2.3.1 Технология изготовления детали класса «вал»

Наружные и внутренние цилиндрические поверхности и прилегаю­щие к ним торцы образуют детали типа тел вращения.

Согласно технологическому классификатору деталей машинострое­ния и приборостроения к таким деталям относятся детали классов 71 и 72 "Детали типа тел вращения" и класса 75 "Детали типа тел вра­щения и не тел вращения".

В свою очередь, детали - тела вращения делят на три типа в зависимости от соотношения длины детали по оси вращения L к наи­большему наружному диаметру D:

• при L/D ³ 2 - это валы, оси, шпиндели, штоки, шестерни, гиль­зы, стержни и т.д.;

• при L/D > 0,5 - втулки, стаканы, пальцы, барабаны и т.д.;

• при L/D £ 0,5 - диски, кольца, фланцы, шкивы и т.д.

Большинство деталей тел вращения (валы) используются в узлах и механизмах машин для передачи вращательного движения. Валы классифицируются по служебному назначению, конструктивной форме, раз­мерам и материалу. Заготовки валов получают, как правило, из горячекатаного проката.

В зависимости от типа производства заготовительные операции могут выполняться в заготовительном отделении при складе материа­лов или заготовительном цехе. Прокат в виде прутков правят и раз­резают. Также при изготовлении деталей сложной конфигурации и ра­ботающих под нагрузкой используют заготовки, полученные методом пластического деформирования (ковка, штамповка, периодическая прокатка, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка и т. п.).

В зависимости от конфигурации и технических требований к изделию, заготовки в виде разрезанного проката или штамповки об­дирают, предварительно растачивают, фрезеруют торцы, центруют.

В условиях серийного производства заготовки разрезают на ленточных и дисковых сегментных пилах, а также ис­пользуют приводные ножовки, фрикционные пилы, абразивно-отрез­ные станки и другое оборудование.

При обработке деталей типа "в а л" с целью соблюдения пра­вила "единства и постоянства технологических баз" основными тех­нологическими базами являются центровые отверстия. Они обрабаты­ваются особенно тщательно, добиваясь высокой точности размеров и формы.

В серийном производстве центровые отверстия обрабатывают на фрезерно-центровальных автоматах или полуавтоматах, как правило, комбинированными центровочными сверлами, образующими рабочие и вспомогательные поверхности центрового отверстия (рисунки 4.1, 4.2).

После термической обработки или операций с большими нагруз­ками базовые поверхности центровых отверстий доводят (правят).

	Рисунок 4.2 – Форма центровых отверстий: а – без предохранительного конуса; б – с предохранительным конусом; в – с предохранительным конусом и резьбой: 1, 2, 3, 5 – вспомогательные поверхности; 4 – рабочая поверхность
	Фрезерно-центровальные станки (73С1) работают по 2-м ра­бочим позициям: 1-ая – фрезерование одновременно повременно обоих торцев; 2 - ая - обработка центровых отверстий, и если необходимо -обточка крайних шеек.
Рисунок 4.1 – Схема работы фрезерно-центровального станка

Основное достоинство фрезерно-центровальных станков - обработ­ка технологических баз с минимальными погрешностями.

Последовательность обработки центровых отверстий на токарном станке включает сверление, зенкерование, зенкование фаски, нареза­ние резьбы.

Обработку деталей типа «в а л» выполняют на токарных станках, как универсальных, так и с ЧПУ. Станки с ЧПУ обеспечивают эффек­тивное снятие стружки на черновых и чистовых переходах, допускают практически неограниченную концентрацию в одном установе различных видов работ, т.е. обеспечивается максимальная автоматизация процесса обра­ботки при минимальном объеме ручных работ.

Высокая концентрация обработки на одном станке позволяет до­вести до минимума число установов и переустановов заготовки.

Рабочие и вспомогательные ходы режущего инструмента, измене­ние режимов резания, подача СОЖ, смена инструмента и т.п. выполня­ется автоматически.

Для сокращения вспомогательного времени станки оснащают авто­матическими патронами, механизируют подачу задней бабки и пиноли.

Валы обычно изготавливают из сталей, обладающих высокой проч­ностью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, хорошей обрабатываемостью и способностью подвергаться термической обработ­ке (Т.О.) .

Этим требованиям отвечают конструкционные стали марок 35, 40, 45, 40Г, 50Г, У10А, ХВГ, ХГ, 18ХГТ, 40ХФА и т.д.

Если по ходу технологического процесса требуется улучшение заготовки, то Т.О. целесообразно проводить перед механической обра­боткой, если это не сказывается на прочности и работоспособности детали. При обработке улучшенной заготовки штучное время увеличи­вается приблизительно на 10-15%, а при обработке с разделением операций (до и после Т.О.) на 75 - 80%.

Токарные станки с ЧПУ используют не только для полной токар­ной обработки, но и наряду с универсальным оборудованием.

На станках с ЧПУ целесообразно обрабатывать точные и взаимо­связанные поверхности сложной формы.

На универсальных станках выполняют предварительную подготов­ку баз, поверхности под зажим и установку люнетов, обработку на шлицевых и цилиндрических оправках и других приспособлениях без точной ориентации вдоль обработки по оси, нарезание резьбы, накат­ку рифлений, снятие фасок напильником, полирование и т.п.

Наиболее распространены в машиностроении ступенчатые валы, основными технологическими параметрами которых являются общая дли­на вала, количество ступеней, неравномерность их перепада по диа­метрам, наличие шлицев и их форма.

Наиболее технологичными считаются валы с возрастающими или убывающими диаметрами ступеней.

Участки вала, имеющие один и тот же диаметр, но разные по­садки, должны быть разделены канавками, разграничивающими обрабатываемые поверхности от необрабатываемых, при этом желательно, чтобы обрабатываемые участки валов имели равные или кратные длины, а перепады ступеней были бы невелики.

Конструкция валов должна обеспечивать свободный подвод режу­щего инструмента.

Резкое сокращение затрат по обработке изделий может быть до­стигнуто за счет широкого использования типизированных технологи­ческих решений.

В целях типизации опера-ционной технологии все много-образие поверхностей может быть представлено в виде «основных и дополнитель­ных» форм повер-хностей (рисунки 4.3 – 4.5). В качестве основной формы поверхности рассматривают такую, которая может быть выполнена резцами с φ = 95° и φ1 = 30° проход­ными и расточными. Поверхности, которые тре-буют для их образования специи-ального инструмента, отнесены к дополнительным формам повер-хности.

Рисунок 4.3 – Формы резцов для обработки наружных основных поверхностей:а, б – проходные-подрезные черновые; в – е – контурные чистовые

К ним относятся торцевые и угловые канавки для выхода шлифовального круга, прямоугольные канавки на наружной, внутренней и торцевых поверхностях, резьбовые поверхности, желобы под ремни и т.п. (Число дополнительных форм достигает 40).

Рисунок 4.4 – Формы резцов для обработки дополнительных поверхностей:

а – резец канавочный угловой; б – канавочный; в – канавочный для торцовых выборок;

г – резьбовой; д - отрезной

Технологический процесс рассматривается отдельно для изде­лий, обрабатываемых в центрах и для изделий, обрабатываемых в патроне (рисунки 4.6 – 4.8).

Номенклатуру режущего инструмента выбирают на основании ана­лиза детали.

Схемы перемещения инструмента назначают так, чтобы свести к минимуму число необходимых типоразмеров инструментов.

Номенклатуру инструмента составляют из общих или специализи­рованных инструментов.

Из инструментов различной конфигурации, позволяющих обраба­тывать одинаковые формы поверхностей, выбирают тот, которым можно обработать большее разнообразие форм поверхностей.

Инструмент, одинаковый по конфигурации, но с отличающейся по размерам рабочей частью, включают в номенклатуру в том случае, если он обеспечивает снижение затрат при обработке или увеличи­вает надежность обработки.

Рисунок 4.5 – Формы дополнительных поверхностей:

а – канавки для выхода шлифовального круга; б – канавки для выхода резьбового резца; в – канавки для упорных пружинных колец; г – канавки под уплотнение; д – канавки шкивов под клиновые ремни; г – накатка; ж – ниппель; з - канавки

Рисунок 4.6 – Схемы установки заготовок в патронах с выверкой

Размеры инструмента (сечение, длина, вылет) выбирают так, чтобы перемещения на станке обеспечили обработку всех часто встречающихся поверхностей. Все инструменты должны быть быстро­сменными, взаимозаменяемыми, универсальными. При обработке валов в кулачках само-центрирующего патрона выполняется 21% операций, с помощью поводкового патрона – 38%, с помощью планшайбы с хомутиком или торцовых поводков – 16% Токарные станки с ЧПУ оснащают как правило автоматически действующими патронами: пневма-тическими, гидравлическими, элект­ромеханическими и др. Для установки валов на токарных станках используют неподвиж­ные и вращающиеся центры и люнеты различных конструкций.

Рисунок 4.7 – Схемы установки заготовок на центрах

Рисунок 4.8 – Схемы установки заготовок в патроне и на неподвижном люнете

Неподвижные центры устанавливают в передней бабке станка, вращающиеся - в задней.

Торцевые поводки целесообразно применять при диаметре опор­ного торца более 45 мм. Торец вала, который соприкасается с жестким торцевым поводком, должен быть предварительно обработан (биение торца Æ40 мм не должно превышать 0,03 мм).

Основные требования к патронам следующие: надежность за­крепления заготовки, удобство смены и перестановки кулачков (по­водков), точность центрирования (биение не более 0,04 мм).

При обработке на станке с ЧПУ проектирование технологичес­кого процесса включает при разработке операции построение траек­тории рабочих и вспомогательных перемещений режущего инструмента.

Перемещение начинается и заканчивается в исходной точке. Траектория перемещения состоит из подвода, отвода и вспомогатель­ных движений инструмента, осуществляемых на быстром ходу, вреза­ния, перебега и рабочего движения, которые осуществляются на ра­бочих подачах.

Вспомогательные и рабочие участки ограничиваются особыми точками, в которых применяется какое-либо условие работы инстру­мента (направление перемещения, v, n, S, включение или вы­ключение СОЖ, изменение координат инструмента и т.д.).

Эти точки получили название опорных точек для контурной системы или точек позиционирования - для прямоугольной.

Число опорных точек зависит от формы обрабатываемого конту­ра и возможностей станка и системы управления.

Рабочие перемещения инструмента:

1. Сверла перемещаются вдоль оси заготовки.

2. Перемещение черновых резцов целесообразно проводить вдоль осей координат станка, и только последний рабочий ход выпол­няют по контуру.

Для исключения появления обечайки (заусенца) вывод инстру­мента желательно проводить в первом установи под углом 30-45 ° к оси обработки (это при обработке одной и той же поверхности в различных операциях).

Технологическая документация должна включать маршрутную карту, операционные карты, карты эскизов, карты контроля, а если присутствуют операции, выполняемые на станках с ЧПУ, то еще долж­на быть карта наладки, программоноситель и сама программа.

Карта наладки должна содержать сведения об элементах налад­ки станка, режущем инструменте, о его размещении в инструменталь­ном магазине.

В условиях крупносерийного и массового производства токарные операции могут эффективно выполняться на многорезцовых гидрокопи­ровальных автоматах, многошпиндельных токарных автоматах.