2.1.7. Обработка основных отверстий

Обработку основных отверстий выполняют на горизонтально-расточных, координатно-расточных, сверлильных, агрегатных и многоцелевых станках. При обработке используют различный режущий инструмент: сверла, развертки, зенкера, резцы, расточные головки, расточные пластины.

Сверлениеприменяют для получения отверстий в сплошном материале. Отверстия диаметром более 25 мм получают рассверливанием. Сверлением и рассверливанием отверстий обеспечивается точность диаметра по 11, 12 квалитету. Шероховатость поверхности составляет12- 40 мкм.

Зенкерование применяют для обработки отверстий, полученных сверлением, а также отверстий в литых заготовках диаметром до 170 мм. Зенкеры по конструкции делятся на цельные и насадные (рис. 2.15,а;б). Зенкерованием исправляют погрешности формы и расположения отверстий, полученных сверлением. Зенкерованием обеспечивается точность диаметра по 10 квалитету. Шероховатость поверхности составляет 2,5 – 5 мкм.

Развертываниеявляется основным методом чистовой обработки, которым обеспечивается 6-9 квалитет. Шероховатость поверхности составляет 0,63-1,25 мкм. Развертывание применяют после сверления, зенкерования или растачивания. Развертки могут быть цельными или насадными с пластинами из быстрорежущей стали или твердого сплава (рис. 2.15, ж). Высокая точность обеспечивается только при совмещении осей развертки и отверстия. Для этого используют плавающие патроны и оправки (рис. 2.16, а). Для отверстий диаметром более 25 мм применяются самоцентрирующиеся развертки с плавающими пластинами (рис. 2.16, б).

В серийном производстве широко применяют комбинированный инструмент (рис. 2.17). При этом осуществляются различные виды черновой и чистовой обработки одной или нескольких поверхностей: сверление, зенкерования, развертывание, растачивание, подрезка торцов. Это повышает производительность, точность обработки и сокращает номенклатуру режущего инструмента.

Растачивание применяют для черновой и чистовой обработки. Расточные резцы оснащают твердосплавными пластинами. Достоинством резцов является их простота и универсальность. За счет регулировки вылета резца на оправке – борштанге можно получать отверстия разного диаметра, что важно в условиях мелкосерийного производства, когда не всегда имеется мерный инструмент. Для получения точных отверстий используют регулировку вылета резца с помощью микрометрических винтов (рис. 2.15, в). Растачивание резцами лучше, чем любой другой метод обеспечивает прямолинейность оси и соосность отверстий. Чистовым растачиванием обеспечивается точность диаметра по 9 квалитету. Шероховатость поверхности составляет 2,5 – 5 мкм. Растачивание можно выполнять двумя резцами одновременно (рис. 2.15,г). При этом уменьшается изгиб борштанги, т.к. радиальные силы резания направлены навстречу друг другу.

Для черновой обработки отверстий в литых заготовках диаметром более 100 мм применяют многорезцовые расточные головки с твердосплавными пластинами. Перестановкой пластин можно изменять диаметр отверстия на10 – 20 мм. Головки могут быть цельными или разъемными (рис. 2.15, д; е ). Последние можно перемещать вдоль борштанги и и закреплять в любом месте.

Для чистовой обработки отверстий применяют расточные блоки с плавающими пластинами из быстрорежущей стали или с напайками из твердого сплава. Блок свободно устанавливается в паз оправки с возможностью перемещения в радиальном направлении и самоценрируется по отверстию аналогично пластинам развертки на рис. 2.16, б.

Горизонтально-расточные станкиявляются основным оборудованием для обработки отверстий. Компоновка этого станка представлена на рис. 2.18. Движение подачи по координатеZосуществляется шпиндельной бабкой 1, которая имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении вдоль стойки 3 по координатеY. Поворотный стол 2 имеет перемещение в поперечном направлении по координатеX. На этих станках можно выполнять различные виды обработки, в том числе фрезерование (рис. 2.19).

Точность расположения основных отверстий относительно технологических баз и точность межосевых расстояний при растачивании основных отверстий на горизонтально-расточных станках достигается одним из следующих способов: по разметке, методом пробных ходов, координатным методом и с помощью кондукторов.

При обработке по разметкекернением намечают центр и циркулем проводят окружность. Затем совмещают ось шпинделя с центром будущего отверстия, которое затем обрабатывается различным инструментом. Указанным методом обеспечивается точность межосевого расстояния в пределах 0,05 мм.

При обработке методом пробных ходовотверстия размечают и предварительно обрабатывают по 7 квалитету с некоторым припуском по диаметру. В отверстия вставляют оправки-калибры и измеряют положение отверстий относительно базы, а также межосевые расстояния. Затем отверстия растачивают снова, учитывая результаты замеров в виде поправок в положение шпинделя. Повторное растачивание производится в размер или с припуском для следующей корректировки положения отверстий с помощью оправок-калибров. Точность положения отверстий достигает 0,02 мм.

При координатномметоде обработки отверстий выбирают систему координат, которая совпадает с технологическими базами. При настройке станка ось шпинделя совмещают с началом системы координат. Затем шпиндель устанавливают в нужное положение перемещением стола станка и шпиндельной бабки с помощью лимбов станка (рис. 2.20). Точность установки по лимбам составляет 0,08-0,2 мм.

Для повышения точности обработки в пределах цены деления лимба станка установку стола и шпиндельной бабки производят по индикатору. В данном случае стол и бабку в необходимое положение предварительно устанавливают по лимбу. Затем на специальную опору кладут концевую меру для контакта между столом и наконечником индикатора и по индикатору выводят стол и бабку на более точную позицию (рис. 2.20). Это позволяет повысить точность позиционирования шпинделя до 0,04 – 0,06 мм. Вышеуказанные методы достаточно трудоемки и применяются в мелкосерийном производстве.

При обработке отверстий в серийном и массовом производстве широко применяются кондукторы. Простейшим кондуктором является листовой металлический шаблон толщиной 10-12 мм, который накладывают на корпусную деталь или устанавливают перед ней на столе станка. При обработке ось шпинделя станка совмещают с осями отверстий в шаблоне. Точность линейных размеров при этом методе достигает 0,08 – 0,2 мм. Такие кондукторы используются в среднесерийном производстве.

В крупносерийном производстве используют более сложные кондукторы в виде специальных приспособлений. Эти кондукторы имеют точно расположенные отверстия в виде кондукторных втулок, установленных на опорах. Кондуктор закрепляется на столе станка. Кондукторные втулки могут устанавливаться до отверстия, за ним, до и после отверстия или создавать двойное переднее направление борштанги (рис. 2.21). В двух первых случаях (рис. 2.21, а; б) необходимо обеспечить соосность шпинделя и кондукторной втулки, а борштанга должна быть жестко соединена со шпинделем. В третьем и четвертом варианте (рис. 2.21, в; г) допускается несовпадение осей борштанги и втулки в пределах 1 – 2 мм. При этом борштанга шарнирно соединяется со шпинделем. При таком соединении точность расположения отверстий не зависит от точности станка, а определяется точностью приспособления. Точность линейных размеров при обработке по кондукторам достигает 0,08 – 0,2 мм.

Современные горизонтально-расточные станки оснащены оптическими системами отсчета перемещений с ценой деления 0,01 мм, что позволяет быстро устанавливать шпиндель станка в требуемое положение.

В настоящее время в широко используются станки с числовым программным управлением (ЧПУ), в которых установка шпинделя и стола осуществляется за счет управления электроприводом по программе, записанной на бумажном или магнитном носителе. Точность установки составляет ±0,02 мм.

Большое распространение получили станки с автоматической сменой инструмента (рис. 2.22). Магазины этих станков содержат большой набор разнообразных инструментов (до 100 штук). Такие станки работают в автоматическом режиме. Извлечение необходимого инструмента из магазина, снятие и закрепление его в шпинделе, а также перемещение стола и бабки в рабочую позицию на этих станках осуществляется без участия обслуживающего персонала.

Координатно-расточные станкииспользуются для получения отверстий, к точности расположения которых предъявляются повышенные требования. Отечественная промышленность выпускает координатно-расточные станки с вертикальной осью шпинделя. На этих станках можно выполнять те же операции, как и на горизонтально-расточных. Станки можно использовать в качестве измерительных машин для контроля линейных и угловых размеров, а также производить разметку поверхностей. Станки оснащены оптическими системами отсчета перемещений с точностью позиционирования в пределах 1 мкм.

Агрегатные станкиявляются специальными и создаются для обработки определенного вида заготовок, производимых в большом количестве, поэтому они применяются в крупносерийном и массовом производстве. Эти станки предназначены для одновременной обработки нескольких отверстий в корпусных деталях причем с разных сторон. Станки собирают из унифицированных узлов: силовых головок, столов, стоек и пр. (рис.2.24). Станки могут иметь различные компоновки: с горизонтальным, наклонным или вертикальным расположением шпинделей (рис. 2.23). Столы станков могут быть неподвижными, барабанными или поворотными. На агрегатных станках используют те же методы обработки, что и на горизонтально-расточных станках. Из-за узкой специализации этих их применение требует экономического обоснования.

Многоцелевые станки(МЦС) предназначены для выполнения большого количества переходов за одну операцию без переустановки обрабатываемых деталей и широко применяются при любом типе производства. Эти станки оснащены системами с ЧПУ и устройствами для автоматической смены инструмента. На МЦС выполняют те же операции, что и на расточных станках. Однако применение ЧПУ дает возможность вести обработку не только цилиндрических отверстий, но и отверстий с более сложной конфигурацией с применением фрезерования. Использование МЦС обеспечивается точность обработки по 6-7 квалитету. МЦС выпускаются с горизонтальным и вертикальным шпинделем. Общий вид МЦС представлен на рис.2.30. Станок имеет горизонтальный выдвижной шпиндель 1. Шпиндельная бабка 2 перемещается по вертикальным направляющим стойки 3. Продольный стол 4 перемещается в горизонтальном направлении перпендикулярно оси шпинделя. На этом столе имеется круглый поворотный стол 5. В устройство для автоматической смены инструмента входит магазин 6 и автооператор 7. Поворотная платформа 8 служит для установки в приспособлении-спутнике очередной или новой заготовки.

8. Отделка основных отверстий

Для получения отверстий высокой точности по 6-7 квалитетам и низкой шероховатостью поверхности применяют отделочные операции (отделку отверстий). Методами отделки являются: развертывание, тонкое растачивание, планетарное шлифование, хонингование, раскатка роликами и притирка.

Развертываниеявляется наиболее распространенным методом отделки основных отверстий. Ручное развертывание вообще не требует станочного оборудования. Для обработки соосных отверстий разного диаметра используются комбинированные развертки.

Тонкое или алмазное растачиваниевыполняют на алмазно-расточных станках, которые обладают высокой жесткостью и виброустойчивостью. Растачивание выполняют резцами с пластинками из твердого сплава, режущие кромки которых тщательно доведены на алмазных кругах. Применяются резцы из сверхтвердых материалов (СТМ), к которым относятся, гексанит и эльбор на основе нитрида бора, а также минералокерамика на основе окиси алюминия. Применяются алмазные резцы. Процесс растачивания характеризуется высокими скоростями резания - до 1000 м/мин при частоте вращения шпинделя до 12000 мин^-1, малыми подачами - 0,01 – 0,15 мм/об и глубиною резания - 0,05 – 0,3 мм. Отклонения геометрической формы (овальность, конусообразность и пр.) после растачивания составляет 3 – 5 мкм при шероховатости поверхности 0,16 – 0,63 мкм.

Внутреннее планетарное шлифованиеприменяют преимущественно для отделки крупных отверстий диаметром свыше 150 мм. Однако есть станки, на которых шлифуются отверстия от 10 мм и выше. Схема планетарного шлифования представлена на рис. 2.25. В процессе обработки шлифовальный круг 1 вращается вокруг своей оси ( движениеI) и совершает планетарное движение относительно оси отверстия ( движениеII). Осевая подача осуществляется возвратно-поступательным перемещением стола с заготовкой 2 (движениеIII). Припуск удаляется радиальной подачей круга (движениеIV). Отклонения геометрической формы после шлифования не более 0,04 мм, шероховатость поверхности составляет 0,16 – 0,32 мкм. На координатно-планетарно-шлифовальных станках обеспечивается точность положения осей до 0,01 мм. Недостатком метода является низкая производительность.

Хонингование применяют для отделки сквозных гладких отверстий диаметром 25 – 500 мм. Сущность хонингования заключается в механической обработке отверстий абразивными брусками, которые вращаются и совершают возвратно-поступательные движения вдоль оси отверстия ( рис. 2.26). Бруски в количестве до девяти штук устанавливаются на хонинговальной головке – хоне (рис. 2.27). Хонинговальная головка состоит из корпуса 3 с брусками 5, штанги 2 с коническим хвостовиком, соединяющим головку со станком, а также штока 1, который перемещается вдоль оси механизмом подачи станка и раздвигает конусами 4 сухари 6, которые прижимают к поверхности отверстия абразивные бруски за счет осевого перемещения штока. Раздвижение брусков производится автоматически по мере снятия припуска. Хонингование осуществляется при интенсивной подаче в зону обработки СОЖ. Отклонения геометрической формы после хонингования находятся в пределах 0,003 – 0,004 мм, шероховатость поверхности составляет 0,004 - 0,16 мкм. Недостатком хонингования является невозможность исправить положение оси отверстия относительно базы.

Раскатка отверстий является методом обработки без снятия стружки. Раскатку выполняют на сверлильных, токарных, расточных или специальных станках. Инструментом являются различные по конструкции роликовые раскатки (рис.2.28). Ролики размещаются в сепараторе и расположены равномерно по периметру. Материалом роликов является закаленная инструментальная сталь твердостьюHRC62 – 64. Производительность раскатки выше, чем хонингования примерно в пять раз. Раскатку применяют для отделки длинных отверстий в стальных корпусах гидроцилиндров, поршневых насосов и пр. Отклонения геометрической формы после раскатки находятся в пределах 0,005 – 0,008 мм, шероховатость поверхности составляет 0,008 - 0,016 мкм. Поверхностный слой при раскатке упрочняется и твердость увеличивается на 20%, что повышает износостойкость изделия. Раскатка также как и хонингование не исправляет положение оси, т.к. инструмент самоустанавливается по отверстию.

Притиркаиспользуется в мелкосерийном производстве для уменьшения шероховатости поверхности отверстий. При притирке используются порошки и пасты на основе окиси хрома, например, паста ГОИ. Погрешности формы притиркой не исправляются. Притирку осуществляют головками с чугунными или медными притирами, которые прижимаются к поверхности отверстий пружинами (рис. 2.29). Притирка производится качательным движением головки с перемещением ее вдоль оси отверстия. В качестве СОЖ используется керосин. Шероховатость поверхности после притирки составляет 0,01 – 0,05 мкм.