Параметры шероховатости и степени точности при различных видах обработки резьбовых поверхностей

Методы нарезания резьб:	Ra, мкм	Степень точности
резцом	6,3–2,2; (1,3)	8–6; до 5
плашкой	12,5–6,3; (3,2)	8 –6
фрезой	12,5–3,2; (1,6)	8–5
резьбонарезной головкой	6,3–3,2	8­–6
метчиком	12,5–3,2; (1,6)	7–6; до 4
шлифовальным кругом	1,6–0,40	6-4
накатным инструментом	3,2–0,20	8–4
литье под давлением	10,0–2,5	10–8

Шлифование резьбы абразивным кругом применяется для повышения точности после термической обработки при изготовления метчиков, резьбовых калибров пробок и колец. Скорости шлифования: детали 04–05 м/мин; круга 30–40 м/мин, подача 0,1–0,8 мм/об.

Нарезание коротких резьб осуществляется гребенчатыми групповыми фрезами, состоящими из нескольких дисковых резьбовых фрез, сложенных торцами, длиной на две-три нитки больше длины нарезаемой резьбы.

Внутреннюю резьбу большого диаметра нарезают резьбовыми резцами. При нарезании глухих резьб для точной оста­новки движения подачи и вращения метчика применяют само­ выключающиеся патроны. Внутреннюю резьбу малого диаметра на валах нарезают машинными метчиками на резьбонарезных, сверлильных, ре­вольверных и агрегатных станках.

19. Разработка технологий изготовления

шпинделей

Служебное назначение шпинделей и технические

требования.

Шпиндель металлорежущего станка предназначен для высоко точного базирования, закрепления и вращения детали (в расточных и фрезерных станках – инструментов) для уу обработки на станке. Шпиндель – одна из наи­более ответственных деталей. Качество изготовления деталей на станке зависит от качества шпинделя и его опорных шеек, жесткости шпинделя и стабильности его поло­жения в опорах. Служебное на­значение шпинделя — сообщать обрабатываемой заготовке или режущему инструменту вращательное движение с высокой точностью позиционирования, угловой скоростью вращения и кру­тящим моментом без вибраций при резании. В совре­менных станках они очень высокие, поэтому к каче­ству изготовления как са­мого шпинделя, так и шпин­дельного узла с его опорами в целом предъявляют высо­кие требования [51].

Рис. 20.1. Схема сборочного узла шпинделя токарного станка

В качестве опор шпин­делей станков применяют подшипники качения и под­шипники скольжения. Для обеспечения ста­бильности положения оси вращения шпинделя необхо­димо обес­печить равенство радиусов в каждом из сечений его опорных шеек, правильность геометрической формы шеек, их относительного положе­ния, соосность и требуемый параметр шероховатости. Для сохранения неиз­менности положения шпинделя в осевом направлении во время работы станка следует обеспечить с определенным до­пуском перпендикулярность основных опорных базирующих поверхностей по отношению к оси вращения шпинделя и соос­ность с последней резьбы установочных прижимных гаек. Точность положения детали или режущего инструмента, уста­новленного в шпинделе, относительно оси вращения шпинделя определяется точностью исполнительных поверхностей и их соосностью с осью вращения шпинделя. Исполнительными поверхностями являются конические или ци­линдрические поверхности центрального отверстия шпинделя, центрирующие конусы или цилиндрические пояски с опорным фланцем для установки зажимных патронов [51.].

Важнейшим требованием, предъявляемым к шпинделю – является точность геометрической формы и размеров посадочных поверхностей, опор­ных шеек и исполнительных поверхностей, соосность исполнительных поверхностей шпинделя с опорными шейками. По точности изготовле­ния шпиндели станков делятся на пять групп: нормальная – Н, повышенная – П, высокая – В, особо высокая - А, сверхвысокая – С [51].

Для шпинделей металлорежущих станков нормальной и по­вышенной точности с опорами качения применяют обычно подшип­ники 4-го класса точности (всего классов 0, 6, 4, 2, 1). Для станков более высокого класса точности (В и А) применяют подшипники 2-го класса точности, в соответствии с чем и устанавливаются требова­ния к геометрической форме опорных шеек. Для особоточных станков (класс С и иногда А) или быстроходных шпинделей, требования к геометрической форме опор­ных шеек шпинделя устанавливаются более высокими, чем тре­буются для подшипников 2-го класса точности. Более точные подшипники устанавливают в переднюю опору, менее точные – в заднюю. Допуски овальности и конусообразности для станков нор­мальной точности не должны превышать 50 % допуска диаметральных размеров шеек, для станков повышенной точ­ности – 25 % допуска, а для прецизионных – от 5 до 10 % допуска диаметральных размеров шеек. Например, допуск круглости опорных шеек для станков нормальной точности составляет 4,0–1,2 мкм, пре­цизионных станков – 0,3-0,5 мкм. Допуск конусообразности составляет 1,25–1,5 мкм на длине 300 мм при допуске диаметра 1,5–3,0 мкм [51].

Материал и методы изготовлений заготовок

Для шпинделей токарных станков применяются высокопрочный чугун. Для изготовления пустотелых шпинделей некоторых тяжелых станков используют поковки из серого чугуна (СЧ 15, СЧ 21) и модифицированного чугуна. Значительно реже применяются стальные отливки.

Заготовок для шпин­делей изготавливаются ковкой, реже используется стальные отливки, прутковый материал и трубы. Заготовки чугунных полых шпинделей полу­чают центробежным литьем в металлические формы.

В современном серийном машиностроительном производстве стальные заготовки для шпинделей изготавливают пластическим деформированием в горячем состоянии высад­кой на горизонтально-ковочных машинах или ковкой на ротационно-ковочных машинах.

Технологический процесс изготовления шпинделя.

Шпиндели по назначению различаются на полые, имеющие сквозное осевое отверстие, переходящее в точное цилиндрическое или конусное стыковочное отверстие; сплошные без осевого отверстия с точным цилиндрическое или кони­ческое стыковочным отверстием.

Первая группа шпинделей получила наиболь­шее распространение, главным образом из-за возможности закрепления длинных прутковых заготовок.

Основными базами шпинделя являются его опорные шейки и поверхности центровых отверстий. При обработке же центрального отверстия в шпинделях в качестве технологической базы используют опорные шейки.

Черновую и чисто­вую обработку наружных поверхностей шеек шпинделя произво­дят на токарных, многорезцовых и гидрокопировальных стан­ках. Целесообразно вести обработку на токарных станках с ЧПУ и на многорезцовых и гидрокопироваль­ных станках. Многорезцовые станки позволяют применять не­сколько резцов и сокращать длину рабочих ходов. Гидрокопиро­вальные станки вследствие их быстроходности и большой жесткости позволяют вести обработку на высоких ре­жимах резания. Обтачивание ведется при скорости резания 150–160 м/мин, глубине резания от 3 до 15 мм с подачей 0,25-0,35 мм/об твер­досплавными резцами Т14К8 и Т15К6 [51].

После чернового обтачивания шпинделя его подвергают нормализации и (или) стабилизирующему от­жигу, для снижения внутренних напряжений, стабилизации размеров, улучшения меха­нических свойств и обрабатываемости материала.

Чистовую обработки опорных шеек и соосных поверхностей шпинделей производят с базированием на специальных торцевых пробках или оправках с зацентрованными отверстиями, вставленных в расточенные с обеих сторон отверстия.

Осевые отверстия сверлят на станках для глу­бокого сверления, типа РТ-54, который имеет два шпинделя для одновременной обработки двух заготовок. После сверления, отверстия растачиваются многорезцовыми головками.

Обработки высокоточных шпинделей.

Технологический процесс изготовления шпинделей пре­цизионных станков более сложный, к ним предъявляются более высокие требования. Например, у шпин­деля координатно-расточного станка 2Д430 допуск на конус­ность и овальность опорных шеек не должны превышать 2–1 мкм, допуск на биение не более 3 мкм, параметр шеро­ховатости Ra 0,040 мкм, допуск на биение конусного отверстия относи­тельно оси вращения шпинделя не более 1,5 мкм у рабочего торца шпинделя.

При шлифовании используются динамически неуравновешенные абразив­ные круги. Операции окончательного шлифования производят на станках повышенной точности типа ЗМ151В. Помимо шлифования применяют суперфиниширование. Обработку шпинделя, начиная с чистовых операций следует про­изводить в термоконстантном помещении.

Шпиндели зубошлифовальных и резьбошлифовальных станков высокой точности в условиях средне- и мелко­серийного производства изготовляют по типовому технологическому процессу, представленному в [51].

Балансировка шпинделей.

Шпиндели быстроходных станков проходят ба­лансировку в собранном виде. Погрешности изготовления и монтажа шпинделя приводят к неуравновешенности шпин­деля, что вызывает вибрации, которые снижают стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности, вызывают повышенный износ опор шпинделя.

Статическая неуравновешенность возникает при несовпа­дении центра тяжести с осью вращения; динамическая – когда действие неуравнове­шенных масс вызывает появление пары сил и центробежных моментов.

Для устранения неуравновешенности детали проходят балан­сировку. В соответствии с двумя видами неуравновешенности су­ществуют и два вида балансировок – статическая и динамическая.

Статическую балансировку применяют для маховиков, дисков, зубчатых ко­лес, у которых отношение длины по отношению к диаметру мало. Балансировку производят на оправке с надетой на нее деталью, свободно перемещающейся на двух параллельных ножах под действием статического момента.

Динамической балансировке шпиндели станков, имеющих большую длину, подвергаются после статической, в сборе со смон­тированными зубчатыми колесами, подшипниками, втулками на балансировочных станках. Неуравновешенность шпин-деля определяется из­мерением амплитуды и фазы колебаний опор. Неуравновешенность устраняют высверливанием металла в зубчатых колесах и других деталях. Допустимый дисбаланс шпинделя токарного станка 16К20 в сборе равен 25 .

Контроль шпинделей.

Погрешность изготовления шпинделя проверяют в следующей последовательности. Вначале определяется погрешность формы, затем погрешность геометрических размеров, далее – погрешности расположения поверхностей.

Измерительными базами при проверке шпинделя яв­ляются поверхности его опорных шеек. Шпиндель устанавливают опорными шейками с упором в базовый торец на призмы контрольной плиты. Одна из призм – регулируемая по высоте. Правильность геометрической формы проверяют в нескольких сечениях, перпендикулярных к оси шпинделя: овальность и конусообразность – с помощью скоб с отсчетным устройством типа СР, а круглость – с помощью кругломера.

Отклонение образующей цилиндрической поверхности от пря­молинейности проверяют индикатором. Диаметральные размеры проверяют скобами с отсчетным устройством СР, а также микрометром, пассаметром (цена деления 2 мкм), микротастом (цена деле­ния 1 мкм).

Положение поверхностей контролируют относительно оси вращения шпинделя в двух крайних сечениях поверхности. Соосность проверяется с помощью цилиндрической оправки с точным конусным хвостовиком.