0. 1.3 Механическая обработка валов

1.3.1 Подготовка баз

Особенностью валов является наличие на их торцах центровых отверстий (гнезд). Эти отверстия не используются при работе вала в узле, но необходимы в процессе изготовления. Таким образом, центровые отверстия на валах являются технологической базой. Вал, установленный в центрах, лишен пяти степеней свободы (остается поворот вокруг оси). В радиальном направлении такое базирование очень четкое, а в осевом нет. Валы могут занимать различное положение вдоль оси в зависимости от глубины зацентровки.

Технологический процесс изготовления валов обычно начинается операцией подготовки технологических баз. В серийном производстве широкое применение находят фрезерно-центровальные станки. В своем первоначальном исполнении они имели три позиции: одну загрузочно-разгрузочную и две рабочие. В загрузочно-разгрузочной позиции заготовку вала устанавливают в тиски с призматическими губками. В первой рабочей позиции торцовые фрезы выполняют обработку торцов обоих концов заготовки. Во второй рабочей позиции производится центрование заготовки также с двух сторон.

В современных станках для подготовки баз появилась четвертая позиция. В этой позиции на одном (или обоих) конце вала производится обтачивание крайней ступени. Инструментом является вращающийся снаружи от заготовки резец, режущая часть которого обращена в сторону оси вращения. Головка с вращающимся резцом имеет осевую подачу, благодаря чему конец вала после обработки приобретает проточку, концентричную оси, образованной центровыми гнездами.

1.3.2 Токарная обработка наружных поверхностей

Подготовленный таким образом вал поступает на токарную обработку, которую в настоящее время наиболее целесообразно выполнять на токарных станках с ЧПУ патронно-центрового исполнения. Левый конец вала зажимают за проточенную на предыдущей операции шейку, а правый конец поджимают центром задней бабки. В осевом направлении вал базируется за счет упора левого торца в ступеньку кулачков зажимного патрона. Такое базирование так же, как и установка в центрах, лишило заготовку пяти степеней свободы. Однако есть существенное различие. Опорной базой служит левый торец заготовки, что исключило погрешность базирования, так как этот торец является одновременно измерительной базой, от которой отсчитываются линейные размеры отдельных ступеней вала. Кроме того, по сравнению с установкой в центрах в несколько раз возрастает жесткость технологической системы. Вал в центрах – это вал свободно лежащий на опорах. Вал, зажатый с одного конца кулачками патрона, – это вал, защемленный в опоре.

Кулачки не должны зажимать по всей длине проточенной шейки. Должно остаться пространство для входа в него левого резца.

Описанная установка заготовки вала позволяет выполнить обработку в один установ всех наружных поверхностей, что способствует получению высокой точности, как их взаимного расположения, так и линейных размеров.

3. Станки для обработки валов

Станки для обработки валов имеют, так называемое, патронно-центровое исполнение. Это означает, что шпиндель передней бабки оснащен зажимным патроном, а задняя бабка – вращающимся центром. Ось вращения обрабатываемой заготовки (ось центров) чаще всего имеет горизонтальное расположение.

Станки также могут различаться своей компоновкой. Некоторые из них (мод. 16Б16Ф3, 16К20Ф3, 1М63Ф3 и др.) имеют горизонтальное расположение направляющих, по которым перемещается суппорт впереди от оси центров. Резцы располагаются в одной горизонтальной плоскости с осью центров. У других (мод. 1727Ф3, 1728Ф3, 1757Ф3 и др.) направляющие имеют вертикальное или наклонное расположение, суппорт перемещается по ним сзади оси центров, а резцы оказываются сверху над заготовкой. Такая компоновка облегчает сход стружки с резцов.

Иногда станки оснащаются неподвижным люнетом, назначение которого повысить жесткость технологической системы. Одна из наружных поверхностей заготовки опирается на кулачки или ролики люнета. Для того, чтобы обработка была успешной, эта поверхность не должна иметь радиальное биение. В противном случае, ось заготовки выпрямится под воздействием роликов люнета, а после обработки радиальное биение детали сохранится. Используют технологический прием: «протачивание шейки под ролики люнета». При этом протачивание выполняют на таких режимах резания, которые в наименьшей степени деформируют заготовку.

Наиболее эффективно использование, так называемого проходного люнета. Такой люнет размещается не на тех направляющих, по которым перемещается суппорт, что позволяет беспрепятственно точить поверхность, на которую опираются кулачки (ролики) люнета.