книги из ГПНТБ / Мовчин, В. Н. Технология производства измерительных инструментов и приборов учебник

Преимуществом данного способа обработки является воз­ можность применения высоких режимов резания и более простых фрез.

В крупносерийном и массовом производстве обработку шлицевых валов производят на зубофрезерных или шли-

Рис. 106. Схема фрезерования шлицевых канавок фасон­ ной фрезой

цефрезерных станках, работающих по методу обкатывания, специальными червячными шлицевыми фрезами, обеспе­ чивающими наибольшую производительность и точность.

При высоких требова­ ниях к точности шлицевых соединений и в особенности для обработки закаленных валов и втулок применяют шлифование, а при изготов­ лении шлицевых калибров — и доводку. Методы шлифо­ вания, применяемые для об­ работки шлицевых валов, зависят от способа центри­ рования шлицевого соеди­ нения.

При центрировании по внутреннему диаметру шли­ фование боковых сторон и впадины шлицев производят

тремя способами.

1. Шлицы обрабатывают фасонным шлифовальным кру­ гом (рис. 108, а) на специальных шлицешлифовальных станках, а в мелкосерийном производстве — на плоско­ шлифовальных станках при помощи делительного устрой­

200

ства. Шлифование фасонным кругом является наиболее производительным способом, но вследствие неравномер­ ного износа профиля шлифовального круга требует частой его правки.

2.Шлицы обрабатывают раздельным шлифованием по

с автоматическим поворотом вала после каждого двойнбго хода стола станка.

Рис. 108. Схемы шлифования шлицев валов:

а — ф а с о н н ы м к р у г о м . Р а з д е л ь н о е ш л и ф о в а н и е : б — б о к о в ы х с т о р о н д в у м я к р у г а м и ; в — в п а д и н ы ф а с о н н ы м к р у г о м

Сначала шлифуют боковые стороны шлицев двумя кругами одинакового диаметра (рис. 108, б), а затем — впадины по внутреннему диаметру (рис. 108, в).

Способ раздельного шлифования менее производителен по сравнению со шлифованием фасонным кругом, но более прост по наладке и оборудованию, поэтому в основном применяется в серийном производстве.

3. Боковые стороны и впадины шлицев шлифуют набором из трех абразивных кругов (операции раздель­ ного шлифования объединены в одну).

При центрировании по наружному диаметру валы шлифуют на круглошлифовальных станках, а шлифование дна впадины не производят. Шлифование боковых сторон шлицев производят только в отдельных случаях при особо высоких требованиях к точности и качеству поверх­ ности и осуществляют указанными ранее способами.

О б р а б о т к а ш л и ц е в ы х в т у л о к . Шлицы в отверстиях различных деталей (зубчатые колеса, втулки муфты и т. д.) обычно обрабатывают протягиванием. Обработку отверстий и торцов в заготовках производят обычным способом, т. е. сверлением, зенкерованием и, реже, растачиванием, а калибруют отверстия перед

201

протягиванием шлицев круглыми протяжками или раз­ вертками.

При центрировании по наружному диаметру шлицы обрабатывают шлицевыми протяжками и как исключение в индивидуальном производстве — долблением резцами.

Центрирование шлицевых соединений по внутреннему диаметру применяют, как правило, для втулок, имеющих высокую твердость после термообработки, у таких втулок после термообработки шлифуют отверстие по внутрен­ нему диаметру. За базу при установке втулки на внутришлифовальном станке принимают такую наружную по­ верхность втулки, концентричность которой по отношению к внутренней поверхности обеспечена с наибольшей точ­ ностью.

Изготовление шлицевых калибров в основном анало­ гично изготовлению шлицевых валов и втулок, но так как требования к точности и качеству поверхности шли­ цевых калибров значительно выше, чем для деталей шлицевого соединения, то вводят доводку рабочих по­ верхностей калибров.

10. ОТДЕЛОЧНЫЕ ВИДЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ И ДЕТАЛЕЙ ПРИБОРОВ

Обычными, широко применяемыми способами механи­ ческой обработки не всегда можно выполнить предъявляе­ мые высокие требования к точности, геометрической форме и качеству поверхности инструментов и деталей приборов. Поэтому в зависимости от формы деталей и предъявляемых требований применяют различные виды отделочных способов обработки.

Все отделочные виды обработки делят на две группы: 1) работы, выполняемые резанием инструментами с ме­ таллическими лезвиями, алмазами и абразивными ма­ териалами с малым сечением стружки. Возникающие при отделочных работах силы резания незначительны по величине и не оказывают существенного влияния на деформацию системы станок—деталь—инструмент, что

обеспечивает высокую точность; 2) работы, выполняемые за счет пластической дефор­

мации поверхностного слоя металла.

Основными видами отделочных работ, осуществляемых резанием, являются тонкое (алмазное) точение и раста­

202

чивание, тонкое фрезерование, тонкое шлифование, обра­ ботка абразивными брусками (хонингование и суперфи­ ниш), полирование и обработка методом пластической деформации.

Тонкое точение. В основу способа положена обработка алмазными резцами при высоких скоростях и весьма малой глубине резания и подаче. Так как современные твердые сплавы обладают высокими скоростными возмож­ ностями, то в большинстве случаев тонкое точение выпол­ няют твердосплавными резцами, но в режиме алмазного точения.

Тонкое точение в основном применяют при расточке отверстий и выполняют на обладающих высокой жест­ костью и точностью отделочно-расточных станках.

Скорости резания при расточке отверстий в деталях из черных металлов принимают в пределах 80—200 м/мин, в деталях из бронзы 200—300 м/мин, а в деталях из алю­

влияние на качество обрабатываемой поверхности, назна­ чают в пределах 0,02—0,12 мм.

Тонкое растачивание с применением указанных ре­ жимов и резцов, имеющих специальную геометрию с тща­ тельно шлифованными, а иногда доведенными режущими кромками, обеспечивает точность обработки отверстий 2-го класса и шероховатость поверхности 7—8-го классов чистоты, а в некоторых случаях и 9—10-го классов.

Тонкое фрезерование осуществляют торцовыми или кон­ цевыми фрезами, оснащенными твердым сплавом, причем режущие кромки зубьев фрез, как правило, имеют отри­ цательные передние углы. Фрезерование производят при скорости резания 200—300 м/мин по стали и до 500 м/мин при обработке цветных металлов и их сплавов. При глубине резания в пределах от 0,1 до 0,8 мм и подаче на зуб фрезы от 0,02 до 0,08 мм обеспечивается шерохо­ ватость поверхности 6—8-го классов чистоты и точность 2а—За класса.

По качеству и точности обработки тонкое фрезерование уступает шлифованию, поэтому применяется в качестве окончательной обработки плоскостей и фасонных поверх­ ностей деталей только в тех случаях, когда невозможно применить шлифование, а также для обработки деталей из цветных металлов.

203

Тонкое шлифование, являясь разновидностью обыч­ ного шлифования, предназначено для получения высокой точности и качества поверхности. Шероховатость поверх­ ности 9—12-го классов чистоты и точность 2 и 1-го клас­ сов может быть достигнута при выполнении определен­ ных условий шлифования. К, таким условиям следует в первую очередь отнести хорошее состояние станка, обеспечивающее работу без вибрации, а также точность по­ дачи на глубину резания и плавность продольной подачи.

Вторым важным условием является точная баланси­ ровка и правка шлифовального круга. Правку кругов производят алмазом, причем, как всякий режущий инстру­ мент, алмаз оставляет на поверхности круга следы в виде винтовых линий, образованных при продольной подаче алмаза, а выступы винтовых линий могут иметь неров­ ности. При тонком шлифовании таким кругом неровности после правки оказывают существенное влияние на • ка­ чество поверхности, поэтому режимы правки назначают в зависимости от требуемого класса чистоты поверх­ ности. Продольная подача алмаза должна быть в не­ сколько раз меньше величины абразивных зерен и при­ нимается: для получения 9-го класса чистоты поверх­ ности 0,06—0,08 мм/об; 10-го класса 0,03—0,05 мм/об и 11-го класса 0,01—0,03 мм/об. Кроме продольной подачи, качество правки зависит также от заточки алмаза, так как при правке затупившимся алмазом происходит вдавливание зерен, а выпадение их в процессе шлифования вызывает ухудшение качества поверхности. Поэтому по окончании правки рекомендуется производить чистку круга жесткой щеткой.

Тонкое шлифование применимо в основном при наруж­ ном круглом шлифовании, что объясняется наиболее простым и надежным осуществлением поставленных усло­ вий. Тонкое внутреннее шлифование, как правило, не применяют, так как консольное крепление шлифоваль­ ного круга не обеспечивает безвибрационную работу.

Режимы резания при тонком шлифовании характери­ зуются малым удельным съемом металла. Припуск на шлифование принимают от 0,02 до 0,04 мм и снимают за несколько проходов. При предварительных проходах глубину резания принимают до 0,005 мм, а при оконча­ тельных — в пределах 0,002—0,003 мм. Величина про­ дольной подачи 1—2. мм/об при скорости вращения обра­ батываемой детали от 10 до 20 м/мин.

204

Для исключения дефектов на поверхности шлифуемой детали, вызываемых частицами металла и абразивного материала, попадающих в зону резания вместе с охлаж­ дающей жидкостью, последняя должна быть тщательно очищена. Для очистки охлаждающих жидкостей приме­ няют отстойники, фильтры, магнитные сепараторы, а также центрифуги.

Одной из разновидностей тонкого шлифования является шлифование мелкозернистыми шлифовальными кругами на бакелитовой связке с графитовым наполнителем. Благодаря смазывающим свойствам графита и при соот­

ветствующих режимах шлифования может быть обеспе­ чено получение 12-го класса чистоты поверхности. Вели­ чину припуска при шероховатости поверхности V8—V9, полученную перед тонким шлифованием, принимают от

0,01 до 0,03 мм.

Режимы резания: окружная скорость вращения обра­

вода, а при наличии фильтровальных установок может быть применена циркуляция воды.

Суперфиниш представляет собой отделочную операцию, применяемую в основном для обработки наружных тел вращения: валов, шеек валов и т. д., колеблющимися абразивными брусками.

Сущность процесса заключается в обработке поверх­ ностей абразивными брусками, осуществляемой при соче­ тании трех движений (рис. 109), вращения детали и бы­ стрых, коротких (2—4 мм) колебательных движений абразивных брусков при одновременном продольном пере­ мещении головки, несущей абразивные бруски, вдоль

205

оси детали. Такое сочетание нескольких движений не­ обходимо для того, чтобы создать сложную траекторию движения зерен абразива относительно обрабатываемой детали и тем самым обеспечить неповторяемость пути этих зерен.

Обработку осуществляют обычно двумя абразивными брусками, закрепленными в головке, с обильной смазкой. В качестве смазки применяют смесь из керосина и масла (10% веретенного масла и 90% керосина). Смазка имеет большое значение для получения высокого качества поверхности, так как, кроме уменьшения трения, способ­ ствует уменьшению удельного давления в процессе обработки. В начале обработки абразивные бруски со­ прикасаются с обрабатываемой поверхностью только по вершинам неровностей, оставшихся после предыдущей операции, и удельное давление брусков сравнительно большое, при этом масляная пленка не препятствует реза­ нию и абразивные зерна срезают вершины неровностей. По мере уменьшения неровностей площадь соприкоснове­ ния увеличивается, следовательно, удельное давление уменьшается и масляная пленка препятствует резанию. Таким образом, по мере уменьшения вершин неровностей процесс резания постепенно замедляется.

По достижении высокого класса чистоты поверхности площадь соприкосновения брусков с обрабатываемой поверхностью увеличивается настолько, что масляная пленка не разрывается под действием небольших удель­ ных давлений и отделяет обрабатываемую поверхность от абразивных брусков, тем самым обработка как бы автоматически прекращается. Увеличивая давление, можно разорвать масляную пленку и продолжить реза­ ние, но при этом качество поверхности не улучшится, так как резание происходит всухую. Поэтому для каче­ ственной обработки опытным путем установлена опти­

давление принимают для предварительной обработки и меньшее — для окончательной.

При выборе характеристик абразивных брусков не­ обходимо учитывать, что они должны обладать режущими и полирующими свойствами и отвечать условиям самоза­ тачивания.

На условия самозатачивания и очистку абразивных брусков от частиц металла благоприятно влияют колеба­

206

тельные движения брусков. Частота колебаний, прини­ маемая в пределах от 200 до 1000 двойных ходов в минуту, изменяя направления движения, обеспечивает для одного и того же абразивного зерна резание различными кром­ ками. Работа различными кромками абразивных зерен способствует улучшению качества обработки и увеличи­ вает их стойкость, а колебательные движения способствуют очистке абразивных брусков от металлической стружки.

В качестве абразивного материала брусков применяют электрокорунд белый (ЭБ7—ЭБ9). Для обработки твер­ дых закаленных сталей применяют бруски с мягкой связкой (Ml—М3), а для обработки мягкой стали — с более твердой связкой (М2—СМ2). Связку чаще всего принимают бакелитовую, как обладающую большей эла­ стичностью.

Выбор зернистости абразивного материала опреде­ ляется требуемым качеством поверхности. Для предва­ рительной обработки абразивный материал берут зерни­ стостью от № 3 до М40, а для окончательной обработки — от М20 до М10.

Суперфиниширование производят как на специальных станках, так и при помощи приспособлений, устанавли­ ваемых на токарных или круглошлифовальных станках, и в зависимости от режимов обеспечивается точность 2-го и даже 1-го классов и шероховатость поверхности до 13-го класса чистоты.

Примерные режимы обработки: окружная скорость

к качеству поверхности предыдущей обработки и главным образом к геометрической форме, так как головки с абра­ зивными брусками делаются «плавающими» и поэтому исправить погрешности геометрической формы не могут.

Хонингование представляет собой отделочную обра­ ботку внутренних цилиндрических поверхностей при по­ мощи абразивных брусков (хонов), закрепленных в спе­ циальной головке. По качеству обработки хонингование является промежуточной операцией между тонким шли­ фованием и доводкой.

Как и во всех отделочных операциях, в основу хонин­ гования положен принцип неповторяемости пути движе­ ния абразивных зерен относительно обрабатываемой по­

207

верхности. Сложная траектория движения абразивных зерен осуществляется за счет сочетания двух движений: вращения и возвратно-поступательного движения хонин­ говальной головки, закрепленной на шпинделе хонинго­ вального станка.

В зависимости от диаметра и длины обрабатываемых

тыре держателя 2 с закрепленными в них абразивными брусками 3. Для установки на требуемый размер и ком­ пенсации износа брусков держателям сообщается радиаль­ ное перемещение через стержни 4 от конических втулок 5, перемещающихся вдоль оси по резьбе. Бруски закреп­ ляются в держателях либо механическим зажимом (винты, пружины, прихваты и т. д.), либо с помощью ацетоно­ целлулоидного клея или шеллака. Для устойчивого положения держатели соединяются с корпусом или по­ парно между собой пружинами.

Одним из принципиально важных факторов, влияющих на качество отделки обрабатываемой поверхности отвер­ стия, является такое сочетание движений головки с абра­ зивами, которое обеспечивает неповторяемость пути. Если

208

проследить за траекторией движения одного абразивного зерна при одном возвратно-поступательном движении головки за один оборот (рис. 111, а), то зерно по оконча­ нии двойного хода возвратится в исходную точку А развертки поверхности отверстия. Очевидно, при повто­ рении ходов все точки хона перемещаются все время по одному и тому же пути.

Возможность повторения пути устраняют подбором такой кинематической схемы движения головки, в кото­ рой отношение числа оборотов к числу двойных ходов в единицу времени будет некратным. В результате такого

Рис. 111. Схема движения абразивных зерен при хонинговании:

а — с п о в т о р я ю щ е й с я т р а е к т о р и е й ; б — с н е п о в т о р я ю щ е й с я

движения абразивное зерно начинает каждый последу­ ющий цикл обработки в новом месте обрабатываемой поверхности отверстия, образуя некоторую величину перекрытия /. Схема такого движения показана на рис. 111,6. Абразивное зерно, а следовательно, и все зерна брусков, начав движение в точке А, заканчивают движение в точке Б. При следующем цикле начало дви­ жения находится в точке Б, а окончание — в точке В и т. д.

Хонингование производят после обработки отверстий растачиванием, развертыванием или шлифованием, при­ чем точность выполнения этих операций должна быть высокая, так как макрогеометрия предыдущей обработки исправляется хонингованием не более чем на 70%. Хо­ нингование обеспечивает 8—11-й класс чистоты и 2-й класс точности, а при двукратном хонинговании и соответ­ ствующем подборе режимов и зернистости брусков можно достичь 12-го класса чистоты.

Абразивный материал брусков принимают так же, как и при шлифовании, т. е. для обработки стали — электрокорунд (ЭБ7—ЭБ9), а для чугуна — карбид крем­ ния (К37—К39). Зернистость для предварительной обра­

209