Токарные станки предназначены для обработки наружных, внутренних, цилиндрических, конических, фасонных и торцевых поверхностей, а также для нарезания резьб.
Токарные станки делятся на универсальные, специализированные и специальные.
Универсальные станки подразделяют на токарно-винторезные и токарные. Токарные не имеют ходового винта для нарезания резьбы резцами.
В токарных станках (рис. 4.1) главным движением является вращение шпинделя (n, об/мин) с закрепленной в нем заготовкой, а движением подачи — прямолинейное перемещение суппорта с резцом в продольном (S, мм/об) и поперечном (SП, мм/об) направлениях. Все остальные движения вспомогательные.
Крепление режущего инструмента осуществляется главным образом в резцедержателе суппорта, реже (например, сверла) в отверстии пиноли задней бабки. При закреплении инструмента в резцедержателе следует принимать во внимание расстояние от базовой (опорной) плоскости резцедержателя до оси шпинделя станка.
Токарио-карусельные станки (1512, 1А512МФЗ, 1516Ф1, 1525 и др.) предназначены для обработки деталей больших диаметров и сравнительно небольшой длины (шкивы, маховики и др.). На таких станках осуществляют обтачивание наружных цилиндрических и конических поверхностей, обработку торцов, растачивание отверстий, протачивание канавок и т. д.
При наличии специальных приспособлений на карусельных станках можно выполнять также фрезерные и шлифовальные операции.
По компоновке карусельные станки подразделяют на одностоечные (для обработки деталей диаметром до 2 м) и двухстоечные (рис. 4.2). На тяжелых карусельных станках можно обрабатывать детали диаметром до 20...25 м.
5 - задняя бабка, 6 – электрошкаф, 7 - ходовой винт, 8 - ходовой валик,
9 - правая тумба, 10 - станина, 11 – корыто, 12-каретка, 13-рейка,
14 - левая тумба, 15 - коробка подач
Рисунок 4.1 - Токарно-вннторезный станок 16К20
Главным движением у карусельных станков является вращение планшайбы стола с заготовкой (n, об/мин). Движение подач - горизонтальное и вертикальное перемещения S верхних и боковых суппортов (рис. 4.2).
Вспомогательные движения: быстрые (установочные) перемещения суппортов, вертикальное перемещение поперечины, поворот револьверной головки.
Режущий инструмент в гнездах револьверной головки и вертикального суппорта устанавливается с помощью различных оправок, державок, втулок, а в резцедержателе бокового суппорта, как правило, непосредственно.
1 - планшайба, 2 - левый вертикальный суппорт, 3 - револьверная головка,
4 - резцедержатель бокового суппорта, 5 - боковой суппорт,
6 - поперечина, 7 - правый вертикальный суппорт
Рисунок 4.2- Двухстоечный токарно-карусельный станок'
Токарно-револьверные станки (1Е316, 1Д316П, 1Г325, 1Г340 и др.) предназначены для обработки в серийном производстве деталей сложной формы с применением многих инструментов: резцов, сверл, зенкеров, разверток и т. д. Инструмент крепят в гнездах револьверной головки с помощью различных видов вспомогательного инструмента — стоек, втулок, патронов, оправок и т. д. и в резцедержателе поперечного суппорта (если он имеется).
На токарно-револьверных станках могут одновременно работать несколько инструментов, предварительно настроенных на размер и величину хода, поэтому они производительнее токарных.
В зависимости от расположения оси вращения револьверной головки различают станки с вертикальной (рис. 4.3,а) и горизонтальной (рис. 4.3,б) осями вращения.
Главным движением является вращение шпинделя с заготовкой (n, об/мин); движением подачи - продольная подача (S, мм/об) револьверного суппорта (головки) и поперечная подача (SП, мм/об) поперечного суппорта. В некоторых станках поперечный суппорт может иметь также и продольную подачу. У станков с горизонтальной осью вращения поперечная подача осуществляется медленным поворотом револьверной головки.
Рисунок 4.3- Токарно-револьверный станок с вертикальной (а)
и горизонтальной (б) револьверными головками
К вспомогательным движениям относят поворот (индексацию) револьверной головки из позиции в позицию, быстрый подвод и отвод ее, подачу и зажим прутка и др.
Сверлильные станки предназначены для сверления, рассверливания, зенкерования, развертывания отверстий в различных деталях, для нарезания резьб, цекования, растачивания канавок и т. д.
Универсальные сверлильные станки подразделяют на настольно- вертикальные - сверлильные (2Н106П, 2М112, 2Г118 и др.) и радиально- сверлильные (2М55, 2Ш55, 2Р53, 2М58-1 и др.), многошпиндельные, горизонтально-сверлильные для глубокого сверления.
Главным движением у этих станков является вращение шпинделя с закрепленным в нем инструментом (и, об/мин), а движением подачи - вертикальное перемещение шпинделя (S, мм/об).
Вспомогательные движения у вертикально-сверлильных станков (рис. 4.4) - вертикальное перемещение стола, а у радиально-сверлильных (рис. 4.5) - вертикальное перемещение и поворот консоли (рукава) и продольные (установочные) перемещения шпиндельной головки.
Наличие нескольких вспомогательных движений у радиально-сверлильных станков позволяет использовать их для обработки крупных деталей, которые устанавливают на столе стайка или около него и не смещают при переходе к сверлению нового отверстия.
У большинства сверлильных станков базой для установки инструмента является коническое отверстие в шпинделе, и лишь у небольшой группы - наружный конус или фланец.
Расточные станки предназначены для обработки крупногабаритных деталей в условиях единичного и серийного производства. На них можно производить сверление, растачивание, зенкерование и развертывание отверстий, фрезерование поверхностей и пазов, подрезку торцов резцами, нарезание резьб и т. д.
Универсальные расточные станки подразделяются на горизонтально- расточные (рис. 4.6) (2М615, 2636Ф1, 2622ВФ1 и др.), координатно-расточные (рис. 4.7) (2421, 2431, 2Д450, 2Д450АФ2 и др.) и алмазно-расточные.
Главным движением у этих станков является вращение шпинделя (n, об/мин) с закрепленным в нем режущим инструментом.
Движение подачи (S, мм/об) сообщается либо инструменту, либо заготовке, закрепленной на столе станка.
Вспомогательные движения - установочные перемещения шпиндельной бабки, стола, задней стойки и т. д.
Режущий инструмент устанавливается и закрепляется в отверстии выдвижного расточного шпинделя и на радиальном суппорте планшайбы.
Выдвижной расточной шпиндель станка располагается по оси планшайбы в шпиндельной бабке и при работе получает вращение и осевую подачу в обоих направлениях. В ряде станков вращение шпинделя не зависит от вращения планшайбы. Шпиндель имеет коническое отверстие для установки инструмента с радиальным пазом под клин крепления. У крупных станков конус посадочного отверстия в шпинделе выполнен метрическим, а у небольших и средних - с конусом Морзе.
1 - стол , 2 – шпиндель, 3 - привод подач, 4 - электродвигатель, 5 – станина
Рисунок 4.4 - Вертикально-сверлильный станок
Рисунок 4.5 - Радиально-сверлильный станок
Планшайба расточного станка отличается значительно большей жесткостью, чем выдвижной шпиндель, и используется для крепления фрезерных головок большого диаметра. Она имеет радиальный суппорт, в котором крепится инструмент для обработки торцов растачиваемых деталей, обтачивания фланцев и т. п. Суппорт размещен на направляющих планшайбы. Образованное в нем окно для прохождения выдвижного расточного шпинделя ограничивает радиальное перемещение суппорта, в Т-образных пазах которого с помощью болтов крепятся резцедержатели, стойки и т. д.
В современных станках движение подачи сообщается радиальному суппорту, как правило, независимо от подачи выдвижного расточного шпинделя, что позволяет вести обработку деталей совмещенным методом, т. е. одновременно всеми инструментами, закрепленными как в расточном шпинделе, так и на планшайбе.
5 - шпиндельная бабка, 6 - радиальный суппорт
Рисунок 4.6- Горизонтально-расточной станок
Координатно-расточные станки (2421, 2431, 2Д450, 2Д450АФ2 и др.) предназначены для обработки отверстий с высокой точностью (0,005...0,001 мм) их взаимного расположения. Их можно использовать также для измерения и контроля деталей, для точных разметочных работ.
В одностоечных станках (рис. 4.7) шпиндель имеет вращательное движение (главное движение) и движение осевой подачи, а крестовый стол перемещается в двух взаимно перпендикулярных направлениях (вспомогательные движения).
У двухстоечных станков стол перемещается в продольном направлении, а шпиндельная головка - в поперечном (вспомогательные движения); главное движение и подача шпинделя — те же, что и у одностоечных станков.
1 - станина, 2 - поперечные салазки, 3 - стол, 4 - шпиндель, 5 - шпиндельная бабка
Рисунок 4.7- Одностоечный координатно-расточной станок
Фрезерные станки предназначены для обработки с помощью различных фрез плоских наружных и внутренних фасонных поверхностей, винтовых поверхностей различного профиля, нарезания зубчатых колес и т. д. Они отличаются разнообразием конструкций.
Универсальные фрезерные станки общего назначения делятся на кон- сольно-, бесконсольно-, продольно- и карусельно-фрезерные.
Наиболее распространены консольно-фрезерные станки, которые подразделяются на горизонтальные (рис. 4.8), вертикальные (рис. 4.9) (6П04, 6Р10, 6Р11, 6540, 6550 и др.), универсальные и широкоуниверсальные (6712В, 6712П, 676П и др.).
1 – станина, 2 – коробка скоростей, 3 – хобот, 4 – шпиндель, 5 – стол,
6 – консоль, 7 – привод подач
Рисунок 4.8 - Горизонтальный консольно-фрезерный станок
1 – коробка скоростей, 2 – шпиндельная головка, 3 – шпиндель, 4 – стол,
5 – консоль, 6 – привод подач, 7 – станина
Рисунок 4.9 - Вертикальный консольно-фрезерный станок
Горизонтальные и вертикальные фрезерные станки имеют соответственно расположение оси шпинделей: универсальные - поворотный стол; широкоуниверсальные - дополнительный шпиндель, поворачивающийся вокруг горизонтальной и вертикальной осей, или два шпинделя — горизонтальный и вертикальный.
Главное движение у фрезерных станков - вращение фрезы (n, об/мин). Подача - продольная (S, мм/мин), поперечная (Sп, мм/мин) и вертикальная (SВ, мм/мин) - придается столу с салазками, расположенному на консоли (рис.4.8 и 4.9). Вспомогательные движения у консольно-фрезерных станков — быстрые перемещения (по трем направлениям) стола, салазок и консоли, а у некоторых еще и вертикальное перемещение шпиндельной бабки и ее поворот.
Базой для установки режущего инструмента у всех фрезерных станков является коническое отверстие шпинделя, которое выполняется с конусностью 7:24 или с конусом Морзе.
При установке фрез используется различный вспомогательный инструмент. Для горизонтально-фрезерных станков - это чаще всего оправки с бук сами (втулками), противоположный от шпинделя конец которых поддерживается серьгой. Для вертикально-фрезерных станков — оправки с конусом.
Строгальные и долбежные станки предназначены для обработки горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей в условиях единичного и мелкосерийного производства.
Станки подразделяются на продольно-строгальные (рис. 4.10), поперечно- строгальные и долбежные (рис. 4.11) (7110, 7112, 7116, 7210-6, 7210 и др.).
5 - правый суппорт траверсы, 6 - правый суппорт
Рисунок 4.10 — Продольно-строгальный станок
Крепление резцов осуществляется в резцедержателях.
Шлифовальные станки предназначены в основном для чистовой обработки деталей абразивными или алмазными кругами. При этом обеспечиваются точные размеры, правильная геометрическая форма и высокое качество поверхности деталей. На этих станках можно обрабатывать плоские, наружные и внутренние цилиндрические, конические и фасонные поверхности, шлифовать резьбы и зубья колес, разрезать заготовки. В последнее время шлифование широко используется в качества обдирочных и получистовых операций.
5 - ползун, 6 – колонна, 7 - поперечные салазки
Рисунок 4.11 - Долбежный станок
Шлифовальные станки делятся на кругло- и внутришлифовальные, бес- центрово- и плоскошлифовальные. Имеются также различные специализированные шлифовальные станки. Главным движением у них является вращение шлифовального круга (nк, об/мин). Движения подачи у станков разных типов различны.
Круглошлифовальные станки (рис. 4.12) предназначены для наружного шлифования цилиндрических и конических поверхностей (3У10В, 3АМОВ, 3М150, 3М153 и др.).
У универсальных станков этого типа кроме поворота детали (смещение бабки с центром) возможен и поворот шлифовальной бабки с кругом, а также передней бабки.
На круглошлифовапьных станках можно работать методами продольного и врезного шлифования.
1 - шпиндельная бобка, 2 - стол, 3 - передняя бабка, 4 - деталь,
5 - задняя бабка, 6 - станина
Рисунок 4.12- Kpуглошлифовальный станок
При продольном шлифовании детали сообщается круговая подача (nд, об/мин), а также продольная (S, в долях ширины кpyгa или мм/об детали) за счет возвратно- поступательного движения стола. В конце хода (или двойного хода) шлифовальному кругу сообщается поперечная подача (S п мм/дв. ход).
Короткие детали шлифуют методом врезания. При этом используются круговая (ид) и поперечная (радиальная) подачи (S п, мм/об. детали); кроме того, шлифовальная бабка или стол могут совершать колебательное осевое движение (S, дв.ход/мин). Вспомогательные движения круглошлифовальных станков - поперечное (установочное) движение шлифовальной бабки и поворот ее.
Плоскошлифовальные станки классифицируют: по расположению шпинделя - на горизонтальные и вертикальные; по форме стола - с круглым и прямоугольным столом. У станков с горизонтальным расположением шпинделя и прямоугольным столом (рис. 4.13) (ЗЕ710А, ЗЕ711Е и др.) продольная подача (S, мм/мин) осуществляется при возвратно-поступательном движении стола, поперечная (SП, в долях ширины круга или мм/дв.ход) - смещением стола или шлифовальной бабки, а вертикальная (SB, мм/проход) - перемещением шпинделя с кругом шлифовальной бабки. Крепление шлифовальных кругов у всех станков, как правило, производится с использованием специальных фланцевых оправок с устройствами балансировки.
Рисунок 4.13 - Плоскошлифовальный станок
Обработка на круглошлифовальных станках ведется методом многопроходного шлифования, когда за каждый оборот обрабатываемой детали снимается определенный припуск. Типовая схема рабочего цикла шлифования состоит из четырех этапов: врезания, чернового съема, чистового съема и выхаживания. Каждый этап характеризуется как скоростью поперечного перемещения шлифовальной бабки, так и величиной снимаемого слоя.
Так, на первом этапе осуществляется ускоренная поперечная подача шлифовального круга, вызывающая непрерывное увеличение глубины срезаемого слоя. После стабилизации глубины срезаемого слоя начинается этап чернового съема, во время которого удаляется до 60...70 % общего припуска. Перед началом этапа чистого съема поперечная подача круга снова снижается, и чистовой съем металла протекает при непрерывно уменьшающейся глубине срезаемого слоя, способствующей повышению точности шлифуемой поверхности.
На этапе выхаживания поперечная подача круга прекращается, глубина съема быстро уменьшается, достигая минимального значения. На этом этапе окончательно формируется качество шлифуемой поверхности.
Таким образом, изменяя глубину срезаемого слоя, удается за одну операцию снять неограниченный припуск, устранить погрешности предшествующей обработки и обеспечить заданные требования точности и параметр шероховатости поверхности.
Различают обдирочное, предварительное, окончательное и тонкое шлифование.
При обдирочном шлифовании (без предварительной токарной обработки) снимается увеличенный припуск от 1 мм и более на диаметр при скорости νK = 50...60 м/с.
В отличие от токарной обработки, обдирочное шлифование обеспечивает более высокую точность обработки (8...9 квалитета) и шероховатость поверхности Rа = 2.5...5,0 мкм, не требует последующего предварительного шлифования. Его целесообразно применять при наличии точных заготовок или заготовок, имеющих плохую обрабатываемость лезвийным инструментом.
Предварительное шлифование выполняют после токарной обработки при νK = 40...60 м/с. Такое шлифование часто производят до термической обработки в качестве промежуточной операции для подготовки поверхности к окончательной обработке. На операциях предварительного шлифования достигается точность 6...9-го квалитета и шероховатость поверхности Rа = 1,2...2,5 мкм.
Окончательным шлифованием достигается точность 5...6-го квалитета и шероховатость поверхности Rа = 0,2... 1,2 мкм. Наиболее часто νK = 35...40 м/с.
Тонкое шлифование применяют главным образом для достижения шероховатости поверхности Rа = 0,025...0,1 мкм. Для него требуется очень хорошая предварительная подготовка, т. к. снимаемый припуск при тонком шлифовании не превышает 0,05...0,1 мм на диаметр. Такое шлифование можно осуществлять на прецизионных станках специальными кругами. Оно экономически целесообразно лишь в условиях единичного и мелкосерийного производства.
На круглошлифовальных станках осуществляют продольное и врезное шлифование.
Метод продольного шлифования (рис. 4.14, а) более универсальный, чем метод врезного шлифования (рис. 4.14, б). Он не требует специальной наладки, одним шлифовальным кругом можно обработать поверхности разной длины. При продольном шлифовании круг изнашивается более равномерно и заметно не влияет на отклонения цилиндричности шлифуемой поверхности. В этом случае применяют более мягкие круги, работающие в режиме самозатачивания, которые не требуют частой правки и обладают повышенной режущей способностью. При продольном шлифовании достигаются наименьшие параметры шероховатости, минимальное тепловыделение и лучшее качество шлифуемой поверхности.
Этот метод применяют при обработке цилиндрических поверхностей значительной длины (свыше 50 мм).
При врезном шлифовании (рис. 4.14, б) одновременно обрабатывается вся шлифуемая поверхность. Этот метод более производительный. Для его осуществления применяют более широкие круги и станки повышенной мощности и жесткости. Износ круга непосредственно влияет на точность шлифуемой поверхности. Поэтому при врезном шлифовании выбирают круг повышенной твердости. Врезное шлифование применяют при обработке коротких шеек, поверхностей, ограниченных буртами, ступенчатых и фасонных поверхностей, а также при необходимости одновременного шлифования шейки и торца. Врезное шлифование наиболее целесообразно применять в серийном и массовом производстве.
Рисунок 4.14 - Продольное (а) и врезное (б)
шлифование на круглошлифовальніх станках
Бесцентровое круглое шлифование осуществляют на бесцентрово- шлифовальных станках (рис. 4.15), предназначенных для обработки тонких и длинных деталей. Обрабатываемая деталь 2 устанавливается на опорный нож 4 между шлифовальным 1 и ведущим 3 кругами. Шлифовальный круг вращается со скоростью vK = 30...60 м/с, а ведущий — со скоростью vВ = 0,15...0,7 м/с. Так как коэффициент трения между кругом 3 и деталью больше, чем между деталью и кругом 1, то ведущий круг сообщает детали вращение со скоростью круговой подачи vВ.
Применяется два метода шлифования: проходное и врезное. Продольная подача достигается поворотом оси ведущего круга на угол α. Окружная скорость ведушего круга vВ разлагается на две составляющие: скорость вращения детали (круговую подачу) vд и продольную подачу S = vВ·sinα. Для обеспечения линейного контакта ведущего круга с цилиндрической поверхностью детали, ведущему кругу в процессе правки придают форму гиперболоида.
1 - шлифовальный круг, 2 - обрабатываемая деталь,
3 - ведущий круг, 4 - опорный нож
Рисунок 4.15 - Схема бесцентрового круглого шлифования.
При врезном шлифовании ведущий круг сообщает детали только вращательное движение. Ось ведущего круга устанавливают горизонтально или под небольшим углом (α = 0.5°), чтобы в процессе шлифования создать поджим к неподвижному упору. В этом случае ведущему кругу придается при правке цилиндрическая форма. Принудительная подача обрабатываемой детали сообщается механизмом подачи бабки ведущего круга.
Обрабатываемая деталь вращается свободно, без закрепления в призме, образованной опорным ножом и ведущим кругом. Благодаря этому исключаются деформации детали при ее зажиме, а вращение в призме позволяет эффективно устранять отклонения от круглости шлифуемой поверхности.
Вращение детали осуществляется вследствие сил трения между деталью и ведущим кругом. Для качественной обработки необходимо, чтобы деталь начала вращаться до касания шлифовального круга, что в значительной степени определяется состоянием опорного ножа, который должен иметь прямолинейную опорную поверхность высокой твердости и с параметром шероховатости Ra = 0,08...0,16 мкм, с тем чтобы коэффициент трения между деталью и ножом был минимальный. Обрабатываемая поверхность чаще всего является базой, поэтому большое значение приобретает исходное состояние обрабатываемой поверхности.
Ведущий круг выполняет роль устройства, замедляющего скорость вращения детали, а также дополнительной опоры, значительно повышающей жесткость технологической системы. Благодаря этому на бесцентрово-шлифовальных станках можно обрабатывать длинные и тонкие детали на увеличенных поперечных подачах без опасения прогибов в процессе шлифования.
Бесцентровое шлифование, осуществляемое без зажима и устройств принудительного вращения детали, не требует создания центровых базовых гнезд и упрощает автоматизацию обработки, сокращает время на установку и снятие обрабатываемой детали. Эти преимущества делают бесцентровое шлифование наиболее производительным процессом круглого наружного шлифования. Бесцентровое шлифование обеспечивает обработку деталей с точностью 5...6-го квалитета.
Опорный нож устанавливают по высоте так, чтобы центр шлифуемой детали был выше линии центров шлифовального и ведущего кругов примерно на 0,5 диаметра заготовки, но не более чем на 14 мм. Тонкие, длинные и недостаточно прямолинейные прутки целесообразно располагать ниже линии центров на ту же величину. Опорная поверхность ножа должна располагаться параллельно оси шлифовального круга.
Отклонение от прямолинейности опорной и установочной поверхности ножа не должно превышать 0,01 мм на 100 мм длины.
Толщина опорного ножа должна быть на 1...2 мм меньше диаметра шлифуемой детали, но не более 12 мм. Угол скоса опорной поверхности ножа для деталей длиной до 100 мм и диаметром до 30 мм принимают равным 30°, а при больших размерах - 20.. .25°.
Для безопасности и удобства загрузки и выгрузки обрабатываемых деталей предусмотрены устройства механизированной загрузки и выгрузки (рис. 4.16).
В начале цикла шлифования, когда ведущий круг отведен для выгрузки готовой детали (рис. 4.16, а), столб заготовок валов удерживается в магазине 4 отсекателем 3, а подготовленная к шлифованию заготовка 2 - пружинным ограничителем 1. При подходе бабки 6 ведущего круга отсекатель 5 отжимает ограничитель 1 и проталкивает заготовку на опорный нож.
а - начало цикла шлифования, б - окончание цикла шлифования;
1 - пружинный ограничитель, 2 - деталь, 3, 5 - отсекатели, 4 - магазин,
6 - бабка ведущего круга, 7 - штырь, 8 - шлифовальный круг
Рисунок 4.16 - Схема механизма автоматической загрузки валиков
Одновременно штырь 7 (рис. 4.16, б) отводит отсекатель 3, и столб заготовок опускается до упора в отсекатель 5. После окончания шлифования бабка ведущего круга отходит, обработанная деталь скатывается с ножа, нижняя заготовка из желоба падает на ограничитель 1, и цикл повторяется.