Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

Рис. 5.1.2. Схема магнитно-абразивной обработки наружной фасонной поверхности вращения

1 - обрабатываемая заготовка;

2 - полюсные наконечники электромагнита;

3 - абразивный порошок

размеров определяется предшествующей об­ работкой, достигаемый параметр шероховато­ сти - Rz=0,ll мкм, /jQ =20...30%.

=30...40%.

Вибронакатывание может применяться как для отделочно-упрочняющей обработки наружных поверхностей вращения, так и для увеличения маслоемкости опорных поверхно­ стей трения валов, шпинделей. Сущность вибронакатывания заключается в том, что на движение подачи рабочего шарика наклады­ ваются его колебательные движения (рис. 5.1.3). В зависимости от сочетания режимов

ГЛГЛГУЛГЛ О) f\7\J\/\/\/\

pf^/^f^ Ал/Ч^Л /Wvv»^

Рис. 5.1.4. Различные профили поверхности после вибронакатывания:

а- сглаживание исходной шероховатости;

б- формирование регулярного микрорельефа;

в- нанесение системы масляных каналов

Электромеханическая обработка (ЭМО) позволяет значительно повысить поверхност­ ную твердость (w^ =180...220%), уменьшить

параметр исходной шероховатости в 5-15 раз (например, с Ra=l мкм до Ra=0,08 мкм) и увеличить ее несущую способность (/jQ =40...50%) при незначительных рабочих

усилиях. Это обеспечивается нагревом зоны контакта рабочего ролика и обрабатываемой поверхности при пропускании через него тока большой силы (7=200...1500 А) (рис. 5.1.6). Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости валов и штоков или отдель­ ных их рабочих поверхностей могут приме­ няться различные п о к р ы т и я или легиро­ вание. Как правило, гальванические способы нанесения покрытий (хромирование, кадмирование, свинцевание, никелирование) при­ меняют для защиты от коррозии. Механиче­ ские, лазерные и ионно-плазменные методы нанесения покрытий и легирования поверх­ ностей служат для повышения износостойко­ сти рабочих шеек валов, штоков, шпинделей.

Обработка шлицев на валах. Шлицы на валах обрабатываются фрезерованием, строга­ нием, протягиванием, шлифованием, накаты­ ванием.

Фрезерование шлицев на валах неболь­ ших диаметров (до 100 мм) обычно осуществ­ ляется за один переход, а больших диаметров (более 100 мм) - за два перехода. Фрезерова­ ние шлицев может проводиться методом ко­ пирования (фасонными фрезами) или мето­ дом обкатки (червячными фрезами). Для по­ вышения производительности труда при чер­ новом шлицефрезеровании применяют многозаходные червячные фрезы. В серийном производстве применяют более совершенный процесс фрезерования прямобочных шлицев, а именно - предварительное фрезерование фасонными дисковыми фрезами и чистовое фрезерование боковых поверхностей шлицев торцовыми фрезами, оснащенными пластин­ ками из твердого сплава.

Шлицестрогание проводится набором фасонных резцов, собранных в головке и применяется в крупносерийном и массовом производствах. Параметр шероховатость обра­ ботанной поверхности после шлицестрогания Ra=l,0...2,5 мкм.

Шлицепротягивание осуществляется дву­ мя блочными протяжками одновременно двух диаметрально противоположных впадин на валу с последующим его поворотом после каждого хода протяжки на один шлиц. Дан­ ный метод применяется в массовом производ­ стве и позволяет получить параметр шерохо­ ватости Ra=0,63...1,2 мкм. По производитель­ ности шлицестрогание и шлицепротягивание в 5-8 раз выше шлицефрезерования.

Шлифование шлицев может проводиться фасонными кругами всей впадины: отдельно за две операции; одним кругом внутреннего диаметра и двумя кругами боковых поверхно­ стей прямобочных шлицев; одновременно внутреннего диаметра и боковых поверхно­ стей прямобочных шлицев тремя кругами. Достигаемый параметр шероховатости шлицев Ra=0,32...0,63 мкм. Наиболее распространен-

свойств обрабатываемого материала и условий производства.

Для предварительного выбора методов обработки отдельных поверхностей заготовки (вала) используются данные справочных таб­ лиц экономической точности и качества об­ работки различными методами.

Всвязи с тем, что одинаковые точность обработки и качество обработанной поверхно­ сти могут быть достигнуты различными мето­ дами, после предварительного выбора не­ скольких возможных технологических подхо­ дящих методов обработки следует провести их сопоставление по производительности и тех­ нологической себестоимости. При назначении метода обработки следует стремиться к тому, чтобы число переходов при обработке каждой поверхности заготовки было минимальным. Желательно, чтобы одним и тем же способом обрабатывалось возможно большее число по­ верхностей заготовки. Это даст возможность разработать высокопроизводительные концен­ трированные операции с максимальным со­ вмещением обработки поверхностей, сокра­ тить общее число операций и установов, дли­ тельность цикла обработки, повысить произ­ водительность обработки.

Всвязи с тем, что выбранный метод окончательной обработки отдельных поверх­ ностей, как правило, не может обеспечить экономичное получение требуемых точности

икачества поверхности непосредственно из исходной заготовки, то возникает необходи­ мость создания промежуточных операций или переходов, по мере выполнения которых дос­ тигается постепенное повышение точности размеров и качество поверхностей до требуе­ мых значений в соответствии с чертежом де­ тали. Так, например, требуется обработать наружную поверхность вала с точностью по 5- му квалитету и с параметром шероховатости Ra=0,08 мкм, а заготовкой служит прокат. Данная точность размера и шероховатость поверхности в соответствии со справочными данными достигается одним из методов до­ водки. Однако известно, что доводка эконо­ мична лишь при условии снятия припуска 0,01...0,02 мм на диаметр. Это означает, что предьщущая операция должна дать точность заготовки под доводку в пределах допуска 0,003...0,005 мм (операционный допуск дол­ жен быть в 2-4 раза меньше припуска на по­ следующую операцию) при шероховатости Ra=0,3 мкм. Методом обработки, обеспечи­ вающим достижение такой точности является чистовое шлифование, снимающее припуск порядка 0,05 мм на диаметр.

вания, чистового и чернового точения. При этом экономически целесообразно повышать точность от перехода к переходу на 1-2 квалитета и уменьшать высотные параметры шеро­ ховатости обрабатываемой поверхности в 2-6 раз.

5.1.4. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И ОСНАСТКИ

Механическую обработку заготовок ва­ лов начинают с операции подготовки техно­ логических баз - подрезания торцов и их за­ центровки. В зависимости от вида производ­ ства эту операцию можно проводить как на токарных и револьверных, так и на центро­ вальных и фрезерно-центровальных станках. Большинство фрезерно-центровальных стан­ ков можно встраивать в автоматическую ли­ нию. Двухсторонний фрезерно-центроваль- ный станок 73С1 имеет две позиции для кре­ пления заготовки, на которых проводится последовательно фрезерование и центрование.

Фрезерно-центровальные станки МР77 и МР78 барабанного типа одновременно фрезе­ руют и центруют две заготовки без съема их со станка. Эти станки производительные, но громоздкие; наладка их сложна. В действую­ щих автоматических линиях применяют стан­ ки А981 для фрезерования торцов и А982 для центрования.

В условиях крупносерийного и массо­ вого производства используют также фрезер- но-центровальные-обточные двухсторонние полуавтоматы 2Г942Ф2 с ЧПУ, позволяющие выполнять кроме фрезерования торцов и цен­ трования, обтачивание торцов, резьбонарезание, зенкование, цекование. В условиях гиб­ ких производственных систем применяют фрезерно-центровальные станки MP179, КЛ171, МА, 2235МФ4. В перечисленных станках используются стационарные станочные при­ способления, базирующие заготовки по на­ ружной цилиндрической поверхности с по­ мощью самоцентрирующих призм и торцу по откидным или жестким упорам. Наружные поверхности ступенчатых валов обтачивают на токарных, токарно-копировальных, горизон­ тальных многорезцовых станках, вертикаль­ ных, одношпиндельных и многошпиндельных автоматах, токарных станках с копироваль­ ными устройствами (гидравлический суппорт КСТ-1), а также на токарных станках с ЧПУ и гибких производственных модулях. При обработке валов в центрах для вьщерживания линейных размеров от постоянной базы ре­ комендуется применять плавающие передние центры с упором торца заготовки в упорное кольцо. Это позволяет предотвращать по­ грешности по глубине зацентровки. При об-

работке валов с одной установки на проход по всей длине заготовки применяют торцовые поводковые центры, что повышает точность и производительность. Передние центры токар­ ных станков объединяют с поводковыми уст­ ройствами, вращающими обрабатываемую заготовку с помощью зубьев или штырей, внедряемых в торец заготовки.

Разработано большое количество эффек­ тивных конструкций поводковых центров, в том числе широкодиапазонные (регулируемые на различные диаметры торцов валов) и са­ монастраивающиеся на передачу требуемого крутящего момента. Конструкция самона­ страивающегося поводкового центра приведе­ на на рис. 5.1.7. В корпусе 1 размещен центр J, подпружиненный пружиной 2, и оси 4, расположенные перпендикулярно оси центра, на которых размещены поводковые элементы 5, выполненные в виде зубчатых дисков, ра­ бочая поверхность которых спрофилирована на архимедовой спирали.

Устройство работает следующим обра­ зом. Обрабатываемая заготовка, перемещае­ мая центром задней бабки, надвигается цен­ тровым отверстием на центр 3 и, сжимая пружину 2, утапливает его. При этом выступы зубчатой поверхности поводковых элементов 5 внедряются в торец заготовки. Во время обработки сила резания воспринимается по­ водковыми элементами 5, которые, поворачи­ ваясь вокруг осей 4, автоматически обеспечи­ вают необходимый для предотвращения проворота заготовки крутящий момент, чем обес­ печивается высокая надёжность не только при чистовой, но и черновой обработке.

В серийном, и особенно в крупносерий­ ном производстве, широкое распространение находят многорезцовые и токарно-копиро- вальные станки, полуавтоматы и автоматы.

Однопроходная копировальная и одно­ проходная многорезцовая обработка жестких валов (с отношением длины к диаметру наи­ большей ступени 10-15) обеспечивает точ­ ность 9-11 квалитета. Многорезцовая обра­ ботка может оказаться эффективнее копиро­ вальной для валов, имеющих большие длину и диаметры и большие перепады ступеней, так как в продольном суппорте можно уста­ новить большое число резцов. Однако чрез­ мерное увеличение сил резания может при­ вести к деформированию обрабатываемого вала, а это вынуждает снимать подачу по сравнению с подачей на копировальном стан­ ке. Поэтому окончательный выбор метода обработки и станочного оборудования должен сопровождаться расчетом на точность и эко­ номическую целесообразность.

На токарно-копировальных станках со­ временных моделей можно проводить черно­ вую обработку многорезцовым суппортом, а чистовое обтачивание - однорезцовым копи­ ровальным суппортом, причем, при передаче крутящего момента заготовке торцовым по­ водковым центром обработку можно вести с одного установа. Некоторые модели токарнокопировальных станков имеют несколько копировальных суппортов, перемещающихся независимо один от другого, например, мод. КМ817 (два копировальных и три крестовых суппорта). Они позволяют вести независимую обработку каждый на своем участке, что зна-

чительно повышает производительность стан­ ка. Применение такого станка особенно целе­ сообразно, когда на каких либо ступенях вала имеется большой припуск, который невоз­ можно снять за один рабочий ход. При уста­ новке специальных копирных барабанов на токарных гидрокопировальных станках мод. 1722 и 1712 можно также вести многопроход­ ную обработку.

В мелкосерийном производстве эконо­ мически целесообразным может оказаться применение при обработке ступенчатых залов универсальных токарных станков мод. 16К20ФЗС5, 1716ВФЗ и др. с ЧПУ. Шлицевые соединения валов представляют собой многошпоночные соединения, у которых шпонки, называемые шлицами, или зубьями, выполнены за одно целое с валом и служат для передачи вращательных движений и кру­ тящих моментов. Валы также выполняются цельными вал-шестернями.

Шлицы и зубья шестерен нарезают фре­ зерованием, строганием, протягиванием и холодным накатыванием. При черновом фре­ зеровании используют многозаходные чер­ вячные фрезы, которые увеличивают произ­ водительность, но требуемой точности не обеспечивают. Валы с короткими опорными шейками, к которым непосредственно выхо­ дят шлицы, нельзя устанавливать в центрах с хомутиком, так как он не дает выхода червяч­ ной фрезе. В этом случае шлицевый валик со стороны шпинделя базируется на шлифован­ ной опорной шейке в специальной оправке с обратным конусом либо необходимо исполь­ зовать торцовый поводковый центр.

Для фрезерования шлицев и зубьев ва­ лов-шестерен наиболее целесообразно ис­ пользовать полуавтоматы мод. 5В370, 5В373П

и5А352ПФ2. Более прогрессивными процес­ сами образования шлицев методом снятия стружки являются контурное шлицестрогание

ишлицепротягивание. Строгание шлицев на валах проводят набором фасонных резцов, собранных в головке, и эффективно может быть использовано в крупносерийном и мас­ совом производстве. Шлицестрогание выпол­ няют на станке МА4. Шлицепротягивание проводят двумя блочными протяжками одно­ временно двух диаметрально противополож­ ных впадин на валу с последующим поворо­ том вала на определенный угол после каждого хода протяжки. При холодном накатывании шлицы образуются пластическим деформиро­ ванием без снятия стружки. Накатка выпол­ няется роликами, рейками и многороликовы­ ми профильными головками.

Шпоночные пазы в зависимости от их формы обрабатывают пальцевыми или диско­ выми фрезами на фрезерных станках. Для

уменьшения погрешности базирования при установке вала в приспособлении с призмами целесообразно их выполнять самоцентри­ рующимися (самоцентрирующиеся тиски). Внутреннюю резьбу на валах обычно нареза­ ют машинными метчиками на резьбонарез­ ных, сверлильных, револьверных, а также на агрегатных станках-полуавтоматах и автоматах в зависимости от масштаба производства и имеющегося оборудования. При нарезании глухих резьб для точной остановки движения подачи и вращения метчика применяют само­ выключающиеся патроны.

Наружные остроугольные резьбы на ва­ лах в зависимости от технических требований, масштаба выпуска и имеющегося оборудова­ ния нарезают плашками, резьбонарезными головками, резьбовыми резцами, гребенками и групповыми резьбовыми фрезами.

Для отделочной обработки ответствен­ ных поверхностей валов используются раз­ личные станки для алмазно-абразивной обра­ ботки (круглошлифовальные, торцокруглошлифовальные, :jy6o- и шлицешлифовальные, резьбошлифовальные и др). Для отделочноупрочняющей обработки используются специ­ альные головки для накатывания и электро­ механической обработки.

Автоматические линии для обработки валов применяют как в массовом, так и в крупносерийном производстве, причем целе­ сообразно их выполнять переналаживаемыми, позволяющими обрабатывать на одной линии несколько типоразмеров валов, например, автоматическая переналаживаемая линия МРЛ-13.

В мелкосерийном и серийном производ­ стве для обработки валов широко использу­ ются различные роботизированные комплек­ сы и типовые комплексно-автоматизирован­ ные участки типа АСВ из оборудования с ЧПУ с применением ЭВМ и гибкие произ­ водственные системы. Структура автоматизи­ рованных участков типа АСВ строится так, чтобы она обеспечивала функции, характер­ ные для производственных участков, на осно­ ве более высокого уровня организации и ав­ томатизации производства. При этом каждая структурная составляющая должна отвечать таким требованиям, при которых сохраняется ее автономное функционирование, а взаимо­ связь между ними подчинена единой автома­ тизированной системе организации производ­ ства и управления участком в целом.

Общую структуру y^iacTKOB типа АСВ можно разделить на две части: 1) комплекс оборудования; 2) комплекс систем.

На рис. 5.1.8 представлена структура комплекса оборудования автоматизирован-