Класс шероховатости поверхности, получаемый при обработке на токарных автоматах и полуавтоматах

Размер микронеровностей на обработанной поверхности зависит от ме­тода и режимов обработки, геометрии резца, свойств обрабатываемого ма­териала, вибрации станка, смазочно-охлаждающей жидкости. Ориенти­ровочные значения классов шероховатости поверхности при различных видах обработки приведены в табл. 5.2. При принятом виде обработки наибо­лее существенное влияние на шероховатость поверхности оказывает подача и скорость резания. С увеличением подачи шероховатость поверхности увели­чивается, вследствие увеличения остаточных гребешков. Увеличение скорос­ти резания приводит к улучшению шероховатости поверхности. На шеро­ховатость поверхности влияют также механические свойства материала заготовки. Заготовки из специальных автоматных сталей с повышенным содержанием серы и марганца позволяют получать лучшую шероховатость поверхности, чем из конструкционных сталей.

Высококачественная заточка и доводка режущих кромок инструмента способствует получению более гладких поверхностей.

Виды заготовок и требования к ним. При изготовлении деталей на токарных автоматах и полуавтоматах мо­гут использоваться различные виды заготовок. Правильный выбор заготов­ки позволяет уменьшить трудоемкость изготавления детали и сократить расходы металла и инструмента. На токарных автоматах, в зависимости от размера и формы изготавли­ваемой детали, применяются следующие виды заготовок.

Проволока, имеющая круглое или квадратное сечение, свернутая в бунт, применяется в фасонно-отрезных автоматах и автоматах продольного точения малых размеров. При обработке деталей проволока раз­матывается с бунта и подается в зону обработки. Преимуществом этого метода является большой запас материала на станке, что обеспечивает про­должительную работу станка при одной заправке. Однако этот вид заго­товки применим лишь при изготовлении деталей малого диаметра, не бо­лее 7 мм.

Прутковый материал. В поперечном сечении прутки могут иметь различную форму (рис. 5.5). Для обработки на автоматах использ уют обычно калиброванные прут­ки. Применение фасонного прока­та, шестигранного щя квадратного сечении Рис. 5.5. Виды пруткового материала позволяет снизить трудо­емкость изготовления

(поперечное сечение) крепежных деталей. Заготовки в виде трубы

целесообразно использовать для изготовления

деталей типа втулок, например, колец шарикоподшипни­ков, так как при этом исключа­ется операция сверления отверстия и уменьшается расход металла. Прутки имеют длину от 1 до 5 м, поэтому требуется периодическая заправка в автомат новых прутков. С увеличением диаметра заготовки резко увеличивается отход материала в стружку и сильно возрастает вес прутка, что ухудшает условия обслужи­вания автоматов. По этой причине заготовки в виде прутков применяются для деталей, имеющих диаметр менее 90 мм. Для надежной работы автома­тов необходимо следить за тем, чтобы прутки не были изогнуты. Если изогнутость прутка более 1 мм на 1 м длины, его подвергают правке.

Для деталей, диаметр которых превышает допустимый диаметр прутка, используются штучные заготовки. Применение штучных за­готовок позволяет уменьшить трудоемкость обработки и сократить расход материалов. Штучные заготовки изготавливаются литьем под давлением, точным литьем, холодной и горячей штамповкой. Следует стремиться максимально прибли­зить форму и размеры заготовок к форме и размерам обрабатываемой детали, так как при этом уменьшается количество материала, удаляемого при обработке резанием.

Припуск на обработку. Для получения требуемой по чертежу формы, размеров и качества по­верхности детали при механической обработке производят последователь­ное срезание с заготовки некоторых слоев материала, называемых припус­ком на обработку. При составлении технологического процесса обработки заготовки необходимо правильно выбирать величину припусков, так как их завышенный размер приводит к увеличению трудоемкости процесса обра­ботки, нерациональным затратам материалов, электроэнергии, рабочего инструмента. Заниженный размер припусков не позволяет удалить дефект­ный поверхностный слой заготовки и получить требуемую чертежом точ­ность и качество поверхности детали, что приводит к увеличению брака.

Различают промежуточные и общие припуски на обработку. Общим припуском называется слой материала, удаляемый при выполнении всех технологических переходов, необходимых для получения данной по­верхности резанием.

Рис. 5.6 Схема базирования Рис. 5.7. Схемы базирования заготовок

пруткового материала: 1 - цанга, (де­талей) типа втулок: а - по внутреннему диаметру 2 - базовые поверхнос­ти, 8 – упор и торцу, б - по внеш­нему диаметру в торцу,

в - только по внутреннему диаметру

Промежуточным припуском называется слой материала, удаляемый при осуществлении одного технологического перехода. В приложении 5.1,5.2 и 5.3 показаны припуски на механическую обработку заго­товок, полученных штамповкой, литьем и прокаткой.

Базирование обрабатываемой заготовки. Прежде чем начать обработку на токарном автомате или полуавтомате, необходимо установить заготовку (автоматически или вручную) в зажим­ном приспособлении и надежно закрепить ее. Для получения высококаче­ственной детали заготовка должна в процессе обработки занимать строго

определенное положение в радиальном и осевом направлениях относитель­но оси вращения шпинделя.

Базированием называется процесс придания заготовке требуе­мого пространственного положения с последующим ее закреплением. При этом некоторые поверхности заготовки, называемые технологическими ба­зами, вводятся в контакт с установочными элементами приспособления. От правильного выбора технологических баз зависит точность размеров, формы и взаимного расположения поверхностей, получаемых после обра­ботки заготовки.

При разработке технологического процесса обработки заготовки необхо­димо стремиться к использованию одних и тех же поверхностей в качестве технологических баз, не изменять технологические базы в процессе обра­ботки, сохранять ориентирование обрабатываемых заготовок для их удоб­ного и надежного автоматического транспортирования. Технологические базы должны тщательно очищаться от стружки и загрязнений.

Заготовки из проволоки и прутка базируют всегда по наружной поверх­ности, а длина заготовки определяется упором (рис. 5.6).

Для штучных заготовок схема базирования зависит от их формы и раз­мера. Для деталей типа втулок и колец в качестве технологических баз выбираются внутренняя поверхность и торец (рис. 5.7,а), наружная пверхность и торец (рис. 5.7,б), только внутренняя поверхность (рис. 5.7, в). Если необходимо производить одновременную обработку двух торцов, то применяют разжимные или конические оправки. При обработке валов ба­зовыми поверхностями служат центровые отверстия.

При базировании и ориентировании заготовок симметричной формы час­то бывает трудно осуществить их установку в определенном положении на рабочих позициях. В таких случаях конструкцией деталей предусматрива­ются специальные фиксирующие выступы, приливы с отверстиями и др., которые используются как технологические базы для ориентированной уста­новки заготовок и удаляются после окончания обработки.

Выбор подающего и зажимного устройства. При составлении технологического процесса, после выбора типа заготов­ки и ее базовых поверхностей, необходимо правильно выбрать тип подающе­го и зажимного устройства. Назначением подающего устройства является подвод ориентированной заготовки в рабочую позицию токарного автомата. Зажимное устройство должно правильно сбазировать заготовку и надежно закрепить ее в шпинделе автомата, чтобы в процессе обработки заготовка не могла под действием сил резания изменить своего положения. Если подающими устройствами снабжены только автоматы, то зажимное устройство является неотъем­лемой частью как автоматов,

Рис. 5.8. Зажимная цанга (а), подающая Рис. 5.9. Зажимные цанги:

цанга (б) и поперечное сечение заготовок а - первого типа, б - второго типа,

(в), закрепленных в цанге в - третьего типа

так и полуавтоматов. Конструкция пода­ющего и зажимного устройства те­сно связана с формой, размерами и точностью выбранной заготовки и принятой схемы базирования.

Для зажима пруткового мате­риала используется цанговое за­жимное устройство (рис. 5.8, а). Зажимная цанга представляет со­бой стальную закаленную втулку с прорезанными в осевом напра­влении шлицами, которые образуют пружинящие лепестки. Зажим­ная цанга позволяет закреплять заготовки с различной формой по­перечного сечения (см. рис. 5.8,в). Применяются три различных типа зажимных цанг (рис. 5.9). Для за­крепления заготовки в цанге пер­вого типа (см. рис. 5.9, а) необхо­димо вдвигать цангу 1 в гайку 2, имеющую обратный конус и закре­пленную-на шпинделе. Недостатка­ми такой схемы закрепления явля­ется возможность самопроизвольного зажима прутка при его подаче, снижение жесткости зажима под действием осевых сил резания и повышенное давление на упор во время зажима цанги. Цанги первого типа в настоящее время применяются в ав­томатах редко. Зажим заготовки в цанге второго типа (см. рис. 5.9, б) про­исходит при втягивании ее в коническое отверстие шпинделя. Цанги этого типа имеют малый габарит, обеспечивают хорошее центрирование заготов­ки и под действием осевых сил резания усилие зажима в цанге увеличивает­ся, что исключает проскальзывание материала. Недостатком цанг второго типа является отскок прутка от упора при зажиме цанги. Цанги второго типа находят широкое применение в токарных многошпиндельных автома­тах. Зажим заготовки в цанге третьего типа (см. рис. 5.9, в) происходит за счет осевого перемещения втулки с коническим отверстием при неподвиж­ной зажимной цанге. Цанги третьего типа обеспечивают точную подачу и центрирование прутка и имеют высокую жесткость, недостатком их явля­ется увеличение габаритных размеров зажимного узла, поэтому они приме­няются в одношпиндельных токарных автоматах.

На токарно-револьверных и многошпиндельных автоматах подачу прут­ка осуществляет подающая цанга (см. рис. 5.8, б), пружинящие губки кото­рой постоянно прижаты к прутку. При подаче материала открывается за­жимная цанга и пруток передвигается вперед до упора подающей цангой, происходит зажим прутка и подающая цанга отходит в исходное положе­ние, проскальзывая по наружной поверхности зажатого прутка. Движе­ние подающей цанги осуществляется от кулачка.

Для зажима штучных заготовок применяются цанговые, кулачковые, поводковые патроны и различные типы оправок. Патроны имеют ручной, механический, электромеханический, пневматический или гидравлический привод. Патроны с ручным приводом используют на полуавтоматах редко, так как вызывают большие потери времени на закрепление заготовки и сня­тие детали. Механический и электромеханический приводы позволяют механизировать зажим в универсальных зажимных патронах, их недостат­ком является нестабильность силы зажима. Наиболее широкое применение имеет пневматический привод. Гидравлический привод позволяет получить большие силы зажима при малых габаритах и обеспечивает более плавное движение. Гидравлические приводы устанавливают обычно на гидрофицированных автоматах и полуавтоматах.

Цанговые патроны используют для закрепления заготовок средних и малых размеров, имеющих в качестве базы наружную или внутренную ци­линдрическую поверхность, кулачковые патроны - для заготовок боль­ших размеров, кулачковые патроны имеют обычно от двух до четырех кулачков. Их конструкция нормализована, что позволяет обрабатывать заго­товки различных размеров за счет смены кулачков. Для обработки валов в центрах применяются поводковые патроны.

Режущие инструменты и приспособления для их закрепления. На токарных автоматах и полуавтоматах применяются различные типы стандартного и специального режущего и вспомогательного инструмента. При проектировании технологического процесса следует стремиться к мак­симальному использованию стандартных режущих инструментов и при­способлений для их закрепления. Автоматные резцы подобны резцам, при­меняемым на универсальных токарных станках, но имеют меньший размер и шлифованный стержень, для повышения точности их установки. Кроме того, конструкция этих инструментов обычно обеспечивает больший срок их эксплуатации благодаря возможности получения большего числа заточек до полного износа.

Для наружного продольного точения применяются проходные радиаль­ные и тангенциальные резцы, изготовленные целиком из быстрорежущей стали, с пластинками твердого сплава или с наварными пластинками из быстрорежущей стали.

Радиальные резцы устанавливаются в направлении радиуса обрабаты­ваемой заготовки (см. рис. 5.1, а).

Большое применение в токарных автоматах и полуавтоматах нашли проходные упорные резцы, у которых главный угол в плане φ₁ = 90°, так как эти резцы, кроме продольной обточки, обеспечивают в конце рабо­чего хода подрезку торцов.

Рис. 5.10. Режущий инструмент, применяемый на токарных автоматах и

полуавтоматах:

резцы: а - проходной отогнутый правый, б - проходной прямой правый, в - отрезной, е - проходной чистовой радиусный, 9 - подрезной упорный правый, в - упорный проходной для обработки глухих отверстий, ж - фасонный, з - спиральное сверло с коническим хвостовиком, и - спиральное сверло в цилинд­рическим хвостовиком, к - конический зенкер, л - перовое сверло, м - спираль­ный зенкер, н - метчик, о - развертка, п - плашка, р - ролики для прямой накатки, с - ролики для перекрестной накатки, т - плоская резьбовая гребенка, у - круглая резьбовая гребенка, ф - резец-вставка с неперетачиваемой твердосплавной пластинкой

Тангенциальные резцы устанавливаются по касательной к обрабатывае­мой поверхности, а движение подачи получают в радиальном направлении (см. рис. 5.1, г). Эти резцы обычно изготавливаются цельными из быстрорежущей стали. Применяются также резцы с напаянными пластин­ками из твердого сплава.

Режущие инструменты, применяемые на токарных автоматах и полу­автоматах, изготавливаются из быстрорежущих сталей марок Р6М5, Р9Ф5, Р9К5, Р18, Р9 и из твердых сплавов марок ВКЗ, ВК4, ВК8 (для чугунов и других хрупких металлов); Т5КДО, Т15К6 (для обработки ста­лей); из минералокерамических сплавов марки ЦМ-322; из синтетических алмазов: формации «балас» и «карбонадо» (применяются для точения легких сплавов), эльбора Р (для чистовой обработки закаленных сталей и чистовой обработки).

Конструкции различных режущих инструментов показаны на рис. 5.10, а-ф.

Крепление режущих инструментов производится в специальных дер­жавках, которые устанавливаются на продольных и поперечных суппортах или в револьверной головке (рис. 5.11 а-и).

Установка инструмента в дер­жавках производится так, чтобы все усилия, действующие на него, вос­принимались державкой. Конструкции державок зависят от конструкции устанавливаемого ин­струмента, их количества, положения инструмента

относительно обрабаты­ваемой заготовки, траектории его движения и способа крепления инстру­мента и самой державки. В токарных автоматах и полуавтоматах широ­ко применяют многорезцовые державки, сокращающие время обрабо­тки.

Для широкого круга токарных операций стали применять неперетачиваемые твердосплавные пластины. На эксплуатацию их затрачивается зна­чительно меньше времени, чем на перетачиваемые резцы.

На рис. 5.10, ф показана конструкция резца-вставки и формы неперетачиваемых пластинок в плане. Такая конструкция резца - вставки применяет­ся на токарных полуавтоматах и автоматах. Режущая пластина 4 крепится к корпусу 1 под действием силы резания; предварительно она поджимается к базовым поверхностям корпуса пружиной 2 через изогнутую тягу 3. Взаимозаменяемость резцов обеспечивается настройкой их по длине с по­мощью регулировочных винтов 5. Основные марки твердых сплавов, из которых изготавливаются неперетачиваемые пластины, ВК8, ВК6 и Т5К10.

Для снижения времени наладки и подналадки режущих инструментов применяются специальные державки и резцовые блоки с предварительной установкой и наладкой инструментов по шаблонам в специальных приспо­соблениях. Переналадка режущего инструмента в этом случае производит­ся путем замены державки или блока с заранее настроенным инструментом. Применение безподналадочной смены инструмента значительно сокра­щает время наладки и подналадки автомата или полуавтомата. На рис. 5.11, и показана резцедержавка для крепления резца-вставки с неперетачиваемой

твердосплавной пластинкой, применяемая для черновых операций.

Первичную настройку резцов 3 на размер осуществляют винтами 2. Резцы в резцедержавке 1 закрепляются под действием силы резания. Пред­варительно резцы 3 фиксируются в рабочем положении подпружиненными клиньями 4. Преимуществом такого крепления является сокращение вре­мени на замену резцов и более высокая, чем при жестком креплении, точ­ность базирования.

Режимы резания. Процесс обработки на токарных автоматах и полуавтоматах характери­зуется режимами резания: скоростью резания v, подачей s и глубиной реза­ния t. При выборе режимов резания необходимо учитывать материал, фор­му заготовки и состояние ее поверхности, вид режущего инструмента, его материал и заточку, а также параметры станка, на котором производится обработка, его жесткость и мощность.

Величина глубины резания определяется припуском на обработку. При высоких требованиях к точности и шероховатости поверхности детали при­пуск разделяют на два и

Рис. 5.11. Державки для установки и крепления инструментов:

а - радиальная явухрезцовая, б - для обточки длинных заготовок, в - с направ­ляющей втулкой, г - для круглого резца, д - для развертки, е - для сверла, ж - для метчика, з - дли накатных роликов, и - для крепленая резца-вставки с неперетачиваемой твердосплавной пластннкой

более проходов (черновой, чистовой).

Для правильного выбора величины подачи следует учитывать, что с ростом подачи возрастает шероховатость обрабатываемой поверхности и увеличиваются силы резания. При чистовом точении проходными или под­резными резцами глубина резания невелика, малы сечения срезаемого слоя, поэтому малы действующие силы резания. В этом случае выбор подачи про­изводится в зависимости от требуемого класса шероховатости поверхности и геометрии режущего инструмента.

При черновом точении проходными резцами, обработке фасонными рез­цами, отрезке деталей и сверлении глубина срезаемого слоя велика, поэ­тому величину подачи следует ограничивать, исходя из условий допустимых сил резания. В этом случае выбор подачи производится в зависимости от глубины резания (ширины фасонного или отрезного резца) и диаметра обрабатываемой заготовки. На автоматах и полуавтоматах на одном суппор­те устанавливаются обычно несколько различных инструментов, например сверло и проходные резцы и т. д. Все инструменты, закрепленные на одном суппорте, будут работать с одинаковой подачей, поэтому следует опреде­лить подачу для каждого инструмента в отдельности и настроить станок на наименьшую из выбранных допустимых подач.

При выборе скорости резания учитывают требования к стойкости ин­струмента. Стойкостью инструмента называется время его работы до затупления в минутах. С повышением скорости резания стойкость инструмента снижается. Для одношпиндельных автоматов выбирают ско­рость резания так, чтобы стойкость инструмента составляла не менее 100 мин, для многошпиндельнех 150 мин. Работа при более высоких скорос­тях резания нецелесообразна, так как резко возрастают потери времени на заточку инструмента и подналадку автоматов. При выборе скорости ре­зания учитывают также обрабатываемый материал, вид обработки, мате­риал инструмента, глубину резания и подачу. При многоинструментальной обработке скорость резания выбирается по инструменту, имеющему наи­меньшую стойкость. На практике все режимы резания выбираются по специальным справоч­никам или по таблицам, приводимым в паспорте автомата и полуавтомата.

Измерительный инструмент. Детали, изготовленные на автоматах и полуавтоматах, должны соот­ветствовать требованиям чертежа, т. е. все их размеры должны лежать в пределах допусков на размеры. Контролем называется сравнение размера детали с двумя размерами, между которыми он должен находиться. Различают две формы контроля: выборочный контроль готовых деталей, когда проверяется определенное количество деталей в партии, и 100%-ный контроль готовых изделий.

При работе на автоматах и полуавтоматах наладчик применяет обычно выборочный контроль. Контролируются несколько первых деталей при на­ладке автомата и затем проверяются детали через определенный промежу­ток времени, чтобы исключить возможность появления брака вследствие разладки автомата, износа инструментов или их

поломки. В случае необ­ходимости наладчик производит подналадку автомата.

Изготовленные детали поступают на проверку в отдел технического кон­троля (ОТК). Контролеры ОТК производят 100%-ный контроль всех от­ветственных деталей и выборочный контроль деталей, к которым не предъ­является высоких требований.

Для контроля деталей применяются измерительные инструменты. Вид измерительного инструмента и метод контроля выбирается в зависимости от точности и количества деталей, подлежащих проверке. Все измеритель­ные инструменты подразделяются на универсальные (шкальные, много­мерные) и калибры (предельные, одномерные). Универсальные инструменты применяются для

Рис. 5.12. Универсальный измерительный непосредственного измерения проверяемой

инструмент: а – штангенциркуль, б – микрометр величины в пределах значений шкалы

инструмента. К ним относятся

штангенциркули, микрометрические инструменты, индикаторы и др. (рис. 5.12, 5.13).

Калибры не позволяют определить действительный размер контроли­руемой детали, но проверяют соответствие его допускаемым отклонениям.

Широкое применение имеют калибры-скобы для контроля наружных размеров (рис. 5.14, а) и калибры-пробки для кон­троля отверстий (рис. 5.14, б). Калибры имеют две стороны: проходную (Пр), которая дол­жна свободно сопрягаться с из­меряемой деталью, и непроход­ную (Не), которая не должна сопрягаться. Калибры позво­ляют быстро производить кон­троль деталей, но для контро­ля каждого размера нужен свой калибр, что удорожает стоимость изготовления дета­лей.

При наладке токарных автоматов и полуавтоматов наладчик использу­ет обычно универсальные измерительные инструменты. Штангенциркуль позволяет производить измерения с точностью 0,1; 0,05 и 0,02 мм заготовок и деталей размером до 500 мм.

Рис. 5.13. Универсальный измери­тельный Рис. 5.14. Предельные калибры:

Индикатор а - скобы, б - пробки

Микрометры обеспечивают измерение диа­метров и линейных размеров с точностью до 0,01 мм. Индикаторы устанав­ливаются обычно на стойках и служат как для измерения размера детали, так и для определения погрешностей формы и расположения поверхностей.