книги из ГПНТБ / Некрасов С.С. Технология материалов. Обработка конструкционных материалов резанием учеб. пособие

и длиной 20—100 мм с высокой степенью параллельности торцовых плоскостей имеет одну торцовую поверхность, полностью отражаю­ щую световые лучи (полностью посеребрена), а другую — частично отражающую (частично посеребрена).

Импульсная лампа 3 имеет рабочий период около нескольких миллисекунд при потребляемой энергии 1000—2000 Дж. При

пульс высокой энергетической плотности.

Лазеры дают поток излучения от нескольких киловатт до не­ скольких мегаватт на 1 см2. В ряде случаев применяются лазеры на основе газовых смесей (напри­

туру, при которой материалы плавятся и даже испаряются. Обра­ ботка ведется в глубокой вакууме (давление не более 10~4 мм рт. ст.).

На рис. 170 приведена схема установки для электронно-луче­ вой обработки. В камере 1 располагается катод 2 (электронная пушка), создающий облако свободных электронов, образование которых происходит за счет термоэлектронной эмиссии. Катоды изготовляют из вольфрама и тантала. С помощью электронно­ магнитных систем (магнитная линза 4 и отклоняющая система 5)

241

электроны формируются в направленный и сконцентрированный луч 3. В держателе и подающем механизме 6 располагается заго­ товка 7. Источник 8 обеспечивает ток высокого напряжения. В ка­ честве источника тока могут применяться импульсные генераторы. Вакуум в установке создается диффузионным насосом 9. Люк 10 служит для установки заготовки. Рабочее напряжение в электрон­ ной пушке достигает 100 000 В.

С помощью электронного луча можно получить поток энергии громадной концентрации (порядка ІО9 Вт на 1 см2). Скорость элек­ тронов в луче до 16 000 км/с. Электронно-лучевую обработку целе­ сообразно применять для получения мелких отверстий в твердых труднообрабатываемых материалах и резки твердых заготовок. При этом методе обработки можно получить диаметр отверстия или ширину реза около 1 мкм. Электронно-лучевая обработка находит применение также для сварки и плавки металлов. Недостатком метода является необходимость проведения обработки в глубоком вакууме, что значительно усложняет процесс.

§ 5. ОБРАБОТКА ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕЙ

Схема дуговой плазменной головки приведена на рис. 171, а. Между вольфрамовым электродом 1 и медным электродом 2, выпол­ ненным в виде трубы, охлаждаемой водой, возбуждается дуговой разряд. В трубу-электрод 2 подают газ (аргон, азот, воздух и др.),

Рис. 171. Плазменные головки

который, проходя через плазму дуги, ионизируется и выходит из головки в виде яркой плазменной струи. Дуговой разряд, заклю­ ченный в малом объеме, сжимается, что ведет к сильному разогреву частиц и повышению температуры плазменной струи примерно до 30 000° С.

Дуговую плазменную головку можно применять для резки металлических заготовок. Этой же головкой можно резать токонепроводящие материалы. Обработку можно вести вручную или авто­ матически. Для увеличения производительности процесса при резке

242

Г л а в а XIII

ЭКСПЛУАТАЦИЯ И МОДЕРНИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ. АВТОМАТИЗАЦИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СТАНКОВ

§ 1. МОНТАЖ СТАНКОВ И УХОД ЗА СТАНКАМИ

Одним из факторов, определяющих точность работы металлоре­ жущих станков, их жесткость и виброустойчивость, является пра­ вильная установка станка на фундамент. Станки могут быть уста­ новлены на общем бетонном основании (полотне) толщиной 300— 400 мм; на бетонных лентах толщиной 150—700 мм и шириной 1,2—3 м (на них устанавливают «цепочки» станков); на металли­ ческих рамах из швеллеров, уголков и др., утопленных в бетоне. На отдельных фундаментах устанавливают особо точные станки и тяжелые станки со значительными динамическими нагрузками.

Основным материалом фундамента является бетон марок 75 и 90 (прочность бетона на сжатие в кгс/см2 после выдержки в течение

где Кф — коэффициент, выбираемый в зависимости от типа станка (для токарных станков — в пределах 0,6—1,5, для продольно-строгального 2—3);

Сс — масса станка.

По массе фундамента и габаритам станка определяют размеры

и суглинок в пластичном состоянии, пылеватый песок, насыщенный водой, идр.) допускается давление до 1,5 кгс/см2 (14,8 ДО4 Н/м2); для средней прочности грунтов (глина и суглинок в твердом состоя­ нии, супесь, пылеватый песок и другие) 1,5—3,5 кгс/см2 [(14,8 ч- ч- 34,4) ■104 Н/м2]; для прочных грунтов (глина и суглинок в твердом состоянии с минимальной естественной влажностью, песок круп­ ный и гравелистый, галька и др.) 3,5—6 кгс/см2 [(34,4 ч - 58,9) X X 104 Н/м2]; для скальных оснований более 6 кгс/см2 (более 58,9ДО4 Н/м2).

Перед установкой тяжелых и особо ответственных станков про­ веряют глубину фундамента, чтобы установить устойчивость грунта против выпирания и против опрокидывания станка; проверяют

244

также возможность появления резонансных колебаний фундамента станка.

Число собственных вертикальных колебаний фундамента со станком в минуту определяют, пользуясь формулой

где Cz — коэффициент упругого равномерного сжатия грунта (бе­ рется по справочным таблицам);

F — площадь основания фундамента; М — масса фундамента и станка.

Частота возмущающей силы станка — частота двойных ходов

вминуту ползуна строгального станка, долбяка зуборезного станка

ит. д. Во избежание появления резонанса частота собственных колебаний фундамента должна превышать частоту возмущающей силы станка не менее чем на 20%. Прецизионные станки для умень­ шения опасности появления вибраций устанавливают на фунда­ менте с изоляционной прослойкой (резина, пробка, пробковая крошка, пружины, рессоры и др.). Точность выверки станка по уровню в продольном направлении составляет 0,02—0,004 мм на 1000 мм; в поперечном — 0,03—0,05 мм на 1000 мм. Такой высокой точности установки достигают с помощью различных установочных приспособлений (подкладок, регулируемых клиньев) с последующей (после выверки) поливкой цементным раствором. Станок, устанав­ ливаемый на фундаменте, закрепляют или цементным раствором, или фундаментными болтами.

Важное значение для обеспечения длительной эксплуатации станков имеет качество ухода за ними и особенно своевременная

иправильная смазка. Смазка уменьшает износ трущихся поверх­ ностей станка (подшипников, шпинделя, передач коробки скоростей

иподач, направляющих и т. д.). Применяют индивидуальную систему смазки и централизованную с подачей масла вручную или автоматически. В качестве смазывающих материалов применяют индустриальные масла марок 12 (веретенное 2), 20 (веретенное 3), 30 (машинное Л), 45 (машинное С) и 50 (машинное СУ), цилиндровое легкое 11 (цилиндровое 2) и другие. Смазку необходимо производить при соблюдении следующих правил: 1) смазочные материалы должны быть выбраны в зависимости от условий работы смазываемых узлов; 2) при повторном использовании масел они должны быть очищены; 3) должно быть обеспечено равномерное распределение масла по всем смазываемым точкам; 4) подача масла должна про­ изводиться с соблюдением режима смазки.

Важным условием обеспечения долговечности станка и сохра­ нения точности его работы является соблюдение основных правил эксплуатации станков: должна разрешаться работа станка только на режимах, указанных в технологических картах обработки дета­ лей; периодически станок должен очищаться от стружки; должны

245

строго соблюдаться правила смазки трущихся частей и механизмов станка; должны также выполняться правила по уходу и регулиро­ ванию станка и др.

§ г. ко нтро ль точности с тан к о в

Новые или отремонтированные станки проходят испытания для проверки качества их изготовления или ремонта. С этой целью станки подвергают испытанию на геометрическую точность, на ше­ роховатость поверхности и точность обработанных деталей. Перед испытанием станок устанавливают на фундамент, выверяют по уровню и проверяют геометрическую точность станка. Геометри­ ческая точность станка определяется проверкой точности взаимо­ расположения, перемещения и соотношения движения рабочих органов, несущих обрабатываемую деталь и инструмент. Проверяе­ мые параметры, методы контроля и нормы точности, в зависимости от конструкции станка и его точности, регламентированы соответ­ ствующими ГОСТами или специальными техническими условиями.

При испытании на точность токарного станка общего назначения проверке согласно ГОСТу 42—56 подлежат следующие параметры: прямолинейность продольного перемещения суппорта в горизонталь­ ной плоскости; правильность расположения осей отверстий шпин­ деля передней бабки и пиноли на одинаковой высоте над направляю­ щими станины для суппорта; величина радиального биения цент­ рирующей шейки и оси отверстия шпинделя передней бабки; параллельность оси отверстия шпинделя передней бабки направле­ нию продольного перемещения суппорта и ряд других.

Прямолинейность продольного перемещения суппорта в гори­ зонтальной плоскости проверяют с помощью цилиндрической оправки (чаще длиной I = 1000 м), закрепленной между центрами передней и задней бабки и индикатора, установленного на суппорте (рис. 172, а). Положение задней бабки регулируют смещением ее в поперечном направлении таким образом, чтобы показания инди­ катора у левого и правого концов оправки были одинаковыми. Отклонения не должны превышать 0,02 мм на 1 м хода суппорта.

Расположение осей отверстий шпинделя передней бабки и пиноли задней бабки на одинаковой высоте над направляющими станины для суппорта проверяют при положении задней бабки на 1/4 наи­ большего расстояния между центрами. Проверку производят с по­ мощью оправок (с концевыми цилиндрическими шейками), встав­ ленных в отверстия шпинделя и пиноли задней бабки, и индикатора, устанавливаемого на суппорте (рис. 172, б). Определение наиболь­ шего показания индикатора по шейке оправки шпинделя произво­ дят у ее верхней образующей при перемещении в поперечном на­ правлении верхнего суппорта вперед и назад. Такое же измерение без изменения положения индикатора на суппорте производят по шейке оправки задней бабки. Наибольшее показание индикатора для станков с наибольшим диаметром обрабатываемой детали до

246

400 мм должно находиться в пределах 0,06 мм. Ось отверстия линоли может быть только выше оси отверстия шпинделя передней бабки.

Радиальное биение центрирующей шейки шпинделя передней бабки проверяют с помощью индикатора, измерительный стержень которого, касаясь шейки шпинделя, устанавливают перпендику­ лярно к образующей шейки (рис. 172, в). Шпиндель приводят во вращение. Радиальное биение шейки шпинделя для станков с наи-

Рис. 172. Схемы проверки точ­ ности токарного станка

большим диаметром обрабатываемой детали до 400 мм не должно превосходить 0,01 мм.

Осевое биение шпинделя передней бабки измеряют с помощью оправки, вставленной в отверстие шпинделя и индикатора, установ­ ленного на станке (рис. 172, г). Измерительный стержень индика­ тора касается торца оправки у его центра. Шпиндель приводят во вращение. Для станков с наибольшим диаметром обрабатываемой детали до 400 мм осевое биение шпинделя не должно превосходить 0,01 мм.

Радиальное биение оси отверстия шпинделя передней бабки проверяют с помощью оправки длиной I = 300 мм, вставленной в отверстие шпинделя и индикатора, установленного в штативе, который закреплен в резцедержателе станка (рис. 172, д). Измери­ тельный стержень индикатора касается поверхности оправки. Шпиндель приводят во вращение. Для станков с наибольшим диа­

247

метром обрабатываемой детали до 400 мм радиальное биение оси отверстия шпинделя у торца шпинделя (а) не должно превосходить 0,01 мм, а на расстоянии / = 300 мм от него (б) не должно пре­ восходить 0,02 мм.

Параллельность оси шпинделя передней бабки направлению

закрепленным в штативе, который установлен на суппорте станка (рис. 172, е). Измерительный стержень индикатора касается поверх­ ности оправки. Измерение производят по верхней а и по боковой b образующим оправки. При проверке измерение производят по двум диаме­ трально противоположным образующим

в вертикальной плоскости возможно только вверх и может нахо­ диться в пределах 0,03 мм, а в горизонтальной — только в сторону суппорта и не должно превышать 0,012 мм.

Точность работы станка определяют путем проверки овальности и конусности наружной цилиндрической поверхности образца после его чистовой обработки. Овальность (А) определяют по максимальной разности взаимно перпендикулярных диаметров (рис. 173): А = ( D — б)тах. Конусность (относительную) опреде­ ляют по максимальной разности диаметров, расположенных в одной

В качестве образца принимают стальной или чугунный валик (или планшайбу для станков с наибольшим диаметром обрабаты­ ваемой детали более 800 мм) с диаметром не менее 1/8 наибольшего диаметра обрабатываемой детали, но и не более 300 мм и с длиной, равной трем его диаметрам, но не более 500 мм. Измерения произ­ водят пассаметром или микрометром. Для станков с наибольшим диаметром обрабатываемой детали до 400 мм допустимые овальность и конусность на длине 100 мм составляют 0,01 мм.

§ 3. МОДЕРНИЗАЦИЯ СТАНКОВ

Снижение трудоемкости механической обработки обеспечивается сокращением машинного и вспомогательного времени. Одним из путей сокращения машинного времени является перевод металлоре­

248

жущих станков на обработку деталей с высокими скоростями реза­ ния и большими подачами. Перевод металлорежущих станков старых конструкций на повышенные режимы резания часто ограничивается частотой вращения шпинделя, мощностью и жесткостью станка, поэтому для повышения производительности станки подвергают модернизации. Модернизация станков, связанная с увеличением частоты вращения шпинделя и мощности станка, заключается в со­ вершенствовании приводов главного движения и движения подачи.

Сущность совершенствования привода состоит в достижении больших значений частоты вращения и мощности на шпинделе (или другом рабочем органе) станка.

Увеличение частоты вращения шпинделя достигается увеличе­ нием передаточного отношения от электродвигателя до шпинделя. На рис. 174, а показана схема увеличения частоты вращения шпин­ деля фрезерного станка путем увеличения передаточного отношения

Рис. 174. Схемы модернизации привода главного движения

ременной передачи (увеличивается диаметр шкива Dx и умень­ шается диаметр шкива D2); на рис. 174, б — увеличение передаточ­

увеличить частоту вращения шпинделя и путем ликвидации ремен­ ной передачи и присоединения вала электродвигателя непосредст­ венно к валу коробки скоростей (рис. 174, в).

Во избежание преждевременного износа станка от более высоких динамических нагрузок, возникающих в связи с увеличением частоты вращения шпинделя и мощности главного привода станка, необходимо проводить проверочный расчет элементов привода (зубчатых передач, опор) для выявления слабых звеньев и усиления их путем применения более качественных материалов, термической ■обработки, усовершенствования конструкции и других мероприя­ тий. Если невозможно использовать старую кинематическую цепь привода, применяют установку приставной коробки скоростей. При обработке деталей с большими подачами для увеличения ско­ рости привода подач вводят изменение передаточного отношения цепи привода подачи.

Недостаточная жесткость и виброустойчивость станков часто ограничивают повышение режимов резания. Жесткость модернизи­

249

руемых станков может быть повышена уменьшением зазоров в узлах станка, заменой шпиндельных подшипников скольжения подшип­ никами качения, снижением числа промежуточных звеньев в при­ воде главного движения и подач, заменой слабых звеньев станка более прочными.

Резервом сокращения вспомогательного времени является меха­ низация трудоемких работ и автоматизация отдельных операций и всего цикла обработки деталей. Путем конструктивных изменений отдельных звеньев, а также оснащения станков средствами автома­ тического управления можно значительно сократить затраты вре­ мени на вспомогательные работы. Оснащение станков упорами с применением мерных плиток сокращает время на установку инструмента на размер и на контроль размеров обрабатываемой детали. Например, жесткий упор, прикрепленный к станине токар­ ного станка, имеет микрометрический винт для точной установки на один размер. Между упором и суппортом помещают мерные плитки, длины которых равны длинам ступеней вала. Снимая или устанавливая мерные плитки, можно производить обточку ступеней вала.

Вспомогательное время на выключение шпинделя станка, за­ трачиваемое каждый раз после обработки детали, может быть исклю­ чено при оснащении станка автоматическим управлением останова шпинделя в конце обработки деталей. Оснащение станка зажимными патронами, действующими от пневматического привода, значи­ тельно сокращает вспомогательное время на установку и снятие детали. Оборудование станков-полуавтоматов загрузочными устрой­ ствами для установки заготовок и снятия их после обработки пре­ вращает эти станки в автоматы с полным автоматическим циклом обработки.

§4. АВТОМАТИЗАЦИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СТАНКОВ

Внастоящее время в машиностроении имеется тенденция к авто­ матизации универсальных станков на основе оснащения их копиро­

вальными устройствами (гидравлическими, пневмогидравлическшѵш и электрическими) и программным управлением. Автоматизация значительно повышает производительность станков даже в условиях мелкосерийного производства, в котором наибольшее применение имеют универсальные станки.

Копировальные устройства. Оснащение токарных станков ко­ пировальными устройствами облегчает процесс изготовления сту­ пенчатых валов, фасонных поверхностей и других подобных деталей.

При обработке с использованием копировального устройства путь движения резца определяется профилем копира. В некоторых случаях в качестве копира может быть использована первая деталь, выточенная обычным путем. При обработке с копировальным устройством наконечник следящей системы передвигается вдоль

250