Закрепление режущего инструмента.
Резцы закрепляют в резцовой головке с помощью двух винтов таким образом, чтобы вершина резца не выступала за пределы резцовой головки более чем на 1,5 высоты сечения корпуса резца и располагалась на уровне оси шпинделя. Регулировку по высоте производится подкладками под резец. Расточные резцы закрепляются в резцовой головке параллельно оси заготовки. При растачивании отверстий диаметром более 80 мм расточные резцы крепят в оправках. Оправку закрепляют в дополнительной державке, устанволенной в резцедержателе.
Токарная обработка
На станках токарной группы обрабатывают разнообразные по форме и размерам детали, в основном относящиеся к классу тел вращения. Среди них детали типа валов имеют длину в несколько раз большую диаметра; у деталей типа дисков диаметр больше длины, а у деталей типа втулок, цилиндров диаметр и длина — одного порядка. Различие форм и размеров деталей влияет на способ установки заготовок для обработки и последовательность обработки. Но в то же время у этих деталей есть и много общего. Объединяющим признаком является то, что они образованы в основном наружными, внутренними и торцовыми поверхностями, имеющими общую ось вращения. Поэтому при обработке таких деталей помимо общей задачи получения заданных размеров стоит технологическая задача обеспечения соосности этих поверхностей и точного расположения торцов относительно оси детали. Эти требования обеспечиваются следующими способами установки и обработки заготовок на токарных станках:
Обработкой соосных поверхностей с одного установа;
Обработкой в два установа — сначала наружных поверхностей, а затем внутренних с базированием детали по наружной поверхности (обработка от наружной поверхности);
Обработкой в два установа — сначала внутренней поверхности, а затем наружной с базированием по внутренней поверхности (обработка от отверстия).
Обработка за один установ обеспечивает при изготовлении деталей высокой жесткости малые отклонения от соосности и перпендикулярности торцов оси детали. Сказанное относится и к обработке валов с установкой на центры, хотя эта обработка соответствует третьему способу. При зацентровке вала можно обрабатывать и отверстия. Переустановка вала не вызывает больших отклонений расположения поверхностей. Рассмотренные второй и третий способы относятся к обработке деталей, закрепляемых в патроне и на оправке.
Обработка от наружной поверхности (с базированием по этой поверхности при обработке отверстия) обеспечивает надежное закрепление и передачу большого крутящего момента. Однако точность установки детали в патронах по наружной поверхности низкая, так как на размеры наружной поверхности назначают широкие допуски и погрешность установки в патроне высока. Но в некоторых случаях использование этого способа диктуется особенностями технологического процесса.
Если используется третий способ (обработка от отверстия), то окончательная обработка детали проводится с установкой ее на оправке, что во многих случаях обеспечивает высокую точность расположения поверхностей (сравнимую с точностью обработки за один установ) и позволяет использовать более простые и точные приспособления (оправки). Крупногабаритные детали на оправках не обрабатывают.
Кроме рассмотренных способов возможны и другие. Так, на станках с ЧПУ обработку выполняют за два установа. Сначала деталь обрабатывают с одной стороны, затем поворачивают ее на 180° и обрабатывают с другой стороны. В этом случае поверхности, связанные жесткими допусками, желательно обрабатывать за один установ.
В качестве заготовок при обработке на токарных станках можно использовать поковки, отливки, штучные заготовки из проката. В автоматизированном производстве, в частности при обработке на станках с ЧПУ, использование заготовок с низкой точностью недопустимо. В этом случае допуски и припуски заготовок должны быть на 10-30% меньше, чем при обработке на станках с ручным управлением.
Валы перед обработкой должны подвергаться правке и термической обработке для улучшения обрабатываемости и снятия остаточных напряжений. Термической обработке подвергают и другие детали.
Ужесточение требований по точности и свойствам материала заготовок, обрабатываемых на станках с ЧПУ, объясняется необходимостью уменьшить нагрузку на станок, стремлением уменьшить количество стружки, образующейся при обработке, создать наиболее благоприятные условия работы режущего инструмента. Станок, на котором проводятся обдирочная и черновая обработки, требует постоянного внимания оператора. Следовательно, при этом нельзя организовать многостаночное обслуживание и включить станок в состав гибких производственных модулей и систем.
В некоторых случаях целесообразно при изготовлении деталей применять комплексные заготовки. Из комплексной заготовки можно обработать несколько деталей, различных, но близких по форме и размерам.
Схемы образования комплексных заготовок и деталей: а) типа дисков; б) типа валов с односторонним расположением ступеней
В качестве заготовки (особенно при автоматизированном производстве: массовом — при обработке на автоматах и полуавтоматах и серийном — при обработке на станках с ЧПУ) часто используют прокат. Прокат разрезают на части мерной длины на отрезных станках: ножовочных, ленточнопильных и круглопильных. Точность выполнения этой операции влияет на последующую токарную операцию. Необходимо, чтобы отклонение от перпендикулярности торца наружной поверхности было минимальным. Наиболее производительными способами являются отрезка проката дисковыми пилами и абразивными кругами. Наибольшая точность обеспечивается при вращении отрезаемой заготовки. При диаметре заготовки более 50 мм — заготовка штучная (на одну деталь); при меньшем диаметре одну заготовку можно использовать для нескольких деталей.
После получения штучной заготовки вала среднего размера обрабатывают технологические базы — два торца и центровые отверстия. Центровые отверстия и торцы валов являются базой не только на токарной, но и на шлифовальнои операциях, а также при ремонте деталей. Поэтому к выполнению их предъявляют высокие требования по соосности, постоянству глубины, диаметра и угла конуса. Для выполнения этой операции применяют центровальные, центровально-подрезные, фрезерно-центровальные, центровально-отрезные станки, а также универсальные токарные, фрезерные, сверлильные и другие станки.
Обработка может вестись с последовательным или с параллельно-последовательным выполнением переходов. Целесообразность выполнения того или иного варианта обработки определяется технико-экономическим расчетом. Как правило, совмещение переходов и применение станков для комплексной обработки во многих случаях целесообразно даже при небольшой загрузке станков (10% и более). Кроме того двусторонние станки обеспечивают при обработке более высокую точность расположения поверхностей (торцов и центровых отверстий) технологических баз. Так, при обработке на двустороннем центровальном автомате 2910 отклонение от соосности центрового отверстия к наружной поверхности не превышает 0,072-0,120 мм; допуск на глубину центрового отверстия составляет 0,18-0,30 мм.
Двусторонние центровально-подрезные станки (например, МР179, 2931, 2932 и др.) позволяют также обтачивать концы валов, снимать фаски, сверлить и растачивать отверстия, нарезать резьбу. Применение оборудования подобного типа существенно влияет на последующую токарную обработку — во многих случаях вал можно обработать за один установ, т. е. нет необходимости его переустанавливать, так как наружная поверхность крайних шеек уже обработана.
Если токарная операция выполняется на станках с ЧПУ, то обработку технологических баз целесообразно выполнять на центровально-подрезных станках. Кроме того, после обработки на центровально-подрезных станках не требуется дополнительная подрезка торца на токарном станке (после фрезерования торцов их подрезка на токарном станке обязательна). Допуск на длину заготовок перед обработкой на станках с ЧПУ — не более 0,6 мм.
При последующей обработке валов (после термической обработки) требования к точности обработки центровых отверстий повышаются. При шлифовании центровых отверстий на специальных станках (3922Р, 3922Е, МВ-119 и др.) обеспечивается отклонение от круглости 1-3 мкм, отклонение от прямолинейности образующей до 4-6 мкм; параметр шероховатости поверхности до Ra = 0,63 мкм.
При закреплении заготовки типа втулок, дисков и т. п. в патроне станка с ЧПУ часто перед основной токарной операцией обрабатывают технологические базы на станках с ручным управлением. На станке с ЧПУ заготовки закрепляют в патронах с использованием незакаленных кулачков. Для повышения точности установки незакаленные кулачки перед обработкой детали растачивают по специальной программе за два перехода — черновой и чистовой.
Схемы обработки незакаленных кулачков на станках с ЧПУ: а) черновая расточка; б) чистовая расточка.
Правильный выбор технологических баз определяет отклонение расположения поверхностей заготовки в рабочей зоне станка, а следовательно, равномерность припуска при обработке, точность обработки взаимосвязанных поверхностей, жесткость крепления заготовки и производительность обработки.
На токарных станках патронного типа заготовки закрепляют: в патроне, на планшайбе, на угольнике, расположенном на планшайбе. Наиболее часто используют автоматические (с приводом) быстропереналаживаемые трехкулачковые патроны. При этом базой у заготовки служат торец, цилиндрическая и коническая (длиной не менее 8-10 мм) наружные поверхности. Кулачки могут быть закаленными или незакаленными. Закаленные кулачки применяют для крепления заготовок с необработанными поверхностями. Для зажима штампованных заготовок или отливок, имеющих уклоны, рабочим поверхностям кулачков можно придать коннческую форму. В некоторых случаях применяют специальные кулачки с качающимися вставками, обеспечивающими контакт по большей длине. Незакаленные кулачки обеспечивают высокую точность установки, так как сами кулачки перед обработкой партии деталей непосредственно обрабатывают на станке, а у заготовки используют ранее обработанные поверхности.
При выборе баз и конструкции сменных кулачков стремятся закрепить заготовку возможно ближе к патрону и в качестве базы использовать цилиндрическую поверхность наибольшего диаметра. Однако иногда используют торец и предварительно обработанную внутреннюю цилиндрическую поверхность. Этот вариант базирования менее предпочтителен по условиям жесткости и точности обработки.
Специальные патроны позволяют без смены кулачков обработать деталь с двух сторон.
Схемы использования кулачков для полной обработки детали за два установа
Применяют также специальные патроны, обеспечивающие обработку деталей арматуры типа крестовин с двух и четырех сторон с поворотом на определенный угол для совмещения оси обрабатываемого элемента с осью шпинделя. У обычных патронов ход кулачков относительно небольшой.
На станках, входящих в гибкие производственные модули, применяют патроны с большим ходом кулачков, патроны с быстросменными системами замены кулачков и т. д.
Проектирование токарной операции является частью более общей задачи разработки технологического процесса изготовления детали. Необходимо знать не только, в каком виде заготовка поступает на токарную операцию, но и какова должна быть ее точность после обработки. Технологическую разработку токарной операции на станках с ЧПУ начинают с составления эскиза заготовки в том виде, который она принимает после предшествующей обработки с указанием всех размеров и технических требований. Рекомендуется на эскизе тонкими линиями показать контур детали, получаемый после обработки, с указанием допустимых отклонений и качества поверхности.
Несмотря на то, что перед разработкой технологических процессов проводится анализ технологичности детали, при проектировании токарной операции на станках с ЧПУ рекомендуется дополнительно проанализировать ее технологичность. При этом обращается внимание на унификацию элементов детали, упрощение геометрической формы, обеспечение жесткости при обработке.
При применении станков с ЧПУ необходимо наиболее полно использовать технологические возможности этого оборудования. Для каждого станка имеется определенный комплект инструмента. Следует проверить возможность обработки детали с его применением. В случае необходимости разрабатывают предложения по изменению конструкции детали.
Наибольший эффект достигается при использовании станков с ЧПУ для решения наиболее сложных технологических задач, например для обработки деталей сложного профиля, в случае высокой концентрации переходов обработки, исключения слесарных работ и сложных приспособлений. На станках с ЧПУ нецелесообразно обрабатывать детали с числом ступеней меньше трех и детали, время установки и выверки которых велико. Станок с ЧПУ должен быть занят обработкой деталей одного наименования в год в течение 10-25 ч.
Поверхность детали после токарной обработки в зависимости от назначения и требований точности разделяют на основные и дополнительные участки. Основные участки определяют положение данной и сопряженной с ней деталей в изделии. Точность обработки этих участков должна быть наиболее высокой. Основные участки поверхности обрабатывают проходными, копировальными и расточными резцами, дополнительные участки — торцовые и угловые канавки, резьбовые поверхности, канавки под клиновые ремни и т. п. обрабатывают канавочными, резьбовыми резцами и т. п.
Несмотря на разнообразие форм деталей, можно установить типовую последовательность выполнения переходов обработки. Обычно основные участки поверхности обрабатывают за несколько переходов. Переходы можно осуществить на одном станке за одну операцию, если деталь не подвергается промежуточной термической обработке, или за несколько операций на разных станках, если деталь подвергают термической обработке.
Деление всех переходов на отдельные операции проводят, исходя из возможной точности обработки поверхностей на данном станке или при наличии промежуточных операций термической обработки.
На токарных станках с ЧПУ последовательность переходов обработки следующая:
Предварительная (черновая) обработка основных участков поверхностей детали: подрезка торцов, центрование перед сверлением отверстий диаметром до 20 мм, сверление (если используются два сверла, то вначале сверлом большего диаметра), рассверливание отверстий, точение (получистовая обработка) наружных поверхностей, а затем растачивание внутренних поверхностей;
Обработка дополнительных участков поверхностей детали (кроме канавок для выхода шлифовального круга, резьбы и т. п.); в тех случаях, когда черновая и чистовая обработки внутренних поверхностей проводятся одним резцом, все дополнительные участки обрабатывают после чистовой обработки;
Окончательная (чистовая) обработка основных участков поверхности детали, сначала внутренних, потом наружных;
Обработка дополнительных участков поверхностей детали, не требующих черновой обработки: сначала в отверстиях или на торцах, затем на наружной поверхности.
Комплекты режущих инструментов, используемые при обработке наружных поверхностей детали на станках с ЧПУ токарной группы
Комплект инструментов для станка 16К20ФЗ. Наименование инструмента согласно указанным на рисунке номерам (см. табл. «Комплекты режущих инструментов, используемые при обработке наружных поверхностей детали на станках с ЧПУ»)
Обработка на токарных станках с ЧПУ характеризуется следующей точностью. Однократная обработка поверхности обеспечивает точность 12-13-го квалитета и параметр шероховатости поверхности Ra = 3,2 мкм. Радиус при вершине резца при этом назначают по наименьшему радиусу галтели на детали; в других случаях галтель выполняют по программе. При более высоких требованиях к качеству поверхности (Ra менее 1,6 мкм) на последнем чистовом переходе уменьшают подачу и увеличивают частоту вращения. При более высоких требованиях (точности 7-9-го квалитета) окончательную обработку осуществляют чистовым резцом с коррекцией на размер. Для обеспечения высокой точности размеров при чистовой обработке резец устанавливают в такой плоскости, чтобы погрешность позиционирования револьверной головки не влияла на точность размера обрабатываемой поверхности.
Элементы деталей, обрабатываемых на токарных станках с ЧПУ, и применяемый при этом комплект режущего инструмента
Черновую обработку со снятием напуска проводят по разному: если перепад диаметров ступеней больше длины ступени, то обработку ведут с поперечной подачей (в противном случае — с продольной подачей). Современные системы ЧПУ позволяют вести эту обработку по постоянному циклу. При составлении программы задают исходный и требуемый контур. Система ЧПУ автоматически формирует управляющие команды для выполнения обработки. Обычно эти участки обрабатывают черновыми, а затем чистовыми резцами.
Примеры обозиачения координат инструментов для станков с ЧПУ: а — для сверла; б — для развертки.
