Глава V

томатизированная система производства деталей, в ее основе лежат единичные ме­тоды обработки, физическая сущность которых служит основой создания любых технологических систем. Эти методы должны быть подробно изучены.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. В чем состоит сущность процесса ав­томатизации производства?

2. Что обеспечивает цикличность работы автоматов и полуавтоматов?

3. Каковы основные преимущества автома­тического оборудования с программным управлением?

4. Как вы представляете себе переналажи­ваемую автоматическую линию?

5. Какие причины побуждают создавать гибкие автоматизированные системы?

1. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА ТОЧЕНИЯ

Технологический метод формообразо­вания поверхностей заготовок точени­ем характеризуется двумя движениями: вращательным движением заготовки (глав­ное движение резания) и поступательным движением режущего инструмента - резца (движение подачи). Движение подачи осу­ществляется параллельно оси вращения заготовки (продольная подача), перпенди­кулярно к оси вращения заготовки (попе­речная подача), под углом к оси вращения заготовки (наклонная подача).

Разновидности точения: обтачивание -обработка наружных поверхностей; раста­чивание - обработка внутренних поверх­ностей; подрезание - обработка плоских торцовых поверхностей; резка - разделе­ние заготовки на части или отрезка готовой детали от заготовки - пруткового проката.

На вертикальных полуавтоматах, авто­матах и токарно-карусельных станках за­готовки имеют вертикальную ось враще­ния, на токарных станках других типов -горизонтальную. На токарных станках вы­полняют черновую, получистовую и чис­товую обработку поверхностей заготовок.

2. ТИПЫ СТАНКОВ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

По технологическому назначению станки токарной группы делят на токарно-винторезные, токарно-револьверные, ка­русельные, многорезцовые одно- и мно­гошпиндельные автоматы и др.

По способу управления станки делят на станки с ручным управлением (универ­сальные), полуавтоматы и автоматы, с системами ЧПУ.

Современные токарные станки с ЧПУ в основе конструкции имеют базовые мо­дели универсальных станков с ручным управлением, схемы которых показаны на рис. 6.26. Назначение станков с ЧПУ оста­лось прежним, хотя их технологические возможности значительно расширились.

Токарно-винторезные станки (рис. 6.26, а) применяют в условиях единичного (мелкосерийного) производства для обра­ботки заготовок небольших партий. Обра­ботка сложных деталей требует примене­ния большого числа режущих инструмен­тов. Для сокращения потерь времени на смену инструмента необходимо специаль­ное устройство. Таким устройством явля­ется револьверная головка (револьверный

346

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

_^^а^^шг

_je

У

а)

«)

Ж

_т

*пр

у

_а

J L.

_т±^я^в

■п. ■/ 9?

ias-

в)

г)

д)

Рис. 6.26. Общие виды станков токарной группы (стрелками без обозначений указаны установоч­ные движения узлов станков)

суппорт) токарно-револьверного станка (рис. 6.26, б). Предварительная наладка станков позволяет обрабатывать поверх­ности заготовок по упорам, ограничиваю­щим (отключающим) движения суппор­тов, что обеспечивает автоматическое по­лучение размеров диаметров и длин обра­батываемых поверхностей. Кроме того, на револьверных станках можно вести парал­лельную (одновременную) обработку не­скольких поверхностей заготовок разными инструментами. Все это повышает произ­водительность станков, которые исполь­зуют при изготовлении партий одинако­вых заготовок в серийном производстве.

Токарно-карусельные станки (рис. 6.26, в) предназначены для обработки крупных тяжелых заготовок, у которых отношение длины (высоты) заготовки к диаметру составляет 0,3 ... 0,5. Это заго­товки рабочих колес водяных и газовых турбин, зубчатых колес, маховиков. Осо­бенностью станков является наличие круглого стола-карусели с вертикальной осью вращения. Наличие карусели (диа­метром 0,5 ... 21 м) облегчает установку, выверку и закрепление тяжелых заготовок на станке. Станки используют в среднем и тяжелом машиностроении.

Многорезцовые токарные полуавтома­ты (рис. 6.26, г) предназначены для обра-

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

347

ботки наружных поверхностей заготовок типа ступенчатых валов, блоков зубчатых колес, шпинделей. На многорезцовых по­луавтоматах одновременно обрабатыва­ются несколько поверхностей заготовки.

На одношпиндельных токарно-револь-верных автоматах (рис. 6.26, д) об­рабатывают заготовки небольших разме­ров (диаметром 8 ... 31 мм), но сложных форм. Автоматы работают по замкнутому технологическому циклу параллельной обработки поверхностей. Движения (реза­ния, установочные, вспомогательные) ра­бочих органов автомата осуществляют от кулачкового распределительного вала. Автоматизация движений обеспечивает высокую производительность. Автоматы используют для изготовления больших партий деталей.

Многошпиндельные автоматы парал­лельной обработки заготовок (рис. 6.26, е) используют в массовом производстве. На автоматах одновременно обрабатываются столько заготовок, сколько шпинделей имеет автомат. Изготовляются детали од­ного типоразмера: форма деталей - сред­ней сложности. На многошпиндельных автоматах последовательной обработки (рис. 6.26, ж) одновременно обрабатыва­ются несколько заготовок (по числу шпинделей). В каждой из позиций заго­товки находятся на разных стадиях обра­ботки. Автоматы имеют высокую произ­водительность, их используют в массовом производстве для изготовления сложных по конструкции деталей.

В настоящее время большинство то­карных станков оснащается системами ЧПУ. Токарные станки с ЧПУ классифи­цируют по нескольким признакам: по тех­нологическому назначению и типам обра­батываемых заготовок - на центровые, патронные, патронно-центровые, кару­сельные, прутковые; по расположению направляющих станины - на горизонталь­ные, вертикальные и наклонные; по спо­собам закрепления используемых инстру­ментов - на суппорте, в револьверной го­ловке, в инструментальном магазине; по

положению оси вращения шпинделя - на горизонтальные и вертикальные.

Центровые станки служат для обработ­ки заготовок типа валов с прямолинейны­ми и криволинейными контурами. Обра­батываются только наружные поверхности заготовок.

Патронные станки служат для обра­ботки заготовок типа зубчатых колес, фланцев, шкивов. Обрабатываются как наружные, так и внутренние поверхности.

Патронно-центровые станки предна­значены для обработки наружных и внут­ренних поверхностей сложных по форме заготовок и обладают технологическими возможностями центровых и патронных станков.

Карусельные станки применяют для обработки заготовок больших размеров по диаметру, например корпусов турбин, ос­нований станков и грузоподъемных ма­шин и т.д. Станки используют в тяжелом и энергетическом машиностроении.

На рис. 6.27 показаны две схемы обще­го вида токарных станков с ЧПУ: с на­клонной (рис. 6.27, а) и вертикальной ста­нинами (рис. 6.27, б). Токарный станок первого типа имеет наклонную станину 1 с направляющими б, по которым переме­щается суппорт 7 параллельно оси обраба­тываемой заготовки. По направляющим суппорта перемещаются салазки 9, обес­печивающие режущему инструменту дви­жение поперечной подачи. На салазках смонтирована инструментальная револь­верная головка 8, в пазах которой закреп­ляются резцы. Головка автоматически поворачивается относительно оси, что обеспечивает смену резцов.

В передней бабке 3 смонтированы ко­робка скоростей для изменения частоты вращения шпинделя, коробка подач для изменения продольной и поперечной по­дач и главный электродвигатель 2. В зад­ней бабке 10 установлен задний центр, который служит для поджатая правого конца обрабатываемой заготовки. Пиноль задней бабки имеет гидравлический при­вод, что обеспечивает постоянство силы поджима заготовки. В шкаф 5 вмонтиро­вана электрическая распределительная

348

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

,;

_W

_®

_ihr

а) Рис. 6.27. Общие виды токарных станков с ЧПУ

аппаратура, управление которой осущест­вляется с пульта 4. Станок поставляется заказчику со шкафом, в который вмонти­рованы блоки системы ЧПУ, управляю­щей циклом работы станка. Система ЧПУ обеспечивает изменение частоты враще­ния заготовки, изменение скорости пода­чи, периодический поворот инструмен­тальной головки. Все команды исполни­тельным механизмам оператор вводит посредством кнопок на панели управле­ния.

При установке на станке двух револь­ верных головок (рис. 6.27, 6) в одной из них закрепляют инструменты для обра­ ботки наружных поверхностей, в другой - для внутренних. Револьверные головки имеют горизонтальную, вертикальную или наклонную ось вращения. В пазах револь­ верных головок устанавливают сменные взаимозаменяемые инструментальные

блоки, которые налаживают на заданный размер обработки поверхности заготовки вне станка.

В конструкциях токарных станков с ЧПУ используют револьверные головки четырех - двенадцатипозиционные. В ка­ждой позиции головки можно устанавли­вать по два инструмента для параллельной обработки наружной и внутренней по­верхностей заготовки. Инструментальные магазины (вместимостью по 8 ... 20 инст­рументов) в токарных станках с ЧПУ ис­пользуют редко. Использование инстру­ментальных магазинов с большим числом

б)

инструментов целесообразно при встраи­вании станков в гибкие производственные модули, роботизированные технологиче­ские комплексы, а также в случаях, когда режущие инструменты имеют небольшие периоды стойкости.

В современных токарных станках ис­пользуют системы ЧПУ: SNC, имеющие память для хранения всей управляющей программы; CNC - автономное управле­ние станком с ЧПУ, имеющим мини-ЭВМ или микропроцессор; DNC - групповое управление станками от обшей управ­ляющей ЭВМ.

3. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА

ТОКАРНЫХ СТАНКОВ

Многообразие видов поверхностей за­готовок, обрабатываемых на станках то­карной группы, привело к созданию большого числа токарных резцов (рис. 6.28). Главным принципом классификации резцов является их технологическое на­значение.

Различают резцы: проходные прямые (рис. 6.28, а), отогнутые (рис. 6.28, б), упорные (рис. 6.28, в) и широкие (рис. 6.28, г) - для обтачивания наружных ци­линдрических и конических поверхностей; подрезные (рис. 6.28, д) - для подрезания торцов заготовки; отрезные (рис. 6.28, е) -для отрезания обработанной заготовки и для протачивания кольцевых канавок; рас-

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

349

точные проходные ( рис. 6.28, ж) и упор­ные (рис. 6.28, з) - для растачивания сквозных и глухих отверстий; фасонные стержневые (рис. 6.28, и), круглые (рис. 6.28, к) и призматические (рис. 6.28, л) -для обработки фасонных коротких по­верхностей с длиной образующей линии до 30 ... 40 мм; резьбовые - для нарезания наружных (рис. 6.28, м) и внутренних (рис. 6.28, н) метрических резьб.

По характеру обработки резцы делят на черновые, получистовые и чистовые, по направлению движения подачи - на пра­вые и левые. Правые работают с подачей справа налево, левые - слева направо. По

конструкции резцы делят на целые, с при­варенной или припаянной пластиной ре­жущего материала, со сменными пласти­нами. Широко применяют резцы с много­гранными неперетачиваемыми пластина­ми (рис. 6.28, о). Когда одна из режущих кромок пластины выходит из строя вслед­ствие затупления, открепляют механиче­ский прижим и устанавливают в рабочее положение следующую режущую кромку. На рис. 6.28, п показаны типы сменных многогранных режущих пластин.

Установка и закрепление заготовки, обрабатываемой на токарном станке, зави­сят от типа станка, вида обрабатываемой

_СП

_{Я Р}

а)

б)

_tf=DQ

В)

г~\

г)

д)

X)

3)

и)

л)

Д

_F

_7CD

_4*ФФФ

М) Н) 0)

п)

Рис. 6.28. Токарные резцы

350

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

поверхности, характеристики заготовки (отношение длины заготовки к диаметру), точности обработки и других факторов.

На токарно-винторезных станках для закрепления заготовок широко использу­ют трехкулачковые самоцентрирующие патроны (рис. 6.29, а). На корпусе 1 па­трона расположены три радиальных паза, по которым перемещаются кулачки 2. Па­троны применяют для закрепления загото­вок при отношении их длины к диаметру lid < 4. В автоматизированных станках и станках с ЧПУ используют патроны с ме­ханическим, пневматическим, гидравли­ческим и электрическим приводами ку­лачков.

В центровых станках с ЧПУ при отно­шении lid = 4 ... 10 заготовку устанавли­вают в центрах, а для передачи на нее кру­тящего момента от шпинделя станка при­меняют различные поводковые устройства и приспособления. Для установки заготов­ки в центрах необходимо сделать центро-

вые отверстия с торцов вала. Центровые отверстия делают специальными центро­вочными сверлами.

Центры можно разделить на упорные (рис. 6.29, б), срезанные (рис. 6.29, в), ша­риковые (рис. 6.29, г). Упорные центры делают с твердосплавными наконечника­ми, что повышает их долговечность. Сре­занные центры применяют при подреза­нии торцов заготовки, когда подрезной резец должен дойти почти до оси враще­ния заготовки. Шариковые центры ис­пользуют при обтачивании конических поверхностей заготовки, обратные центры (рис. 6.29, д) - при обработке заготовок небольших диаметров. Вращающиеся цен­тры (рис. 6.29, е) применяют при резании с большими сечениями срезаемого слоя металла, когда возникают большие со­ставляющие силы резания, или при обра­ботке на больших скоростях резания.

При установке заготовки в центрах для передачи на нее крутящего момента от

Рис. 6.29. Приспособления для закрепления заготовок на токарных станках

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

351

шпинделя станка используют поводковый патрон (рис. 6.29, ж) и хомутик (рис. 6.29, з). Поводковый патрон представляет собой корпус, навинчиваемый на шпиндель станка. На торце патрона запрессован ци­линдрический палец, передающий момент на хомутик, который закрепляют на заго­товке болтом.

При отношении lid > 10 для уменьше­ния деформации заготовки от сил резания применяют люнеты. Подвижный откры­тый люнет (рис. 6.29, и) устанавливают на продольном суппорте станка, неподвиж­ный закрытый люнет (рис. 6.29, к) закреп­ляют на станине. Силы резания восприни­мают опоры люнетов, что повышает точ­ность обработки.

Для установки заготовок типа втулок, колец и стаканов применяют конические оправки (рис. 6.29, л), когда заготовка удерживается на оправке силой трения на сопряженных поверхностях; цанговые оправки (рис. 6.29, м) с разжимными уп­ругими элементами - цангами; упругие оправки с гидропластмассой, гофрирован­ными втулками (рис. 6.29, н). На токарно-револьверных станках, полуавтоматах и автоматах для закрепления заготовок-прутков используют цанговые патроны.

Для установки резцов на токарных станках с ЧПУ с инструментальными

(рис. 6.30, а) или револьверными головка­ ми используют специальные сменные взаимозаменяемые инструментальные

блоки (рис. 6.30, 6). Инструментальные блоки налаживают на размеры обрабаты­ваемых поверхностей заготовок вне станка на специальных приборах. Это значитель­но снижает простои станков с ЧПУ, по­вышает производительность и точность обработки.

Резцовые блоки в револьверных голов­ках базируют на призму цилиндрическим хвостовиком (рис. 6.30, б). Резец крепят в пазу корпуса 1 винтами через прижимную планку 3. Для установки резца по высоте на линии центров станка служит подклад­ка 2. Два регулировочных винта 5, распо­ложенных под углом 45° к оси хвостовика б, позволяют выводить вершину резца на заданные координаты в процессе на­ладки блока. Подача смазочно-охлаждающей жидкости осуществляется через канал в корпусе 1 блока. В конце канала установлено сопло 4, позволяющее регулировать направление подачи СОЖ в зону резания.

Некоторые модели токарных станков имеют инструментальные магазины, в которых хранится весь инструмент, необ­ходимый для обработки заготовки. В та­ких случаях станок снабжается специаль-

Рис. 6.30. Инструментальная головка токарного станка с ЧПУ мод. 16К20ФЗС32 (а) и инструмен­тальный резцовый блок (б)

352

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

ным автооператором, осуществляющим смену инструмента в резцедержателе стан­ка. Автооператор работает по циклу в соот­ветствии с заданной программой: извлече­ние инструмента из резцедержателя - уста­новка инструмента в гнезде магазина - по­ворот магазина - извлечение очередного инструмента из магазина - установка инст­румента в резцедержателе.

Съем со станка обработанных деталей и установка на станке заготовок осущест­вляются манипулятором. Заготовки и об­работанные детали складируются на так­товом столе, представляющем собой замкнутый шаговый конвейер. Робот за­бирает со стола заготовки для их установ­ки на станке, а готовые детали, снятые со станка, устанавливает на тактовом столе. За цикл обработки заготовки транспортер тактового стола перемещается на один шаг.

4. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ

Схемы основных видов обработки по­верхностей, показанных на рис. 6.26, яв­ляются типовыми, так как их можно реа­лизовать на универсальных токарных станках, полуавтоматах, автоматах и стан­ках с ЧГГУ. Обработка поверхностей осуще­ствляется либо с продольным, либо с попе­речным движением подачи (рис. 6.31, а). Формообразование поверхностей при об­работке с продольным движением подачи осуществляется по методу следов, при обработке с поперечным движением пода­чи - в основном по методу копирования. Перемещения инструментов в направле­нии стрелок движения подачи зависят от типа станка, и управление ими осуществ­ляется вручную на универсальных стан­ках, от кулачков и копиров на полуавто­матах и автоматах или по управляющим командам программы системы ЧПУ станка.

Наружные цилиндрические поверхно­сти обтачивают прямыми (рис. 6.31, б) или отогнутыми проходными резцами. Глад­кие валы обтачивают при установке заго-

товки в центрах. Ступенчатые валы обта­чивают по схемам деления припуска на части или по схемам деления длины заго­товки на части.

Для обработки нежестких валов реко­мендуют использовать проходные резцы, у которых главный угол в плане ср = 90°. При обработке заготовок валов такими резцами радиальная составляющая силы резания Р_у равна нулю, что снижает де­формирование заготовок в процессе обра­ботки и повышает их точность. Наружные (рис. 6.31, в) и внутренние резьбы нареза­ют резьбовыми резцами, форма режущих кромок которых определяет профиль на­резаемых резьб. При наладке универсаль­ных токарно-винторезных станков для нарезания резьбы заданного шага необхо­димо предварительно определить те зуб­чатые колеса, которые устанавливают в кинематическую цепь. На станках с ЧПУ шаг нарезаемой резьбы устанавливает система управления. Нарезают как одно-заходные, так и многозаходные резьбы.

Точение длинных пологих конусов (2а = 8 ... 10°) производят при смещении в поперечном направлении корпуса задней бабки относительно ее основания (рис. 6.31, г) или с использованием специально­го приспособления - конусной линейки. Точение на станках с ЧПУ конических поверхностей с любым углом конуса при вершине осуществляют подбором скоро­стей продольной и поперечной подач. Сквозные отверстия на токарно-винто­резных станках растачивают проходными расточными резцами (рис. 6.31, д), глухие -упорными (рис. 6.31, е).

С поперечным движением подачи на токарно-винторезных станках обтачивают кольцевые канавки (рис. 6.31, з) прорез­ными резцами, фасонные поверхности (рис. 6.31, и) - фасонными стержневыми резцами, короткие конические поверхно­сти - фаски (рис. 6.31, к) - широкими рез­цами, у которых главный угол в плане равен половине угла при вершине кониче­ской поверхности. Для отрезки деталей от заготовки (рис. 6.31, л) используют отрез-

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

353

ные резцы с наклонной режущей кромкой, что обеспечивает после отрезания чистый торец на готовой детали; для подрезания торцов (рис. 6.31, и) - специальные под­резные резцы.

На токарно-винторезных станках обра­ботку отверстий выполняют сверлами (рис. 6.31, м), зенкерами и развертками. В этом случае обработку ведут с движени­ем продольной подачи режущего инстру­мента. Обтачивание наружных и растачи­вание внутренних конических поверхно­стей средней длины (рис. 6.31, ж, о) с лю­бым углом конуса при вершине на токар­но-винторезных станках производят с на­клонным движением подачи резцов при повороте верхнего суппорта. На станках с ЧПУ эта обработка выполняется после ввода в программу соответствующих ве­личин подач v, и v_t .

Точность обработки поверхностей за­готовок на станках с программным управ-

лением можно значительно повысить. Для этого следует автоматически, без вмеша­тельства оператора, выбирать наиболее благоприятный режим работы в каждый момент времени, непрерывно учитывая изменяющиеся условия обработки.

Рассмотрим принципиальную схему токарного станка с адаптивной системой программного управления (рис. 6.32), по­зволяющей обрабатывать заготовку при постоянном значении силы резания. Обра­батываемая заготовка 1 приводится во вращение электродвигателем 2.

Движение продольной подачи инстру­ментальной головки 15 осуществляется ходовым винтом 13. Измеряемым возму­щением является изменение силы резания вследствие нарушения условий обработки. Колебания силы резания вызывают про­порциональные изменения мощности, по­требляемой электродвигателем 2, что ре­гистрирует датчик 3.

12-9503

«> "^Р ж)

и) Q)\\ _к)т^] _Л)ПЗ\

Рис. 6.31. Типовые схемы обработки поверх­ностей заготовок на станках токарной группы

354

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Рис. 6.32. Схема обработки заготовки на то­карном станке с адаптивной системой ЧПУ

Возникший сигнал через усилитель 4 передается в блок-схему сравнения 5, где его уровень сравнивается с уровнем сиг­нала задающего устройства. Разность сиг­налов датчика 3 и устройства б после уси­лителя 7 поступает в блок-схему про­граммного управления 8. После этого сиг­нал суммируется с сигналом программы и поступает в шаговый коммутатор 9, шаго­вый электродвигатель 10, гидроусилитель 11 и редуктор 12, вращающий ходовой винт 13 и сообщающий продольную пода­чу суппорту 14.

В зависимости от знака разности сиг­налов датчика и задающего устройства происходит увеличение или уменьшение скорости продольной подачи, которая влияет на изменение силы резания. Обра­ботка заготовки при постоянном значении силы резания позволяет значительно уменьшить колебания упругих деформа­ций в технологической системе, приводя­щие к погрешностям обработки, опти­мально использовать мощность станка и повысить стойкость инструмента.

5. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ТОКАРНЫХ АВТОМАТАХ

Токарные одно- и многошпиндельные автоматы условно относят к технологиче­скому оборудованию с "жесткой" автома­тизацией в отличие от оборудования с

ЧПУ, имеющего "гибкую" автоматизацию. Рабочим циклом работы автоматов с же­сткой автоматизацией управляют распре­делительные валы, на которых устанавли­вают дисковые кулачки или специальные кулачковые барабаны. При переходе с обработки одного типа детали на другой необходимо делать переналадку распреде­лительных валов с заменой кулачков и барабанов, на что тратится значительное время и от чего снижается производитель­ность работы автоматизированного и ав­томатического оборудования. Однако по­добные автоматы достаточно широко ис­пользуют в крупносерийном и массовом производствах.

Обработка заготовок на одношпин-дельных автоматах. Одношпиндельные фасонно-отрезные автоматы предназначе­ны для обработки деталей простой формы, небольшого диаметра и малой длины. За­готовками для изготовления деталей слу­жат прутки. Пруток закрепляют в цанго­вом патроне, пропуская его сквозь полый шпиндель автомата.

Автоматы имеют от двух до четырех поперечных суппортов: передний, задний, один вертикальный или два наклонных. На суппортах закрепляют фасонные рез­цы. В одном из суппортов закрепляют от­резной резец. На фасонно-отрезных авто­матах обрабатывают только наружные поверхности заготовок (рис. 6.33). Обра­ботку поверхностей ведут только с движе­нием поперечной подачи резцов. Некото­рые автоматы имеют сверлильный суп­порт, в котором закрепляют сверло. Свер­ление отверстия выполняют с движением продольной подачи сверлильного суппор­та. После окончания обработки всех по­верхностей фасонными резцами готовую деталь отрезают от прутка отрезным рез­цом и цикл работы автомата повторяется.

Одношпиндельные продольно-фасон­ные автоматы предназначены для обра­ботки деталей сложной формы диаметром до 22 мм и длиной до 200 мм. Заготовками для изготовления деталей служат точные

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

355

Рис. 6.33. Схема обработки заготовки на то­карном одношпиндельном фасонно-отрезном автомате

калиброванные прутки. Пруток закрепля­ют в цанговом патроне автомата и про­пускают сквозь люнетную втулку 2 стой­ки 3 (рис. 6.34). Шпиндельная бабка 1 ав­томата или сам шпиндель имеет движение продольной подачи. Пруток, закреплен­ный в патроне автомата, одновременно с вращением получает ту же продольную подачу. Суппорты автомата, число кото­рых доходит до пяти, имеют только дви­жение поперечной подачи. В зажимных устройствах суппортов закрепляют про­ходные резцы и один отрезной резец.

Скоростями перемещении передней бабки (прутка) и поперечных суппортов, а также моментами включения и выключе­ния движений подачи управляют кулачки распределительного вала автомата. Соче­тание продольной подачи прутка с попе­речной подачей резцов позволяет на заго­товке обтачивать наружные цилиндриче­ские, конические и фасонные поверхно­сти, подрезать торцы, протачивать канав­ки, галтели, обтачивать фаски. Использо­вание дополнительного продольного суп­порта позволяет выполнять сверлильные или резьбонарезные работы. Обработка поверхностей заготовки ведется в непо­средственной близости от торца люнет-ной втулки, что значительно уменьшает деформацию заготовки.

Одношпиндельные токарно-револьвер-ные автоматы (см. рис. 6.26, д) имеют ре­вольверный суппорт с револьверной го-

ловкой, перемещающейся с движением продольной подачи, и от двух до четырех поперечных суппортов. Все инструменты, работающие с движением продольной подачи, закрепляют в гнездах револьвер­ной головки; все инструменты, работаю­щие с движением поперечной подачи, за­крепляют в зажимных устройствах попе­речных суппортов. Перемещением и за­креплением прутка, включением, выклю­чением и изменением скоростей вращения заготовки и перемещений суппортов и револьверной головки управляют кулачки распределительного вала.

На токарно-револьверных автоматах обрабатывают наружные цилиндрические, конические и фасонные поверхности, под­резают торцы, протачивают канавки, гал­тели, фаски, обрабатывают отверстия сверлением, зенкерованием, зенкованием, развертыванием и растачиванием, нареза­ют наружную (плашками) и внутреннюю (метчиками) резьбы, накатывают рифле­ния. Использование дополнительных уст­ройств расширяет технологические воз­можности автомата. Например, установка специального автоматического приспо­собления позволяет фрезеровать шли-цевые канавки на головках винтов.

Обработка заготовок на многошпин­дельных автоматах. Заготовками для изготовления деталей на автоматах служат прутки (прутковые автоматы) или штуч­ные заготовки - поковки, отливки, кото­рые закладывают в специальные емкости-

Рис. 6.34. Схема обработки заготовки на то­карном одношпиндельном продольно-фасон­ном автомате

12*

356

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

магазины (магазинные автоматы). Авто­мат параллельной обработки (см. рис. 6.26, ё) предназначен для одновременного изготовления нескольких одинаковых де­талей. Заготовки-прутки пропускают сквозь полые шпиндели на длину, равную длине изготовляемых деталей. Вылет прутков из шпинделей ограничен упорами задней стойки. Затем прутки закрепляют цанговыми патронами шпинделей, и они получают вращательное движение.

Обработку заготовок ведут фасонными резцами, каждый из которых установлен в переднем поперечном суппорте против соответствующего шпинделя станка. Все резцы получают одновременное попереч­ное движение подачи. После того как по­верхности заготовок будут обработаны, отрезные резцы, установленные в заднем поперечном суппорте, отрезают готовые детали от прутков и цикл работы автомата повторяется. На автоматах этого типа обрабатывают только наружные поверх­ности заготовок и только с поперечной подачей резцов. Обработка заготовок идентична обработке заготовок на одно-шпиндельных фасонно-отрезных автома­тах.

Многошпиндельный автомат последо­вательной обработки (см. рис. 6.26, ж) имеет в шпиндельной бабке барабан, в котором расположены шпиндели. На тор­цовой стороне шпиндельной бабки против шпинделей установлены поперечные суп­порты. Между шпиндельной бабкой и задней стойкой расположен осевой суп­порт с каретками, имеющими продольное перемещение. Каретки осевого суппорта располагаются на одной оси со шпинде­лями, против которых они установлены. При обработке заготовок инструменты, работающие с движением поперечной по­дачи (прорезные, подрезные, фасонные, отрезные, галтельные резцы), устанавли­вают в зажимных устройствах поперечных суппортов. Инструменты, работающие с движением продольной подачи (сверла, зенкеры, развертки, расточные и проход­ные резцы), закрепляют в зажимных уст­ройствах каретки.

После того как все одновременно рабо­тающие инструменты отойдут от загото­вок в исходное положение, шпиндельный барабан вместе с закрепленными прутка­ми повернется на одну позицию. Такие повороты осуществляются периодически так, что каждая закрепленная заготовка последовательно пройдет через все пози­ции автомата и каждый режущий инстру­мент обработает на ней соответствующую поверхность. Таким образом, в каждой позиции автомата заготовка находится на разных стадиях обработки.

В предпоследней позиции отрезной ре­зец отрезает готовую деталь от прутка. После очередного поворота шпиндельного барабана на 1/z часть, где z - число шпин­делей автомата, пруток подается на длину, равную длине обрабатываемой детали. При очередном повороте блока на 1/z часть начинается новый цикл изготовления сле­дующей детали.

6. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК

НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ

В токарных станках с ЧПУ в основном используют две системы управления: прямоугольную или контурную.

Прямоугольная система ЧПУ (рис. 6.35, а) обеспечивает рабочие перемеще­ния исполнительных органов станка по­очередно вдоль его осей координат на требуемые расстояния в соответствии с заданной программой обработки заготовок.

Координатные оси токарного станка с ЧПУ: ось вращения заготовки - ось z; на­правление, перпендикулярное к оси z в горизонтальной плоскости - ось х. Поло­жительные направления осей: оси z - сле­ва направо от шпинделя станка; оси х - от линии центров станка (рис. 6.35, б).

По такой схеме осуществляют наруж­ную обработку ступенчатых валов или растачивание ступенчатых отверстий.

Контурная система ЧПУ (рис. 6.35, б) обеспечивает автоматическое перемеще­ние исполнительного органа станка по произвольной траектории с контурной

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

357

_-f:

_ъ

6

*6,Z6J

**^&

J^,Z,

4.

x_vz₃

Zils.

_♦*

а)

_-f

:^,

\

«)

Рис. 6.35. Схемы обработки заготовок на то­карном станке по прямоугольной (а) и контур­ной (б) системам ЧПУ

скоростью v_s заданной программой

управления. В данном случае имеем два совместных и взаимосвязанных движения v, и v. исполнительных органов стан-

^л пр ^д п

ка (продольного суппорта и салазок попе­речной подачи). По такой схеме осущест­вляют обработку конических и фасонных поверхностей заготовок. Можно обтачи­вать наружные цилиндрические поверхно­сти, если v_s = 0, или подрезать плоские

торцы, если v_s = 0. Под контурной ско­ростью движения подачи понимают ре­зультирующую скорость двух подач.

Если обрабатываемая поверхность имеет сложную криволинейную образую­щую, то в этом случае в системе ЧПУ ис­пользуют линейные, круговые или линей­но-круговые интерполяторы. Использова­ние интерполяторов позволяет заменить (аппроксимировать) сложную образую­щую поверхности более простыми эле­ментами: дугами окружностей, отрезками прямых, что значительно упрощает разра­ботку программы.

Рассмотрим особенности обработки за­готовок на типовых токарных станках с ЧПУ.

Обработка заготовок на патронно-центровом токарном станке с ЧПУ (мод. 16К20ФЗС5). Станок предназначен для обработки наружных и внутренних поверхностей заготовок типа тел враще­ния со ступенчатым или криволинейным фасонным профилем за один или несколь­ко проходов в замкнутом полуавтоматиче­ском цикле, а также для нарезания резьб. Число используемых инструментов - 6.

Устройство ЧПУ - контурное типа Н221М - обеспечивает движения формо­образования (D_r, D_s , D_s ), изменение

в процессе обработки поверхностей заго­товки скоростей движения подач и часто­ты вращения шпинделя, индексацию по­воротного резцедержателя. Число управ­ляемых координат (всего/одновременно) 2/2. Программоноситель - восьмидорожечная перфолента.

В патронных станках с ЧПУ и инстру­ментальными магазинами для смены ин­струментов используют автооператоры, работа которых осуществляется по задан­ной программе: снятие инструмента, окончившего работу, из резцедержателя -перенос его в соответствующее гнездо магазина - поиск следующего, необходи­мого для обработки заготовки, инструмен­та - захват его из магазина - установка, инструмента в резцедержателе станка.

Обработка заготовок на токарно-револьверном станке с ЧПУ (мод. 1В340ФЗ). Конструкция токарно-револь-верного станка с ЧПУ схожа с конструк­цией центрового токарного станка, но вместо задней бабки на горизонтальных направляющих станины установлен ре­вольверный суппорт. Суппорт обеспечи­вает движения продольной и поперечной подач инструмента. Гидрофицированный отрезной суппорт с однокоординатным поперечным перемещением обеспечивает отрезку готовой детали от заготовки-прутка, пропускаемого сквозь полый шпиндель станка.

358

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

На станках обрабатывают сложные де­тали со ступенчатым и криволинейным профилем в условиях серийного и мелко­серийного производств. Станок выпуска­ют двух модификаций: для обработки за­готовок из прутка и для обработки штуч­ных заготовок.

Устройство ЧПУ - типа "Электроника НЦ-31"; число управляемых координат (всего/одновременно) 2/2; программоно­ситель - электронная память. Оператор обрабатывает заготовку с помощью средств ручного управления, а с помощью элементов автоматического управления формирует управляющую программу. Электронная память станка позволяет вес­ти обработку всех последующих заготовок в автоматическом цикле.

Гидросхема станка, управляемая по за­данной программе, обеспечивает подачу прутка на заданную длину заготовки, за­крепление заготовки с заданной силой, поворот и закрепление револьверной го­ловки, рабочие и вспомогательные пере­мещения револьверной головки и отрезно­го суппорта, работу устройства для авто­матической разгрузки деталей, контроль давления в линиях нагнетания и закрепле­ния.

Обработка заготовок на токарно-карусельных станках с ЧПУ. Токарно-карусельные станки могут быть одностоеч­ные (мод. 1512ФЗ и 1516ФЗ) и двухстоеч-ные (мод. 1А525МФЗ и 1А532ЛМФЗ). Об­щий вид двухстоечного станка показан на рис. 6.26, в. Карусельные станки имеют два суппорта - верхний с револьверной головкой и боковой для установки резцов; три суппорта - верхний с револьверной головкой и верхний и боковой для уста­новки резцов.

На токарно-карусельных станках обта­чивают наружные и растачивают внутрен­ние цилиндрические и конические по­верхности, обтачивают фасонные поверх­ности, сверлят, зенкеруют и развертывают центральные отверстия, обтачивают на­ружные и внутренние кольцевые канавки,

Рис. 6.36. Схема обработки заготовки на то-карно-карусельном станке

галтели, фаски, обтачивают плоские тор­цовые поверхности и нарезают резьбы резцами. Использование специальных приспособлений позволяет выполнять на этих станках фрезерные и шлифовальные работы (фрезерование плоскостей, пазов, шлифование плоских торцовых поверхно­стей).

На станках ведут многоинструмент-ную обработку одновременно нескольких поверхностей заготовки. На рис. 6.36 по­казана схема обработки заготовки боль­шого диаметра. Обработку ведут тремя инструментами. Наружная цилиндриче­ская поверхность обтачивается проход­ным резцом, который закреплен в резце­держателе суппорта. Движение подачи резца вертикальное. Торец обода колеса обтачивается подрезным резцом, который закреплен в резцедержателе верхнего суп­порта. Движение подачи резца горизон­тальное. Растачивание отверстия выпол­няется расточными резцами, установлен­ными в револьверной головке. Обработка ведется при вертикальном движении по­дачи головки.

Токарно-карусельные станки предна­значены для обработки крупных тяжелых заготовок: например, на одностоечном станке с ЧПУ мод. 1512ФЗ можно обраба­тывать заготовки диаметром до 1250 мм и высотой до 1000 мм. Станок имеет уст­ройство ЧПУ типа Н55-2, которое обеспе-

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

359

чивает автоматическое управление по за­данной программе вертикальным суппор­том с револьверной головкой и приводом главного движения резания. По программе происходят автоматическое изменение частоты вращения карусели с заготовкой, управление продольными и поперечными движениями подачи револьверной головки с инструментами; изменение величины подач, нарезание резьб, поворот и фикса­ция револьверной головки, установка ин­струмента в нулевое положение. Число управляемых координат (всего / одновре­менно) 2/2. Программа записывается на восьмидорожечной перфоленте. Система ЧПУ замкнутая - с датчиками обратной связи, регистрирующими и контролирую­щими величину перемещений инструмен­тов. Дискретность отсчета перемещений по осям равна 0,01 мм.

Обработка заготовок на токарных многоцелевых станках. Конструкция деталей машин требует не только обра­ботки поверхностей, имеющих форму тел вращения. Часто приходится выполнять фрезерную обработку - фрезерование па­зов, лысок, канавок или обработку отвер­стий, не соосных с осью вращения детали или расположенных под углом к ней. В та­ких случаях в условиях работы роботизи­рованных гибких автоматизированных систем используют токарные многоцеле­вые станки. Подобные станки имеют до­полнительные шпиндели, которые обеспе­чивают вращательное движение инстру­ментам: фрезам, сверлам, разверткам. Станки имеют две револьверные головки. В одной из них устанавливают резцы, в другой - инструменты с вращательным движением.

Возможны обработка поверхностей за­готовок с движениями продольной подачи вдоль оси и в поперечном направлении, управление поворотом на определенный угол и индексация шпинделя, что позволя­ет останавливать и закреплять шпиндель в любом заранее запрограммированном по­ложении по углу поворота.

Магазины инструментов имеют 8 ... 25 инструментов, смена которых происхо­дит автоматически в соответствии с цик­лом обработки поверхностей заготовки. Для смены инструментов станки снабжа­ют автооператором, работающим по про­грамме.

7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИЯМ ИЗГОТОВЛЯЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ

При разработке конструкций деталей машин, обработка поверхностей которых предполагается на станках токарной груп­пы, целесообразно учитывать ряд специ­альных требований, обеспечивающих их технологичность.

Детали, обрабатываемые на станках токарной группы, должны содержать наи­большее число поверхностей, имеющих форму тел вращения. Конструкция детали должна быть такой, чтобы ее масса была уравновешена относительно оси враще­ния. Обработка уравновешенных загото­вок исключает влияние дисбаланса масс на точность изготовления поверхностей деталей. При конструировании деталей необходимо использовать нормальный ряд диаметров и длин, что позволяет приме­нять стандартный режущий инструмент. В конструкциях следует избегать примене­ния нежестких валов и втулок (длинных тонких валов и тонкостенных втулок). Жесткая конструкция вала позволяет вес­ти токарную обработку без применения люнетов. Жесткая конструкция втулок, стаканов, цилиндров позволяет обрабаты­вать их в кулачковых патронах, не прибе­гая к специальным приспособлениям. При обработке нежестких деталей погреш­ность геометрической формы обработан­ной поверхности всегда больше, чем при обработке жестких деталей.

При выполнении токарных работ большое значение имеют стандартизация и унификация размеров и форм обрабаты­ваемых поверхностей. У ступенчатых ва­лов и отверстий следует делать одинако-

360

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

вые радиусы скруглений г (рис. 6.37, а), что позволит выполнить их одним резцом. Радиусы скруглений следует выбирать из нормального ряда. Конические переходы между ступенями валов и фаски (рис. 6.37, б) необходимо обрабатывать стандартным режущим инструментом - резцами, у ко­торых главный угол в плане (ср =45; 60; 75; 90°. Вследствие постоянства ширины Ъ канавок (рис. 6.37, в) их обрабатывают одним прорезным резцом.

Режущий инструмент должен иметь свободные вход и выход (рис. 6.37, г). В начале обработки поверхности режущий инструмент постепенно набирает полную глубину резания, а по окончании обработ­ки может выйти из материала заготовки. Например, при нарезании резьбы на дета­ли следует предусматривать фаску и ка­навку для входа и выхода резьбонарезного инструмента. Если поверхность заготовки шлифуют, то должны быть фаски и канав­ки, обеспечивающие вход и выход шли­фовального круга. В отдельных случаях поверхность детали, не сопрягающуюся с поверхностью другой детали, можно не обрабатывать, что сокращает трудоем-

кость, время и стоимость обработки (рис. 6.37, д).

В конструкциях ступенчатых валов желательно избегать больших перепадов диаметров ступеней (рис. 6.37, е). В таких случаях целесообразно расчленять конст­рукцию: отдельно изготовить вал с шей­кой и кольцо. Затем кольцо можно на­прессовать на шейку вала, приварить или сделать механическое крепление.

При конструировании деталей машин целесообразно избегать сложных фасон­ных поверхностей. При обтачивании сфе­рической поверхности (рис. 6.37, ж) фа­сонным резцом целесообразно торец дета­ли делать плоским, а между цилиндриче­ской и сферической поверхностями пре­дусматривать переходную шейку. Это уп­ростит фасонный режущий инструмент и повысит точность изготовления поверхно­стей детали.

Если требуется обеспечить соосность цилиндрических поверхностей ступенча­того отверстия (рис. 6.37,3), то втулку це­лесообразно выполнять с внутренней вы­точкой. Это позволяет обе ступени обра­батывать с одной установки заготовки на

СХ45"

_JgS?

-4 i

гьи.

_Е-

—)

zz

I^й

_vzzzi

_mzz

zzza

■' _

Рис. 6.37. Примеры технологичных конструкций деталей, обрабатываемых на станках токарной группы

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ

361

станке одним расточным резцом. Поверх­ность выточки не обрабатывают. Такая конструкция втулки повышает точность расположения обрабатываемых поверхно­стей и сокращает время обработки.

Обработка глухих отверстий, к кото­рым предъявляют высокие требования по точности и шероховатости поверхности, затруднительна. Такие отверстия целесо­образно выполнять сквозными. Конструк­ция детали должна обеспечивать свобод­ный доступ режущего инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям.

Значительные трудности вызывает об­работка внутренних торцовых фасонных поверхностей (дно отверстия). Примене­ние вставного дна исключает этот недос­таток конструкции (рис. 6.37, и). Конст­рукцию втулки со ступенчатым отверсти­ем целесообразно заменить конструкцией, состоящей из двух втулок, одна из кото­рых запрессовывается в другую.

При обработке ступенчатых отверстий целесообразно, чтобы диаметры ступеней уменьшались по длине отверстия справа налево. В этом случае отверстие наи­меньшего диаметра сверлят сверлом, а остальные зенкеруют или растачивают (рис. 6.37, к). При обработке ступенчатых валов целесообразно диаметры ступеней вала располагать по возрастающей степе­ни справа налево, что упрощает наладку многорезцовых полуавтоматов или обра­ботку заготовок на станках с ЧПУ (рис. 6.37, л). Желательно, чтобы длины ступе­ней вала были разными или кратными длине самой короткой ступени. Ступенча­тые валы целесообразно выполнять сим-

метричными относительно середины дли­ны вала.

В торцах валов, которые, как правило, обрабатываются при установке в центрах, необходимо предусматривать центровые технологические отверстия, размеры ко­торых установлены ГОСТом в зависимо­сти от размера диаметра вала.

В конструкциях деталей следует избе­гать ребристых поверхностей, так как при их обработке возникает ударная нагрузка, что снижает качество обработанных по­верхностей вследствие возможного воз­буждения вибраций технологической сис­темы.

Участки вала отверстия, имеющие один и тот же размер, но разные допуски на размер (разные посадки с сопряженной деталью), следует разграничивать кольце­выми разделительными канавками (рис. 6.37, м).

Острые кромки обработанных поверх­ностей необходимо притупить, скруглить или снять фаски.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Назовите основные типы станков токар­ной группы.

2. Назовите системы ЧПУ, используемые для управления работой токарных станков.

3. Перечислите основные виды поверхно­стей, обрабатываемых на токарных станках.

4. Каково назначение токарно-карусельных станков и токарных многорезцовых полуавто­матов?

5. Какова размерность скоростей главного движения резания и движения подачи при об­работке заготовок на токарных станках?