Тема 7. Методы обработки типовых поверхностей деталей машин

7.1 Методы обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей

7.1.1 Классификация деталей

Наружные и внутренние цилиндрические поверхности и прилегающие к ним торцы образуют детали типа тел вращения.

Согласно технологическому классификатору деталей ма­шиностроения и приборостроения № 1 85 142 к таким дета­лям относят детали классов 71 и 72 «Детали типа тел вращения» и класса 75 «Детали типа тел вращения и не тел вращения». В свою очередь, детали – тела вращения делят на три типа в зависимости от соотношения длины детали по оси вращения L к наибольшему наружному диаметру D: при L/D ≥ 2 это валы оси, шпиндели, штоки, шестерни, гильзы, стержни и т. п.; при 2 > L/D > 0,5 включительно – втулки, стаканы, пальцы, барабаны и др.; при L/D ≤ 0,5 включительно – диски, кольца, фланцы, шкивы и т. п.

Большинство деталей типа тел вращения (валы, пальцы, стержни, втулки и т. д.) изготавливают из круглого проката. В про­изводстве с большим объемом выпуска продукции, а также при изготовлении деталей сложной конфигурации со значительно различающимися по диаметру ступенями как наружных, так и внутренних поверхностей заготовки целесообразно получать методами пластического деформирования (ковка, штамповка, пе­риодическая прокатка, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка и т. п.). Кроме того, отдельные детали вышеуказанных классов изготовляют из литых заготовок из стали, чугуна и цветных сплавов. В каждом конкретном случае, выбирая заготовку, нужно стремиться к уменьшению ее металло­емкости, которая характеризуется коэффициентом использования материала у = т/М,

где т – масса готовой детали, кг;

М – масса заготовки, кг.

7.1.2 Методы обработки наружных цилиндрических поверхностей

Классификация методов обработки наружных цилин­дрических поверхностей показана на рис. 7.1. Отсюда можно определить предельные значения квалитетов и параметров шероховатости Ra в зависимости от вида и способа обработки заготовок, имеющих наружные цилиндрические поверхности. Квалитеты указаны для деталей из конструкционных и легиро­ванных сталей. Для деталей из чугуна или цветных сплавов до­пуски на размер можно принимать на один квалитет точнее.

Рис. 7.1. Классификация основных видов обработки наружных цилиндрический поверхностей: цифры в числителе означают достигаемые квалитеты, в знаменателе – параметр шероховатости Ra, мкм

Детали, имеющие поверхности вращения (цилиндрические, наружные, фасонные, цилиндрические внутренние и др.) обраба­тывают на различных станках: токарной группы (токарно-винторезные, токарно-карусельные, токарно-револьверные, одношпиндельные и многошпиндельные полуавтоматы и автоматы, станки для тонкого точения и др.); шлифовальной группы (круглошлифовальные, бесцентрово-шлифовальные, притирочные, полиро­вальные и т. п.). Станки этих групп применяют как обычные, так и с числовым программным управлением (ЧПУ).

Точение

Обработка на токарных станках. Для обра­ботки наружных поверхностей применяют как центровые, так и бесцентровые станки. Широкое применение нашли универсальные токарные патронно-центровые станки горизонтальной ком­поновки, станки с ЧПУ.

Наиболее распространенным методом обработки цилиндриче­ских наружных поверхностей является точение резцами.

При установке и обработке данных заготовок валов, осей, стержней и т. п. в качестве дополнительной опоры, повышающей жесткость технологической системы, применяют люнеты (подвиж­ные и неподвижные).

Для точения цилиндрических поверхностей и поверхностей, прилегающих к ним и ограничивающих их длину (торцы, уступы, канавки, радиусы и т. п.), применяют проходные, подрезные (прямые и отогнутые), отрезные, канавочные и другие резцы с напайными пластинами из быстрорежущей стали или твердых сплавов и композиционных материалов (рис. 7.2).

Напайные пластины на резцах применяют, в основном, в единичном произ­водстве чаще, чем многогранные пластины с механическим креп­лением, которые широко распространены в серийном и массовом производстве при обработке заготовок на станках с ЧПУ (рис. 9.2, г).

Рис. 7.2. Токарные резцы: а – проходной; б – подрезной; в – отрезной;

г – многогранный с механическим креп­лением; д – резец проходной для станков с ЧПУ; е – широкий резец

Проходные резцы для чистовой обработки выполняют с боль­шим радиусом закругления при вершине резца и более тщательно доводят режущие грани. При достаточной жесткости станка применяют чистовые широкие резцы из твердого сплава (ГОСТ 18881–73) (рис. 7.2, е), чем достигается высокое качество поверхности.

На черновых операциях повышения производительности обра­ботки добиваются увеличением глубины резания (уменьшение числа рабочих ходов), а также подачи.

На чистовых операциях подача ограничивается заданной шеро­ховатостью поверхности, поэтому сокращение основного времени возможно за счет увеличения скорости резания.

Чистовое точение, как правило, осуществляется путем скоро­стного резания с использованием твердосплавного инструмента.

Для повышения производительности применяют силовое реза­ние – обработку с большими подачами твердосплавными рез­цами, имеющими вспомогательный угол в плане φ₁ = 0. Силовое резание позволяет получать поверхность с Ra = 3,2...1,6 мкм при подаче S₀ = 3...4 мм/об и скорости резания v = 60...150 м/мин.

Обработка на токарно-карусельных стан­ках. На универсальных токарно-карусельных станках (мод. 1А591, 1580Л, 1Л532, 1508 и др.) обраба­тывают заготовки деталей типа тел вращения разнообразной формы с D ≤ 10 000 мм при L/D ≤ 1. Основными типами токарно-карусельных станков, выпускаемых станкостроительной промыш­ленностью, являются: одностоечные с одним вертикальным суп­портом с пятипозиционной револьверной головкой и боковым суппортом с четырехрезцовым поворотным резцедержателем (1508, 1510, 1512, 1516 и др.); двухстоечные с двумя вертикальными и одним боковым суппортами (1520, 1525, 1А591, 1580Л, 1Л532 и др.). Иногда на производстве используют и уникальные токарно-карусельные станки. Так, например, станок мод. 1А591 имеет диаметр планшайбы 8750мм и на нем можно обрабатывать заготовки  10 м, высотой до 5 м и массой до 200 тыс. кг (n = 0,11–11,2 об/мин).

Схемы точения цилиндрических поверхностей приведены на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Схемы точения цилиндрических поверхностей на токарно-карусельных

станках: а – с помощью вертикального суппорта: б – с помощью бокового суппорта;

в – по методу деления припуска между двумя резцами; г – по методу деления длины (верти­кальным и боковым суппортом)

Токарно-карусельные станки с ЧПУ позволяют автоматизиро­вать обработку и в 2–2,5 раза повысить производительность труда.

Обработка на токарно-револьверных станках и полуавтоматах. На токарных станках общего назначения переходы сложной операции выполняют после­довательно один за другим.

При обработке на токарно-револьверных станках (мод. 1371, 1А340, 1Г325 и др.) в серийном производстве производительность труда повышают путем совме­щения переходов операции и применения многоинструментных наладок. На токарно-револьверных станках обрабатывают разно­образные заготовки деталей типа тел вращения из пруткового материала или из штучных заготовок. Характерной особенностью токарно-револьверных станков является наличие револьверной головки, в которой размещается режущий инструмент. Подвод инструмента в рабочую зону осуществляется поворотом револь­верной головки.

Различают токарно-револьверные станки с вертикальной осью вращения револьверной головки (мод. 1Н316, 1А340, 1365 и др.) и с горизонтальной осью вра­щения (мод. 1Г325, 1341, 1А341 и др.). Револьверные головки имеют возвратно-поступательное движение, а с горизонтальной осью – еще и поперечное пере­мещение. Совмещение переходов обработки в операции типично для револьверных станков.

Токарно-револьверные станки при обработке наружных по­верхностей обеспечивают точность по 12–9-му квалитету и пара­метр шероховатости поверхности Ra = 12,5...6,3 мкм.

Обработка на токарных многорезцовых станках и копировальных полуавтоматах. Токарно-многорезцовые станки рассчитаны (мод. 1708, 1Б730, 1722 и др.) на повышение производительности труда путем совмещения переходов операций и автоматического полу­чения операционных размеров. Эти станки предназначены для обработки (в патроне или в центрах) заготовок деталей типа сту­пенчатых валов, блоков шестерен, валов-шестерен, фланцев, шкивов и т. п. в условиях среднесерийного и крупносерийного производства.

Токарные многорезцовые станки и копировальные полуав­томаты имеют два суппорта, работают в полуавтоматическом цикле. Они, как правило, одношпиндельные с горизонтальной и вертикальной компоновками. Обычно на многорезцовых станках обрабатывают заготовки диаметром до 500 мм, длиной до 1500 мм.

Основным режущим инструментом при обработке на много­резцовых станках является резец. Схемы наладок для обработки ступенчатых валов приведены на рис. 7.4.

Настройка резцов (рис. 7.4, а) производится так, чтобы обработка всех участков вала заканчивалась одновременно.

Основное время рассчитывают для резца, который точит наиболее длинную поверхность (или в совокупности по двум и более поверхностям, образующим общую длину обработки).

На рис. 7.4, б показана обработка заготовки детали по копиру.

Точность обработки на многорезцовых станках обеспечивается в пределах 13–14-го квалитета. Для получения более высокой точности (12–11-го квалитета) при обработке заготовок ступенча­тых деталей необходимо применять широкие фасонные резцы и предусматривать последовательную работу инструментов про­дольного и поперечного суппортов.

Рис. 7.4. Схемы наладок многорезцовых станков: а – без копира; б – по копиру

Обработка на одношпиндельных и много­шпиндельных токарных автоматах и полу­автоматах. В крупносерийном и массовом производстве наружные цилиндрические поверхности заготовок деталей типа тел вращения в основном обрабатывают на автоматах и полу­автоматах.

Автоматы и полуавтоматы, в зависимости от компоновок, делятся на горизонтальные и вертикальные, а по числу шпин­делей – на одношпиндельные и многошпиндельные. Горизон­тальные одношпиндельные автоматы подразделяют на автоматы продольного точения и токарно-револьверные. На автоматах продольного точения изготовляют детали из прутка диаметром до 30 мм и длиной до 100 мм, при этом обеспечивается точность по 7–6-му квалитету и Ra = 0,63...0,16 мкм. Такие автоматы чаще всего применяют в часовой, радио- и приборостроительной промышленности.

На токарно-револьверных автоматах изготовляют детали слож­ной формы из прутков диаметром 10–63 мм, точность обработки соответствует 10–8-му квалитету, Ra = 2,5...0,63 мкм.

Многошпиндельные горизонтальные автоматы и полуавтоматы подразделяют на горизонтальные прутковые автоматы и патрон­ные полуавтоматы. Токарные многошпиндельные прутковые ав­томаты (четырех-, шести- и восьмишпиндельные) применяются для обработки заготовок из прутков диаметром 12–100 мм и дли­ной до 160 мм. Точность обработки обеспечивается в пределах 7–10-го квалитетов, a Ra = 2,5...0,63 мкм.

На токарных многошпиндельных патронных полуавтоматах обрабатывают, как правило, штучные заготовки длиной до 200 мм и диаметром до 200 мм в зависимости от модели станка. По точ­ности они не уступают прутковым автоматам. При обработке заготовок на автоматах и полуавтоматах применяют различные схемы построения операций (параллельная, последовательная и параллельно-последовательная).

Обработка на многошпиндельных вертикальных полуавтома­тах. В массовом и крупносерийном производстве для обработки наружных цилиндрических поверхностей заготовок деталей типа тел вращения широкое применение нашли многошпиндельные токарные вертикальные полуавтоматы последовательного и не­прерывного (параллельного) действия.

Полуавтоматы последовательного и непрерывного действия применяют для обработки заготовок различных деталей диа­метром до 630 мм. Они имеют шесть–восемь шпинделей. Заготовки устанавливают в патронах, центрах или специальных приспо­соблениях.

Многошпиндельные полуавтоматы последовательного дей­ствия предназначены для обработки заготовок в патронах и могут работать как по последовательной, так и по параллельно-последо­вательной схемам. Принципиальные схемы работы полуавтоматов приведены на рис. 7.5 (с одной загрузочной позицией – на рис. 7.5, а, с двумя загрузочными позициями – рис. 7.5, б). Шпиндель, имеющий одну загрузочную позицию (первую), после­довательно перемещается с позиции на позицию (I–VI). На каж­дой позиции производится обработка одной или нескольких поверхностей заготовки в соответствии с циклом обработки. На этих станках можно производить предварительное и окончатель­ное точение различных поверхностей с точностью по 9–8-му квалитету. Установку и снятие заготовки выполняют при остановлен­ном шпинделе (позиция I). На схеме рис. 7.5, б показано пере­мещение шпинделей по параллельно-последовательной схеме: позиции 1–3–5–7–1 и 2–4–6–8–2.

Рис. 7.5. Принципиальные схемы работы полуавтоматов последовательного и непрерывного действия: а – с одной загрузочной позицией; б – с двумя загрузочными позициями; в – непре­рывного действия

Полуавтоматы непрерывного действия предназначены для об­работки заготовки в центрах и патронах. Они служат для обра­ботки поковок и отливок сравнительно несложной формы. Точ­ность обеспечивается по 11–10-му квалитету. Принципиальная схема работы шестишпиндельного полуавтомата непрерывного действия приведена на рис. 7.5, в.

За один полный оборот карусели на каждом шпинделе, про­ходящем загрузочную зону, заканчивается обработка заготовки. После этого шпиндель останавливается, суппорт отводится. Обра­ботанную заготовку снимают со станка и устанавливают для обработки очередную. Закрепление заготовки, возобновление вращения шпинделя и подвод суппорта осуществляется автома­тически.