4.2 Способы формообразования деталей резанием.

Любую поверхность рассматривают как совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей. В реальных условиях образования поверхностей деталей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев являются воображаемыми. При обработке они воспроизводятся комбинацией согласованных между собой движений заготовки и инструмента. Движения резания и являются формообразующими движениями, так как они воспроизводят во времени образующие и направляющие линии.

Существует четыре способа формообразования поверхностей.

1. Метод копирования основан на том, что режущая кромка инструмента по форме совпадает с производящей линией 1. Направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки или поступательным движением инструмента, которые и являются формообразующими. Второе движение (движение подачи), направленное перпендикулярно обрабатываемой поверхности, необходимо для получения определенного размера поверхности. Этот метод используют при обработке фасонных поверхностей на станках.

Рис.5. Формообразование поверхностей при резании по методу копирования

2. Метод следов. Образующая линия 1 является траекторией движения точки (вершины) режущего лезвия инструмента, а направляющая линия 2 – траекторией движения точек заготовки. В этом случае оба движения (V и S) являются формообразующими. Имеет место при обтачивании, растачивании, нарезании резьб и др.

Рис.6. Формообразование поверхностей при резании по методу следов

3. Метод касания. Образование поверхностей по методу касания заключается в том, что направляющей линией 2 служит касательная к ряду геометрических вспомогательных линий, являющихся траекториями движения точек режущего инструмента. Образующей линией 1 служит режущее лезвие инструмента, а формообразующим движением является только движение подачи S.

Имеет место при фрезеровании, шлифовании, полировании и др.

Р ис.7. Формообразование поверхностей при резании по методу касания

4. Метод обкатки. Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) заключается в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки вследствие согласования между собой движения резания с движением подачи. Скорости этих движений согласуются так, что за время прохождения круглым резцом расстояния l резец должен сделать один полный оборот относительно своей оси вращения. Здесь все три движения являются формообразующими (V, S_пр, S_кр). Пример: нарезание зубъев зубчатых колес по методу обкатки.

Р ис.8. Формообразование поверхностей при резании по методу обкатки

4.3 Токарная обработка, Фрезерования обработка. Сверление, рассверливание и обработка отверстий. Строгание и долбление, протягивание. Зубонарезание.

Токарная обработка

Токарная обработка является одной из разновидностей обработки металловрезанием. Она осуществляется срезанием с поверхностей заготовки определенного слоя металла (припуска) резцами, сверлами и другими режущими инструментами.

Вращение заготовки, посредством которого совершается процесс резания, называется главным движением, а поступательное перемещение инструмента, обеспечивающее непрерывность этого процесса,— движением подачи. Благодаря определенному сочетанию этих движений на токарных станках можно обрабатывать цилиндрические, конические, фасонные, резьбовые и другие поверхности.

При токарной обработке измерительные инструменты применяются для определения размеров, формы и взаимного расположения отдельных поверхностей деталей как в процессе их изготовления, так и после окончательной обработки. В единичном и мелкосерийном производстве используются универсальные измерительные инструменты — штангенциркули, микрометры, нутромеры и др., а в крупносерийном и массовом — предельные калибры.

Целью данной работы является определение сущности и особенностей организации токарной обработки, характеристика основных видов токарных работ, а также рассмотрение правил эксплуатации токарных станков.

Теоретической и методологической основой работы является анализ учебной, научно-практической, социально-экономической, а также справочной литературы, список которой прилагается.

Сущность токарной обработки. Основные виды токарных работ

На токарных станках выполняют обтачивание цилиндрических поверхностей, подрезание торцов, вытачивание наружных канавок, отрезание металла, сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание, растачивание отверстий и внутренних канавок, центрование, обработку, поверхностей фасонными резцами, нарезку резьбы плашками, метчиками, резцами, резьбонакатными головками, обработку конических поверхностей.

Основными инструментами при токарной обработке являются резцы. В зависимости от характера обработки резцы бывают черновые и чистовые. Геометрические параметры режущей части этих резцов таковы, что они приспособлены к работе с большой и малой площадью сечения срезаемого слоя. По форме и расположению лезвия относительно стержня резцы подразделяют на прямые (рис. 1, а), отогнутые (рис.1, б), и оттянутые (рис.1, в). У оттянутых резцов ширина лезвия обычно меньше ширины крепежной части. Лезвие может располагаться симметрично

Рис.1. Разновидности токарных резцов: а — прямые, б — отогнутые, в — изогнутые, г — оттянутые по отношению к оси державки резца или быть смещено вправо или влево.

По направлению движения подачи резцы разделяют на правые и левые. У правых резцов главная режущая кромка находится со стороны большого пальца правой руки, если наложить ее на резец сверху (рис.1.2, а). В рабочем движении такие резцы перемещаются справа налево (от задней бабки к передней). У левых резцов при аналогичном наложении левой руки главная режущая кромка также находится со стороны большого пальца (рис.1, б). Такие резцы в движении подачи перемещаются слева направо. По назначению токарные резцы разделяют на проходные, расточные, подрезные, отрезные, фасонные, резьбовые и канавочные. Чтобы обеспечить требуемую точность и качество поверхности детали при сохранении высокой производительности труда, необходимо правильно выбрать геометрию резца. Важную роль здесь играют углы в плане. Углами в плане (рис.2) называются углы между режущими кромками резца и направлением подачи: (φ — главный угол в плане, φ 1 — вспомогательный угол в плане, ε — угол при вершине (ε = 180° - (φ - (φi). Углы φ и φ1 зависят от заточки и установки резца, а угол ε — только от заточки. При малом угле φ в работе участвует большая часть режущей кромки, улучшается отвод теплоты, повышается стойкость резца. При большом угле φ работает меньшая часть режущей кромки, поэтому стойкость резца снижается. При обработке длинной и тонкой заготовки, когда возникает опасность ее прогиба, применяют резцы с большим углом φ, так как при этом отжимающее усилие будет меньше. Для формоизменения заготовок большого диаметра выбирают φ = 30 -45°, для тонких (нежестких) — φ = 60 - 90°.

Рис.2. Углы резцов в плане

Вспомогательный угол φ1 — угол между вспомогательной кромкой и направлением подачи. Если φ1 мал, то из-за некоторого отжима резца вспомогательная кромка врезается в обработанную поверхность и портит ее.

Рис.3. Типы токарных резцов: о — проходные прямые и б — проходные отогнутые, в — проходные упорные, г, д — подрезные, е — расточные проходные, ж — расточные упорные, а — отрезные, и —фасонные, к —резьбовые

Большой угол φ 1 неприемлем из-за ослабления вершины резца. Обычно φ1 = 10— 30°. Проходные прямые (рис.3, а) и отогнутые (рис.3, б) резцы применяют для обработки наружных поверхностей. Для прямых резцов обычно главный угол в плане φ = 45- 60°, а вспомогательный φ1== 10-15°. У проходных отогнутых резцов углы в плане φ = φ1 = 45°. Эти резцы работают как проходные при продольным движении подачи и как подрезные при поперечном движении подачи. Для одновременной обработки цилиндрической поверхности и торцовой плоскости применяют проходные упорные резцы (рис.3, в), работающие с продольным движением подачи. Главный угол в плане φ = 90°.Подрезные резцы применяют для подрезания торцов заготовок. Они работают с поперечным движением подачи по направлению к центру (рис.1.4, г) или от центра (рис.3, д) заготовки. Расточные резцы используют для растачивания отверстий, предварительно просверленных или полученных штамповкой или литьем. Применяют два типа расточных резцов: проходные - для сквозного растачивания (рис.3, с), упорные — для глухого (рис.3, ж). Они различаются формой лезвия. У проходных расточных резцов угол в плане φ = 45-60°, а у упорных — угол φ несколько больше 90°. Отрезные резцы применяют для разрезания заготовок на части, отрезания обработанной заготовки и протачивания канавок. Они работают с поперечным движением подачи (рис.3, з). Отрезной резец имеет главную режущую кромку, расположенную под углом φ = 90° и две вспомогательные с углами φ1 = 1-2°. Фасонные резцы применяют для обработки коротких фа сонных поверхностей с длиной образующей линии до 30-40 мм. Форма режущей кромки фасонного резца соответствует профилю детали. По конструкции такие резцы подразделяют на стержне вые, круглые, призматические, а по направлению движения подачи — на радиальные и тангенциальные. На токарновинторезных станках фасонные поверхности обрабатывают, как правило, стержневыми резцами, которые закрепляют в резцедержателе станка (рис.3, и). Резьбовые резцы (рис.3, к) служат для формирования наружных внутренних резьб любого профиля: прямоугольного, треугольного, трапецеидального. Форма их режущих лезвий соответствует профилю и размерам поперечного сечения нарезаемых резьб.

По конструкции различают резцы цельные, изготовленные из одной заготовки; составные (с неразъемным соединением его частей); с припаянными пластинами; с механическим креплением пластин (рис.4).

Рис.4. Типы токарных резцов по конструкции: цельные (а, б) составные с припаянными (в) или с механическим креплением (г) пластинами

Державки резцов обычно изготавливают из конструкционных сталей 40, 45, 50 и 40Х с различным сечением: квадратным, прямоугольным, круглым и др. Резцы с механическим креплением твердосплавных пластин имеют значительные преимущества перед напайными резцами, так как при такой конструкции предотвращается возможность появления трещин в пластиках при напайке, удлиняется срок службы крепежной части резца.

Рис.5. Многогранные режущие пластины

Многогранные режущие пластины изготовляют с тремя, четырьмя, пятью и шестью гранями (рис.5). Для того чтобы создать положительный угол на передней поверхности пластины, вдоль режущих кромок делают лунки и фаски методом прессования с последующим спеканием.

Рис.6. Вращающийся центр

Р ис.7. Самоцентрирующийся трех кулачковый патрон

Универсальность металлорежущего станка расширяется применением принадлежностей и приспособлений. На токарном станке основными из них являются: патроны, центры (рис.6), люнеты. Применяются и вспомогательные приспособления: сверлильный патрон, переходные втулки, хомутики. Из патронов наибольшее распространение получил самоцентрирующийся трех кулачковый патрон (рис.7). Его конструкция обеспечивает одновременное перемещение трех кулачков в радиальном направлении, благодаря чему заготовка устанавливается по оси шпинделя.

Рис.8. Планшайба

При несимметричном сечении заготовок, когда правильное ее закрепление в трех кулачковом патроне невозможно, применяют четырех кулачковый патрон с раздельным зажимом кулачков или планшайбу (рис.8).

При обработке в центрах, для придания вращения заготовке, применяют поводковые патроны (рис.9). При наружной обработке длинномерных заготовок малого диаметра с целью предотвращения прогиба используют неподвижный (рис.10, а) или подвижный (рис.10, б) люнеты.

Рис.9. Обработка в центрах: 1 — поводковый патрон, 2 — передний центр, 3 — хомутик, 4 — задний патрон, 5 — пиноль задней бабки

Конические поверхности на токарном станке обрабатывают следующим способами: широким, токарным резцом, поворотом верхних салазок, смещением корпуса задней бабки в поперечном направлении и с помощью копирной или конусной линейки.

Рис.10. Обработка длиномерных заготовок с использованием неподвижного (а) и подвижного (б) люнетов

Широким резцом (рис.11, а) обтачивают обычно короткие конические поверхности с длиной в 25- 30 мм.

При обработке конических поверхностей поворотом верхнего суппорта (рис.11, б) его устанавливают под углом, равным половине угла при вершине обрабатываемого конуса. Обработка ведется при ручной подаче. Угол поворота определяется по формуле:

Рис.11. Способы обтачивания конусов: а — широким резцом, б- поворотом верхнего суппорта, в -смещением корпуса задней бабки; г __ с помощью конусной линейки, 1- поворотная линейка, 2- ползушка, 3 — неподвижная линейка, 4 — винт, 5 — шкала, 6- тяга 7 — кронштейн, 8 -салазки, 9 –корпус где D u d— диаметры обрабатываемых конических поверхностей, мм; l — высота конуса, мм.

Смещением корпуса задней бабки в поперечном направлении (рис.11, в) обтачивает длинные конические поверхности с небольшим углом конуса при вершине (до 12°). При этом смещение заднего центра в поперечном направлении определяется из выражения

где L — общая длина обрабатываемой заготовки, мм.

Способ обработки конических поверхностей с помощью конусной линейки (рис.11, г), прикрепляемой к станине станка, позволяет получать коническую поверхность с углом при вершине до 40°. Обработка ведется с включением механической подачи.

В зависимости от формы и размеров заготовок применяют различные способы их закрепления. При отношении длины заготовки к диаметру L/D < 4 заготовку закрепляют в патроне. При 4<L/D<10 заготовку устанавливают в центрах, а при L/D>10 используют люнеты.

Рис.12. Обработка в центрах: 1 -поводковый патрон, 2 — хомутик, 3 - гайка, 4 -стержень, 5 -гайка, 6 - вращающийся центр, 7 - втулка, 8 - передний центр

Распространенным способом является обработка в центрах (рис. 12), так как она позволяет переставлять деталь со станка на станок без последующей выверки. При этом в торцах обрабатываемой детали предварительно засверливают центровые отверстия. Форма и размеры центровых отверстий (рис.12) стандартизованы. При установке на станке в эти отверстия входят острия центров передней и задней бабок станка. Для передачи вращения от шпинделя передней бабки к обрабатываемой детали применяют поводковый патрон 1 (рис.12), устанавливаемый на шпинделе, и хомутик 2, закрепленный на заготовке.

Рис.13. Центровые отверстия (а) и инструмент (б) — цилиндрическое сверло, (в) — зенковка, (г,д) — комбинированые сверла

Центры устанавливаются в шпинделе станка и пиноли задней бабки. Центр, установленный в шпинделе, вращается вместе с заготовкой. Простой центр (рис.13, а), установленный в пиноли задней бабки, не вращается, поэтому изнашивается сам и изнашивает центровое отверстие заготовки. Для предотвращения износа применяют вращающийся центр Иногда используют: срезанный центр при подрезке торца; обратный центр (рис13, б) при обтачивании заготовок небольшого диаметра (до 5 мм).

Рис.14. Токарные центры: а — простой центр (1 — конус, 2 — шейка, 3 — конус, 4 — хвостовик); б — обратный центр

Фрезерная обработка

Фрезерная обработка – метод обработки металлов резанием при помощи специальных инструментов - фрез. Главным движением фрезерования является вращение фрезы, закрепленной в шпинделе цанговым зажимом. Движением подачи является поступательное перемещение фрезы или обрабатываемой заготовки в продольном, поперечном или вертикальном направлениях (может быть как прямолинейным, так и криволинейным).

Фреза – многолезвийный режущий инструмент, как правило, в виде диска с режущими зубьями по окружности. Каждый зуб фрезы представляет собой простейший инструмент – резец. Зубья могут быть расположены как на цилиндрической поверхности, так и на торце. Форма поверхности обрабатываемой детали определяется тем, какую форму имеет фреза, а также траекторией этой фрезы.

Фрезерная обработка получила большое применение в промышленности благодаря возможности получения на нём ровных деталей весьма сложной формы, причём детали получаются аккуратными и без изъянов. Высокопроизводительные способы фрезерования, к которым относятся скоростное и силовое фрезерование, позволяют сократить время обработки и тем самым повысить производительность.

Имеющиеся в наличии фрезерные станки, позволяют производить доступные для этой группы операции, такие как сверление, зенкование, растачивание и непосредственно фрезеровка. Качественный инструмент и фрезерные станки в прекрасном техническом состоянии, дают возможность производить вышеперечисленные работы с неизменным качеством, удовлетворяющим самым высоким требованиям наших клиентов.

Станки для фрезерования

Фрезерная обработка - производится на станках фрезерной группы (шестая группа по классификации металлообрабатывающих станков).

Различают две основные компоновки фрезерного станка – с консольной и бесконсольной схемой расположения узлов. Различие между ними заключается в наличии у станка вертикально перемещающейся консоли, на которой смонтированы горизонтальные направляющие. По направляющим движутся салазки несущие стол, где непосредственно закрепляется обрабатываемая деталь.

Существуют следующие виды фрезерных станков:

горизонтально-фрезерные консольные станки (с горизонтальным шпинделем и консолью);

универсальные — с поворотным столом;

широкоуниверсальные — с дополнительными фрезерными головками;

вертикально-фрезерные станки (с вертикальным шпинделем) в том числе консольные;

бесконсольные (с крестовым столом);

фрезерные станки с передвижным порталом;

широкоуниверсальные инструментальные станки — с вертикальной рабочей плоскостью основного стола и поперечным движением шпиндельных узлов;

копировально-фрезерные станки;

фрезерные станки непрерывного действия, в том числе карусельно-фрезерные;

барабанно-фрезерные;

На производстве в большей степени используют универсально-фрезерные станки, позволяющие осуществлять горизонтальное и вертикальное фрезерование, а также фрезерование под разными углами различным инструментом.

На горизонтально-фрезерных станках выполняется обработка прямоугольных и фасонных пазов дисковыми фрезами, обработка вертикальных поверхностей торцевыми фрезами. На вертикально-фрезерных – такие работы, как обработка горизонтальных поверхностей торцевыми фрезами, обработка скосов и вертикальных поверхностей, обработка закрытых и открытых шпоночных пазов концевыми фрезами.

Фрезеровочные работы можно также проводить и на станках с ЧПУ, которые используются не только для фрезерных, но также и для сверлильных и расточных работ. Станки ЧПУ предназначены для обработки таких металлов, как: сталь, цветной металл, чугун, а также сплавы и многие другие виды металлов.

Классификация фрезерования.

Существует несколько классификаций фрезерования:

1) В зависимости от расположения шпинделя станка и удобства закрепления обрабатываемой заготовки – вертикальное, горизонтальное.

2) В зависимости от типа инструмента (фрезы) – концевое, торцовое, периферийное, фасонное и т. д.

Концевое фрезерование применяется для изготовления пазов, канавок, подсечек; а также колодцев (сквозные пазы), карманов (пазы, стороны которых выходят более, чем на 1 поверхность), окон (пазы, которые выходят только на одну поверхность).

Торцовое фрезерование — фрезерование больших поверхностей.

Фасонное фрезерование — фрезерование профильных поверхностей (шестерни, червяки, багет, оконные рамы и др.).

Существуют также специализированные фрезы, предназначенные для отрезки (дисковые фрезы).

3) В зависимости от направления вращения фрезы относительно направления её движения (либо движения заготовки) — попутное «под зуб» когда фреза «подминает» заготовку, получается очень чистая поверхность, но также велика опасность вырыва заготовки при большом съеме материала; и встречное «на зуб», когда движение режущей кромки происходит навстречу заготовке. Поверхность получается похуже, зато увеличивается производительность. На практике используют оба вида фрезерования, «на зуб» – при предварительной (черновой) обработке, и «под зуб» – при окончательной (чистовой) обработке.

Виды фрез

Фреза — режущий многолезвийный инструмент в виде тела вращения с зубьями для фрезерования. Материал режущей части — быстрорежущая сталь, твёрдый сплав, минералокерамика, алмаз, массив кардной проволоки. В зависимости от конструкции и типа зубьев фрезы бывают цельные (полностью из одного материала), сварные (хвостовик и режущая часть состоит из различного материала, сваренные вместе), сборные (из различного материала, но соединённые стандартными крепёжными элементами — винтами, болтами, гайками, клиньями).

Основные виды фрез: дисковые, цилиндрические, торцевые, шпоночные, угловые, концевые, прорезные (отрезные) и фасонные.

Концевые фрезы представляют собой группу фрез, отличающихся креплением в шпинделе фрезерного станка. Крепление фрез в шпинделе станка производят при помощи цилиндрического или конического хвоста. Зубья на цилиндрической части конструируют аналогично зубьям цилиндрических фрез, а на торцовой части аналогично зубьям на торцовой части торцевых фрез. Концевые фрезы подразделяют на:

концевые обыкновенные с неравномерным окружным шагом зубьев, с цилиндрическим и коническим хвостовиками

концевые, оснащенные коронками и винтовыми пластинками из твердого сплава

концевые шпоночные с цилиндрическим и коническим хвостовиками

шпоночные, оснащенные твёрдым сплавом

концевые для Т-образных пазов

концевые для сегментных шпонок

Угловые фрезы находят применение преимущественно для фрезерования канавок. Они бывают одноугловые (применяют для фрезерования прямых канавок на фрезах и другом инструменте), двухугловые несимметричные (применяют для фрезерования прямых и винтовых канавок) и симметричные (для фрезерования канавок фасонных фрез).

Дисковые фрезы необходимы для формирования пазов и канавок. Они бывают трех типов:

Пазовые дисковые фрезы имеют зубья только на цилиндрической поверхности. Для уменьшения трения по торцам толщина фрезы делается на периферии больше, чем в центральной части у ступицы. Важным элементом дисковых пазовых фрез является ширина, так как они предназначены, в том числе, и для обработки пазов. Применяются также для распиловки заготовок из дерева и металла.

Двусторонние дисковые фрезы, кроме зубьев, расположенных на цилиндрической поверхности, имеют зубья на торце.

У трёхсторонних дисковых фрез зубья расположены на цилиндрической поверхности и на обоих торцах. Условия резания у торцовых зубьев менее благоприятны, чем у зубьев, расположенных на цилиндрической поверхности. Небольшая глубина канавки у торца не дает возможности получить необходимые задние и передние углы.

Монолитные фрезы — это фрезы, выполненные полностью из твердосплавного материла. Иногда их называют «пальчиковые фрезы». Их применение позволяет значительно ускорить процесс обработки, экономя время на замену/заточку и увеличивая скорость прохода в пять-шесть раз. Так же твёрдый сплав в режущем инструменте служит для обработки стали в закаленном виде, что исключает погрешности от деформации. Монолитные фрезы выпускаются следующих сплавов: Т5К10, Т15К6, ВК8, ВК10-ОМ. Самый передовой сплав — ВК10-ОМ, он отличается экономичностью и повышенной износоустойчивостью.

Сверление, рассверливание и обработка отверстий.

Наиболее распространенным методом получения отверстий в сплошном материале является сверление. Движение резания при сверлении - вращательное, движение подачи - поступательное. Перед началом работы проверяют совпадение вершин переднего и заднего центров станка. Заготовку устанавливают в патрон и проверяют, чтобы ее биение (эксцентричность) относительно оси вращения не превышала припуска, снимаемого при наружном обтачивании. Проверяют биение торца заготовки, в котором будет обрабатываться отверстие, и выверяют заготовки по торцу. Перпендикулярность торца к оси вращения заготовки можно обеспечить подрезкой торца, при этом в центре заготовки можно выполнить углубление для нужного направления сверла и предотвращения его увода и поломки.

Сверла с коническими хвостовиками устанавливают непосредственно в конусное отверстие пиноли задней бабки, а если размеры конусов не совпадают, то используют переходные втулки. Для крепления сверл с цилиндрическими хвостовиками (диаметром до 16 мм) применяют сверлильные кулачковые патроны (рисунок справа, ниже), которые устанавливаются в пиноли задней бабки. Сверло закрепляется кулачками 6, которые могут сводиться и разводиться, перемещаясь в пазах корпуса 2. На концах кулачков выполнены рейки, которые находятся в зацеплении с резьбой на внутренней поверхности кольца 4. От ключа 5, через коническую передачу приводится во вращение втулка 3 с кольцом 4, по резьбе которого кулачки 6 перемещаются вверх или вниз и одновременно в радиальном направлении. Для установки в пиноли задней бабки патроны снабжаются коническими хвостовиками 1. Перед сверлением отверстий заднюю бабку перемещают по станине на такое расстояние от обрабатываемой заготовки, чтобы сверление можно было производить на требуемую глубину при минимальном выдвижении пиноли из корпуса задней бабки. Перед началом сверления обрабатываемая заготовка приводится во вращение. Сверло плавно (без удара) подводят вручную (вращением маховика задней бабки) к торцу заготовки и производят сверление на небольшую глубину (надсверливают). Затем отводят инструмент, останавливают заготовку и проверяют точность расположения отверстия. Для того чтобы сверло не сместилось, предварительно производят центровку заготовки коротким спиральным сверлом большого диаметра или специальным центровочным сверлом с углом при вершине 90 градусов. Благодаря этому в начале сверления поперечная кромка сверла не работает, что уменьшает смещение сверла относительно оси вращения заготовки. Для замены сверла маховик задней бабки поворачивают до тех пор, пока пиноль не займет в корпусе бабки крайнее правое положение, в результате чего сверло выталкивается винтом из пиноли. Затем в пиноль устанавливают нужное сверло. С увеличением глубины сверления ухудшаются условия работы сверла, ухудшается отвод теплоты, повышается трение стружки о стенки канавок инструмента, затрудняется подвод СОЖ к режущим кромкам. Поэтому если глубина сверления больше трех диаметров обрабатываемого отверстия, то скорость резания следует уменьшить. Для сверления отверстий применяют спиральные сверла, которые изготовляют из инструментальных сталей (углеродистой У12А и легированной 9ХС), из быстрорежущих сталей (Р6М5 и др.), а также из твердых сплавов (ВК6М, ВК8М и ВК10М). Для сверл из быстрорежущих сталей скорость резания u=25-35 м/мин, для сверл из инструментальных сталей u=12-18 м/мин, для твердосплавных сверл u=50-70 м/мин. Причем большие значения скорости резания принимаются при увеличении диаметра сверла и уменьшении подачи. При ручной подаче сверла трудно обеспечить ее постоянное (стабильное значение). Для стабилизации подачи используют различные устройства. Для механической подачи сверла его закрепляют в резцедержателе. Сверло 1 с цилиндрическим хвостовиком, рисунок слева - а) с помощью прокладок 2 и 3 устанавливают в резцедержателе так, чтобы ось сверла совпадала с линией центров. Сверло 1 с коническим хвостовиком, рисунок слева - б) устанавливают в державке 2, которую крепят в резцедержателе.

При сверлении отверстия, глубина которого больше его диаметра, сверло периодически выводят из обрабатываемого отверстия и очищают канавки сверла и отверстие заготовки от накопившейся стружки. Для уменьшения трения инструмента о стенки отверстия сверление производят с подводом смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), особенно при обработке стальных и алюминиевых заготовок. Чугунные, латунные и бронзовые заготовки можно сверлить без охлаждения. Применение СОЖ позволяет повысить скорость резания в 1,4-1,5 раза. В качестве СОЖ используются раствор эмульсии (для конструкционных сталей), компаундированные масла (для легированных сталей), раствор эмульсии и керосин (для чугуна и алюминиевых сплавов). Если на станке охлаждение не предусмотрено, то в качестве СОЖ используют смесь машинного масла с керосином. Применение СОЖ позволяет снизить осевую и тангенциальную силы резания на 10-35% при сверлении сталей, на 10-18% при сверлении чугуна и цветных сплавов и на 30-40% при сверлении алюминиевых сплавов.

П ри сверлении на проход в момент выхода сверла из заготовки необходимо резко снизить подачу во избежание поломки сверла. Для сохранности инструмента при сверлении следует работать с максимально допустимыми скоростями резания и с минимально допустимыми подачами. Если ось сверла совпадает с осью шпинделя токарного станка, сверло правильно заточено и жестко закреплено, то обработанное отверстие имеет минимальные погрешности. У правильно заточенного сверла работают обе режущие кромки и стружка сходит по двум спиральным канавкам. Размеры отверстия при сверлении получаются больше заданных в следующих случаях: режущие кромки сверла имеют разную длину, хотя и заточены под одинаковыми углами; режущие кромки имеют разную длину и заточены под разными углами; режущие кромки имеют равную длину, но заточены под разными углами. При неправильно и недостаточно заточенном сверле получается косое отверстие с большой шероховатостью поверхности. Кроме того, при работе недостаточно заточенным (тупым) сверлом у выходной части отверстия образуются заусенцы. Неодинаковая длина режущих кромок и несимметричная их заточка, эксцентричное расположение перемычки и различная ширина ленточек вызывают защемление сверла в отверстии, что увеличивает силы трения (по мере углубления сверла в заготовку) и, как следствие, приводит к поломке инструмента. Обрабатываемое отверстие называется глубоким, если его глубина в 5 раз больше его диаметра. При сверлении глубокого отверстия применяют длинное спиральное сверло с о бычными геометрическими параметрами, которое периодически выводят из обрабатываемого отверстия для охлаждения и удаления накопившейся в канавках стружки. Для повышения производительности обработки применяют сверла с принудительным отводом стружки, осуществляемым с помощью жидкости (или воздуха), подводимой в зону резания под давлением.

С увеличением глубины сверления ухудшаются условия работы сверла, ухудшается отвод теплоты, повышается трение стружки о стенки канавок инструмента, затрудняется подвод СОЖ к режущим кромкам. Поэтому если глубина сверления больше трех диаметров обрабатываемого отверстия, то скорость резания следует уменьшить. Для сверления отверстий применяют спиральные сверла, которые изготовляют из инструментальных сталей (углеродистой У12А и легированной 9ХС), из быстрорежущих сталей (Р6М5 и др.), а также из твердых сплавов (ВК6М, ВК8М и ВК10М). Для сверл из быстрорежущих сталей скорость резания u=25-35 м/мин, для сверл из инструментальных сталей u=12-18 м/мин, для твердосплавных сверл u=50-70 м/мин. Причем большие значения скорости резания принимаются при увеличении диаметра сверла и уменьшении подачи. При ручной подаче сверла трудно обеспечить ее постоянное (стабильное значение). Для стабилизации подачи используют различные устройства. Для механической подачи сверла его закрепляют в резцедержателе. Сверло 1 с цилиндрическим хвостовиком, рисунок слева - а) с помощью прокладок 2 и 3 устанавливают в резцедержателе так, чтобы ось сверла совпадала с линией центров. Сверло 1 с коническим хвостовиком, рисунок слева - б) устанавливают в державке 2, которую крепят в резцедержателе.

После выверки совпадения оси сверла с линией центров суппорт со сверлом вручную подводят к торцу заготовки и обрабатывают пробное отверстие минимальной глубины, а затем включают механическую подачу суппорта. При сверлении на проход перед выходом сверла из заготовки механическую подачу значительно уменьшают или отключают и заканчивают обработку вручную. При сверлении отверстий диаметром 5-30 мм подача S=0,l-0,3 мм/об для стальных деталей и S=0,2-0,6 мм/об для чугунных деталей. Резание при сверлении имеет ряд особенностей в сравнении с резанием при точении, поскольку спиральное сверло - многолезвийный инструмент, который производит резание пятью режущими кромками (двумя главными, двумя вспомогательными и поперечной). Силы, действующие на сверло в процессе резания, показаны на рисунке справа. На каждую точку A режущей кромки сверла действует сила Р, которая может быть разложена на составляющие силы Рг, Ру и Рг, Действующие по осям X, Y и Z. Силы Ру на режущих кромках направлены навстречу друг другу и при симметричной заточке равны по величине, т. е. их действие на сверло равно нулю. Осевая сила, действующая вдоль сверла, Ро=2Рx+Рп.к+2Рл где Рп.к - сила, действующая на поперечную кромку сверла; Рл - сила трения ленточки сверла о стенки отверстия. Основную работу при сверлении выполняют две режущие кромки, а поперечная кромка (угол резания которой более 90 градусов) под действием осевой силы Ро сминает металл с силой Pп.к»0,5Ро Суммарный момент сил резания Мс=Mz+Mп.к+Мл, где Mz=(0,8-0,9) Mc-момент, создаваемый силой Рz, Мп.к - момент, создаваемый силой Рп.к; Мл - момент, создаваемый силой Рл. При сверлении отверстий по мере износа сверла по задней поверхности осевая сила и крутящий момент увеличиваются; например, при износе задней поверхности сверла на 1 мм указанные параметры возрастают почти на 60-80%. Для повышения эффективности работы спиральными сверлами используют такие способы, как подточка поперечной кромки, изменение угла при вершине, подточка ленточки, двойная заточка, предварительное рассверливание отверстий и др. Стандартные сверла имеют угол при вершине 118 градусов, однако для обработки более твердых материалов (и более глубоких отверстий) рекомендуется применять сверла с углом при вершине 135 градусов. Формы заточки режущей части сверла показаны на рисунке ниже.

а) - нормальная, б) - нормальная с подточкой перемычки, в) - нормальная с подточкой перемычки и ленточки, г) - двойная с подточкой перемычки, д) - двойная с подточкой перемычки и ленточки

Рассверливание позволяет получить более точные отверстия и уменьшить увод сверла от оси детали. При сверлении отверстий большого диаметра (свыше 25-30 мм) усилие подачи может оказаться чрезмерно большим. Поэтому в таких случаях сверление производят в несколько приемов, т. е. отверстие рассверливают. Режимы резания при рассверливании отверстий те же, что и при сверлении. На рисунке слева элементы резания при сверлении -а) и рассверливании - б) отверстия: n - вращение сверла, Sz - подача приходящаяся на одну режущую кромку, a и b - толщина и ширина срезаемого слоя, t - припуск на сторону, D - диаметр основного отверстия, Do - диаметр предварительно просверленного отверстия.

Строгание и долбление

На строгальных и долбежных станках обрабатывают плоскости, прямолинейные канавки, пазы, выемки различных профилей, фасонные линейные поверхности и т. д.

Особенность строгальных и долбежных станков по сравнению с токарными, сверлильными и фрезерными та, что движение резания (главное движение) у них прямолинейное (возвратно-поступательное), а движение подачи совершается периодически, только к моменту очередного рабочего хода ползуна или стола.

Недостатком станков является то, что у них на холостой ход затрачивается значительное количество времени и получение больших скоростей на рабочих и обратных холостых ходах представляет большие трудности вследствие инерционных сил и вибраций в момент возвратно-поступательного движения ползуна или стола.

Эти станки подразделяются на поперечно-строгальные (односуппортные и двухсуппортные), продольно-строгальные (одностоечные, двухстоечные и кромкострогальные) и долбежные (универсальные).

Станки этих типов применяют в единичном и мелкосерийном производстве.

Понятие о процессе строгания. Резец при работе на поперечно-строгальном и долбежном станках совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение, а деталь получает прерывистую подачу. При работе на строгальных станках используют прямые и изогнутые резцы (рис. 1), которые бывают разных типов: проходные (рис. 1, а),чистовые (рис. 1, б), широкие чистовые (рис. 1, в), подрезные (рис. 1, г),отрезные (рис. 1, д)и др. На рис. 1, е дан двухсторонний долбежный резец, на рис. 1, ж — долбежный прорезной резец.Изогнутые резцы, допуская при строгании отжим вокруг точки О(рис. 1, з), захватывают меньшую глубину резания t,в то время как прямой резец при отжиме (рис. 165, и) захватывает при строгании большую глубину резания, чем снижает точность обработки детали. Поэтому при строгании нужно пользоваться изогнутыми резцами. Закрепление резцов в откидном резцедержателе 6 уменьшает их износ, так как при обратном ходе при откидывании резцедержателя резец свободно скользит по поверхности детали. Подачей sмм/дв. х называется перемещение детали или резца в поперечном направлении в течение одного двойного хода, т. е. в течение рабочего и обратного хода. Подача осуществляется всегда в конце обратного хода, когда резец не нагружен снимаемым слоем металла. Как и при точении, площадь срезаемого слоя металла / мм2 равна произведению глубины резания tна подачу s.

Рис. 1. Строгальные и долбежные резцы:

а—д — строгальные резцы,е—ж — долбежные резцы, з — отжим изогнутого резца, и — отжим прямого резца

Работы, выполняемые на строгальных и долбежных станках. Примеры некоторых видов работ, выполняемых на строгальных станках, показаны на рис. 2. Горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости (рис. 2, а) строгают проходными или подрезными резцами с соответствующим направлением подачи. Разрезные и прорезные работы (рис. 2, б)выполняют отрезными резцами. При большой глубине паза, чтобы избежать поломки резца, его ширину bделают меньше ширины паза В,а прорезание осуществляют ступенчато. Строгание тавровых пазов (рис. 2, в) и пазов типа «ласточкин хвост» (рис. 2, г)осуществляется пазовыми резцами соответствующей конфигурации. При строгании закрытых пазов резец во время обратного холостого хода не откидывается. Строгание фасонных поверхностей выполняется или фасонными резцами, или галтельным резцом по разметке (рис. 2, д). В последнем случае резец получает два движения подачи, которые производятся вручнуюперемещением стола и суппорта.

Рис.2. Строгальные работы

Процесс долбления, по существу, ничем не отличается от процесса строгания, но характер долбежных работ совершенно иной, чем строгальных.

Долблением можно обработать глухие и сквозные фасонные отверстия: многогранники (рис.3, а),внутренние направляющие (рис. 3, би з), внутренние шпоночные пазы (рис. 3, в),многошпоночные (шлицевые) отверстия (рис. 3, г),матрицы сложной конфигурации (рис.3, д)и т. п.

Рис. 3. Долбежные работы

Некоторые виды наружных поверхностей (рис. 3, еи ж)также удобнее обрабатывать на долбежных станках, хотя они могут быть выполнены настрогальных и фрезерных станках. Вследствие малой производительности операцию долбления применяют в основном в единичном и мелкосерийном производстве. В крупносерийном и массовом производстве в аналогичных случаях применяют протягивание.

Точность строгания на строгальных и долбежных станках достигает 3—4-го классов; чистота поверхности 6—7-го классов.

Протягивание

Протягивание - технологический метод обработки резанием и холодным пластическим деформированием, производимый специальными многозубыми инструментами - протяжками и прошивками.

Протяжки имеют форму стержня или полосы, снабженных зубьями, последовательно расположенными вдоль их оси. Протяжками обрабатывают внутренние и наружные поверхности различной формы (круглые, плоские, фасонные) (рис. 1).

При обработке внутренних поверхностей в заготовке предварительно образуется отверстие. Отверстие может быть получено при изготовлении заготовки или сверлением.

Внутренним протягиванием можно получить отверстия круглого, квадратного и шестигранного поперечного сечения, а также отверстия со шпоночным пазом, шлицевые, фасонные сложного профиля.

Наружным протягиванием получают плоские и фасонные линейчатые поверхности любого профиля, а также пазы и уступы. К преимуществам протягивания следует отнести простоту кинематической схемы обработки, включающей одно прямолинейное движение. Движение подачи отсутствует.

Подача зубьев в глубину обрабатываемого поверхностного слоя достигается превышением каждого последующего зуба относительно предыдущего. Величина превышения последующего зуба относительно предыдущего называется подъемом на зуб.

Простота кинематической схемы обработки обусловлена тем, что образующая линия формируемой поверхности воспроизведена на рабочем профиле зубьев протяжки, а траектория прямолинейного движения воспроизводит направляющую линию, которая является прямой линией. Следовательно, это движение является главным движением резания.

Несмотря на низкие скорости резания при протягивании, связанные с трудностью реверса больших масс при возвратно-поступательном движении, скорость относительного перемещения протяжки превышает скорость относительного перемещения других инструментов, определяемую минутной подачей.

Вследствие этого протягивание по сравнению с другими методами обработки является наиболее производительным (табл. 1).

Кроме указанного протягивание обладает следующими достоинствами:

1) простотой устройства и обслуживания станков;

2) возможностью автоматизации процесса;

3) сокращением технологического цикла за счет возможности замены протягиванием нескольких других последовательных операций (зенкерование, развертывание и т.п.);

4) возможностью обрабатывать сложные поверхности с высокой точностью и низкими параметрами шероховатости.

Различают три основных метода протягивания: свободное, координатное и протягивание тел вращения.

При свободном протягивании обеспечивается лишь нужный размер, макрогеометрия и параметры шероховатости обрабатываемой поверхности. Координатное протягивание характеризуется тем, что достигаются с необходимой точностью не только размеры, параметры шероховатости и форма обработанной протяжкой поверхности, но и обеспечивается точное положение ее относительно других поверхностей детали.

Поэтому при координатном протягивании положение детали относительно протяжки строго фиксируется с помощью специальных приспособлений.

Рис. 1. Принципиальные схемы протягивания: а - круглого отверстия; б - шпоночного паза; в - наружной поверхности; г - шлицевого отверстия.

Метод протягивания тел вращения может быть применен для обработки наружных и внутренних поверхностей. Точность профиля обработанных поверхностей обеспечивается калибрующими зубьями протяжек, а точность размера (диаметра) - установкой протяжек относительно оси вращения обрабатываемых деталей.

Для протягивания применяют три схемы обработки: профильную, генераторную, групповую.

Протягиванием можно обрабатывать все металлы и неметаллы с высокой производительностью и качеством обработки . Как и все режущие инструменты, протяжка состоит из рабочей (режущей, калибрующей, выглаживающей), установочно-крепежной частей, а также соединительной части, которая соединяет их между собой.

Наиболее полно все элементы представлены в протяжках для внутреннего протягивания (рис. 2.). Передний хвостовик 1 служит для соединения с патроном и передачи усилия от станка протяжке. Шейка 2 связывает передний хвостовик с рабочей частью. Направляющий конус 3 облегчает ввод протяжки в обрабатываемое отверстие.

Передняя направляющая часть 4 обеспечивает направление протяжки по обрабатываемому отверстию, устраняет перекосы и неравномерность нагрузки по периметру первых режущих зубьев.

Рабочая часть служит для удаления припуска и формирования заданных параметров качества поверхности обработанного отверстия. Рабочая часть состоит из режущей, переходной, чистовой, калибрующей и выглаживающей частей. Режущая часть 4 служит для удаления основной доли припуска.

Переходная часть 5 необходима для постепенного уменьшения сил резания при переходе от черновой к чистовой части. Чистовая режущая часть 6 обеспечивает формирование размеров, форм и необходимых параметров шероховатости обрабатываемой поверхности.

Калибрующая часть 7 служит для уточнения размера, формы и снижения параметров шероховатости отверстия. Выглаживающая часть 8 используется для снижения параметров шероховатости и повышения твердости и износостойкости поверхностного слоя.

Задняя направляющая часть 9 обеспечивает направление протяжки в отверстии по мере выхода из отверстия чистовых режущих, калибрующих зубьев и выглаживающих элементов.

Задний хвостовик применяют в протяжках, работающих в автоматизированном цикле, и служит для захвата протяжки патроном с последующим ее отводом в исходное положение.

В отличие от протяжки у прошивки отсутствуют хвостовики и шейка (рис. 2., б).

Шпоночная протяжка (рис. 2., в) имеет те же части, что и протяжки для обработки отверстий, за исключением шейки и направляющего конуса. Протяжки для наружного протягивания обычно крепятся к ползунам винтами и поэтому у них отсутствуют хвостовики, направляющие и шейка. Шагом зубьев протяжки называется расстояние между режущими кромками двух соседних зубьев. Геометрия режущей части определяется в сечении, перпендикулярном главной режущей кромки.

У протяжек различают передний угол у, задний угол а, вспомогательный угол в плане Ф, и угол наклона со, а также элементы протяжки - переднюю 10 и заднюю 11 поверхности, главную 12 и вспомогательные 13 режущие кромки, стружколомательные канавки 14.

Р ис. 2. Основные элементы протяжек и прошивок : а - круглая протяжка; б - круглая прошивка; в - шпоночная протяжка; г - геометрия зуба протяжки.

Между зубьями расположены стружечные канавки, используемые для формирования и размещения стружки.

Элементами стружечной канавки являются: закругленная одним или двумя радиусами впадина 2, спинка зуба 15, ширина пера 16 и ленточка с углом а=0. Форма режущей части и стружечной канавки определяют форму профиля зубьев протяжек.

При этом необходимо учитывать форму передней поверхности и группу заточки, которые также определяют форму профиля зубьев протяжки.

Основные параметры процесса протягивания определяются на основе результатов экспериментальных исследований и обобщения производственного опыта.

Рекомендуется следующая методика определения параметров процесса протягивания и протяжек. Вначале определяют группу обрабатываемости материала детали и группу качества обрабатываемой поверхности.

Полученные данные являются основой для назначения скорости протягивания и выбора марки смазочно-охлаждающей жидкости . Затем проводится расчет характеристик протяжек.

По назначают припуск под протягивание, выбирают схему удаления этого припуска резанием и устанавливают необходимость применения других воздействий.

Важнейшим параметром процесса протягивания и протяжки, определяющим производительность и качество обработки и стойкость инструмента, является величина подъема на зуб.

Подъем на зуб чистовой части протяжки должен быть минимальным, как правило равным 0,02 мм, обеспечивающим качество и точность обработанной поверхности. Подъем на зуб черновой части должен быть максимальным для достижения наивысшей производительности. Однако при этом необходимо учитывать ограничивающие факторы.

Как правило, величина подъема на зуб определяется из условия размещения стружки в стружечной канавке.

Зубонарезание

Основной технологической операцией при изготовлении зубчатых колес является обработка их зубьев, на которую затрачивают 50...60% от общей трудоемкости механической обработки.

Нарезание зубьев на зубчатых колесах в производстве осуществляют фрезерованием, долблением, строганием, шлифованием, накатыванием, протягиванием и другими способами.

При изготовлении эвольвентных зубчатых колес различают два метода зубонарезания: копированием профиля режущего инструмента (метод деления) и обкатыванием (метод огибания).

Метод копирования. По методу копирования впадина между зубьями колеса образуется режущим инструментом (резцом, пальцевой или дисковой фрезой, протяжкой, шлифовальным кругом), имеющим профиль режущих кромок, одинаковый с профилем впадины обрабатываемого колеса.

Дисковой модульной фрезой на горизонтально-фрезерном станке (рис. 41) нарезают зубчатые колеса. Фреза 3 совершает вращательное движение, а стол станка 5 с нарезаемым колесом и делительной головкой* перемещается вдоль оси колеса (продольная подача). После того как впадина зуба профрезерована полностью, стол с заготовкой, посаженной на оправу 2, и делительной головкой отводится в исходное положение, а заготовка 1 с помощью делительной головки 4 поворачивается на один зуб или на один шаг. Далее фрезеруется следующая впадина и т. д.

Рис. 41

При больших модулях** размеры дисковых фрез получаются очень большими, поэтому при нарезании зубчатых колес с модулем от 30 до 75 мм предпочитают применять пальцевые фрезы.

Метод обкатывания. При нарезании зубьев червячной фрезой (рис. 42.I) последней сообщают вращательное движение в направлении стрелки А и поступательное движение подачи в направлении стрелки В. Одновременно заготовка получает вращательное движение. Благодаря вращательным движениям фрезы и заготовки профили режущих кромок фрезы зани­мают по отношению к профилю зубьев колес ряд положений (рис. 42. II). Эвольвентные профили зубьев колеса образуются при этом как огибающие ряда положений кромок фрезы.

Другой инструмент, работающий по методу огибания, — режущее зубчатое колесо (долбяк), зубьям которого придана форма, обеспечивающая им режущие свойства. При нарезании зубьев долбяку придают возвратно-поступательное движение в направлении стрелки Н (рис. 42. III). Перемещаясь вниз, долбяк своими зубьями срезает с заготовки металл. Кроме того, долбяк и заготовка вращаются в направлении стрелок В и С. При вращении долбяк делительной окружностью D—D (рис, 42, IV) катится без скольжения по делительной окружности Е—Е заготовки в направлении стрелки Р. Эвольвентный профиль зуба долбяка при этом будет занимать ряд последовательных положений, как показано на рисунке. Эвольвентный профиль зуба колеса будет огибающей всех положений эвольвентного профиля зуба долбяка.

Рис. 42

Червячная фреза и долбяк — универсальные инструменты. Они имеют преимущественное применение при нарезании зубьев на зубчатых колесах.

Метод обкатывания наиболее точен и производителен и является основным при обработке зубчатых колес.

Наша промышленность выпускает различные зубообрабатывающие стенки. Так, нарезание зубьев методом обкатывания производится на зубофрезерных, зубодолбежных и зубострогальных станках.

* Делительная головка — устройство, применяемое большей частью для обработки на фрезерных станках деталей, требующих периодического поворота вокруг своей оси на любое наперед заданное число

** Модуль — зубчатого зацепления — число, выражающее кратность шага зубчатого зацепления числу 31.