книги из ГПНТБ / Якобсон, Михаил Осипович. Технология станкостроения

для ступенчатых валов небольшого диаметра (20—25 мм) полу­ чаются высадкой сначала головки, а затем всех остальных ступеней

(фиг. 201).

Заготовки для ступенчатых валов изготовляют также и на

прецизионных ротационно-ковочных машинах с максимальным усилием до 100 т. Формообразование путем ковки бойками и до­

ведение таким образом заготовки от толстых до тонких сечений (фиг. 202) производится в горячем или холодном состоянии за несколько операций за одну или две установки. Заготовка, по­ лученная на ротационно-ковочной машине, обеспечивает коэф­ фициент использования металла до 0,9; эта заготовка имеет точ­ ные размеры (отклонения по диаметру +0,2— ±0,3 мм) и требует минимальной механической обработки наружных поверхностей.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МАРШРУТ ОБРАБОТКИ ГЛАДКИХ СТУПЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

Основными точностными параметрами механической обработ­

ки валов являются точность диаметральных и продольных раз-

I—--------------------------------------------- L

Фиг. 203. Технологический маршрут обработки ступенчатого вала.

меров, точность формы в поперечном сечении, соосность различ­ ных ступеней, чистота поверхностей посадочных шеек и шлицев.

Рассмотрим технологический маршрут механической обработки ступенчатого вала (фиг. 203). Ступенчатый вал из стали 45 изго­

товляется в крупносерийном производстве в переменно-поточной

линии по следующему технологическому маршруту: отрезка штучной заготовки диаметром D\ штампование заготовки; одновременное фрезерование двух торцов и центрование; чер­ новое обтачивание поверхностей диаметрами dit d2, d§, ds-t подрез­ ка торцов, чистовое обтачивание поверхностей диаметрами rf3, d6, ds и О; прорезка канавок; снятие фасок; шлифование поверхно­

сти диаметром +; шлифование поверхности диаметром с/8; фрезеро­ вание резьбы на поверхности диаметром di и d8; сверление отвер­ стий; зачистка заусенцев и промывка.

Подрезку торцов заготовки производят на торцефрезерном станке торцовыми фрезами. Эту операцию целесообразно выпол­ нять на агрегатном торцефрезерном станке, где за один уставов

заготовки одновременно с двух сторон производят фрезерование

301

торцов и центрование заготовки комбинированными сверлами.

При выполнении этой операции технологической базой является наружная поверхность заготовки, установленной в призмах.

Если операция центрования выполняется отдельно от подрезки торцов, то используют двусторонние центровальные станки.

В этом случае при центровании технологическая база та же, что и при фрезеровании торцов.

Черновую и чистовую обработку цилиндрических поверхностей производят в зависимости от конфигурации и жесткости ступенча­ того вала на многорезцовых или токарно-копировальных станках.

При токарной обработке ступенчатых валов широко приме­ няется концентрация операций. Особенно эффективна концентра­

ция операций при групповой обработке ступенчатых валов, близ­ ких по конфигурации и размерам.

На многорезцовых станках при обработке жестких валов кон­ центрация операций достигается тем, что одновременно в обра­ ботке поверхностей вала участвует 10, а иногда и большерезцов.

Если заготовкой ступенчатого вала является качественная штамповка с небольшими припусками, то, концентрируя операции, часто объединяют при обработке на многорезцовом станке черно­ вое и чистовое обтачивание наружной поверхности, получая за один проход размеры детали в пределах 3-го класса точности. То­ карная обработка коротких и достаточно жестких валов в крупно­ серийном производстве может выполняться на вертикальных многошпиндельных полуавтоматах непрерывного действия. При­ менение этих высокопроизводительных станков сокращает произ­

водственную площадь, требующуюся под станки.

В последнее время получило широкое распространение точе­ ние наружной поверхности ступенчатого вала на токарных стан­ ках с копировальными устройствами или на токарно-копироваль­ ных станках со следящей системой. На этих станках обработку всей наружной поверхности ступенчатого вала производят по ко­ пиру одним или двумя резцами. Копировальные суппорты этих станков, несущие режущие инструменты, могут получать автомати­

ческие ускоренные подачи при перемещении по участкам заготовки, не требующим обработки.

На токарно-копировальных станках копировальные суппорты можно устанавливать с наклоном в правую и левую стороны для обработки ступеней детали, расположенных со стороны задней и передней бабок.

При обработке деталей на токарно-копировальных станках в качестве копиров могут быть использованы цилиндрические ко­ пиры, плоские копиры и даже готовая деталь. Копир должен иметь длину, обеспечивающую возможность удобного входа и вы­ хода резца. Ответственные размеры копиров изготовляют в пре­

делах 2-го класса точности и 7-го класса чистоты.

Плоские копиры применяют при обработке деталей больших размеров и сложной формы.

302

токарный станок, оснащенный специальным гидрокопировальным суппортом, однако токарно-копировальные станки вследствие большой жесткости обеспечивают более высокую точность обра­ ботки.

Многорезцовые и токарно-копировальные станки могут быть оснащены автоматическими загрузочными устройствами и встрое­ ны в автоматическую линию. Несколько подобных линий построено.

Так многорезцовые станки с загрузочными устройствами уста­

новлены в автоматической линии для обработки гладких ступенча-

Фиг. 205. Схема охлаждения микротуманом.

тых валов роторов электродвигателей. Токарно-копировальные станки с загрузочными устройствами установлены в автоматиче­ ской линии для обработки ступенчатых шлицевых валов станков.

При обработке на токарно-копировальных станках необходимо обеспечить подвод охлаждающей жидкости к режущему инструмен­ ту. Эффективно применение охлаждающей жидкости, подводимой сжатым воздухом. Подобная система охлаждения (фиг. 205) состо­ ит из фильтра 1 для очистки воздуха, регулятора давления 2, луб­

рикатора 3 для создания микротумана, дополнительного золотника

4 с электромагнитным управлением для подачи охлаждающей жид­ кости через насадку 5 снизу режущей кромки резца 6. Охлаждение микротуманом повышает стойкость инструмента и улучшает чисто­

ту обработанной поверхности.

После чистовой токарной обработки ступенчатые валы, не под­ вергающиеся термической обработке, шлифуют на круглошлифо­ вальных станках. Короткие шейки (длиной до 30 мм) шлифуют методом врезания, а длинные шейки (более 30 мм) — с при­ менением продольной подачи. В крупносерийном производстве бо­ лее эффективно обрабатывать наружные поверхности валов на мно-

гокамневых шлифовальных станках.

На автоматической линии гладких ступенчатых валов наруж-

304

ные поверхности шлифуют методом врезания на круглошлифоваль­ ных многокамневых и бесцентрово-шлифовальных станках.

На токарных и круглошлифовальных станках технологиче­ ской базы для установки ступенчатого вала служат центровые отвертия. Крепление вала осуществляют с помощью патрона или

хомутика.

При изготовлении ступенчатых валов, подвергающихся терми­

ческой обработке, чистовую токарную обработку производят с при­ пуском под шлифование с учетом возможной деформации при тер­ мической обработке.

Современные шлифовальные станки оснащают не только авто­ матическими загрузочно-разгрузочными устройствами, но и изме­ рительными устройствами, предназначенными для автоматического

управления циклом работы станка и для его подналадки. Приме­ няют различные способы автоматических измерений размеров об­ рабатываемых шлифованием деталей: в процессе обработки, после обработки и комбинированный. В процессе обработки шлифуемые детали измеряют Непосредственно или косвенно по величинам

перемещений некоторых из звеньев станка (бабок, салазок и дру­

гих элементов), определяющих размер изготовляемой детали.

При измерении деталей после обработки получают более точ­ ные результаты, так как отпадают погрешности, вызываемые вра­ щением детали, разбрызгиванием охлаждающей жидкости, нагре­ вом детали и вибрациями станка.

Наиболее совершенным является комплексный метод, при кото­

ром измерения производятся в процессе обработки и после нее.

При обработке шлифованием методом врезания ступенчатых валов измерительное устройство устанавливают на одной из обраба­

тываемых ступеней, у которой допуск на обработку минимальный. По результатам измерений подаются импульсы на осуществле­ ние различных этапов процесса шлифования (черновое шлифова­ ние, чистовое шлифование, выхаживание), на подналадку станка, на правку круга и на выключение станка. Приборы для автома­ тического контроля обеспечивают устойчивый процесс шлифова­ ния, вследствие чего достигаются высокая точность по размерам и геометрической форме и требуемая чистота поверхности. Эти изме­ рительные приборы выполняют пневматическими или пневмо-

электрическими.

В последнее время начали применяться шлифовальные станки с бесступенчатым регулированием чисел оборотов обрабатываемой детали и шлифовального круга. Эти станки обеспечивают постоян­ ство окружной скорости шлифовального круга при уменьшении его

диаметра вследствие изнашивания и позволяют производить шли­ фование на наиболее рациональных режимах, сохраняя неизменным принятое соотношение между скоростями детали и круга.

Применение шлифовальных станков с бесступенчатым регули­ рованием чисел оборотов обрабатываемой детали и круга целе­ сообразно в мелкосерийном производстве при обработке на одном станке большого количества разнообразных деталей.

Эффективность шлифования значительно повышается при

охлаждении шлифовального круга двумя жидкостями: одной изнут­ ри (смазывающей) и другой снаружи (охлаждающей). Масло вво­ дится через фланец шлифовального круга и по каналам попадает

на внутреннюю поверхность круга. Под действием центробежной си­ лы масло через поры круга проникает на его наружную поверх­ ность и создает пленку, снижающую трение между кругом и де­ талью. При охлаждении двумя жидкостями резко уменьшается из­ нашивание круга и не происходит его засаливание. Оборудование,

применяемое в крупносерийном производстве ступенчатых валов,

можно целесообразно использовать и в серийном производстве.

При изготовлении ступенчатых валов в мелкосерийном произ­ водстве эффективно при токарной обработке применение универ­ сального токарного станка с программным управлением мод. 1К62 ПУ. Применение программного управления, предназначенно­ го для автоматизации цикла обточки ступенчатых валов, позволяет осуществлять быструю и простую переналадку станка для обработ­

ки различных размеров валов с любым количеством ступеней и ка­ навок. Программа (исходные данные) для обработки детали на­ носятся на бумажную ленту в виде отверстий, расположенных по пяти продольным дорожкам. При отключении программного управ­ ления на станке можно выполнять любые виды работ, для кото­ рых предназначен обычный универсальный станок.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МАРШРУТ ОБРАБОТКИ ШЛИЦЕВЫХ СТУПЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

Обработка шлицевых ступенчатых валов осуществляется в круп­ носерийном и серийном производстве по двум технологическим мар­ шрутам: первый для валов, не подвергающихся термической обра­ ботке, второй для закаливаемых валов.

Первый маршрут предусматривает следующую последователь­ ность операций: подрезание торцов, центрование, черновая токар­ ная обработка цилиндрических поверхностей, чистовая токарная

обработка цилиндрических поверхностей, шлифование цилиндриче­ ских поверхностей, черновое нарезание шлицев, чистовое нарезание шлицев, снятие заусенцев и промывка.

Второй маршрут для шлицевых валов, подвергающихся закалке состоит из следующих операций: подрезание торцов, центрование,

черновая токарная обработка цилиндрических поверхностей, чистовая токарная обработка цилиндрических поверхностей, наре­ зание шлицев с припуском под шлифование, термическая обработ­ ка, шлифование цилиндрических поверхностей, шлифование поверх­ ностей шлицев, снятие заусенцев и промывка.

Первые операции — подрезка торцов, центрование, обтачива­ ние и шлифование наружных поверхностей — выполняются так же, как и при изготовлении гладких ступенчатых валов.

Операции, связанные с обработкой шлицев, являются наиболее сложными и трудоемкими.

306

Нарезание шлицев производят ооычно на шлицефрезерных или зубофрезерных станках, червячной фрезой методом обкатки при

сравнительно низких режимах резания (ц = 20-е30 м]мин и s =

-----20 мм/мин).

Применение на шлицефрезерных стан­ ках многозаходных червячных фрез за­ труднено, так как не обеспечивается тре­ буемая точность обработки.

методы нарезания.

Разработан и внедрен процесс нарезания прямобочных шлицев, состоящий из предварительного фрезерования шлицев фасонны­

ми дисковыми фрезами и чистового фрезерования боковых поверх­ ностей шлицев торцовыми фрезами, оснащенными твердым спла­

вом. При предварительном фрезеровании одновременно фрезе­ руют две шлицевые впадины. При обработке вала с центрированием по наружной поверхности или по боковым поверхностям шлицев обрабатывают по заданным в чертеже размерам поверхность внутреннего диаметра d и наружные фаски шлицев, что обеспе­ чивается профилем фасонных фрез (фиг. 206).

Предварительное фрезерование шлицев осуществляется на го­ ризонтальноили продольно-фрезерном станке в делительном двух­ местном приспособлении для одновременной обработки двух валов.

Обработку валов из среднеуглеродистых сталей производят

при режиме v = 30ч-35 м)мин и s = 190 mmImuh.

Чистовое фрезерование шлицев выполняют на горизонтально-

и продольно-фрезерных станках с применением точных делитель­ ных приспособлений (фиг. 207).

ликами на специальных станках. Рейками накатывают шлицы с мо­ дулем до 1,5 мм, роликами — с модулем до 3 мм. Диаметр заготов­ ки меньше наружного диаметра готового вала и обычно равен диа­ метру начальной окружности. Холодное накатывание может быть осуществлено как методом радиальной подачи, так и осевой (бес­

центровый метод). Валы с накатными шлицами могут выдерживать более высокие нагрузки (примерно на 40%), чем обработанные

фрезерованием или зубостроганием. В ряде случаев холодное нака­ тывание шлицев позволяет отказаться от термической обработки и шлифования.

Накатыванием можно получать шлицы непосредственно до за­ плечика без подрезки торца соседней ступени вала, что дает хо­

рошую опорную поверхность и не снижает прочности вала. Шлицы могут быть также образованы с любого участка детали. Валы с

накатными шлицами имеют высокое и стабильное качество поверх­ ности и точность при небольших затратах труда. Допуск на размер может быть получен в пределах 0,02—0,03 мм, а чистота обрабо­ танной поверхности в пределах 8—9-го класса.

Шлицы накатывают за одну операцию.

Производительность процесса накатывания во много раз выше применяющихся методов обработки шлицев. При накатывании шлицы могут быть образованы в 20—30 раз быстрее, чем при фре­ зеровании. Замена процесса зубофрезерования шлицев их накаты­ ванием позволяет получить экономию до 25% производственной площади и значительное количество металла.

Стойкость реек между переточками 30 000—50 000 деталей. Пе­ реналадка станка для накатывания шлицев не требует больших затрат времени.

Операцией нарезания шлицев завершается обработка ступенча­ того шлицевого вала, не требующего термической обработки и центрируемого по наружной поверхности.

Все валы, требующие термической обработки, а также и не тре­ бующие термической обработки, но центрируемые по поверхности диаметром d, подвергают дальнейшей обработке.

На шлицевых валах, центрируемых по поверхности диаметром d, производят шлифование всех поверхностей, образующих профиль шлица за один установ профильным кругом или за два установа. В последнем случае за первый установ шлифуют боковые поверхно­ сти, за второй — поверхность диаметром d. Метод раздельного шли­ фования боковых поверхностей и поверхности диаметром d шлице­ вого вала более трудоемкий.

У термически обработанных валов с центрированием по наруж­ ной поверхности шлифуют только боковые плоские поверхности шлицевых впадин, вследствие чего их обработка значительно проще

и экономичнее, чем обработка валов с центрированием по внутрен­ ней поверхности.

Оборудование для токарных и шлифовальных операций, приме­ няемое в крупносерийном производстве шлицевых валов, может быть эффективно использовано и в серийном производстве; в мел-

309