4.2. Методы формообразования поверхностей деталей машин

Пространственную форму детали оп­ределяет сочетание различных поверхно­стей. Для облегчения обработки конструк­тор стремится использовать простые гео­метрические поверхности: плоские, круго­вые цилиндрические и конические, шаро­вые, торовые, геликоидные. Геометриче­ская поверхность представляет собой со­вокупность последовательных положений следов одной производящей линии, назы­ваемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для обра­зования круговой цилиндрической по­верхности прямую линию (образующую) перемещают по окружности (направляю­щей). При обработке поверхностей на ме­таллорежущих станках образующие и на­правляющие линии в большинстве случа­ев отсутствуют. Они воспроизводятся комбинацией движений заготовки и инст­румента, скорости которых согласованы между собой. Движения резания являются формообразующими. Механическая обра­ботка заготовок деталей машин реализует четыре метода формообразования поверх­ностей.

Образование поверхностей по методу копирования состоит в том, что режущая кромка инструмента соответствует форме образующей I обрабатываемой поверхно­сти детали (рис. 6.3, а). Направляющая линия 2 воспроизводится вращением заго­товки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи не­обходимо для того, чтобы получить гео­метрическую поверхность определенного размера. Метод копирования широко ис­пользуют при обработке фасонных по­верхностей деталей на различных метал­лорежущих станках.

Образование поверхностей по методу следов состоит в том, что образующая линия 1 является траекторией движения точки вершины режущей кромки инстру­мента, а направляющая линия 2 - траекто­рией движения точки заготовки (рис. 6.3, б). Движения резания являются формообра­зующими.

Образование поверхностей по методу касания состоит в том, что образующей линией I служит режущая кромка инстру­мента (рис. 6.3, в), а направляющей лини­ей 2 - касательная к ряду геометрических вспомогательных линий - траекторий то­чек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только дви­жение подачи.

Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) состоит в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки (рис. 6.3, г). Обра­зующая линия 1 получается как огибаю­щая кривая к ряду последовательных по­ложений режущей кромки инструмента относительно заготовки благодаря согла­сованию двух движений подачи. Скорости движений согласуют так, что за время прохождения круглым резцом расстояния / он делает один полный оборот относи­тельно своей оси вращения.

4.3. Обработка заготовок на токарных станках

Обработка поверхностей осуще­ствляется либо с продольным, либо с попе­речным движением подачи (рис. 6.31, а).Формообразование поверхностей при об­работке с продольным движением подачи осуществляется по методу следов, при обработке с поперечным движением пода­чи - в основном по методу копирования. Перемещения инструментов в направле­нии стрелок движения подачи зависят от типа станка, и управление ими осуществ­ляется вручную на универсальных стан­ках, от кулачков и копиров на полуавто­матах и автоматах или по управляющим командам программы системы ЧПУ станка.

Наружные цилиндрические поверхно­сти обтачивают прямыми (рис. 6.31, б) или отогнутыми проходными резцами. Глад­кие валы обтачивают при установке заго­товки в центрах. Ступенчатые валы обта­чивают по схемам деления припуска на части или по схемам деления длины заго­товки на части.

Для обработки нежестких валов реко­мендуют использовать проходные резцы, у которых главный угол в плане ср = 90°. При обработке заготовок валов такими резцами радиальная составляющая силы резанияР_у равна нулю, что снижает де­формирование заготовок в процессе обра­ботки и повышает их точность. Наружные (рис. 6.31, в) и внутренние резьбы нареза­ют резьбовыми резцами, форма режущих кромок которых определяет профиль на­резаемых резьб. При наладке универсаль­ных токарно-винторезных станков для нарезания резьбы заданного шага необхо­димо предварительно определить те зуб­чатые колеса, которые устанавливают в кинематическую цепь. На станках с ЧПУ шаг нарезаемой резьбы устанавливает система управления. Нарезают как одно-заходные, так и многозаходные резьбы.

Точение длинных пологих конусов (2а = 8 ... 10°) производят при смещении в поперечном направлении корпуса задней бабки относительно ее основания (рис. 6.31, г) или с использованием специально­го приспособления - конусной линейки. Точение на станках с ЧПУ конических поверхностей с любым углом конуса при вершине осуществляют подбором скоро­стей продольной и поперечной подач. Сквозные отверстия на токарно-винто­резных станках растачивают проходными расточными резцами (рис. 6.31, д), глухие - упорными (рис. 6.31, е).

С поперечным движением подачи на токарно-винторезных станках обтачивают кольцевые канавки (рис. 6.31, з) прорез­ными резцами, фасонные поверхности (рис. 6.31, и) - фасонными стержневыми резцами, короткие конические поверхно­сти - фаски (рис. 6.31, к) - широкими рез­цами, у которых главный угол в плане равен половине угла при вершине кониче­ской поверхности. Для отрезки деталей от заготовки (рис. 6.31, л) используют отрез­ные резцы с наклонной режущей кромкой, что обеспечивает после отрезания чистый торец на готовой детали; для подрезания торцов (рис. 6.31, н) - специальные под­резные резцы.

На токарно-винторезных станках обра­ботку отверстий выполняют сверлами (рис. 6.31, м), зенкерами и развертками. В этом случае обработку ведут с движени­ем продольной подачи режущего инстру­мента. Обтачивание наружных и растачи­вание внутренних конических поверхно­стей средней длины (рис. 6.31, ж, о) с лю­бым углом конуса при вершине на токар­но-винторезных станках производят с на­клонным движением подачи резцов при повороте верхнего суппорта.

Точность обработки поверхностей за­готовок на станках с программным управ­лением можно значительно повысить. Дляэтого следует автоматически, без вмеша­тельства оператора, выбирать наиболее благоприятный режим работы в каждый момент времени, непрерывно учитывая изменяющиеся условия обработки.

Рис. 6.31. Типовые схемы обработки поверх­ностей заготовок на станках токарной группы

Рассмотрим принципиальную схему токарного станка с адаптивной системой программного управления (рис. 6.32), по­зволяющей обрабатывать заготовку при постоянном значении силы резания. Обра­батываемая заготовка 1 приводится во вращение электродвигателем 2.

Движение продольной подачи инстру­ментальной головки 15 осуществляется ходовым винтом 13. Измеряемым возму­щением является изменение силы резания вследствие нарушения условий обработки. Колебания силы резания вызывают про­порциональные изменения мощности, по­требляемой электродвигателем 2, что ре­гистрирует датчик 3.Возникший сигнал через усилитель 4 передается в блок-схему сравнения 5, где его уровень сравнивается с уровнем сиг­нала задающего устройства.Разность сиг­налов датчика 3 и устройства б после уси­лителя 7 поступает в блок-схему про­граммного управления 8.

Рис. 6.32. Схема обработки заготовки на то­карном станке с адаптивной системой ЧПУ

После этого сиг­нал суммируется с сигналом программы и поступает в шаговый коммутатор 9, шаго­вый электродвигатель 10, гидроусилитель 11 и редуктор 12, вращающий ходовой винт 13 и сообщающий продольную пода­чу суппорту 14.

В зависимости от знака разности сиг­налов датчика и задающего устройства происходит увеличение или уменьшение скорости продольной подачи, которая влияет на изменение силы резания. Обра­ботка заготовки при постоянном значении силы резания позволяет значительно уменьшить колебания упругих деформа­ций в технологической системе, приводя­щие к погрешностям обработки, опти­мально использовать мощность станка и повысить стойкость инструмента.