера режущей части последующих зубьев над предыдущими. По характеру движения режущего инструмента различают: протягивание ( рис. 433 15.12, а) – инструмент вытягивается из отверстия и прошивание ( рис. 15.12, б) – инструмент проталкивается в отверстие. Протягивание – высокопроизводительный процесс обработки наружных и внутренних поверхностей, обеспечивающий высокую точность формы и размеров обработанной поверхности. При протягивании профиль обработанной поверхности копируется профилем режущих зубьев. Поэтому протяжки – узкоспециальный инструмент, применяемый для обработки поверхностей со строго заданными формой и размерами. По характеру обработанной поверхности различают внутренние и наружные протяжки. Внутренние протяжки предназначены для обработки круглых, квадратных, многогранных и шлицевых отверстий, а также шпоночных и других фигурных пазов. Наружные протяжки предназначены для обработки наружных поверхностей, пазов, уступов. Рис. 15.12. Основные технологические схемы протягивания: а – протягивание: 1 – плавающая опора; 2 – протяжка; 3 – заготовка; б – прошивание: 1 – стол; 2 – шток поршня; 3 – прошивка; 4 – заготовка; D р – движение резания; D хх – обратный ход. Цилиндрические отверстия обрабатывают протяжками или прошивками после сверления, растачивания, зенкерования, а так же отверстий, полученных на стадии заготовительных операций. При обработке отверстия 434 цилиндрической протяжкой 2 ( рис. 15.12, а) заготовку 3 устанавливают на сферическую опору 1 (плавающая протяжка) или на плоскую опору. При установке на сферическую опору заготовка самоустанавливается по оси протяжки, но торец может получиться неперпендикулярным оси отверстия. Такую установку применяют, если торец заготовки обрабатывается после протягивания. При установке на плоскую опору, торец перпендикулярен оси отверстия, но возможна поломка протяжки из-за разницы припусков в диаметральной плоскости протяжки. При обработке многогранных или шлицевых отверстий применяют специальные многогранные и шлицевые протяжки. При прошивании инструмент - прошивка 3 ( рис. 15.12, б) проталкивается в отверстие заготовки 4 поршнем 2 пресса. Заготовка устанавливается на стол 1 пресса. Так как прошивка работает на сжатие, то длина ее ограничена (L/D≤ 15). Поэтому прошивки, обычно, применяются для получистовой правки цилиндрических отверстий. Для выбора станка необходимо знать осевую силу резания (Р z ). Для круглых протяжек осевая сила резания равна: Р z = С р S z x D Z К 1 К 2 К 3 К 4 . Для шпоночных и шлицевых протяжек сила резания равна: Р z = С р S z x n Z К 1 К 2 К 3 К 4 , где: С р – коэффициент, характеризующий материал заготовки и условия обработки; D –диаметр обработанного отверстия; n – число шлицев; Z – число одновременно работающих зубьев; К 1 …К 4 – коэффициенты учитывающие, соответственно, влияние: переднего и заднего углов; износа инструмента. Протягивание – процесс прерывистый. Необходимо возвратно – поступательное движение исполнительного механизма главного движения. Прямой ход – рабочее движение, обратный ход – холостой ход. Инерция масс исполнительного механизма главного движения не позволяет работать на высоких скоростях резания. Обычно принимают скорость резания в пределах от 8 до 15 м/мин. 435 Протяжные станки отличаются простотой конструкции и большой жесткостью, что объясняется тем, что в станках отсутствует цепь движения подачи. Основной характеристикой протяжного станка является тяговое усилие на штоке и ход штока рабочего цилиндра. Горизонтально – протяжной станок ( рис. 15.13, а) – предназначен для протягивания внутренних поверхностей. На станине 1 размещены: гидроцилиндр 3 и насосная станция 2. На переднем конце штока 4 установлен захват 5 с кареткой 7. Каретка перемещается по направляющим станины. Протяжка устанавливается в захвате и протаскивается сквозь отверстие в заготовке. Заготовка при этом опирается торцом на опорную поверхность кронштейна 6. Поступательное движение протяжке сообщается до тех пор, пока она не выйдет из отверстия в заготовке. Заготовка падает в поддон 8. Протяжка возвращается в исходное положение и процесс повторяется. Рис. 15.13. Станки протяжной группы: а – горизонтально протяжной; б – вертикально протяжной: 1 – станина; 2 – насосная станция; 3 – гидроцилиндр; 4 – шток; 5 – захват; 6 – кронштейн; 7 – каретка; 8 – поддон; 9 – вертикальная колонна; 10 – стол; стрелками указано перемещение элементов станка. Вертикально – протяжной станок ( рис. 15.13, б) – предназначен для обработки наружных поверхностей. На станине 1 установлена вертикальная колонна 9 с рабочим гидроцилиндром, насосной станцией 2 и кареткой 7. На 436 левом конце станины установлен стол 10. Заготовку устанавливают в рабочем приспособлении. Сверление Сверление – ЛОР цилиндрических отверстий с прямолинейной образующей; главное движение – вращательное, придается инструменту; движение подачи – прямолинейное, придается инструменту вдоль оси его вращения. Рис. 15.14. Основные технологические схемы сверления: а – сверление и рассверливание; б – зенкерование; в – развертывание; г - зенкование; д – цекование. В зависимости от вида обработанной и обрабатываемой поверхностей и в зависимости от качества обработанной поверхности различают: сверление и рассверливание ( рис. 15.14, а), зенкерование ( рис. 15. 14, б), развертывание ( рис. 15. 14, в), зенкование ( рис. 15. 14, г), и цекование ( рис. 15. 14, д). Сверлением получают сквозные и глухие отверстия. Рассверливанием увеличивают диаметр ранее просверленного отверстия. Зенкерованием также увеличивают диаметр отверстия, но, по сравнению с рассверливанием, зенкерование позволяет получить большую точность и производительность обработки. Зенкерованием можно обрабатывать отверстия, полученные в заготовке литьем или давлением. Развертывание – чистовая операция, 437 обеспечивающая высокую точность отверстия. Развертыванием обрабатывают цилиндрические и конические отверстия после зенкерования или растачивания. Зенкованием обрабатывают цилиндрические и конические углубления под головки болтов и винтов. Для обеспечения перпендикулярности и соосности обработанной поверхности основному отверстию, режущий инструмент (зенковку) снабжают направляющим цилиндром. Цекованием обрабатывают торцевые опорные плоскости для головок болтов, винтов и гаек. Перпендикулярность обработанной торцевой поверхности основному отверстию обеспечивает направляющий цилиндр режущего инструмента (цековки). Процесс сверления протекает в более тяжелых условиях, чем точение. В процессе резания затруднен отвод стружки и подача охлаждающей жидкости в зону резания. Выделяемое при резании тепло, в основном, поглощается режущим инструментом и заготовкой. Особенно это заметно при сверлении отверстий в материалах с низким коэффициентом теплопередачи (пластмассы, бетон …). При обработке этих материалов до 95% выделяемого тепла поглощается сверлом, и если не использовать охлаждение, то происходит оплавление режущих кромок сверла. Скорость резания по сечению сверла не постоянна, уменьшается от периферии сверла к его центру. Следовательно, по сравнению с точением, при сверлении увеличены: деформации срезаемого слоя и стружки; трение (пары: сверло – заготовка; стружка – сверло; стружка - заготовка). За скорость резания, при сверлении, принимают окружную скорость наиболее удаленной точки режущего лезвия. При назначении скорости движения подачи различают подачу минутную (S м ); подачу на оборот (S о ) и подачу на зуб (S z ). Глубина резания: при сверлении отверстия в сплошном материале равна половине диаметра сверла; при рассверливании, зенкеровании и развертывании – половине разницы между диаметрами обработанного отверстия и заготовки. V р = π D n / 1000; S м = n S о = n Z S z ; t c = D/2; 438 t р =(D - d)/2, где: D- наружный диаметр сверла (диаметр обрабатываемого отверстия), в мм; n - частота вращения шпинделя станка, в об/мин; d – диаметр отверстия в заготовке, в мм; t c – глубина резания при сверлении, в мм; t р - глубина резания при рассверливании, зенкеровании и развертывании, в мм. В единичном и мелкосерийном производстве применяются вертикально – сверлильные станки ( рис. 15.15, а). На фундаментной плите 9 станка смонтирована колонна 8. По вертикальным направляющим колонны перемещаются стол 2 и сверлильная головка 4. Установочные перемещения стола осуществляются вручную с помощью винтового домкрата 1. На верхней плоскости стола устанавливаются рабочие приспособления или заготовка. Установочные вертикальные перемещения сверлильной головки осуществляются вручную за счет системы противовесов 7, прикрепленных к сверлильной головке тросом, перекинутым через блок 6. Вращательное движение инструменту передается от электродвигателя 5, через коробку скоростей и шпиндель 3. Механизмы главного движения и движения подачи размещены внутри сверлильной головки. Рис. 15.15. Станки сверлильной группы: а – вертикально-сверлильный станок; б - вертикально-сверлильный станок с ЧПУ; в – радиально- 439 сверлильный станок: 1 – домкрат; 2 – стол; 3 – шпиндель; 4 – сверлильная головка; 5 – электродвигатель; 6 – блок; 7 – противовесы; 8 – вертикальная станина (колонна); 9 – фундаментная плита; 10 – траверса; 11 – коробка скоростей; 12 – винтовой механизм; 13 – гильза; 14 – тумба; 15 – салазки. В индивидуальном и серийном производстве широко применяют вертикально-сверлильные станки с числовым программным управлением (ЧПУ) ( рис. 15.15, б.). По вертикальным направляющим станины 8 перемещаются салазки 15. Стол 2 перемещается по горизонтальным направляющим салазок. Перемещения стола и салазок осуществляются по программе, что обеспечивает точное перемещение заготовки относительно режущего инструмента. По направляющим вертикальной части станины (стойки) перемещается сверлильная головка 4 со шпинделями 3. Внутри сверлильной головки размещены механизмы главного движения и движения подачи. При последовательной обработке нескольких отверстий в массивных или крупногабаритных заготовках применение вертикально-сверлильных станков крайне неудобно т.к. практически невозможно точно совместить ось вращения режущего инструмента с осью обрабатываемого отверстия. Поэтому, при обработке таких заготовок применяются радиально- сверлильные станки ( рис. 15.15, в). При работе на радиально-сверлильных станках заготовка остается неподвижной, а шпиндель с инструментом перемещается относительно заготовки и может устанавливаться в требуемой точке горизонтальной плоскости. На фундаментной плите 9 закреплена тумба 14 с вертикальной колонной. На колонне установлена гильза 13. Гильза имеет возможность поворота относительно колонны в горизонтальной плоскости на 360 о . Траверса 10 закреплена на гильзе с возможностью вертикального перемещения относительно колонны с помощью винтового механизма 12. На траверсе имеются горизонтальные направляющие, по которым перемещается сверлильная головка 4. Механизм сверлильной 440 головки состоит из шпинделя 3, коробки скоростей 11 и коробки подачи. Заготовка устанавливается неподвижно на стол 2. Угловые перемещения траверсы и радиальные перемещения сверлильной головки в горизонтальной плоскости позволяют точно установить режущий инструмент относительно оси обрабатываемого отверстия. Фрезерование Фрезерование – ЛОР плоских и фасонных поверхностей с линейной образующей; главное движение – вращательное, придается инструменту; движение подачи – прямолинейное, поступательное, придается заготовке в направлении как вдоль, так и перпендикулярно оси вращения инструмента. На универсальных горизонтально – фрезерных станках (ГФС) (ось вращения инструмента - горизонтальна) и вертикально – фрезерных станках (ВФС) (ось вращения инструмента - вертикальна) обрабатывают: горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости; одновременно несколько плоскостей; уступы и пазы (прямолинейные или фасонные); фасонные поверхности ( рис. 15.16). 441 Рис. 15.16. Технологические схемы фрезерования: а – на горизонтально – фрезерных станках; б – на вертикально – фрезерных станках: 1/z – делительный поворот заготовки. Особенностями процесса фрезерования является прерывистый характер процесса резания каждым зубом фрезы и переменность толщины срезаемого слоя. Каждый зуб фрезы участвует в резании только на определенной части оборота фрезы, остальную часть проходит по воздуху, вхолостую, что обеспечивает охлаждение зуба и дробление стружки. В процессе работы фреза должна преодолеть суммарные силы резания, действующие на каждый зуб, находящийся в контакте с заготовкой. При фрезеровании цилиндрической прямозубой фрезой равнодействующую силу резания «Р» можно разложить на окружную составляющую P z , касательную к траектории движения зуба и на радиальную составляющую P y , направленную по радиусу. Силу «Р» можно так же разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие. При фрезеровании цилиндрическими косозубыми фрезами в осевом направлении действует осевая сила, причем, чем больше угол наклона винтовых канавок фрезы, тем больше эта сила. Эта сила может сдвинуть фрезу вдоль оправки. Поэтому часто применяют набор из двух фрез с разнонаправленными зубьями или одну фрезу с разнонаправленными зубьями (шевронную фрезу). В этом случае осевые силы уравновешивают друг друга. Окружная сила P z производит основную работу резания, по ней определяют эффективную мощность N и рассчитывают детали и узлы механизма главного движения (коробки скоростей) на прочность. Радиальная сила (P y = (0,6…0,8) P z ) действует на подшипники шпинделя и изгибает оправку, на которой устанавливается фреза. Осевая сила (Р о = (0,35…0,55) P z ) действует на подшипники шпинделя и механизм поперечной подачи станка. Горизонтальная Р г и вертикальная Р в силы действуют на механизмы продольной и вертикальной подач станка. qp Ф Yp Xp Z P Z D B t S C P 442 К режимам резания при фрезеровании относят: скорость резания; подачу (минутную, на оборот и на зуб); глубину резания и ширину фрезерования «В». Скорость резания берется, как окружная скорость вращения фрезы. V = π D ф n/1000, где: D ф – наружный диаметр фрезы в мм; n – частота вращения шпинделя в мм/об. В зависимости от соотношения длины фрезы к ее диаметру (К=L/D ф ), различают: цилиндрические фрезы (К = 0,5…3); концевые или пальцевые фрезы (К≥3) и дисковые фрезы (К≤0,5). В зависимости от расположения главной режущей кромки различают: фрезы с прямым зубом (главная режущая кромка параллельна оси вращения фрезы); косозубые фрезы (главная режущая кромка направлена под углом к оси вращения фрезы); шевронные фрезы (главные режущие кромки соседних зубьев расположены под углом друг к другу). В зависимости от конструктивного исполнения режущей части различают: цельные фрезы (фрезы целиком выполнены из быстрорежущей стали); фрезы с напаянными пластинками инструментального материала; фрезы с механическим креплением пластинок инструментального материала; фрезы сборные (инструментальный материал закреплен на отдельных резцах, вставленных в корпус фрезы). В зависимости от расположения зубьев различают: фрезы односторонние (зубья располагаются только на образующей): фрезы двухсторонние (зубья располагаются на образующей и одном из торцов); фрезы трехсторонние (зубья располагаются на образующей и обоих торцах). В зависимости от формы главной режущей кромки различают: фрезы с прямолинейной режущей кромкой; фрезы с ломанной режущей кромкой (одноугловые и двухугловые); фасонные фрезы (фрезы выпуклые полукруглые и фрезы вогнутые полукруглые); специальные фрезы. Цилиндрические фрезы обычно используются в наборе из двух и более фрез для обработки ступенчатых поверхностей заготовок. Дисковые фрезы используются для обработки различных пазов и для отрезания материала. Концевые фрезы используются для обработки плоскостей, уступов, прямоугольных и призматических пазов; 443 криволинейных поверхностей. К специальным фрезам относятся: концевые фрезы для получения Т-образных пазов; шпоночные фрезы для получения шпоночных пазов под призматическую или сегментную шпонку; модульные дисковые или концевые фрезы для нарезания зубчатых венцов по методу копирования; червячные фрезы для нарезания зубчатых венцов или шлиц методом обката; резьбовые фрезы. Для установки, базирования и закрепления заготовок применяются универсальные приспособления (прихваты; угольники; призмы; машинные тиски). При обработке большой партии заготовок проектируются и изготавливаются специальные приспособления. Для периодического, точного поворота заготовки на заданный угол (деление заготовки) применяют механические или оптические делительные головки. В условиях единичного и мелкосерийного производства широко используются универсальные консольно-фрезерные станки. К ним относятся станки: ГФС без поворотного стола; ГФС с поворотным столом; ВФС. На рис. 15.17, а показаны основные узлы ГФС с поворотным столом. Рис. 15.17. Станки фрезерной группы: а – горизонтально-фрезерный; б - вертикально-фрезерный; в – копировально-фрезерный; г – карусельно- фрезерный; 1 - фундаментная плита; 2 – станина; 3 – коробка скоростей; 4 – хобот; 5 – консоль; 6 – продольные салазки; 7 – шпиндельный узел; 8 – поперечные салазки; 9 – стол; 10 – серьга; 11 – поворотные салазки; 12 – поворотная планшайба; 13 – шпиндель; 14, 16 – стол; 15 – стойка; 17 – щуп; 18 – следящий привод; 19 – фрезерная головка (бабка); 20 – карусель. 444 На фундаментной плите 1 установлена чугунная станина 2. Внутри станины расположены: отсек для электрооборудования; коробка скоростей 3 и шпиндельный узел 7. По верхним направляющим станины перемещается хобот 4. Хобот может устанавливаться относительно станины с различными размерами вылета. Серьга 10 перемещается по направляющим хобота и закрепляется гайкой. Хобот совместно с серьгой обеспечивает жесткость фрезерной оправки с серьгой. С помощью винтового домкрата, по вертикальным направляющим станины перемещается консоль 5. Консоль – базовый узел, обеспечивающий продольную, поперечную и вертикальную подачи стола 9. По горизонтальным направляющим консоли перемещаются продольные салазки 6. По верхним направляющим вертикальных салазок перемещаются поперечные салазки 8. На продольных салазках установлены поворотные салазки 11 и стол 9. Вертикальное, продольное и поперечное движения подачи стола могут осуществляться вручную или с использованием коробки подач, размещенной в консоли. Вращательное движение выходного вала коробки подач преобразуется в поступательное перемещение стола с помощью механизмов «ходовой винт - гайка». На верхней части стола выполнены поперечные Т-образные пазы для установки заготовки или рабочих приспособлений. На рис. 15.17, б показаны основные узлы ВФС. Эти станки имеют много общих унифицированных узлов и деталей с ГФС. от ГФС они отличаются вертикальным расположением шпинделя, который можно поворачивать под углом до 45 о в обе стороны. На фундаментной плите 1 установлена чугунная станина 2. Внутри станины расположены: отсек для электрооборудования; коробка скоростей. В верхней части станины установлена поворотная планшайба 12 с фрезерной головкой и шпинделем 13. С помощью винтового домкрата, по вертикальным направляющим станины перемещается консоль 5 с продольными 6, поперечными 8 салазками и столом. Обработку сложных фасонных поверхностей производят концевыми фрезами на копировально-фрезерных станках. Плоские фасонные поверхности 445 замкнутого контура с прямолинейной образующей получают контурным фрезерованием. При этом заготовке или фрезе одновременно сообщают движение в двух направлениях (продольное и поперечное движение подачи). Одно из движений является задающим (постоянным), другое – следящим, зависящим от формы копира. Профиль обработанной поверхности зависит от соотношения этих движений. Скорость перемещения фрезы относительно заготовки (результирующая подача) должна совпадать со скоростью перемещения следящего элемента (щупа) по копиру. Объемные фасонные поверхности получают объемным копирным фрезерованием. Поверхности фрезеруют отдельными вертикальными или горизонтальными фасонными строчками. Ширина строчки соответствует диаметру концевой фрезы. После фрезерования одной строчки, фрезу перемещают на ширину строчки. Следующую строчку фрезеруют на обратной подаче. В современных копировальных станках применяются механические, электромеханические или гидравлические следящие приводы. При использовании механического следящего привода щуп жестко связан с фрезой, сила резания воспринимается копиром, что является причиной его быстрого износа. Применение электромеханических или гидравлических усилителей позволяют уменьшить давление на щуп. Малые давления щупа на копир позволяют фрезеровать крутые профили, обеспечивая высокую точность обработки. На рис. 15.17, в показан общий вид копировально-фрезерного станка. На фундаментной плите 1 установлена станина 2. По горизонтальным направляющим станины перемещаются салазки 8. По поперечным направляющим салазок перемещается стол 14. На столе установлена стойка 15 со своим столом16, в пазах которого устанавливаются приспособление с обрабатываемой заготовкой и копир. На правой части станины установлена вертикальная стойка 15 с винтовым механизмом подачи. По направляющим стойки перемещаются фрезерная бабка 19 со шпинделем 13 и следящий привод 18 со щупом 17. 446 В крупносерийном и массовом производстве для высокопроизводительного непрерывного фрезерования партии деталей применяют фрезерные станки непрерывного действия. Для обработки заготовок небольшого размера (некруглые валы, рычаги, кронштейны …) - карусельно – фрезерные станки; более крупные заготовки обрабатывают на барабанно-фрезерных станках. Основные узлы карусельно – фрезерного станка показаны на рис. 15.17, г. На станине 2 смонтирована стойка 15, по вертикальным направляющим которой перемещается фрезерная головка 19 с двумя шпинделями 13. Оба шпинделя имеют общий привод, но могут настраиваться на различные числа оборотов. Обычно левый шпиндель настроен на черновое фрезерование поверхности, правый – на чистовое. На круглом столе (карусели) 20 с вертикальной осью вращения в приспособлениях устанавливают заготовки. Стол установлен в салазках 8, которые могут перемещаться по направляющим станины. При работе станка, стол вращается непрерывно. Особенностью барабанно- фрезерных станков является наличие горизонтального барабана. На гранях барабана установлены приспособления, в которых базируются и зажимаются заготовки. Медленным вращением барабана заготовкам придают круговую подачу. Станки оснащены несколькими фрезерными головками. Резьбонарезание Нарезание резьбы одна из распространенных операций в машиностроении. Наружные и внутренние резьбы наиболее просто выполнять на токарно- винторезном станке фасонными (резьбовыми) резцами. В крупносерийном производстве применяются специальные болторезные станки и нарезные головки, часто применяют накатку резьб роликами. Точные и мелкие резьбы нарезают профильными шлифовальными кругами. Резьбы с большими шагами нарезают резьбофрезерованием. Часто наружные резьбы нарезают плашками, а внутренние – метчиками. Резьбовые резцы имеют профиль, соответствующий профилю нарезаемой резьбы. Скорость движения продольной подачи должна быть равна шагу 447 резьбы. Нарезание резьбы производится за несколько рабочих ходов Чаще всего, резец устанавливают перпендикулярно оси центров станка и оба его лезвия режут одновременно и снимают симметричные стружки. Для уменьшения числа черновых ходов, резец устанавливают под углом 60 о к оси центров. В этом случае работает только одно лезвие, можно снимать более толстые стружки. Для повышения производительности нарезания наружных резьб применяют охватывающие головки, «вихревое резание». Наружные резьбы часто нарезают плашками. Плашка представляет собой гайку, в которой с помощью отверстий образованы режущие зубья. В сущности, плашка представляет собой протяжку с режущими зубьями, расположенными по винтовой поверхности. Внутренние резьбы часто нарезают метчиком. Он представляет собой винт, снабженный одной или несколькими продольными канавками, образующими режущие кромки и передние поверхности на его зубьях. В сущности, метчик, как и плашка, представляет собой протяжку с режущими зубьями, расположенными по винтовой поверхности. |