2.4 Зажимные устройства

Наиболее распространенными устройствами для закрепления фланцев являются зажимные патроны. Используют трехкулачковые самоцентрирующие патроны или четырехкулачковые с независимым перемещением кулачков.

Трехкулачковые патроны изготавливают в двух исполнениях: с ручным приводом или механизированные. При ручном приводе зажимные кулачки перемещаются в радиальном направлении за счет контакта со спиралью диска, который, в свою очередь, поворачивается внутри корпуса под воздействием зубчатого механизма. В механизированных патронах пневматический или гидравлический привод воздействует на центрально расположенную муфту, которая через рычажный или клиновой механизм передает радиальное движение зажимным кулачкам.

Зажимные кулачки могут быть твердыми (закаленными) или мягкими (незакаленными). Первые применяют для закрепления по черным поверхностям заготовки. На рабочих поверхностях закаленных кулачков нанесены рифления, которые впиваются в поверхность заготовки, повышая коэффициент сопротивления сдвигу или провороту заготовки в кулачках под воздействием сил резания. Мягкие кулачки можно обработать непосредственно в ходе наладки на выполнение операции. Например, расточить и подрезать те поверхности кулачков, которые будут выполнять функции закрепления и базирования. Если в патроне создать натяг и выполнить расточку в тот диаметральный размер, которую имеют зажимаемые заготовки, то можно путем такой процедуры значительно повысить стабильность закрепления всех деталей партии, тем самым повысить точность обработки. Концентричность и параллельность обрабатываемых поверхностей относительно базовых будет укладываться в 0,03 мм.

Из двух типов патронов (клиновых и рычажных) первые считаются более точными.

При быстром вращении центробежные силы воздействуют на зажимные кулачки в сторону уменьшения сил закрепления. В зажимных патронах последних лет предусмотрен специальный механизм компенсации действия центробежных сил. В корпус встроены три груза, сидящих на концах рычагов, другой конец которых воздействует на зажимные кулачки. Грузы под воздействием центробежных сил стремятся также сместиться в радиальном направлении и через рычаги нажимают на кулачки. Полная компенсация будет достигнута, если произведение массы груза на примыкающее к нему плечо рычага равно произведению массы кулачка на примыкающее к кулачку плечо.

Четырехкулачковые патроны с независимым перемещением кулачков используются чаще всего с ручным приводом. Они позволяют с очень высокой точностью выверить заготовку по ранее обработанным поверхностям. Обработанных поверхностей касается измерительный наконечник индикатора. Перемещая заготовку в радиальном направлении с помощью каждого из кулачков, можно придать ей требуемое положение, контролируя индикатором точность положения ранее обработанных поверхностей по их радиальному и торцовому биению. Точность такой выверки, а, следовательно, и обработки может быть чрезвычайно высокой (тысячные доли миллиметра).

2.5 Построение обработки

Фланец по длине можно разделить на две части. Некоторые поверхности заготовки не доступны для режущих инструментов, так как они заняты элементами, осуществляющими базирование и закрепление. Таким образом, приходим к выводу, что минимальное число установов, в которые можно осуществить полную обработку фланца, равно двум. Большее число установов может быть при разделении обработки на предварительную и окончательную, например, три или четыре.

Чем нужно руководствоваться при решении вопроса, какие поверхности обрабатывать в первом установе, а какие в последующих? Конечно, при решении этого вопроса может оказать влияние характер заготовки. Штамповки, поковки или отливки зачастую имеют столь специфический характер поверхностей, что исключают свободу выбора. Но главные принципы, которыми нужно руководствоваться два:

– в последнюю очередь нужно обрабатывать самые точные поверхности;

– точное взаимное расположение поверхностей и линейные размеры будет обеспечены при обработке поверхностей в один установ.

Наименьшую надежность будут иметь линейные размеры, выполняемые от базы. Это не отрицание закона базирования, а уточнение, что на этапах настройки операции размер от базы у первых деталей партии может быть выполнен с погрешностью, которая устраняется после проверки результатов обработки. Зачастую на точный размер можно выйти через несколько обработанных деталей. Но ведь в партии может быть малое число деталей, и процент брака получится недопустимо большим.

Устранить эту трудность можно, придерживаясь двух изложенных принципов. Становится ясным, что в первый установ нужно выполнять менее ответственную работу, а во второй – обработку более точных поверхностей. Кроме того, в первый установ следует обработать, по возможности, максимальное число поверхностей. Те точные поверхности, которые будут доступны для обработки во втором установе, следует обработать предварительно.

Если число установов будет равно трем, то в первом установе нужно предварительно обработать самые точные поверхности, окончательную обработку которых придется выполнять в третьем установе.

Следующая проблема, которую приходится решать при разработке технологии, – это разделение всего объема обработки на операции. Обработке на станках с ЧПУ больше всего соответствует интеграция обработки, т.е. выполнение всего объема обработки в минимальное число операций. Для деталей типа фланцы этому принципу в наибольшей степени соответствуют двухшпиндельные токарные станки. Чаще всего эти станки выполняются следующим образом. Левая шпиндельная бабка неподвижна. Правая бабка имеет так называемый противошпиндель, который обращен своим зажимным устройством в сторону шпинделя левой бабки. Оба шпинделя имеют одну общую ось. Каждая бабка может обслуживаться своей револьверной головкой, размещенной на своем суппорте. В этом случае обработка в каждом шпинделе будет выполняться одновременно, и трудоемкость всей операции будет равна большей трудоемкости из двух трудозатрат в обоих шпинделях.

Работа строится следующим образом. В левом шпинделе завершается обработка первого установа. Подходит правая бабка, и зажимное устройство противошпинделя производит закрепление заготовки за обработанные поверхности. Правая бабка отходит в рабочую позицию. После загрузки заготовки в зажимное устройство левого шпинделя начинается одновременная обработка заготовок в обоих шпинделях.

Если станок выполнен в варианте обрабатывающего центра, то точение дополняется обработкой других поверхностей: внецентренное сверление, зенкерование и развертывание отверстий, нарезание в них резьб, фрезерование плоскостей и канавок, нарезание зубьев и др. В любую из позиций револьверной головки могут быть установлены головки с вращающимися шпинделями, имеющими горизонтальное или вертикальное расположение. Основной шпиндель станка имеет два режима вращения: токарный – быстрого вращения и фрезерный – поворота в строго контролируемое угловое положение.

Еще более широкие возможности имеют токарные обрабатывающие центры, у которых вместо револьверной головки имеется инструментальный шпиндель, который может занимать в пространстве любое угловое положение. В этот шпиндель из магазина могут быть установлены не только вращающиеся инструменты, но и резцы. Емкость магазина может быть достаточно большой для самых разнообразных режущих инструментов.

На таком токарном обрабатывающем центре можно обрабатывать самые разнообразные поверхности, в том числе и зубчатые венцы с прямыми и косыми зубьями. Для нарезания зубьев необходимо движение обката, которое реализуется одновременным поворотом заготовки, установленной в основной шпиндель станка, и червячной фрезы, закрепленной в инструментальном шпинделе. При однозаходной фрезе одному обороту фрезы должен соответствовать поворот заготовки на угол, равный 360 / z, где z – число зубьев.