5.2.4. Конструкція металорізальних верстатів

Металорізальні верстати, незважаючи на їх різноманіття, мають і загальні конструктивні елементи.

Усі вузли і механізми верстата розміщаються на станині -основній базовій деталі будь-якого верстата. Від її міцності, жорсткості і зносостійкості залежить якість роботи верстата. Станина повинна забезпечувати правильне взаємне положен­ня рухомих і нерухомих вузлів і деталей на направляючих по­верхнях для переміщення рухомих частин. У більшості ви­падків станіни - це литі чавунні конструкції (іноді сталеві зварні або залізобетонні). Вони можуть бути похилими, гори­зонтальними і вертикальними.

Для закріплення і переміщення заготівлі служать столи і планшайби, а інструменту - супорти і повзуни. Столи зазвичай мають прямокутну коробчату форму з пазами на поверхні для закріплення заготівки; планшайби - круглу форму, що забез­печує кріплення заготівки. Супорт - вузол верстата, що скла­дається з каретки і закріпленого на ній тримача інструмента.

Одна з найбільш відповідальних деталей будь-якого верста­та шпиндель - головний вал, що передає обертання закріпле­ним на ньому заготівці або інструменту. Від жорсткості, вібро­стійкості, зносостійкості, точності установки шпинделя багато в чому залежить продуктивність верстата і точність обробки.

Деякі деталі металорізальних верстатів зібрані у вузли, які називаються бабками. Кожний верстат має шпиндельну бабку (для горизонтальних конструкцій її іменують передньою), що складається з корпуса і шпинделя, що знаходиться в ньому. Для підтримки оброблюваної заготівки значної довжини в горизон­тальному положенні служить задня бабка. У бабках розташо­вується і робочий інструмент деяких верстатів, наприклад шліфувальних (шліфувальний круг знаходиться в шліфу­вальній бабці), свердлильних (свердло - в свердлильній бабці).

Для регулювання частоти обертання або пересування шпин­деля, а отже, заготівки або інструмента в конструкції верстата передбачені багатоступінчасті передавальні механізми, що зна­ходяться в коробці швидкостей. Спеціальні передавальні меха­нізми застосовують і для переміщення (подачі) інструмента відносно заготівки або, навпаки, заготівки відносно інструмен­та. Вони знаходяться в коробці подач. Рух подачі може бути по­здовжнім, поперечним, вертикальним, круговим або мати склад­ну траєкторію.

 

5.2.5. Характеристика окремих видів металорізальних верстатів

Крім загальних конструктивних елементів окремі моделі металорізальних верстатів мають свої специфічні особливості.

 

Токарні верстати

Токарні верстати - найбільш численна група металорізаль­них верстатів (рис.5.1). На їх частку приходиться біля 10\% за­гального об'єму механічної обробки. Вони призначені для об­робки заготівок, що мають форму тіл обертання, причому заготівка одержує обертальний рух (головний рух), а інстру­мент поступальний (рух подачі). На токарних верстатах обто­чують зовнішні циліндричні і конічні поверхні, обробляють торці й уступи, прорізають канавки, розточують отвори, сверд­лять, нарізають різьби та ін. Основним видом ріжучого інстру­мента для токарних верстатів є різці. Для обробки отворів ви­

користовуються також свердла, зенкери, розгортки та ін. Для нарізування різьби застосовують мітчики і плашки.

За масою токарно-гвинторізні верстати поділяють на легкі (до 1 т), середні (до 10т), важкі (понад 10 т) і надважкі (більш 400 т), 70...80\% усіх токарних робіт виконують на верстатах се­редньої маси моделей 16К20, 1А616, 1В616, 1И611П та ін.

Токарні і токарно-гвинторізні верстати призначені для ви­конання всіх основних токарних робіт в умовах одиничного і дрібносерійного виробництва.

При роботі на токарно-гвинторізних верстатах у різцовій голівці встановлюють тільки один інструмент. Якщо необхідно змінити рід роботи, попередній інструмент знімають і закріплю­ють інший, на що потрібен додатковий час. Цього недоліку поз­бавлені револьверні верстати. Їх конструктивна особливість -наявність револьверної голівки, у гніздах якої закріплюють декілька інструментів.

Автомати і напівавтомати одношпиндельні і багатошпин­дельні використовують у масовому і крупносерійному вироб­ництві. Обробка на них ведеться декількома інструментами, загальна кількість яких може доходити до декількох десятків. Інструменти встановлюють на декількох суппортах за принци­пом багаторізцевих і револьверних верстатів. Рух суппортів -підведення до заготівки, робочі операції, відведення -здійснюється по командах від головного розподільчого вала, на якому встановлені керуючі механізми.

Багатошпиндельні верстати характеризуються наявністю шпиндельного барабана з декількома (4...12) шпинделями, що обертаються разом із заготівками. Шпиндельний барабан повер­тається на одну позицію після автоматичного відведення інструментів від заготівлі. Такі повороти здійснюються періо­дично так, що кожна закріплена заготівка послідовно проходить усі стадії обробки відповідним ріжучим інструментом.

 

Свердлильні і розточні верстати

Свердлення й обробку отворів виконують на свердлильних і розточних верстатах (2-а група). Свердлильні верстати вико­ристовують для свердлення отворів у суцільному матеріалі, роз­свердлювання отворів свердлом більшого діаметру, зенкерування зенкером, розгортання розгорткою, нарізування різьби мітчиком, зенкування зенківкою. Головний рух при свердленні - оберталь­ний, рух подачі - поступальний. Обидва рухи можуть переда­ватись деталі й інструменту в різних комбінаціях. При сверд­ленні на звичайних свердлильних верстатах їх отримує інструмент, а оброблювана заготівка закріплюється нерухомо. При свердленні на токарних верстатах і спеціальних свердлиль­них верстатах для глибокого свердлення обертається оброблю­вана деталь, а свердлу надається тільки поступальний рух по­дачі. За конструктивними особливостями верстати підрозділяють на вертикальні, горизонтальні і радіальні. Вони розрізняються розташуванням шпинделя.

Основну частину парку свердлильних верстатів (90\%) скла­дають вертикально-свердлильні з вертикальним розташуванням шпинделя 1, на якому закріплений інструмент 2 (рис. 5.2.). У шпиндельній бабці 3 знаходиться механізм подачі, що здійснює

вертикальне переміщення шпинделя, частота обертання якого регулюється за допомогою коробки швидкостей 4. Залежно від розмірів заготівки змінюється висота закріплення столу 5. Ус­тановка заготівки і її переміщення відносно інструмента вико­нуються вручну, що обмежує застосування цих верстатів для обробки великогабаритних важких заготівок (використовують­ся для деталей вагою до 25 кг), що обробляють на радіально-свердлильних верстатах, особливість яких - переміщення шпинделя з інструментом 1 у горизонтальному напрямку і на­вколо осі нерухомої колони 2 як би по радіусу (рис. 5.2., б).

Горизонтально-свердлильні верстати застосовують рідко, в основному для одержання й обробки глибоких отворів.

Багатошпиндельні свердлильні верстати використовуються тільки в умовах серійного, крупносерійного і головним чином масового виробництва.

Розточні верстати служать в основному для обробки вже наявних отворів, частіше усього в корпусних деталях. Але на них роблять також обточування зовнішніх циліндричних по­верхонь і торців, фрезерування площин, нарізування різьби, свердлення й інші операції, що дозволяє в ряді випадків цілком обробити заготівку на одному верстаті. Ріжучий інструмент (розточні різці, фрези, свердла, зенкери, розгортки, мітчики) отримує головний обертальний рух, а подача надається або інструменту, або заготівці. Промисловість випускає три типи цих верстатів: координатно-розточні, горизонтально-розточні і алмазно-розточні.

Найбільш поширені горизонтально-розточні універсальні верстати (моделі 2620В, 2622Г і ін.). У їх конструкції передба­чено обертання не тільки шпинделя з інструментом, але і сто­лу з заготівкою. Призначені для обробки деталей великих розмірів в умовах серійного й одиничного виробництва.

Координатно-розточні верстати (моделі 2Д450, 2459 та ін.) використовують для одержання високої точності розмірів, фор­ми і взаємного розташування отворів. Вони обладнані спеціаль­ною відліково-вимірювальною системою, що дозволяє здійсню­вати координатні переміщення деталей із погрішністю в декілька мікрометрів. На цих верстатах крім механічної оброб­ки здійснюють точні розміточні і ділильні роботи, контроль деталей, оброблених на інших верстатах. їх встановлюють у приміщеннях, де підтримується постійна температура повітря (20° С). Конструктивно розрізняють одно- і двохстійкові вер­стати. На одностійкових переміщається стіл із деталлю в по­здовжньому і поперечному напрямках; на двохстійкових - стіл переміщається в поздовжньому напрямку, а шпиндельна бабка з інструментом - у поперечному.

Алмазно-розточні верстати (моделі 2712А, 2А78 та ін.) є оздоблювальними. Вони забезпечують високу точність оброб­ки, наприклад відхилення від округлості отворів до 0,005 мм, низьку шороховатість поверхні. Висока якість досягається ви­користанням підвищених швидкостей різання, малої глибини різання, невеликої і плавної подачі. Конструкція цих верстатів відрізняється масивністю, великим числом ребер жорсткості. Для розточування деталей із кольорових сплавів, ебоніту, тек-століта, гуми й інших використовують діамантовий інструмент, а для чорних металів - інструмент із твердих сплавів. За роз­ташуванням осі шпинделя алмазно-розточні верстати поділя­ють на горизонтальні і вертикальні (з одним або декількома шпинделями). Випускають також верстати з похилими шпин­делями. Найбільше поширення ці верстати знайшли в автотран­спортній і моторобудівній промисловості для розточування блоків циліндрів, шатунів і інших робіт.

 

Шліфувальні верстати

Шліфувальні верстати займають друге місце за об'ємом ви­пуску після токарних верстатів. їх характерна риса - викорис­тання не лезових, а абразивних інструментів у вигляді круга, сегмента, стрічки та ін., які складаються із зв'язаних між собою зерен абразиву. Обробка такими інструментами забезпечує високу точність розмірів і малу шороховатість поверхні деталі. Тому шліфування в основному використовують для обробки поверхонь уже готових деталей, особливо після термічної об­робки, але іноді проводять і чорнову обробку (так зване сило­ве шліфування зі зняттям припуску до 10мм), а також заточен­ня інструмента. На шліфувальних верстатах можна обробляти різні поверхні: плоскі, циліндричні, складні, фасонні. Шліфу­вальні верстати відносяться до 3-й групи. Головний рух різан­ня на них забезпечується обертанням шліфувального круга. Залежно від виду оброблюваної поверхні їх підрозділяють на круглошліфувальні, внутрішньошліфувальні і плоскошліфу­вальні (табл. 5. 2.).

^4

СО

Круглошліфувальні верстати (моделі ЗА151, ЗЕ12 і ін.) при-

значені для шліфування зовнішніх поверхонь, в основному тіл обертання (циліндричних, конічних, фасонних) (рис.5.3.). При шліфуванні деталь обертається в центрах і переміщається уз­довж своєї осі, тобто робить поздовжню подачу, а шліфуваль­ний круг - поперечну. Круглошліфувальні верстати випуска­ють простими, універсальними і спеціальними. На простих верстатах можливий поворот робочого столу, що дозволяє шліфувати конусні поверхні. На універсальних крім столу по­вертаються також і бабки (передня і шліфувальна) навколо їх вертикальних осей. Це дає можливість обробляти конусні по­верхні з більшими кутами при вершині, ніж на простих верста­тах, а також торцеві площини. На спеціальних верстатах шліфу­ють визначені деталі або поверхні, наприклад корінні шийки колінчатих валів.

 

Різновид круглошліфувальних - безцентровошліфувальні верстати. Їх особливість - відсутність центрів. Заготівка знахо­диться між двома кругами: шліфувальним і головним. Обидва круги обертаються в один бік, але з різною швидкістю. Поздов­жня подача відбувається за рахунок похилого розташування головного круга до осі обертання заготівки. Різні моделі бесцен­тровошліфувальних верстатів мають свої конструктивні особ­ливості. Так, осі шліфувального і головних кругів можуть роз­ташовуватися горизонтально, вертикально і під кутом; опорний ніж або закріплюється нерухомо, або переміщається в горизон­тальній або вертикальній площині; верстати можуть мати один або два шліфувальних і головні круги і т.ін.

Внутрішньошліфувальні верстати, (моделі ЗА227, ЗК227В та ін.) призначені для шліфування циліндричних, конічних і фасонних поверхонь обертання наскрізних або глухих отворів, а також поверхні торців. Шліфування на цих верстатах може здійснюватися різними методами: поздовжніми проходами, врізанням, планетарним або безцентровим шліфуванням.

Плоскошліфувальні верстати (моделі 3Г71, 3Б756 і ін.) при­значені для шліфування плоских поверхонь. Конструктивні особ­ливості окремих моделей цих верстатів пов'язані з різними схе­мами шліфування, здійснюваними торцем шліфувального круга або його периферії на прямокутному або круглому столі, де не­рухомо закріплюється деталь. Для деталей із магнітних матері­алів використовується магнітна плита, установлювана на столі. Шпиндель верстата з закріпленим на ньому шліфувальним кру­гом може бути розташований або горизонтально, або вертикаль­но. На верстатах із горизонтальним розташуванням шпинделя шліфування робиться периферією круга на прямокутному столі, а з вертикальним - торцем круга на круглому столі.

На верстатах шліфувальної групи виконують також глибо­ке зачищення поверхні виливок, зварних та інших заготівок. Для цього використовують обдирково-шліфувальні верстати.

Заточувальні верстати застосовують для заточення інстру­мента: універсальні заточувальні (моделі 36443М642К і ін.) -для багатолезового, заточувальні (моделі 3622, 3623 і ін.) - для однолезового.

Спеціалізовані верстати використовують для певних видів робіт, наприклад, для шліфування шліцевих поверхонь (модель 3451) або направляючих станін (модель КА544).

Для одержання особливо високоякісної поверхні і точних геометричних розмірів призначені хонинговальні, притирочні і полірувальні верстати. На них здійснюють хонингування, су­перфінішування і притирку. Хонингованню піддаються переваж­но внутрішні поверхні деталей (гільзи циліндрів внутрішнього згоряння і поршневих компресорів, отвори шатунів і т.п.). Оброб­ка ведеться хонинговальною голівкою (хоном), що складається зі сталевого корпуса з укріпленими в ньому абразивними брус­ками, що спеціальним механізмом розсовуються по радіусах, поступово збільшуючи діаметр оброблюваного отвору. Хонинго-вальні верстати випускають одно-и багатошпиндельними з вер­тикальним або горизонтальним розташуванням шпинделів. Для обробки зовнішніх поверхонь використовують суперфінішуван­ня. Обробка ведеться суперфінішною голівкою, у якої абразивні бруски закріплені не жорстко, як у хонинговальної, а пружно, завдяки чому траєкторія їхнього руху при обробці складніша, чим забезпечується більш висока якість поверхні.

Найбільш точні розміри і чисті поверхні одержуються в ре­зультаті притирання (доведення), що застосовують при виго­товленні калібрів, точних підшипників, для забезпечення гер­метичності з'єднань і т. ін. Притирання здійснюється вручну або на доводочних верстатах (модель ЗБ816 і ін.), де робочим інструментом є притир - чавунний диск із нанесеною на його поверхню сумішшю дрібнозернистого абразивного порошку зі змазкою. Характер руху абразиву при цьому настільки склад­ний, що траєкторія практично не повторюється.

Полірування - оздоблювальна операція для надання дзер­кального блиску поверхні, що виконується еластичними круга­ми на полірувальних верстатах. Поверхня круга покривається полірувальними-шліфувальними пастами, що містять дрібно­зернисті абразиви.

 

Зубо- і різьбооброблювальні верстати

В окрему групу (5-у) виділені верстати для обробки зубцю­ватих коліс: зубо- і різьбооброблювальні. При цьому використо­вують різні технологічні методи: фрезерування, стругання, про­тягання, шліфування, що вказуються зазвичай в назві верстата, наприклад зубостругальні, зубофрезерні, зубошліфувальні. 182

Найбільш поширеними верстатами цієї групи є зубофрезерні верстати. Їх застосовують для нарізування циліндричних і черв­'ячних коліс. Робочим інструментом тут є черв'ячні фрези. Го­ловний рух різання - обертання черв'ячної фрези, що якби обка­тує заготівлю, зрізуючи метал у місцях заглиблень і створюючи профіль зуба (метод обкату). Западини на заготівці попередньо фрезеруються дисковими фрезами. Використовуючи черв'ячні фрези різного профілю, можна обробляти храпові колеса, зірочки ланцюгових передач, нарізати шліці на валах і т. ін.

Більше 20\% парку зуборізних верстатів складають зубостру-гальні для циліндричних коліс (моделі 5107, 5В150, 5111 і ін.). Робочими інструментами на цих верстатах є різці або довбяки. В останньому випадку верстати називають зубодовбальними. На зубодовбальних верстатах на відміну від зубофрезерних голов­ним рухом різання є зворотно-поступальний рух довбяка уз­довж осі заготівки, причому різання здійснюється тільки при русі довбяка вниз. Його повернення у верхнє положення -холостий хід, під час якого стіл із заготівкою нахиляється вбік від інструмента. Для утворення профілю зуба і заготівка, і інстру­мент обертаються. Особливість зубодовбальних верстатів - мож­ливість нарізування на них зубів внутрішнього зачеплення і блоків зубцюватих коліс, а також висока точність обробки.

Зубостругальні верстати, що працюють двома різцями, вико­ристовують для обробки зубів конічних коліс (модель 5Т23В і ін.). Обробка складається з двох стадій: чорнової - утворення різцями клиновидного заглиблення в заготівці і чистової - остаточного формування профілю зуба. Різці здійснюють зворотно-поступаль­ний рух у радіальному напрямку до центру верстата.

Для одержання більш точної поверхні і профілю зуба вико­ристовуються зубооздоблювальні і зубошліфувальні верстати. Незагартовані поверхні обробляють шевером - інструментом, що представляє собою або колесо, або рейку з зубами. Техно­логічний процес різання називається шевінгуванням. Він вико­нується на шевінгувальних верстатах (моделі 5702, 5717 і ін.). Загартовані поверхні обробляють шліфувальними колами на зубошліфувальних верстатах (моделі 5В830, 5А841 і ін.).

Фрезерні верстати

Фреза являє собою ріжучий інструмент, що має декілька зубів, причому кожний із них можна розглядати як різець. При фрезеруванні головний обертальний рух здійснює ріжучий інструмент - фреза, а заготівка, що здійснює поступальний рух (подачу), поступово насувається на зуби фрези.

Фрезеруванням здійснюється обробка площин, пазів, фасон­них поверхонь, розрізання металу.

За конструкцією фрезерні верстати поділяють на верти­кальні (консольні і безконсольні), горизонтальні (тільки кон­сольні) і поздовжні.

Вертикальні верстати (моделі 6Н11, 6А12Р і ін.) характе­ризуються вертикальним розташуванням осі шпинделя.

Консольно-фрезерні верстати найбільш поширені і призначені для обробки деталей невеликих габаритів. Столи цих верстатів разом з оброблюваною деталлю можуть переміщатися в трьох взаємоперпендикулярних напрямках. Верстати цієї конструкції призначаються головним чином для інструментальних цехів.

У безконсольно-фрезерних верстатах стіл переміщається на нерухомій станіні в поздовжньому і поперечному напрямку. Вони призначені для обробки відносно великих деталей.

Поздовжні верстати ( моделі 6606, 6Г608 і ін.) призначені для обробки площин великогабаритних деталей або для одно­часної обробки декількох деталей значних розмірів і ваги. Об­робку ведуть одночасно декількома фрезами, одні з яких закр­іплюють на шпинделях із вертикальною подачею, а інші - із горизонтальною. Головний рух - обертання інструмента. Стіл у таких верстатах має тільки поздовжнє переміщення.

В окремий тип виділені фрезерні верстати безупинної дії (моделі 6М23, 6А23 і ін.). Вони відрізняються безупинним обер­танням столу з заготівкою; при цьому оброблені деталі, що ви­ходять із зони різання, заміняють новими заготівками. За кон­струкцією ці верстати випускають карусельними, у яких стіл із заготівками знаходиться в горизонтальній площині і повертаєть­ся навколо вертикальної осі, і барабанними з горизонтальною віссю обертання столу.

Копіювальні верстати ( моделі 6Л463, 6М42К і ін.) працю­ють по копиру, по об'ємній моделі, плоскому шаблону або по розмітці ручним керуванням.

Широкоуніверсальні фрезерні верстати (моделі 675, 6М83Ш) оснащені великим набором приналадь: кутовими і круглими столами, тисками й ін. Вони мають один або два шпинделя з горизонтальним, вертикальним або похилим розташуванням.

 

Стругальні, довбальні і протяжні верстати

При струганні різець робить два ходи: один - робочий, при якому він знімає шар металу; інший - холостий (зворотний), у результаті якого він повертається на вихідну позицію, не вико­нуючи роботи. Розрізняють поперечне і поздовжнє стругання. При поперечному струганні головний рух передається інстру­менту, а рух подачі заготівці; при поздовжньому струганні пер­ший з них передається заготівці, а другий інструменту. При довбанні головний зворотно-поступальний рух здійснюється у вертикальній площині і передається інструменту. У якості ріжу­чого інструмента при струганні і довбанні застосовуються стру­гальні і довбальні різці, аналогічні токарним.

Стругання - порівняно малопродуктивний процес, тому що робота ведеться однолезовим інструментом, а наявність холос­тих ходів значно збільшує час обробки. Однак стругання одер­жало значне поширення в дрібносерійному виробництві, особ­ливо у верстатобудуванні і важкому машинобудуванні.

Важлива властивість стругальних верстатів - їх універ­сальність і простота. Настроювання на обробку деталей струган­ням не вимагають складних пристроїв і пристосувань. Крім того, продуктивність стругальних верстатів при обробці довгих, але вузьких поверхонь іноді навіть вище, чим фрезерних.

Стругальні верстати (7-а група) залежно від відносного пе­реміщення інструмента (різця) і столу з заготівкою поділяють на поздовжньо-стругальні, поперечно-стругальні і вертикально-стругальні, що називають довбальними.

На поздовжньо-стругальних верстатах (модель 7112 і ін.) стіл із заготівкою здійснює робочий (головний) рух уздовж станини, а різець, встановлений у суппорті - рух подачі. Вони використовуються для обробки великогабаритних і важких деталей або для одночасної обробки деталей середніх розмірів.

На поперечно-стругальних верстатах (модель 7М37) стіл із заготівкою здійснює рух подачі, а різець - головний рух. Вони призначені для стругання горизонтальних, вертикальних і по­хилих поверхонь на заготівках дрібних і середніх деталей, а також для прорізання прямолінійних пазів, канавок і виїмок.

На довбальних верстатах (модель 7М450 і ін.) довбяк здійснює головний вертикальний зворотно-поступальний рух: вниз - ро­бочий хід, нагору - холостий. Заготівці задається рух кругової, поздовжньої і поперечної подач шляхом повороту і переміщення у взаємно перпендикулярних напрямках столу. Вони застосову­ються для обробки шпоночних пазів і різних фасонних отворів в умовах одиничного і дрібносерійного виробництва.

До цієї групи відносять також протяжні верстати. Вони відрізняються більш високою продуктивністю, тому що оброб­ка ведеться багатолезовим інструментом-протяжкою. На про­тяжних верстатах обробляють внутрішні і зовнішні поверхні найрізноманітнішої форми. За конструкцією ці верстати підроз­діляють на горизонтальні і вертикальні.

На горизонтально-протяжних верстатах (модель 7А540 і ін.) протяжка закріплена горизонтально; деталь упирається в нерухомий корпус станіни. Вони призначені в основному для обробки внутрішніх поверхонь.

Вертикально-протяжні верстати (модель 774 та ін.) займа­ють меншу площу; протяжка закріплена вертикально на робо­чому повзуні, деталь встановлюється на горизонтальному столі, що здійснює коливальні рухи: після робочого ходу протяжки (вниз) стіл відходить від неї, а після холостого ходу (нагору) повертається у вихідне положення.