Рубрика: Обработка резанием

Кулачковые и эксцентриковые валы выполняют цельными и сборными. Сборными валы изготовляют тогда, когда размеры кулачков и эксцентриков резко отличаются от размеров вала. Кроме того, выполнять валы в этом случае цельными было бы сопряжено с большими затратами металла и времени на обработку резанием. В этом случае кулачки и эксцентрики целесообразнее изготовлять отдельно от вала, закрепляя их затем на валу различными способами.

Цельными кулачковые и эксцентриковые валы изготовляют при малом эксцентриситете с одним, двумя и более эксцентриками (рис. 2). При небольших сериях выпуска заготовки для таких валов получают из круглого проката, диаметр которого устанавливают с учётом припуска на обработку и вписывания размеров всех эксцентриков в окружность заготовки.

Существенными операциями технологического процесса изготовления эксцентриковых валов являются обтачивание и шлифование образующих поверхностей эксцентриков. Для этой цели на торцах предварительно выправленной и подрезанной заготовки засверливают столько пар центровых отверстий, сколько эксцентриков (или пар эксцентриков) расположено на валу (рис. 1). Расстояние центровых отверстий эксцентриков от оси вала определяется эксцентриситетом. Точность эксцентриситета зависит от точности центрования, которое выполняется по разметке или с большей точностью по кондуктору. После обработки опорных шеек вала обрабатывают наружные поверхности эксцентриков, переставляя заготовку на соответствующие центровые отверстия.

Обработку можно выполнить также и при помощи трёхкулачкового самоцентрирующего патрона, подкладывая под один из кулачков пластинки определённой толщины Т, которая определяется по эмпирической формуле:

где е – эксцентриситет, мм; d – диаметр детали, закрепляемой в патроне, мм.

Коленчатые валы пищевых машин имеют обычно простые конструктивные формы (одноколенные) (рис. 3). Заготовку получают свободной ковкой из круглого проката (сталь 50), затем её подвергают нормализации и производят правку на прессе.

Наиболее существенное требование заключается в обеспечении параллельности шатунной и коренных шеек (допускаемое отклонение составляет 0,02 мм) и точности расположения обеих коренных шеек. Радиальное биение коренных шеек относительно оси коленчатого вала должно быть не более 0,03 мм.

Обработка коленчатого вала при таких высоких требованиях к точности, шероховатости поверхности и уравновешенности коренных и шатунных шеек производится обычно на специальных токарных станках. Станок имеет две приводные бабки, снабжённые делительными механизмами для установки любой шейки вала по оси шпинделей.

Если щёки коленчатых валов очерчиваются каким-либо криволинейным контуром, то их обработка производится на специальных многосуппортных копировальных полуавтоматах. Для шлифования шатунных шеек коленчатых валов применяют шлифовальные станки с такими же патронами и делительными устройствами.

При отсутствии специального оборудования обработка коленчатых валов осуществляется на универсальных токарных и шлифовальных станках с применением приспособлений.

Обработка щёк коленчатых валов по контуру производится строганием, фрезерованием фасонными фрезами (в обоих случаях с предварительной разметкой контура).

Шлифование наружных поверхностей деталей типа тел вращения производят на круглошлифовальных, торцекруглошлифовальных станках, бесцентровошлифовальных полуавтоматах и автоматах как высокой, так и особо высокой точности.

Шлифование – основной метод чистовой обработки наружных цилиндрических поверхностей. Шейки валов шлифуют в две операции: предварительное и чистовое шлифование. После чистового шлифования точность размера IТ6, а шероховатость Ra = 1,6.. .0,4 мкм.

Как правило, все наружные цилиндрические поверхности с точностью выше IТ8 и шероховатостью Ra = 1,6.. .0,4 мкм подвергают после чистового точения шлифованию.

При обработке на круглошлифовальных и торцекруглошлифовальных станках заготовки устанавливают в центрах, патроне, цанге или в специальном приспособлении.

Заготовке сообщается вращение с окружной скоростью Vзаг = = 10…50 м/мин; она зависит от диаметра обработки заготовки. Окружная скорость шлифовального круга (скорость резания) V = 30…60 м/с. Подача S и глубина резания t варьируются в зависимости от способов шлифования. Различают следующие разновидности шлифования: продольное (с продольным движением подачи) и врезное (с поперечным движением подачи). Схемы обработки продольным и врезным шлифованием приведены на рис. 1.

Шлифование с продольным движением подачи (рис. 1, а) осуществляется за четыре этапа: врезание, чистовое шлифование, выхаживание и отвод. В этом случае продольная подача является функцией ширины шлифовального круга:

где k = 0,6…0,85 – для чернового шлифования и k = 0,2…0,4 – для чистового.

Поперечная подача на глубину шлифования осуществляется шлифовальным кругом в конце каждого двойного хода заготовки или круга и принимается в зависимости от материала, заготовки, круга и вида обработки (S = 0,005…0,05мм). В конце обработки последние продольные проходы выполняют без поперечной подачи (так называемое выхаживание).

Шлифование с продольной подачей применяют при обработке цилиндрических заготовок значительной длины.

Врезное шлифование применяют для обработки поверхностей, длина которых не превышает ширину шлифовального круга. Его преимущество – большая производительность и простота наладки, однако оно уступает продольному шлифованию по достигаемому качеству поверхности. Врезное шлифование широко применяют в массовом и крупносерийном производстве (рис. 1, б). Рекомендуемые скорости резания V = 50…60 м/с; радиальная (поперечная) подача при окончательном шлифовании S = 0,001…0,005 мм/об.

Разновидностью шлифования с продольным движением подачи является глубинное шлифование. Оно характеризуется большой глубиной резания (0,1…0,3 мм) и малой скоростью резания. При этом способе шлифования меньше, чем при врезном, сказывается влияние погрешности формы исходной заготовки и колебания припуска при обработке. Поэтому глубинное шлифование (рис. 1, б) применяют для обработки заготовок без
предварительной лезвийной обработки и, как правило, снимают припуск за один рабочий ход. Производительность труда повышается в 1,2–1,3 раза по сравнению с продольным шлифованием. При значительном объёме
производства применяют бесцентровое шлифование, которое более производительно, чем в центрах.

Сущность бесцентрового шлифования (рис. 2) заключается в том, что шлифуемая заготовка 1 помещается между шлифовальным 2 и ведущим 3 кругами и поддерживается ножом (опорой) 4. Центр заготовки при этом
должен быть несколько выше линии, соединяющей центры обоих кругов, примерно на 10…15 мм и больше, в зависимости от диаметра обрабатываемой заготовки во избежание получения огранки.

Шлифовальный круг имеет окружную скорость Vk = 30…65 м/с, а ведущий Vв=10…40 м/мин. Так как коэффициент трения между кругом 3 и обрабатываемой заготовкой больше, чем между заготовкой и кругом 2 (рис. 2,
а), то ведущий круг сообщает заготовке вращение со скоростью круговой подачи Vв. Благодаря скосу ножа, направленному в сторону ведущего круга, заготовка прижимается к этому кругу. Продольная подача заготовки обеспечивается за счёт наклона ведущего круга на угол α. При этом скорость подачи заготовки рассчитывается по формуле:

где μ = 0,98…0,95 – коэффициент проскальзывания; α = 3…5° – предварительная обработка (t = 0,05…0,15 мм); α = 1…2° – окончательная обработка (t = 0,01…0,03 мм).

На бесцентрово-шлифовальных полуавтоматах и автоматах можно шлифовать заготовки деталей типа телвращения с цилиндрическими, коническими и фасонными поверхностями. Применяют два метода шлифования: проходное (способ продольного движения подачи, рис. 2, а) и врезное (способ поперечного движения подачи, рис. 2, б). При проходном шлифовании за несколько рабочих ходов можно достигнуть точности по 6-му квалитету и Ra=0,2 мкм.

Врезным шлифованием (рис. 2, б) обрабатывают заготовки круглых деталей с уступами, а также заготовки, имеющие форму конуса. При этом методе оси кругов параллельны или ведущий круг устанавливается под малым углом (α=0,2…0,5°), а осевому перемещению обрабатываемой заготовки препятствует установленный упор.

По аналогии с врезным шлифованием находит применение обработка не шлифовальными кругами, а шлифовальной лентой, закрепляемой на ведущем и ведомом шкивах. Обрабатываемую заготовку также устанавливают на нож.

В машиностроительном производстве применяют цилиндрические резьбы – крепёжные и ходовые, а также конические резьбы.

Основной крепёжной резьбой является метрическая резьба треугольного профиля с углом профиля 60°.

Ходовые резьбы бывают с прямоугольным и трапецеидальным профилем; последние бывают однозаходные и многозаходные.

Резьба может быть наружная (на наружной поверхности детали) и внутренняя (на внутренней поверхности детали).

Наружную резьбу можно изготовлять различными инструментами: резцами, гребёнками, плашками, самораскрывающимися резьбонарезными головками, дисковыми и групповыми фрезами, шлифовальными кругами, накатным инструментом.

Для изготовления внутренней резьбы применяют: резцы, метчики, раздвижные метчики, групповые фрезы, накатные ролики.

Тот или иной метод нарезания резьбы применяется в зависимости от профиля резьбы, характера и типа материала изделия, объёма производственной программы и требуемой точности.

Нарезание резьб осуществляется на резьбонарезных и резьбофрезерных станках и полуавтоматах, гайконарезных автоматах, резьбонакатных, резьбошлифовальных, токарных и других станках.

Нарезание резьбы резцами и резьбовыми гребёнками.

Наружную и внутреннюю резьбы можно обработать на токарных станках. Это малопроизводительный процесс, так как обработка осуществляется за несколько рабочих ходов и требует высокой квалификации рабочего. Достоинством метода является универсальность оборудования, инструмента и возможность получить резьбу высокой точности. На токарных станках нарезают точные резьбы на ответственных деталях, а также нестандартные резьбы и резьбы большого диаметра. Для повышения точности резьбы осуществляют как черновые, так и чистовые рабочие ходы разными резцами. Различают два способа нарезания треугольной резьбы: 1) радиальное движение подачи; 2) движение подачи вдоль одной из сторон профиля.

Первый способ более точный, но менее производительный, поэтому рекомендуется черновые рабочие ходы делать вторым способом, а чистовой – первым (рис. 1, а).

Для повышения производительности обработки резьбы применяют резьбовые гребёнки – круглые и призматические. Обычно ширину гребёнки принимают равной не менее чем шести шагам. При использовании гребёнок снятие стружки выполняют несколько зубьев (рис. 1, б) и число рабочих ходов может быть уменьшено до одного.

Для скоростного нарезания резьбы применяют резцы, оснащённые твёрдым сплавом, а также наборы резцов (рис. 2). Конструкции некоторых типов резцов приведены на рис. 1.

Гребёнки, подобно резцам, бывают плоские, призматические и круглые и отличаются от резцов тем, что режут одновременно несколькими режущими кромками. Для разделения работы резания концы зубьев гребёнки стачиваются от одного края гребёнки к другому, так что глубина резания постепенно увеличивается.

Токарные станки применяются для нарезания резьбы преимущественно для:

– нарезания резьбы на поверхностях, предварительно обработанных на токарном же станке, благодаря чему обеспечивается правильное положение резьб относительно других поверхностей;

– нарезания очень точных длинных винтов (в этом случае токарный станок, работающий одним резцом, имеет преимущество перед всеми другими методами, в том числе и перед фрезерованием);

– при выполнении работ, подходящих для резьбофрезерного станка, когда его нет или объём партии мал;

– нарезания резьб большого диаметра, нестандартного профиля или шага, а также вообще во всех случаях, когда приобретение подходящих плашек и метчиков не оправдывается объёмом производства;

– нарезания прямоугольных резьб, чистовое фрезерование которых невозможно, а применение плашек и метчиков хотя и возможно, но затруднительно, особенно при обработке крупных заготовок.

Резьбу после нарезания резцом иногда калибруют точными плашками (часто вручную).

Таким образом, нарезание резьбы на токарном станке применяется преимущественно в единичном и мелкосерийном производствах, а в крупносерийном и массовом производствах главным образом, для нарезания
длинных или точных резьб.

В крупносерийном и массовом производствах используется нарезание резьбы вращающимися резцами, так называемым вихревым методом. При этом заготовка закрепляется в центрах токарно-винторезного станка или в
патроне. В процессе работы она медленно вращается. В специальной головке, установленной на суппорте станка, закрепляется резец. Головка, вращающаяся с большой скоростью от специального привода, расположена эксцентрично относительно оси нарезаемой резьбы. Таким образом, при вращении головки резец, закреплённый в ней, описывает окружность, диаметр которой больше наружного диаметра резьбы (рис. 3).

Периодически (один раз за каждый оборот головки) резец соприкасается с обрабатываемой поверхностью по дуге и за каждый оборот головки прорезает на заготовке серповидную канавку, имеющую профиль резьбы.

За каждый оборот вращающейся заготовки головка перемещается вдоль оси детали на величину шага резьбы. Головку наклоняют относительно оси детали на величину угла подъёма винтовой линии резьбы. При вихревом нарезании резьбы скорость резания, соответствующая скорости вращения резца V=150…400 м/мин, круговая подача S = = 0,2…0,8 мм за один оборот резца.

Нарезание резьбы метчиками, плашками и самораскрывающимися резьбонарезными головками производится на различных станках.

Внутренние резьбы нарезают обычно машинными метчиками на резьбонарезных, сверлильных, револьверных, а также на агрегатных станках, полуавтоматах и автоматах в зависимости от масштаба производства.

В массовом и крупносерийном производстве получили широкое распространение метчики сборной конструкции (резьбонарезные головки).

Основной недостаток всех типов плашек – это необходимость свинчивания их по окончанию резания, что снижает производительность и несколько ухудшает качество резьбы.

Плашками нарезают резьбу как вручную, так и на различных станках токарной, сверлильной, резьбонарезной групп. Круглые плашки (рис. 4, а) устанавливают на станках в специальных патронах и закрепляют тремя- четырьмя винтами. Нарезание плашками – малопроизводительный процесс.

Нарезание наружной резьбы резьбонарезными самооткрывающимися головками значительно точнее, производительнее и отличается большей точностью, чем ранее рассмотренные методы; оно находит широкое применение в серийном и массовом производстве (рис. 4, б).

Вращающиеся головки используют на токарных автоматах и полуавтоматах.

Шлицевые соединения широко применяются в машиностроении (станкостроении, автомобиле- и тракторостроении и других отраслях) для неподвижных и подвижных посадок.

Различают шлицевые соединения прямоугольного, эвольвентного и треугольного профиля. В наиболее часто используемых шлицевых соединениях прямоугольного профиля сопряжённые детали центрируются тремя способами:

• центрированием втулки (или зубчатого колеса) по наружному диаметру (В) шлицевых выступов вала;
• центрированием втулки (или зубчатого колеса) по внутреннему диаметру шлицев вала (т.е. по дну впадины);
• центрированием втулки (или зубчатого колеса) по боковым сторонам (В) шлицев.

Центрирование по D наиболее технологично, но его использование ограничивается в основном неподвижными шлицевыми соединениями, не требующими повышенной твёрдости. Центрирование по (d) применяется в тех случаях, когда элементы шлицевого соединения используются для подвижных сопряжений, подвергнутых закалке. Центрирование по b применимо в случае передачи больших крутящих моментов с реверсированием вращения.

Технологический процесс изготовления шлицев валов зависит от того, какой принят способ центрирования вала и втулки, т.е. термообрабатываются или нет поверхности шлицев.

Приведём в качестве примера маршруты обработки шлицев на валах соответственно не подвергаемых и подвергаемых термообработке:

• черновая токарная обработка, чистовая токарная обработка и шлифование цилиндрических поверхностей под нарезание шлицев, нарезание шлицев, снятие заусенцев и промывка;
• черновая токарная обработка, чистовая токарная обработка, нарезание шлицев с припуском под шлифование, фрезерование канавок для выхода круга при шлифовании центрирующей поверхности внутреннего диаметра (если на первой операции применяется фреза без усиков), термическая обработка, шлифование поверхностей шлицев, снятие заусенцев и промывка.

Шлицы на валах и других деталях изготовляются различными способами, к числу которых относятся: фрезерование, строгание (шлицестрогание), протягивание (шлицепротягивание), накатывание (шлиценакатывание), шлифование.

Фрезерование шлицев на валах небольших диаметров (до 100 мм) обычно фрезеруют за один рабочий ход, больших диаметров – за два рабочих хода. Черновое фрезерование шлицев, в особенности больших диаметров, иногда производится фрезами на горизонтально-фрезерных станках, имеющих делительные механизмы (рис. 1, а – в).

Фрезеровать шлицы можно способом, изображенным на рис. 1, в, позволяющим применять более дешёвые фрезы, чем фреза, изображённая на рис. 1, а.

Более производительным способом является одновременное фрезерование двух шлицевых канавок двумя дисковыми фрезами специального профиля (рис. 1, в).
Чистовое фрезерование шлицев дисковыми фрезами производится только в случае отсутствия специального станка или инструмента, так как оно не даёт достаточной точности по шагу и ширине шлицев.

Более точное фрезерование шлицев производится методом обкатки при помощи шлицевой червячной фрезы (рис. 1, г). Фреза, помимо вращательного движения, имеет продольное перемещение вдоль оси нарезаемого вала. Этот способ является наиболее точным и наиболее производительным.

Окончательная обработка шлицев по методу обкатки производится чистовым фрезерованием червячными шлицевыми фрезами высокого класса точности.

При центрировании втулки (или зубчатого колеса) по внутреннему диаметру шлицев вала как червячная, так и дисковая фреза должна иметь «усики», вырезающие канавки у основания шлица, чтобы не было заедания во внутренних углах; эти канавки необходимы также при шлифовании по боковым сторонам и внутреннему диаметру.

Шлицестрогание реализуется, как правило, на специальных станках-полуавтоматах, которые могут работать как отдельно, так и будучи встроенными в автоматическую линию. Этим методом чаще всего обрабатываются сквозные шлицы или шлицы, у которых предусмотрен выход для резцов.

Шлицестрогание обеспечивает шероховатость поверхности Rа = = 3,2…0,8мкм.
Шлицепротягивание обеспечивает шероховатость поверхности Rа=1,6…0,8мкм.
Шлифование шлицев осуществляется следующим образом. При центрировании шлицевых валов по наружному диаметру шлифуют только наружную цилиндрическую поверхность вала на обычных круглошлифовальных станках; шлифование впадины (т.е. по внутреннему
диаметру шлицев вала) и боковых сторон шлицев не применяется.

При центрировании шлицевых валов по внутреннему диаметру шлицев фрезерование последних даёт точность обработки по внутреннему диаметру до 0,05…0,06 мм, что не всегда является достаточным для точной посадки.

Если шлицевые валы после чернового фрезерования прошли термическую обработку в виде улучшения или закалки, то после этого они не могут быть профрезерованы начисто; их необходимо шлифовать по поверхностям
впадины (т.е. по внутреннему диаметру) и боковых сторон шлицев. Наиболее производителен способ шлифования фасонным кругом (рис. 2, а), но при таком способе шлифовальный круг изнашивается неравномерно ввиду не-
одинаковой толщины снимаемого слоя у боковых сторон и впадины вала, поэтому требуется частая правка круга. Несмотря на это, данный способ широко распространён в машиностроении.

Шлифовать шлицы можно в две отдельные операции (рис. 2, б); в первой шлифуют только впадины (по внутреннему диаметру), а во второй – боковые стороны шлицев. Для уменьшения износа шлифовального круга после каждого хода стола вал поворачивается, и, таким образом, шлифовальной круг обрабатывает впадины по степенно, одну за другой.

Для объединения двух операций шлифования в одну применяются станки, на которых шлицы шлифуются одновременно тремя кругами: один шлифует впадину, а два других – боковые поверхности шлицев (рис. 2, в).

Наибольшее распространение в машиностроении получили призматические и сегментные шпонки. Шпоночные пазы для призматических шпонок могут быть сквозными (рис. 1, а) закрытыми с одной стороны (рис. 1, б) закрытыми с двух сторон, т.е. глухими (рис. 1, в). Наименее технологичными являются глухие шпоночные пазы. Предпочтительнее применение сквозных пазов и пазов закрытых с одной стороны, но с радиусным выходом.

К технологическим задачам, стоящим при обработке шпоночных пазов, относятся требования по точности ширины паза (по IТ9), глубины паза (с рядом отклонений: +0,1; +0,2; +0,3), длины (по IТ11…IТ12). Требуется обеспечить также симметричность расположения паза относительно оси шейки, на которой он расположен. Установка валов при обработке пазов обычно производится на призме или в центрах (рис. 3).

При проектировании тех. маршрута операция «фрезеровать шпоночный паз» располагается после обтачивания шейки, до её шлифования, так как вследствие удаления части материала посадочное место вала иногда деформируется.

Шпоночные пазы изготовляются различными способами в зависимости от конфигурации паза и вида применяемого инструмента; они выполняются на горизонтально-фрезерных или вертикально-фрезерных станках общего назначения или специальных.

Сквозные и закрытые с одной стороны шпоночные пазы изготовляются фрезерованием дисковыми фрезами (см. рис 3, а). Фрезерование пазов производится за один-два рабочих хода. Этот способ наиболее производителен и обеспечивает достаточную точность ширины паза. Применение этого способа ограничивает конфигурация пазов: закрытые пазы с закруглениями на концах не могут выполняться этим способом; они изготовляются концевыми фрезами за один или несколько рабочих ходов (см. рис. 3, б). Фрезерование концевой фрезой за один рабочий ход производится таким образом, что сначала фреза при вертикальной подаче проходит на полную глубину паза, а потом включается продольная подача, с которой шпоночный паз фрезеруется на полную длину. При этом способе требуется мощный станок, прочное крепление фрезы и обильное охлаждение. Вследствие того, что фреза работает в основном своей периферической частью, диаметр которой после заточки
несколько уменьшается, то в зависимости от числа переточек фреза даёт неточный размер паза по ширине.

Для получения по ширине точных пазов применяются специальные шпоночно-фрезерные станки с маятниковой подачей, работающие концевыми двуспиральными фрезами с торцовыми режущими кромками. При этом способе фреза врезается на 0,1…0,3 мм и фрезерует паз на всю длину, затем опять врезается на ту же глубину, как и в предыдущем случае, и фрезерует паз опять на всю длину, но в другом направлении (см. рис. 2, 3, в). Отсюда и происходит определение метода – «маятниковая подача».

Этот метод является наиболее рациональным для изготовления шпоночных пазов в серийном и массовом производствах, так как даёт вполне точный паз, обеспечивающую полную взаимозаменяемость в шпоночном соединении. Кроме того, поскольку фреза работает торцовой частью, она будет долговечнее, так как изнашивается не периферическая её часть, а торцовая. Недостатком этого способа является значительно большая затрата времени на изготовление паза по сравнению с фрезерованием за один рабочий ход и тем более с фрезерованием дисковой фрезой. Отсюда вытекает следующее:

1) метод маятниковой подачи надо применять при изготовле-
нии пазов, требующих взаимозаменяемости;

2) фрезеровать пазы за один рабочий ход нужно в тех случаях, когда допускается пригонка шпонок по канавкам.

Шпоночные пазы под сегментные шпонки изготовляются фрезерованием с помощью дисковых фрез (рис. 3, г).