книги / Основы технологии машиностроения. Методы обработки заготовок и технологические процессы изготовления типовых деталей машин

Основными базами шпинделя являются его опорные шейки, но так как использовать их в качестве технологиче- ской базы в последующем не представляется возможным, то, пользуясь ими, вначале осуществляют подрезку (фрезе- рование) торцов и центрование (выполнение центровых отверстий). Поверхности центров служат в дальнейшем технологическими базами.

Технологическая схема обработки шпинделя токар- ного станка приведена в табл. 12.5.

Т а б л и ц а 1 2 . 5

Технологический маршрут обработки шпинделя токарного станка

П р о д о л ж е н и е т а б л . 1 2 . 5

П р о д о л ж е н и е т а б л . 1 2 . 5

О к о н ч а н и е т а б л . 1 2 . 5

Черновую обработку осевого отверстия шпинделя обычно выполняют на специальных станках типа РТ-54 для глубокого сверления. Технологическими базами являются поверхности двух шеек шпинделя, одну из которых зажи- мают в патроне станка, а другую устанавливают в люнет. Осевые отверстия в зависимости от диаметра обрабатывают специальными сверлами (ружейными, пушечными, перо-

304

выми, кольцевыми) и резцовыми головками. Отверстия больших диаметров обрабатывают многорезцовыми рас- точными головками.

После выполнения черновых операций заготовку шпинделя направляют на термическую обработку (нормали- зацию и улучшение), способствующую перераспределению внутренних напряжений (после удаления слоя металла) и улучшению обрабатываемости заготовки. Термообработка завершается операцией правки на правильных станках.

После правки производят чистовую обработку осево- го отверстия на станках для глубокого сверления, так же, как при черновой обработке. Эта операция является очень ответственной, так как она должна обеспечить концентрич- ность и соосность наружных поверхностей с поверхностя- ми осевого отверстия, являющегося технологической базой при последующей обработке наружных поверхностей.

Чистовую обработку наружных поверхностей выпол- няют так же, как и черновую, на токарно-копировальных станках типа МР-24. Припуск, оставляемый для чистовой обработки, составляет 0,25–0,4 мм на сторону.

После чистовой обработки наружных и внутренних по- верхностей обрабатывают шлицы на горизонтальном шли- цефрезерном полуавтомате типа 5350Б червячной шлицевой фрезой. Шпоночные канавки обрабатывают торцовыми, дис- ковыми или концевыми фрезами на универсальных фрезер- ных станках или на специальных шпоночно-фрезерных полу- автоматах типа 692А. Точность углового расположения шпо- ночных канавок обеспечивают делительной головкой, если шпиндель устанавливают в центрах, или делительным дис- ком, надеваемым на шейку шпинделя и закрепляемым сто- порным болтом. Далее обрабатывают отверстия во фланце, а также нарезают резьбу. В качестве технологических баз при сверлении и нарезании резьбы используют основные базы шпинделя. То, что отклонение от соосности отверстий нахо-

305

дится в пределах допуска, достигается накладными приспо- соблениями, центрируемыми по конусу фланца.

В зависимости от марки стали полностью обработан- ную (начерно и начисто) заготовку шпинделя подвергают термической обработке. Наиболее распространенным спо- собом такой обработки является поверхностная закалка с применением нагрева токами высокой частоты (ТВЧ). При этом способе тепло образуется в поверхностном слое обрабатываемой заготовки, и температура основной массы металла вследствие кратковременности нагрева (0,5–20 с) не изменяется, что предохраняет заготовку от деформации и предотвращает образование окалины. Глубину закаленного слоя можно автоматически регулировать в пределах 1–5 мм. Твердость закаленного слоя HRC 48–52 постепенно снижа- ется от наружной поверхности заготовки к ее оси.

К числу ответственных операций относится отделка наружных поверхностей шпинделя. Эту операцию выпол- няют на шлифовальных станках типа 3161Т и обычно подразделяют на предварительную и окончательную. Ме- жду этими операциями шпиндели подвергают естествен- ному старению путем вылеживания в течение 2–12 часов, а шпиндели высокоточных станков иногда подвергают искусственному старению. Шпиндели шлифуют на круг- лошлифовальных станках с применением мелкозернистых кругов. Для обеспечения соосности и концентричности наружных и внутренних поверхностей используют по- верхности осевого отверстия шпинделя. Кроме шлифова- ния, поверхности шеек шпинделя, которые работают в опорах скольжения, подвергают суперфинишированию.

После отделки шеек шпинделя приступают к отделоч- ной обработке осевого отверстия на внутришлифовальном станке, используя в качестве технологической базы поверх- ности передней опорной шейки, устанавливаемой в люнете,

306

ишейки противоположного конца шпинделя, зажимаемой в самоцентрирующемся трехкулачковом патроне.

Завершающей операцией обработки шпинделя явля- ется балансировка. Шпиндели быстроходных станков вы- сокой точности, особо высокой точности и прецизионных станков балансируют в собранном виде. Погрешности изго- товления и монтажа шпиндельного узла, а также различная плотность металла деталей, входящих в шпиндельный узел, приводят к неуравновешенности, что может вызвать появ- ление вибраций при эксплуатации. Вибрации снижают стойкость режущего инструмента, ухудшают качество об- рабатываемых поверхностей и увеличивают износ опор подшипников и шеек шпинделя.

Неуравновешенность может быть статической, когда центр тяжести шпиндельного узла не совпадает с осью вращения (она вызывает возникновение центробежной си- лы) и динамической, когда действие неуравновешенных масс вызывает появление пары сил и центробежных мо- ментов, не равных нулю. Для устранения неуравновешен- ности шпиндельный узел необходимо балансировать в соб- ранном виде. В соответствии с двумя видами неуравнове- шенности существует два вида балансировок – статическая

идинамическая.

Статическую балансировку применяют для деталей, у которых отношение длины к диаметру менее единицы (маховики, диски, зубчатые колеса).

У шпинделей металлорежущих станков отношение длины к диаметру во много раз более единицы. В связи с тем, что на шпинделе станка монтируют целый ряд деталей (зубчатые колеса, гайки, подшипники, фланцы и т.д.), для шпиндельного узла в сборе характерны оба вида неуравно- вешенности. Поэтому шпиндельный узел в сборе подверга- ют динамической балансировке, которая устраняет их.

307

Динамическую балансировку производят на специ- альных балансировочных станках. Допускаемый дисбаланс от 10 до 50 г см (в зависимости от размера шпиндельного узла и числа оборотов).

12.3.2. Технологические процессы обработки ходовых винтов

Ходовые винты станков служат для преобразования вращательного движения винта в поступательное переме- щение (с помощью сопряженной с ним гайки) различных узлов станка (суппортов, кареток, фартуков, столов и др.) с заданной точностью.

На рис. 12.17 показан внешний вид ходовых винтов металлорежущих станков.

Рис. 12.17. Ходовые винты металлорежущих станков

Ходовые винты металлорежущих станков имеют дли- ну, более чем в 30 раз превышающую диаметр, и глубокие винтовые канавки на большей части тела винта. Жесткость этих ходовых винтов очень мала, поэтому необходимы спе- циальные приемы их обработки, транспортировки и хране- ния. Эти приемы могут служить примером изготовления не- жестких деталей со сложной многократной обработкой.

Основной технологической задачей при изготовле- нии ходовых винтов металлорежущих станков является получение точной резьбы, соосной с опорными шейками и буртиками.

308

Ходовые винты в зависимости от степени точности перемещения, которую они обеспечивают, делятся на пять классов: 0, 1, 2, 3, 4.

Вметаллорежущих станках в основном применяют ходовые винты 0–3-го классов точности. Ходовые винты класса точности 0–1 применяют в прецизионных резьбо- шлифовальных, координатно-расточных станках и точных приборах. Винты класса точности 2 – в токарно-затыловоч- ных, прецизионных токарно-винторезных станках и дели- тельных механизмах зубообрабатывающих станков. Винты класса точности 3 применяют в токарно-винторезных, резь- бофрезерных и других станках нормальной точности. Винты 4-го класса точности применяют для прочих станков, ис- пользуемых для предварительной обработки заготовок.

Профиль резьбы ходовых винтов может быть прямо- угольным, полукруглым, трапецеидальным и треугольным. Винты с трапецеидальным профилем позволяют с помо- щью разрезной гайки регулировать осевые зазоры.

Втабл. 12.6 приведены основные технические усло- вия на изготовление ходовых винтов.

Т а б л и ц а 1 2 . 6

Технические условия изготовления ходовых винтов

309

Наружный диаметр ходовых винтов классов 0, 1, 2 выполняют по посадке h6; класса 3 – по посадке h7; клас- са 4 – по посадке h8. Шероховатость поверхности опорных шеек Ra = 0,32…0,63 мкм.

Основные трудности при изготовлении ходовых вин- тов связаны с особенностью их формы. Эти особенности формы винтов способствуют появлению деформаций при обработке. Деформации появляются из-за недостаточной жесткости винта при приложении сил резания, из-за внут- ренних напряжений в металле при нарезании резьбы, из-за изменения температуры при обработке. Деформации можно уменьшить правильным подбором металла и термообработ- кой, созданием простых, технологичных конструкций вин- тов, уменьшением колебаний температуры в производствен- ных помещениях, транспортировкой и хранением в верти- кальном положении.

Для закаливаемых и шлифуемых ходовых винтов классов точности 0 и 1 применяют стали У10А, ХВГ и 65Г; для термически необрабатываемых винтов – калиброван- ную горячекатаную сталь А40Г.

Заготовки получают из прутков сортового материала, разрезанных на куски, соответствующие длине винта. Прут- ки горячекатаной стали до разрезания на куски правят на правильном станке и обтачивают на бесцентрово-токар- ном станке. Прутки из калиброванного материала до разре- зания не обрабатывают.

Припуски на обработку назначают в зависимости от размера диаметра винта с учетом возможных деформа- ций при черновой обработке и необходимости перецен- тровки. В среднем для винтов диаметром 40–50 мм дается припуск 5–7 мм на сторону, для винтов диаметром свы- ше 50 мм – 6…8 мм на сторону. По сортаменту прутково- го материала соответствующей марки подбирают бли- жайший по размеру диаметр прутка.

310