§ 3. Обработка на токарных автоматах

По виду заготовки различают автоматы для изготовления деталей из бунта проволоки, из пруткового материала (прутко­вые) и из штучных заготовок — отливок, штамповок, поковок (магазинные автоматы).

Рис. 206. Схемы работы одношпиндельных и многошпиндельных автоматов

На одношпиндельных автоматах обработка заготовок произ­водится различными инструментами, установленными на попереч­ных суппортах, в револьверной головке и специальных приспо­соблениях.

На многошпиндельных автоматах заготовки обрабатываются одновременно на четырех, шести или восьми позициях, равных числу шпинделей автомата.

По характеру выполняемых работ одношпиндельные токар­ные автоматы делятся на фасонно-отрезные (рис. 206, а), продольнофасонные (рис. 206, б) и револьверные (рис. 206, в). Многошпин­дельные делятся на фасонно-отрезные (рис. 206, г), непрерывного действия (рис. 206, д) и последовательного действия (рис. 206, ё).

Многошпиндельные фасонно-отрезные автоматы представляют собой по существу несколько объединенных в одном корпусе одношпиндельных автоматов.

Многошпиндельные автоматы непрерывного действия приме­няются в основном для обработки штучных заготовок. Загрузка заготовок производится с помощью бункерного питателя. Обра­ботка заготовок на этих автоматах осуществляется за счет непре­рывного карусельного вращения рабочих позиций вокруг непод­вижной колонны.

На автоматах последовательного действия заготовка посте­пенно обрабатывается различными инструментами, переходя из одной позиции в другую. Многошпиндельные автоматы последо­вательного действия, как правило, применяются для обработки пруткового материала. Подача новой порции материала произ­водится обычно в одной позиции. В приборостроении наиболее широкое применение имеют одношпиндельные автоматы.

Фасонно-отрезные автоматы предназначаются для фасонной обработки сравнительно коротких деталей при поперечном пере­мещении фасонных и отрезных резцов.

Эти автоматы имеют два-четыре поперечных суппорта. Некото­рые типы фасонно-отрезных автоматов имеют продольный суп­порт, предназначенный для выполнения сверлильных и резьбо­нарезных работ.

Продольно-фасонные автоматы предназначаются для обработки точных деталей сложной формы, имеющих большое отношение длины к диаметру.

Принципиальной особенностью схемы работы (рис. 207) про­дольно-фасонных автоматов является следующее: обрабатывае­мый пруток / получает не только вращательное (главное) движе­ние, но и поступательное вдоль оси движение подачи. Попереч­ные суппорты 2 с резцами могут перемещаться только в радиаль­ном направлении, перпендикулярном к оси обрабатываемого прутка.

Преимуществом продольно-фассонных автоматов является рас­положение опоры 3 (люнета) для обрабатываемого прутка в не­посредственной близости от резцов, что позволяет люнету воспри­нимать возникающие при обработке усилия.

Кручению и изгибу под действием сил резания всегда сопро­тивляется полное сечение необработанного прутка, а обработанные участки детали свободны от воздействия изгибающих моментов сил резания. Это создает необходимые условия для устранения прогибов и вибраций, обеспечивает необходимую точность и шеро­ховатость обработанной поверхности при других методах токарной обработки.

Обрабатываемый пруток перемещается в продольном направ­лении вместе со шпиндельной бабкой 4. Различные сочетания согласованных перемещений и остановок вращающегося прутка и резцов дают возможность получать на деталях различные по-

Рис. 207. Схема работы продольно-фасонного автомата:

/ — пруток; 2 — суппорты; 3 — люнет; 4 — шпиндельная бабка; 5 — распределитель­ный вал с кулачками; 6 — резьбонарезное устройство

верхности. Формирование поверхностей деталей осуществляется комбинацией согласованных движений резца и обрабатываемого прутка.

Рис. 208. Обработка различных поверхностей деталей резцами, установленными на поперечных суппортах

Отрезка обработанной детали (рис. 208, а), прорезка канавки (рис. 208, б), обработка фасонным резцом (рис. 208, г) осущест­вляются при поперечном перемещении резца и отсутствии про­дольного перемещения обрабатываемого прутка.

Обработка цилиндрической поверхности происходит при не­подвижном резце и продольном перемещении прутка (рис. 208, д), а фасонной поверхности — при одновременном перемещении прутка и поперечном перемещении резца (рис. 208, в).

Обычно на продольно-фасонных автоматах вокруг обрабаты­ваемого прутка располагается веерообразно от 3 до 6 резцов в поперечных суппортах.

На рис. 209 показана схема расположения пяти резцов: три резца устанавливаются в суппортах /,2 и 3, перемещающихся в суппортной стойке автомата, и два резца в суппортах на балан­сире 4, совершающем колеба­тельное движение вокруг оси 5. Одновременно суппорты балан­сира работать не могут. Отвод одного суппорта совмещается по времени с подводом другого суппорта.

Все рабочие и холостые дви­жения поперечных суппортов сверлильного и резьбонарезного устройств и других узлов авто­мата строго согласованы и осу­ществляются от кулачков, уста­новленных на одном распреде­лительном валу 5 (рис. 207). Так, движение балансира 4 (рис. 209) осуществляется от кулачка 6, установленного на распределительном валу 7.

Рис. 209. Схема расположения попе­речных суппортов продольно-фасон­ного автомата

За один оборот распределительного вала обрабатывается обычно одна или несколько готовых деталей. Сверление и резьбонарезание производят с помощью сверлильного и резьбонарез­ного устройства б, устанавливаемого против суппортной стойки (рис. 207). Подача шпинделей сверлильного и резьбонарезного устройства направлена навстречу подаче прутка, т. е. навстречу движению шпиндельной бабки, относительная скорость этих движений зависит от наладки автомата. Шпиндели продольно-фасонных автоматов имеют левое вращение (вращение шпинделя по часовой стрелке со стороны переднего торца шпинделя), поэтому при использовании правых сверл шпинделю сверлильного уст­ройства следует сообщить вращение со скоростью, превышаю­щей скорость шпинделя автомата: п_св = п + 25%п, т. е. произ­водить сверление методом обгона (рис. 210, а). При невращающемся шпинделе сверлильного устройства отверстия обрабаты­вают левыми сверлами (рис. 210, б).

Учитывая левое вращение шпинделя, правую резьбу нарезают методом обгона. Шпиндель резьбонарезного устройства должен вращаться в ту же сторону, что и обрабатываемый пруток, но некоторым обгоном. После нарезания резьбы на необходимую длину шпиндель резьбонарезного устройства, несущий плашку, быстро тормозится, в результате чего происходит автоматическое свинчивание плашки с изделия.

На рис.211 показаны последовательные стадии нарезания резьбы на автомате методом обгона. Фактическая скорость сверления и резьбонарезания будет определяться как разность скоростей шпинделей сверлильного устройства и автомата.

Резьбонарезной шпиндель

Шпиндель бабки

Резьбонарезной

шпиндель

Сверлильный шпиндель

Рис. 210 Рис. 211

Рис. 210. Сверление отверстий на про­дольно-фасонном автомате: а - методом обгона правым сверлом (п_св= n+25%n);- б - неподвижным левым сверлом (n=0)

р_ис. 211. Нарезание методом обгона наружной резьбы плашкой на продольно-фасонном автомате

Последовательность обработ­ки детали (трибки) по перехо­дам /—11 на продольно-фасон­ном автомате приводится на рис. 212.

Точность обработки на продольно-фасонных автоматах за­висит от модели автомата. Автомат модели ПОП (наибольший диаметр обрабатываемого прутка 7 мм) при правильной эксплуа­тации обеспечивает точность 2-го класса по диаметру и точность 3-го класса по длине детали. Автомат модели 112 (максимальный диаметр прутка 12 мм) имеет несколько пониженную точность по сравнению с автоматом ПОП: по диаметру — 3-й класс, по длине — 4-й класс точности. Автомат модели 1125 предназначен для обработки деталей из прутка диаметром до 25 мм, имеет револьверную головку, значительно расширяющую его техноло­гические возможности.

Основными факторами, влияющими на точность диаметраль­ных размеров детали, являются: точность формы и размеров обрабатываемого прутка, точность люнетной втулки, точность кулачков и точность настройки.

Влияние точности обрабатываемого прутка на точность диа­метральных размеров детали сказывается следующим образом. \ Под действием равнодействующих составляющих силы резания -радиальной Р_у и тангенциальной Р_г центр прутка смещается под

Рис. 212. План обработки трибки на продольно-фасонном автомате

углом φ к направлению силы Р_у. Между прутком и люнетной втулкой образуется зазор г.

Радиус обработанной детали получит приращение Δг, равное величине горизонтальной проекции смещения центра (влияние] вертикального смещения центра на радиус детали незначительно): I

Δr = (z/2)cosφ

Величина зазора z зависит от диаметра прутка и точности отверстия люнетной втулки. Отклонения по диаметру прутка повлияют на диаметр обточенной детали: чем больше диаметр прутка, тем меньше диаметр детали и наоборот.

Если пруток имеет эллиптичность, то величина зазора за время одного оборота детали будет меняться от максимального до мини­мального значения. Следовательно, обработанная деталь будет иметь в поперечном сечении форму овала.

Точность кулачков, перемещающих суппорт с резцами, ока­зывает существенное влияние на точность обработки в тех слу­чаях, когда одним резцом обтачивается несколько ступеней.

Установку резца при настройке выполняют, ориентируясь на ступень с наиболее жестким допуском. У всех других ступе­ней неточности кулачков вызовут погрешности по радиусу

где Δk — неточность высоты подъема кулачка (по отношению к участку, соответствующему ступени с наиболее жестким допуском); i — передаточное отношение от кулачка к резцу.

Чем больше передаточное отношение, тем меньше влияет не­точность кулачков на точность детали. Но с увеличением переда­точного отношения увеличивается время холостых ходов, так как углы подъема и спуск кривых подвода и отвода резца не могут быть меньше определенной величины.

Поэтому передаточные отношения от кулачка к резцу 3:1, 4 : 1 следует применять в тех случаях, когда требуется обеспе­чить высокую точность обработки. Вопросы точности обработки следует учитывать при распределении работы между отдельными резцами. Те ступени, которые имеют жесткие допуски, рекомен­дуется обтачивать правым резцом балансира 4 (рис. 209). В этом случае кулачок в работе балансира не участвует и дает воз­можность пружине прижать корпус балансира к неподвижному упору 8.

Таким образом, исключается влияние неточностей профиля кулачка на точность изготовления детали.

На точность обтачивания конических и фасонных поверхно­стей с одновременной подачей шпиндельной бабки и резца оказы­вают влияние неточности подъемов на кулачках.

Точность продольных размеров детали зависит от точности изготовления кулачка, перемещающего шпиндельную бабку. Ре­гулировкой можно устранить влияние неточностей кулачка на точность обработки только одной ступени детали.

Если требуется точно выдержать продольные размеры у не­скольких ступеней, следует работать на наибольших передаточных отношениях, чтобы уменьшить влияние неточности профиля кулачков. При поперечном точении неточности кулачка, перемещающего шпиндельную бабку, приводят к увеличению ширины канавки и разбросу ее размеров.

Токарно-револьверные автоматы предназначаются для обра­ботки сравнительно сложных по форме деталей, имеющих небольшое отношение длины к диаметру и требующих применения большого количества разнообразных инструментов. Отличитель­ной особенностью токарно-револьверных автоматов является наличие распределительного (РВ) и вспомогательного (ВВ) валов, предназначенных для осуществления всех рабочих и холостых ходов. Такие автоматы в большинстве случаев предназначаются для обработки заготовок из прутков диаметром 8—36 мм.

На токарно-револьверных автоматах может производиться обработка наружных поверхностей инструментами, установлен­ными в поперечных суппортах и револьверной головке, внутрен­них— только инструментами, закрепленными в револьверной/ головке и в специальных приспособлениях.

Точность обработки на автоматах моделей 1А112, 1А118, 1А124, 1А136 по диаметру практически составляет ±0,04—0,05 мм; овальность лежит в пределах 0,015 мм, а линейные размеры выдерживаются с точностью ±0,08—0,10 мм.

На рис. 213 показана кинематическая схема токарно-револьверного автомата модели 1А136 для изготовления деталей из прут-* ков диаметром до 36 мм. Шпиндель 2 получает вращение от регу­лируемого электродвигателя 33 постоянного тока через двухско-

Электродвигатель 33 питается через электромашинный уси­литель (ЭМУ) с поперечным полем, состоящий из электродвигателя трехфазного тока 19 и генератора постоянного тока 28.

Вспомогательный вал 3 вращается отдельным электродвигателем 5 через червячную передачу 2/24.

Распределительный вал 16 получает вращение от вспомогательного вала по схеме: цилиндрическая передача 29/79 — сменные а-b-c-d -червячная передача 1-40- коническая пере-

дача 4-44. Распределительный вал 16 несет на себе дисковые ку­лачки 34, 32 и 31, управляющие движениями переднего 6, зад­него 7 и вертикального 8 суппортов (см. также рис. 214). Кроме того, на распределительном валу 16 сидят барабаны 25 и 18.

Барабан 25 управляет муфтой 10 на вспомогательном валу 3, жестко фиксирующей на этом валу колесо z = 36. От этого колеса через передачу 36-72- передается вращение валу 9 с барабанным

Рис. 213. Кинематическая схема токарно-револьверного автомата модели 1А136

кулачком 4, осуществляющим зажим обрабатываемого прутка в цанге, и кулачку /, подающим пруток через шпиндель 2. Ба­рабан 18 включает через муфту 13 колесо г = 57, свободно сидя­щее на вспомогательном валу 3. При этом через передачи 57-76-76-38-23-46 сообщается вращение пальцу 12, который периоди­чески поворачивает шестипозиционную головку 26 через маль­тийский крест 29, закрепленный на валу 11 револьверной головки.

Рис. 215. Револьверный суппорт токарно-револьверного автомата

Мальтийский крест имеет шесть радиальных пазов а (рис. 215). Револьверный суппорт получает быстрый подвод, медленное дви­жение подачи и быстрый отвод в исходное положение. Медленное движение револьверного суппорта производится от закреплен­ного на валу 15 дискового кулачка 17 с помощью рычага 20 и зуб­чатого сектора 21, находящегося в постоянном зацеплении с зуб­чатой рейкой 22, свободно сидящей в револьверном суппорте. От рейки 22 головка получает движение через шатун 23 и криво­шипный диск 24.

Быстрый отвод револьверного суппорта необходим перед каж­дым поворотом головки, чтобы при повороте револьверной головки в новую позицию не повредить режущие инструменты и обрабаты­ваемую деталь.

Благодаря наличию электропереключателей скорости 14 и ре­верса 30 при каждом повороте револьверной головки шпиндель может автоматически менять число оборотов и направление вра­щения в соответствии с очередной операцией.

Быстрый поворот головки сначала происходит под действием пружины, при этом ролик рычага 20 скользит по спаду кулачка 17.

Затем при вращении кривошипного валика, еще до входа пальца 12 в радиальный паз а (рис. 215) мальтийского креста 29, револьверный суппорт под действием кривошипного диска 24 и шатуна 23 быстро отойдет назад, так как в это время рейка 22, связанная с зубчатым сектором 21, остается неподвижной.

По окончании поворота головки суппорт под действием того же кривошипного диска 24 займет первоначальное рабочее положение, при котором кривошип находится в мертвой точке, а весь кривошипно-шатунный механизм представляет собой одну жесткую систему. При .этом положении кривошипно-шатунного механизма осуществляется рабочая подача револьверного суппорта, которая производится кулачком 17 через зубчатый сектор 21 и рейку 22.

Дисковый кулачок 17 имеет шесть рабочих участков, соответ­ствующих шести позициям револьверной головки. В каждой но­вой рабочей позиции револьверная головка 26 фиксируется фикса­тором 27. Профиль кулачка 17 выполнен таким образом, что пово­рот револьверной головки начинается, когда фиксатор полностью выйдет из гнезда револьверной головки, и заканчивается до того, как фиксатор начнет входить в новое гнездо.

Токарно-револьверные автоматы могут быть применены для обработки штучных заготовок. В этом случае они снабжаются автоматическими загрузочными устройствами. Загрузочные уст­ройства для подачи заготовок ступенчатых валиков, колец, вту­лок, дисков устанавливаются на одном из поперечных суппортов или сзади револьверной головки.

Проектирование процесса обработки и настройки автоматов состоит из следующих этапов:

1. Разработки плана обработки.

2. Составления расчетного листа, настройки и определения времени обработки.

3. Проектирования кулачков для данного автомата по разра­ботанному технологическому процессу.

4. Наладки автомата (установки сменных шестерен, плеч переменных рычагов, установки кулачков, установки и регули­ровки инструментов и т. д.).

При составлении плана обработки на автоматах нужно соблю­дать следующие основные правила:

1. Необходимо максимально использовать принцип совме­щения работы поперечных и продольных суппортов, совмещения холостых ходов с рабочими, а также полнее использовать комби­нированный инструмент. Для многошпиндельных автоматов сле­дует стремиться к одинаковой продолжительности обработки на всех позициях.

2. В целях повышения точности обработки наиболее тяже­лые переходы (обдирка, накатка, поперечное точение) следует производить в начале цикла перед чистовыми переходами. Необ­ходимо избегать совмещения чистовых и обдирочных операций.

3. При сверлении отверстий производить центровку заготовки, особенно в случае сверления глубоких отверстий.

4. Сверление ступенчатых отверстий с жесткими допусками на концентричность следует начинать с отверстия меньшего диа­метра, а отверстий, не имеющих допусков на концентричность, —с отверстий больших диаметров для повышения производительности.

Рис. 216. План обработки

5. Обработку точных деталей фасон­ного профиля следует производить двумя инструментами: черновым и чистовым.

6. Для обеспечения большей точности обработки и хорошей поверхности необ­ходимо задерживать инструмент в край­ нем рабочем положении на несколько оборотов для зачистки.

7. Для повышения производительности следует применять фасонные резцы. В от­дельных случаях для повышения точности рекомендуется применять два фасонных резца: один для чернового прохода, дру­гой для чистового прохода.

8. Для лучшего схода стружки необ­ходимо стремиться устанавливать резцы передней поверхностью вниз.

При сверлении глубоких отверстий следует предусматривать периодический вывод сверла для удаления стружки. По­следовательность обработки детали по переходам 1—7 на токарно-револьверном автомате с использованием поперечных и револьверного суппортов приводится на рис. 216.

Перед обработкой производится подача материала на требуемую длину до упора, установленного в одной из позиций ре­вольверной головки. Вторым переходом является зацентровка, совмещенная со сверлением, при помощи ступенчатого сверла, закрепленного на револьверном суппорте, третьим переходом — зенкерование и наружная обточка; четвертым — проточка внутренней зарезьбовой канавки в отверстии резцом, установленным в револьверной головке:: радиальная подача резца осуществляется поперечным суппортом. За пятый переход осуществляется сверление отверстия, за шестой — нарезание резьбы метчиком, закрепленным в револь­верной головке. Обтачивание хвостовика фасонным резцом, уста­новленным на поперечном суппорте (переход 7), совмещений с отрезкой детали. Этим достигается сохранение жесткости детали до последнего перехода и уменьшение длины хода отрезного резца.

После каждого перехода, выполняемого инструментом револь­верной головки, следует поворот револьверной головки для ввода в рабочую позицию нового инструмента.

В план переходов вносятся все несовмещенные хода как ра­бочие, так и холостые: переключение револьверной головки, переключение направления вращения шпинделя, подвод и отвод инструмента, подача и зажим материала. Указываются такие пере­ходы, как остановка фасонного резца в конце рабочего хода для зачистки обрабатываемой поверхности, сверление глубокого от­верстия по этапам с выводом сверла из отверстия и подводом его вновь, сход плашки и вывертывание метчика и т. д.

По составленному плану технологического процесса обработки выполняется проектирование кулачков автомата.

Кулачки к одношпиндельному автомату рассчитывают в сле­дующей последовательности:

1. Устанавливают последовательность обработки, выбирают инструменты и приспособления, составляют схемы обработки.

2. Устанавливают режимы резания (число оборотов шпинделя, величины подач).

3. Определяют длину рабочих и холостых перемещений инстру­ментов и детали.

4. Определяют высоту подъема или спада на кулачке

где i — передаточное отношение плеч рычагов от исполнитель­ного органа к распределительному валу; /—длина хода инструмента в мм.

5. Определяют продолжительность каждого хода в числах оборотов основного шпинделя

где п — число оборотов шпинделя относительно инструмента; I — длина хода инструмента или шпинделя в мм; s — подача на один относительный оборот в мм; Δn — добавочное количество оборотов шпинделя (после пре­кращения подачи), необходимое для зачистки поверх­ности, Δn = 2—5 оборотов. Определяют общее число неперекрываемых оборотов шпинделя 2 п.

6. Определяют продолжительность холостых ходов. Для фасонно-отрезных и продольно-фасонных автоматов, имеющих один распределительный вал, вращающийся с постоянной скоростью в течение всего цикла обработки, время холостых ходов зависит от производительности автомата и поэтому более целесообразно определять продолжительность холостых ходов в угловых едини­ цах (градусах или сотых долях оборота распределительного вала). Необходимые для этого данные приводятся в паспорте автомата в зависимости от производительности, величины подъема или спада на кулачке и начального радиуса.

Производительность ориентировочно подсчитывают по фор­муле

где п_ш — число оборотов основного шпинделя в минуту.

Для револьверных автоматов с двумя распределительными валами время холостых ходов, совершаемых от вспомогательного распределительного вала, постоянно и не зависит от производи­тельности. Оно приводится в паспорте автомата соответствующей модели. Время холостых ходов, совершаемых от основного рас­пределительного вала, зависит от производительности. Поэтому продолжительность этих холостых ходов необходимо определять в угловых единицах (сотые доли оборота распределительного вала) на основании соответствующих паспортных данных (шаблонов и таблиц).

Учитывая, что эти холостые хода в большинстве своем перекры­ваемые, примерную производительность (время одного оборота распределительного вала) можно определить по формуле

-сумма времен всех неперекрываемых холостых ходов, совершаемых от вспомогательного распределитель­ного вала, в сек.

В этой формуле не учитываются неперекрываемые холостые хода, совершаемые от основного распределительного вала (глав­ным образом отвод отрезного резца). По полученному значению производительности 7\ пользуясь таблицами, приводимыми в пас­порте автомата, определяют число лучей (сотых долей оборота распределительного вала) на каждый холостой ход. Для отвода отрезного резца обычно принимают 2—3 луча.

8. Определяют сумму лучей или градусов на все неперекрывае­мые холостые хода Σβ

9. Определяют сумму лучей или градусов на все неперекрываемые рабочие хода

10. "Определяют числа лучей или градусов на каждый рабочий ход

Для построения кулачков необходимо по этой формуле опре­делить а для всех рабочих перемещений как неперекрываемых, так и перекрываемых.

Данные расчета сводят в расчетный лист настройки. Кулачки профилируют в пределах между минимальными и максимальными радиусами.

Для дисковых кулачков участки рабочих ходов очерчивают .по архимедовой спирали, для кулачков барабанного типа — по прямой. Участки холостых ходов очерчивают по шаблонам, прилагаемым к паспорту станка, или по прямой.