Учебное пособие по дисциплине ТЕХНОЛОГИЯ СТАНКОСТРОЕНИЯ для студентов специальности 1 – 36 01 03 «Технологическое оборудование машиностроительного производства» дневной и заочной формы обучения Карпов А.А. 2014 СОДЕРЖАНИЕ 2 ВВЕДЕНИЕ Технология станкостроения как наука является неотделимой частью такой науки как технология машиностроения. Технология станкостроения как и другие науки подобного типа развивались неразрывно с технологией машиностроения. Технология машиностроения — наука, занимающаяся изучением закономерностей процессов изготовления машин с целью использования результатов исследований для обеспечения выпуска машин заданного качества, в установленном производственной программой количестве и при наименьших экономических затратах. Слово «технология» происходит от греческих слов «технос» — ремесло и «логос» — наука и в переводе означает «наука о производстве». В настоящее время понятие «технология» относится не только к промышленному производству, но и к другим сферам деятельности человека (например, информационные, рекламные, образовательные технологии и т.д.). Практически любая деятельность человека связана с технологическими процессами. Технология машиностроения как наука возникла в XX в. в связи с развитием машиностроительной промышленности и совершенствовалась вместе с ней, накапливая соответствующие методы и приемы изготовления машин. Обычно считают, что технология машиностроения как наука прошла в своем развитии несколько этапов: 1929-1930 гг. — накопление отечественного и зарубежного опыта изготовления машин. Издаются первые руководящие и нормативные материалы ведомственных проектных организаций; 1930-1941 гг. — разработка общих научных принципов построения технологических процессов, начало формирования технологии машиностроения как науки в связи с опубликованием в 1933-1935 гг. ряда научных трудов. На этом этапе разрабатывались принципы проектирования технологических процессов, теория базирования заготовок, методы расчета припусков на обработку, велись работы по изучению жесткости технологической системы, а также по определению погрешностей обработки и исследованию точности обработки методами теории вероятности и математической статистики; 1941-1970 гг. — интенсивное развитие технологии машиностроения, формирование основ технологической науки. В эти годы формируется современная теория точности обработки, разрабатывается расчетно-аналитический метод определения погрешностей обработки и их суммирования. Широко используются методы математической стати3 стики и теории вероятностей для анализа точности процессов механической обработки и сборки, работы оборудования и инструмента, анализа микрорельефа обработанной поверхности, разрабатывается учение о жесткости технологической системы и ее влиянии на точность и производительность обработки, продолжается разработка теории базирования и расчета припусков. Развертываются теоретические и экспериментальные исследования качества обрабатываемой поверхности, ее влияния на эксплуатационные свойства деталей формируется новое научное направление — учение о технологической наследственности, изучается влияние динамики технологической системы на точность, шероховатость и волнистость поверхностей. В этот же период разрабатывается проблема организации поточных и автоматизированных технологических процессов в серийном производстве, групповой метод технологии и организации производства. Создаются поточные линии серийного производства, разрабатываются методы построения структур технологических операций, системы адаптивного управления технологическими процессами обработки на металлорежущих станках, научные основы сборки. Разрабатываются новые и совершенствуются существующие способы обработки заготовок; 1970-1990 гг. — широкое использование достижений фундаментальных наук для решения задач технологии машиностроения. Расширяется использование вычислительной техники при проектировании технологических процессов и применение математического моделирования процессов механической обработки. Осуществляется автоматизация программирования процессов обработки на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), создаются системы автоматизированного проектирования технологических процессов — САПР. Продолжается разработка проблемы технологической наследственности и упрочняющей технологии, методов оптимизации технологических процессов, разворачиваются работы по созданию гибких автоматизированных производственных систем на основе ЭВМ и робото-техники. Осуществляется постепенный переход к массовому применению высокоэффективных машин и технологических процессов. С 1990-х гг. по настоящее время продолжается развитие вычислительной техники, совершенствуются на ее основе методики исследований в области технологии машиностроения. Получают дальнейшее развитие автоматизированные производственные системы, автоматизированные системы научных исследований, системы конструкторского и технологического проектирования, осуществляется широкомасштабный 4 переход к «безбумажному» методу проектирования технологических процессов. На базе широкого и повсеместного применения персональных ЭВМ разрабатываются новые методы управления качеством изделий машиностроения, основанные на применении систем искусственного интеллекта, способных к обучению и самообучению. Технология станкостроения как учебная дисциплина имеет ряд особенностей. Прежде всего, это прикладная наука. Технология станкостроения направлена на внедрение в производство современных станков, автоматических линий и другого оборудования. Весьма тесной является связь технологии станкостроения с другими учебными дисциплинами: математикой, теоретической механикой, теорией резания металлов, нормированием точности и техническими измерениями, проектированием и производством заготовок, материаловедением, термической обработкой, дисциплинами, изучающими металлорежущее оборудование и инструмент, и рядом других. Современные направления развития технологии станкостроения основаны на результатах исследований в области математики, электронной и вычислительной техники, кибернетики, робото-техники, металлофизики, искусственного интеллекта и других современных разделов фундаментальных и прикладных наук. Важное значение имеет знание экономики, что гарантирует экономическое обоснование вариантов технологических процессов при проектировании и использовании их в производстве. 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАНИН И РАМ 1.1. Служебное назначение станин и рам Станины, основания, рамы станков, сборочных, измерительных, 5 транспортных, энергетических и других машин и агрегатов предназначены для обеспечения требуемых относительных положений и движений присоединяемых к ним сборочных единиц и деталей в условиях допустимых воздействий рабочих нагрузок и внешней среды в течение заданного периода эксплуатации. В описании служебного назначения станины, основания или рамы должны быть указаны следующие группы параметров: требуемые относительные положения присоединяемых к станине неподвижных сборочных единиц и деталей; требуемые относительные движения устанавливаемых на станину подвижных сборочных единиц и деталей; допустимые статические и динамические рабочие нагрузки; допустимые тепловые воздействия; допустимые внешние воздействия и параметры окружающей среды; требуемый период эксплуатации до ремонта и общий срок эксплуатации; регламент обслуживания станины; другие характеристики: эргономические, эстетические, экономические и т. п., габариты, масса. При описании служебного назначения конкретной станины или рамы должен быть определен необходимый и достаточный качественный состав параметров по всем перечисленным группам. По каждому параметру должна быть дана полная количественная оценка, включающая не только номинальное значение, но и допустимые отклонения, а в некоторых случаях и вероятностные характеристики распределения. Обоснование и расчет каждого параметра служебного назначения станины осуществляются исходя из служебного назначения и требований к точности машины в целом. Определение требуемых номинальных значений параметров относительного положения и движения присоединяемых к станинам узлов и деталей, как правило, не вызывает трудностей. Сложнее установить допустимые отклонения этих параметров от номинальных значений, исходя, например, из необходимой точности обработки заготовок, которая является одним из параметров служебного назначения станка, например токарного, и определяет требуемую точность положения заднего центра и точность движения суппорта относительно оси вращения шпинделя. В свою очередь, требуемая точность относительного положения оси вращения шпинделя и заднего центра и точность движения суппорта относительно оси вращения 6 определяют при выбранных методах достижения точности допустимые отклонения относительного положения основных баз передней и задней бабок и суппорта на станине, которые входят в параметры служебного назначения станины. Точность движения характеризуется: 1) точностью направления, положения и формы траектории движения, например прямолинейностью; 2) точностью параметров движения — скорости, ускорения и т. п.; 3) точностью позиционирования. Рабочие нагрузки на станину определяются компоновкой станка, массой устанавливаемых на станину сборочных единиц и деталей, видом рабочего процесса, режимами работы. Рабочие нагрузки характеризуются силами и моментами сил, вызывающими упругую деформацию станины, и как следствие, изменения в относительных положениях и движениях сборочных единиц, установленных на станину. Тепловые воздействия на станину при работе станка приводят к изменению относительных положений и точность движений установленных на станине сборочных единиц и деталей и в результате снижают точность изготовляемых на станке деталей. Допустимые внешние воздействия и параметры окружающей среды описываются физико-химическими свойствами среды, в том числе влажностью, запыленностью, наличием химически активных элементов и их концентрацией, а также температурой окружающей среды и ее колебаниями, давлением, наличием и характеристиками тепловых, магнитных, электрических и других полей, вибрацией. Требуемый период эксплуатации станины до ремонта определяет необходимую износостойкость направляющих станины при известных рабочих нагрузках, внешних воздействиях и интенсивности режима работы. Регламент обслуживания станины предопределяет требуемую регулярность чистки и смазывания направляющих, проверок точности, отсутствия задиров, коррозии и других повреждений. В результате анализа параметров служебного назначения станин можно сделать следующие основные выводы. 1. Все параметры служебного назначения станины вытекают из служебного назначения станка и связаны с влиянием их на точность относительного положения и движения рабочих органов станка, устанавливаемых на станину. 2. Требуемая точность положения и движения присоединяемых к станине сборочных единиц и деталей должна обеспечиваться станиной 7 с учетом допустимых воздействий при эксплуатации в течение заданного периода времени. Требуемые параметры служебного назначения станины обеспечиваются совокупностью определенных свойств станины, к числу которых относятся: 1) геометрическая точность поверхностей основных и вспомогательных баз и точность их относительного положения; 2) статическая и динамическая жесткость станины; 3) износостойкость направляющих; 4) тепловая стабильность; 5) отсутствие коробления; 6) малый и стабильный коэффициент трения по направляющим. Точность относительного положения комплектов вспомогательных баз станины, непосредственно определяет точность относительного положения устанавливаемых на станину сборочных единиц и деталей. Точность относительного положения баз каждого комплекта и точность базовых поверхностей определяют точность установки присоединяемых к станине деталей и сборочных единиц, а также жесткость неподвижного соединения. При подвижном соединении точность базовых поверхностей, т. е. направляющих, определяет точность траектории перемещения сопряженных с направляющими сборочных единиц, например прямолинейность движения суппорта, а шероховатость поверхности определяет коэффициент трения, интенсивность изнашивания и срок службы при заданной точности обработки на станке. Достигнутая в процессе изготовления станины исходная геометрическая точность претерпевает изменения в процессе эксплуатации станины под действием внешних сил и моментов, напряжений в результате упругих деформаций, старения, тепловых деформаций станины и изнашивания направляющих. Для обеспечения высокой износостойкости чугунных направляющих станины по рекомендации ЭНИМС должна быть обеспечена твердость поверхности не менее НВ 180...200, поле рассеяния твердости одной направляющей не более НВ 20. Тепловая стабильность достигается в основном выбором термосимметричной конструкции, в которой при изменении температуры не происходит существенных изменений, главным образом, в относительных поворотах координатных систем вспомогательных баз станины. Рассмотрение важнейших эксплуатационных свойств станины позволяет сделать следующие выводы. 1. Допустимые изменения показателей эксплуатационных свойств 8 станины рассчитывают, исходя из заданных параметров служебного назначения станины с учетом возможности и экономичности их достижения. 2. Все эксплуатационные свойства станины описывают в конечном счете способность станины сохранять требуемую геометрическую точность поверхностей основных и вспомогательных баз станины, точность их относительного положения, а также точность движения по направляющим в течение заданного периода эксплуатации в условиях допустимых воздействий, определенных служебным назначением станины. 3. Обеспечение всех требуемых эксплуатационных свойств станины достигается в конечном итоге выбором материалов для изготовления станины, обладающих соответствующими свойствами, и расчетом соответствующих размеров конструкции станины. 1.2. Конструкции станин Конструктивные формы и размеры станин определяются компоновкой и конструкцией машины или станка, служебным назначением станины, а также выбранным материалом и методом изготовления станины, определяющими конструктивные отличия в связи с особенностями расчета и требованиями к технологичности конструкции. В соответствии с этим станины можно классифицировать по различным признакам. По расположению станины могут быть горизонтальными, вертикальными и наклонными. Станины могут быть цельными и составными. В соответствии со служебным назначением все станины станков и других машин можно разделить на две группы. 1. Станины без направляющих, в служебное назначение которых входит только обеспечение требуемого относительного положения присоединяемых к ним сборочных единиц и деталей. 2. Станины с направляющими, в служебное назначение которых входит помимо обеспечения требуемого положения обеспечение требуемых движений устанавливаемых на направляющие узлов: кареток, суппортов, столов и т. п. Станины второй группы отличаются числом систем направляющих, их формой, конструкцией, относительным расположением в пространстве. По траектории обеспечиваемого движения направляющие делятся на прямолинейные и круговые, по виду трения — на направляющие скольжения, качения и комбинированные. По форме направляющие делят на плоские, призматические, цилиндрические. Направляющие могут быть отлиты вместе со станиной, а могут быть накладными в 9 виде планок или пластин, которые прикрепляют к станине винтами или с помощью клея. Каждый из перечисленных видов направляющих имеет свои характерные конструктивные отличия иррациональные области применения. В результате конструирования станины необходимо выбрать компоновку станины и связать конструктивные размеры и свойства применяемых материалов так, чтобы станина выполняла свое служебное назначение с требуемой надежностью при минимальных затратах на изготовление и эксплуатацию станка в целом. Одним из критериев оптимизации конструкции станины является минимальная металлоемкость станины. 1.3. Технические требования к станинам Технические требования к станинам должны регламентировать допустимые отклонения размерных параметров и характеристики свойств материалов, соблюдение которых в результате изготовления станины обеспечит выполнение станиной служебного назначения при минимальных затратах. Требования к свойствам материала станины включают требования к марке материала, его химическому составу и физико-механическим свойствам, к однородности и плотности материала особенно в наиболее ответственных местах. Предъявляются повышенные требования к микроструктуре и твердости поверхностного слоя направляющих. Основные требования по геометрической точности предъявляют к поверхностям вспомогательных баз станины. Относительно высокая точность изготовления комплекта основных баз станины и точность положения вспомогательных баз относительно основных необходима: по служебному назначению, если станина устанавливается на другие детали несущей системы станка, например на основание или тумбы, или является частью составной станины; по технологическим соображениям, когда основные базы станины используют в качестве технологических баз для неоднократной установки заготовки станины при обработке. В общем случае требования точности включают: точность поверхностей баз; точность относительного положения поверхностей баз в каждом комплекте; точность относительного положения комплектов баз. В качестве примера приведём некоторые технические требования к станине станка, показанной на рисунке 1.2: материал — чугун СЧ 30 ГОСТ 1412—79; допуск плоскостности поверхностей А и Б 0,003 мм; допуск прямолинейности поверхности Г в вертикальной плоскости 10 0,012/1000 мм (допускается только выпуклость); извернутость направляющих поверхностей В1 В2, В3, В4 не более 0,025 мм на всей длине направляющих; допуск параллельности поверхностей Д и Е направляющим поверхностям В1 и В4 0,015 мм на длине 1000 мм; допуск перпендикулярности поверхности Ж к общей прилегающей поверхности В1—В3 0,03 мм на длине 250 мм. Рисунок 1.1. – Литая станина прецизионного станка 1.4. Изготовление заготовок литых станин Литые заготовки станин должны обладать высокой износостойкостью и твердостью монолитных направляющих, не допустим отбел чугуна в тонких стенках, приводящий к большим напряжениям, короблениям, трещинам. Удовлетворение противоречивых требований к массивным направляющим и тонким стенкам отливки станины может быть обеспечено несколькими путями: использованием высококачественных чугунов; использованием специальной технологии литья; уменьшением 11 разницы в толщине направляющих и стенок станины; упрочняющей обработкой направляющих, например закалкой; применением накладных направляющих. Первый путь связан прежде всего с оптимальным выбором марки чугуна, который обеспечивает высокую твердость чугунных направляющих, хорошую обрабатываемость боковых стенок отливки, малое коробление, и имеет минимальную стоимость. Для станин широко используют модифицированный чугун. Для получения высококачественных отливок применяют нелегированный чугун оптимизированного состава марок СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30. Серый легированный чугун имеет более высокую стоимость, однако позволяет уменьшить металлоемкость станин при требуемой жесткости, повысить размерную точность литья и снизить припуски на обработку, повысить износостойкость монолитных направляющих. Уменьшить расход дорогостоящих легирующих элементов можно путем поверхностного легирования, при котором пасту с легирующими элементами наносят на поверхность формы в местах направляющих до заливки чугуна, а также послойной заливкой в форму сначала легированного чугуна под направляющие, а затем нелегированного чугуна. Послойная заливка позволяет снизить расход легирующих элементов на 80 %, коробление отливки на 15...20 % и остаточные напряжения на 5...10 % по сравнению с обычной технологией литья. Массивные станины с монолитными направляющими, как правило, отливают с использованием плоских, ребристых или шиловидных чугунных плит, называемых холодильниками, которые устанавливают в литейную форму в месте расположения направляющих. Холодильники ускоряют охлаждение направляющих, что повышает их твердость, а также предохраняют форму от размыва при заливке чугуна. Основные этапы изготовления литых заготовок станин показаны на рисунке 1.2. В тонкостенных отливках станин из серого чугуна в процессе охлаждения могут появиться трещины из-за сопротивления стержней литейной формы усадке отливки особенно при температуре 200...250 °С, когда чугун обладает минимальной прочностью и пластичностью. Вероятность появления трещин можно уменьшить: введением дополнительных продольных ребер в отливку, уменьшением размеров окон в продольных стенках, уменьшением размеров внутренних полостей отливки, увеличением толщины стенок. Однако перечисленные мероприятия увеличивают металлоемкость станин и поэтому они должны быть обоснованы. 12 Рисунок 1.2. – Последовательность изготовления литых заготовок станин Исправление дефектов чугунного литья (трещин, раковин) в зависимости от характера, размеров и места их положения на заготовке возможно различными способами. Крупные дефекты заваривают газовой или дуговой сваркой чугунными электродами диаметром 14...16 мм с покрытием толщиной 1,5...2,0 мм или порошковой проволокой с предварительным нагревом заготовки до температуры 600...650 °С. При исправлении мелких дефектов литья сварку осуществляют без расплавления основного металла и без нагрева заготовки или с незначительным нагревом до 150...300 °С. Все дефекты литья, открывшиеся после черновой обработки, должны быть исправлены перед старением, а места исправления должны быть зачищены. 13 1.5. Изготовление заготовок сварных станин Сварные станины изготовляют из листовой стали марок Ст3, Ст4, Ст5 и других толщиной 3…12 мм. Целесообразно использовать сталь ВСт3. При этом если масса наплавленного металла не более 2 % массы станины и швы расположены симметрично относительно оси симметрии станины, то можно отказаться от термообработки станин, предотвращающей коробление. Тонкостенные станины из листов толщиной 3...6 мм менее металлоемки по сравнению с толстостенными из листов толщиной 8...12 мм, но сложнее в изготовлении из-за большего числа перегородок и ребер, необходимых для обеспечения требуемой жесткости. В сварных станинах широко используют элементы, изготовленные из профильного проката, в том числе швеллеры, полые профили прямоугольного сечения, а также гнутые и гнуто-сварные профили. Крупногабаритные сварные станины целесообразно изготовлять из отдельных блоков. Унификация сварных конструкций базовых деталей станков позволяет осуществить концентрацию и специализацию сварочного производства и уменьшить трудоемкость изготовления заготовок на 50... 60%. Процесс изготовления сварных станин состоит из нескольких этапов: подготовки набора деталей, сборки деталей и соединения их сваркой, снятия остаточных напряжений, обработки станины, окраски и отделки. Подготовка набора деталей для сварки станины включает резку стальных листов и проката, гибку, механическую обработку, разделку кромок под сварку. Стальные листы разрезают на газорезательных машинах, оснащенных копировальными системами или ЧПУ. Одновременно с резкой происходит разделка кромок под сварку. Перед сваркой детали набора должны быть установлены одна относительно другой с требуемой точностью. Для соединения деталей станин применяют различные методы электросварки: в среде защитных газов, под плюсом, электрошлаковую, стыковую и др. Наиболее распространены сварка в углекислом газе и сварка в среде защитных газов. Сварные станины металлорежущих станков на 30...40 % более экономичны в изготовлении по сравнению с литыми чугунными и имеют ряд преимуществ: меньшую (на 30...40 %) массу при одинаковой жесткости; меньшую стоимость обработки резанием; более высокую универсальность и гибкость методов и средств изготовления, что позволяет: быстро переналаживать производство станин широкой номенклатуры в условиях единичного и серийного производства, обеспечить в 2—3 раза более короткий цикл подготовки производства и изготовле14 ния сварных станин, а также возможность внесения с минимальными затратами изменений в конструкцию сварной станины; более широкие возможности автоматизации изготовления заготовок станин в гибком производстве на базе оборудования с ЧПУ и управления от ЭВМ. Меньшая (приблизительно в 2 раза) стоимость обработки резанием и отделки сварных станин по сравнению с литыми связана с отсутствием заусенцев, меньшей шероховатостью поверхностей, большей точностью размеров и, как следствие, меньшими (в 2 раза и более) припусками на обработку. Рамы транспортных машин изготовляют преимущественно сварными. 1.6. Изготовление заготовок станин из бетона Станины и основания некоторых станков могут быть изготовлены из бетона, железобетона и полимербетона. Бетонные конструкции необходимо армировать стальным каркасом и создавать предварительный натяг в конструкции, чтобы противостоять действию растягивающих напряжений. Железобетонные станины находят ограниченное применение, в основном в тяжелых станках. Полимербетон, например акрилбетон, эпоксидный бетон, полиэфирбетон и др., отличается стабильностью размеров, высокой демпфирующей способностью, почти в 6 раз большей, чем у чугуна, стойкостью к действию различных агрессивных веществ: кислот, масел, СОЖ. Содержание смол в полимербетоне составляет около 7 %, кварцевого наполнителя 6...7%. Станины из полимербетона должны иметь стенки толщиной не менее 100 мм, а углы наклона 12...15°. Бетонные и полимербетонные станины и основания отливают в деревянных или металлических разъемных формах. После заливки бетонную смесь уплотняют вибратором. К получен- ному бетонному блоку привинчивают с помощью залитых в бетон шпилек стальные или чугунные направляющие и базовые плиты, имеющие припуски под окончательную обработку. К полимербетонному блоку металлические элементы (планки, плиты, направляющие после пескоструйной обработки) приклеивают, тяжелонагруженные детали дополнительно крепят винтами. После монтажа металлических деталей осуществляют окончательную обработку направляющих и других вспомогательных баз. Трудоемкость изготовления полимербетонных станин в 1,5 — 3 раза меньше, чем чугунных. 1.7. Уменьшение коробления станин Коробление станин вызывается самопроизвольным перераспреде15 лением напряжений, которые возникают в результате структурных изменений материала в процессах литья, сварки и термообработки, а также в результате пластической деформации. Коробление станины может произойти в процессе изготовления станины, сборки или эксплуатации станка. Для предотвращения коробления в технологическом процессе изготовления металлических станин предусматривают специальные операции, снижающие напряжения, создающие более равномерное распределение напряжений по объему станины или упрочняющие материалы. Естественное старение осуществляется путем длительной выдержки заготовок или начерно обработанных станин на открытом воздухе: в течение не менее 3 месяцев выдерживают литые станины станков нормальной точности, не менее 6 месяцев — станины станков повышенной точности после черновой обработки. Для станин станков высокой точности по рекомендациям ЭНИМС необходимо двукратное старение: не менее 6 месяцев после черновой обработки и затем не менее 3 месяцев после получистовой. Основным недостатком естественного старения является большая длительность процесса, которая значительно удлиняет производственный цикл изготовления станин. Однако естественное старение не требует дополнительного оборудования, кроме транспортно-складского, и отличается высокой надежностью снятия остаточных напряжений в отливках станин. В отличие от естественного старения другие методы, снижающие коробление станин, получили общее название искусственного старения. Статическая перегрузка станины осуществляется грузами, домкратами, прессами, приспособлениями или под действием собственной массы станины. Нагружение должно вызывать изгиб в направлении наименьшей жесткости станины и вызывать дополнительные напряжения, составляющие 20...60 % предела прочности материала. При этом происходит перераспределение, уравновешивание и снижение остаточных напряжений, а кроме того, упрочнение материала станины, повышение предела текучести. В соответствии с рекомендациями ЭНИМС число нагружений станины в каждую сторону должно быть не менее трех с выдержкой под нагрузкой не менее 3 с. Виброобработка станин осуществляется с помощью вибраторов, устанавливаемых на станину. Под воздействием вибрации напряжения концентрируются на границах зерен и стабилизация размеров осуществляется без деформации станин в отличие от предшествующих способов. Использование вибраторов с плавным регулированием частоты колебаний позволяет осуществить виброобработку станины на не16 скольких (не менее трех) резонансных частотах по 3...5 мин в диапазоне 10...150 Гц, которые выявляют по возрастанию потребляемой вибратором мощности. Весь процесс продолжается обычно 30...45 мин и обеспечивает снижение напряжений на 50 %. Низкотемпературный отжиг снижает остаточные напряжения в заготовках на 60...70 %. В зависимости от марки чугуна станины температуру печи выбирают 520...650 °С. При этой температуре заготовку выдерживают в печи в течение не менее 3 ч из расчета 1,5 ч на каждые 25 мм наибольшей толщины заготовки. Термоудар рекомендуется применять для заготовок станин массой не более 5 т, длиной не более 3 м при отношении толщины стенки к удвоенной приведенной толщине направляющих не более 0,7. Заготовку загружают в разогретую печь, выдерживают в печи при температуре 400...600 °С в течение 5...40 мин, затем охлаждают на воздухе. Ускоренный отжиг рекомендуется для тех же заготовок, что и термоудар в случаях, когда температура печи после загрузки заготовок падает ниже 400 °С. После загрузки заготовки в разогретую до температуры 340...360 °С печь осуществляют нагрев до этой температуры, выдержку заготовки в течение 1,5...4,5 ч в печи и затем охлаждение заготовки на воздухе. Упрочняющее тепловое старение применяют для жестких станин и для станин с поверхностно-закаленными направляющими, когда нельзя применить виброобработку. Заготовку нагревают вместе с печью со скоростью не более 150 °С/ч до температуры (250 ± 30) °С (если есть поверхностно-закаленные детали, то нагрев допустим до (180 ± 15) °С). Далее заготовку выдерживают в печи не менее 5 ч, после чего охлаждают вместе с печью или на воздухе. Для уменьшения коробления станин применяют комбинированные способы, например низкотемпературный отжиг с последующим естественным старением для станин станков классов точности А и С. 1.8. Построение технологического процесса изготовления станин При построении технологического процесса изготовления станин необходимо учитывать особенности, связанные с относительно большими размерами и массой, а также наличием направляющих: необходимость проведения старения для предотвращения коробления станины и, как следствие, необходимость разделения во времени полной черновой и чистовой обработки заготовки литой станины, а для маложестких станин прецизионных станков еще и получистовой обработки; желательность сокращения до минимума числа установок заготовки станины для полной обработки, учитывая особенно большие потери времени 17 на транспортирование крупногабаритных и массивных заготовок, установку и снятие их со станков с помощью подъемного крана, сложность достижения требуемой высокой точности установки из-за больших контактных деформаций и собственных деформаций заготовки станины, трудность автоматизации установки и снятия заготовок станин на имеющемся оборудовании без применения спутников; специфику имеющегося продольно-обрабатывающего оборудования, необходимого для высокоточной обработки направляющих станины, что требует выделения этой операции в качестве самостоятельной и ведет к увеличению числа установок заготовки. На каждом этапе черновой, получистовой и чистовой обработки заготовки станины последовательность обработки поверхностей в значительной мере определяется выбором технологических баз и в основном сохраняется постоянной. Исключения составляют поверхности, которые обрабатываются не на всех этапах. Например, крепежные отверстия, как правило, сразу обрабатывают на этапе чистовой обработки станины. В первую очередь, т. е. на первых операциях каждого этапа обработки станины, должны быть обработаны общие технологические базы — поверхности, используемые в качестве технологических баз для обработки большинства поверхностей заготовки. Следующими, как правило, обрабатывают наиболее ответственные поверхности станины — направляющие, чтобы возможные дефекты отливки, вскрывающиеся при обработке, могли быть своевременно исправлены либо в случае обнаружения неисправимых дефектов стоимость предшествующей обработки заготовки была минимальной. Поэтому на этапах съема больших по объему припусков, т. е. на этапах черновой и получистовой обработки, после обработки общих технологических баз следует обработка направляющих. На этапе чистовой обработки направляющие обрабатывают последними, что предотвращает случайные повреждения этих поверхностей, например в процессе повторной установки станины. Высокоточные отверстия, являющиеся вспомогательными базами станины, следует обрабатывать либо за одну установку, либо после обработки направляющих и привалочных поверхностей с выверкой положения заготовки по направляющим. Таким образом, процесс обработки станин разделяется на несколько отдельных этапов: черновой, получистовой, чистовой и отделочной обработки. Число этапов определяется в основном необходимым числом операций старения, которые проводят между этапами. Каждый этап обработки резанием связан с необходимостью повторного 18 закрепления или повторной установки заготовки. На каждом этапе вначале обрабатывают технологические базы для последующих операций. Наиболее ответственные поверхности заготовки станины (литые направляющие и поверхности, связанные с направляющими размерами с жесткими допусками) на предварительных этапах обрабатывают в начале этапа после обработки технологических баз, а на окончательных этапах — в конце, после обработки других поверхностей. В автоматизированном производственном процессе изготовления станин одним из определяющих критериев эффективности построения процесса является минимальное число установок станин для полной обработки. Сокращение числа установок заготовки станины можно обеспечить следующими методами: сокращением числа этапов обработки заготовок (черновой, получистовой, чистовой и отделочной) в результате повышения размерной точности заготовок, улучшения их качества, создания новых материалов с заданными свойствами, уменьшения склонности станин к короблению; использованием плит-спутников или палет для автоматического межоперационного транспортирования заготовок станин, загрузки и выгрузки станков; применением современных станков с ЧПУ и многоцелевых станков, в том числе для пятисторонней обработки заготовок; повышением технологичности конструкции станины. Использование указанных методов позволяет осуществить обработку большинства заготовок станин в гибких производственных Системах в пределах одного этапа, например чистовой обработки за одну или две установки заготовки на палете. 1.9. Выбор технологических баз при разработке технологического процесса изготовления станин Выбор технологических баз осуществляется в последовательности, показанной на рисунке 1.3. Обработать заготовку за одну установку можно лишь в случае выполнения следующих условий: если процесс обработки резанием не прерывается операциями старения термообработки, правки и др., требующими открепления обрабатываемой заготовки; если конструкция заготовки позволяет надежно закрепить ее за необрабатываемые поверхности, не мешая доступу инструментов ко всем обрабатываемым поверхностям; если обрабатывающая система позволяет подвести инструмент к заготовке со всех обрабатываемых сторон. 19 Рисунок 1.3. – Последовательность выбора технологических баз (ТБ) и общих технологических баз (ОТБ) для обработки большинства поверхностей Применительно к заготовкам станин, как правило, первое условие не выполняется, что делает невозможным полную обработку заготовки станины за одну установку. Однако если выполняются второе и третье условия, определяемые служебным назначением, технологичностью конструкции, требованиями точности, а также возможностями конкретного производства, то на каждом этапе черновой или чистовой обработки можно обработать станину за одну установку. Выбор технологических баз в этом случае осуществляется аналогично выбору технологических баз для обработки общих баз. Если же второе или третье условие не выполняется, что часто имеет место, то в первую очередь необходимо выбрать и обработать поверхности, которые можно было бы использовать в качестве общих технологических баз для обработки большинства других поверхностей заготовки. 20 Выбор общих технологических баз для обработки большинства поверхностей. В качестве таких баз при изготовлении станин можно выбрать: 1) поверхности направляющих, другие вспомогательные базы станины — наиболее точные поверхности станины, относительно которых закоординированы в станине большинство поверхностей с наибольшей точностью; 2) поверхности, являющиеся основными базами станины. Первый вариант менее удобен вследствие необходимости либо устанавливать станину на обработанные поверхности направляющих, что неизбежно их портит, либо на большинстве операций осуществлять выверку заготовки по направляющим, что требует затрат времени и в существующих в настоящее время производственных условиях осуществляется вручную. Первый вариант (рисунок 1.4) можно использовать, если выверка заготовки для обработки большинства поверхностей осуществляется один раз, что может иметь место при условии обработки заготовок станин на плитах-спутниках, например в гибком автоматизированном производстве. При многократной установке заготовки станины более удобен второй вариант. В качестве общих технологических баз для обработки заготовки станины токарного станка выбирают плоскость основания станины и платики на боковых стенках. Если таких платиков у станины нет, то их необходимо предусмотреть при отработке конструкции на технологичность. Выбор технологических баз для изготовления комплекта общих баз. При изготовлении общих технологических баз ставятся две цели: обеспечить требуемую точность общих технологических баз; обеспечить требуемую точность положения комплекта общих технологических баз относительно других поверхностей заготовки в целях: 1) обеспечения в результате последующей обработки требуемых размерных связей между обработанными и необрабатываемыми по чертежу поверхностями станины, 2) равномерного распределения припусков по наиболее ответственным поверхностям станины и прежде всего по литым направляющим. 21 Рисунок 1.4. – Схема базирования станины с выверкой на спутнике по направляющим Точность комплекта общих технологических баз включает точность каждой из трех поверхностей, составляющих комплект баз, а также точность относительного положения поверхностей технологических баз, образующих координатную систему заготовки. Требуемая точность комплекта общих технологических баз, образующих координатную систему заготовки, определяется требуемой точностью отдельных параметров; с учетом, во-первых, требований точности, к станине, во-вторых, требуемой точности установки и жесткости в процессе обработки. Требуемая точность относительного положения технологических баз в комплекте может быть обеспечена обработкой их за одну установку заготовки станины на многоцелевых, продольно-фрезерных или продольно-строгальных станках. Когда комплект общих технологических баз приходится обрабатывать за несколько установок заготовки, необходимо соблюдать следующие два правила: 1) последовательность обработки трех поверхностей комплекта общих технологических баз осуществлять в порядке убывания лишаемых этими базами степеней свободы по поворотам относительно осей координат; 2) на каждой следующей установке заготовки в качестве технологических баз следует выбирать в том числе уже обработанные поверхности, причем в соответствии с их назначением как баз. В соответствии с первым, правилом сначала обрабатывают плоскость основания заготовки станины, которая является в дальнейшем технологической установочной базой заготовки, а затем уже обрабатывают боковые платики, являющиеся направляющей базой. В соответствии со вторым правилом при обработке боковых платиков технологической установочной базой должна являться плоскость основания, 22 обработанная ранее. Достижение второй цели — обеспечение требуемого положения комплекта общих технологических баз относительно других поверхностей заготовки — непосредственно зависит от выбора комплекта технологических баз. При этом необходимо обеспечить: требуемую размерную связь обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей станины, например равномерность толщины полки; равномерный припуск чугунных направляющих, отлитых как одно целое со станиной. Эти же задачи решают и при выборе единых технологических баз для обработки заготовки станины за одну установку на палете. В большинстве случаев требования задач обоих видов противоречивы. Исходная погрешность расстояний и поворотов поверхностей в литой заготовке станины должна быть исправлена снятием неравномерного припуска, либо при обеспечении равномерного припуска исходная погрешность заготовки превратится в погрешность относительного положения поверхностей обработанной станины, например в неравномерность толщины полки, Для станин с накладными направляющими и без направляющих задачи первого вида являются более важными. Это объясняется тем, что устанавливаемые на первой операции размерные связи между обработанными и необрабатываемыми поверхностями определяют окончательное качество станины, тогда как неравномерность припусков в ряде случаев может лишь повлиять на увеличение числа рабочих ходов и себестоимости обработки. При обработке заготовок литых чугунных заготовок станин с монолитными, а тем более с незакаливаемыми направляющими равномерность припусков по направляющим также влияет на окончательное качество станины. Это связало с анизотропностью свойств литого чугуна по глубине направляющих. При литье заготовки станины направляющими вниз наиболее плотный, прочный и износостойкий слой чугуна формируется у поверхности литых направляющих. В случае съема неравномерного припуска с направляющих твердость и износостойкость могут оказаться существенно различными по длине направляющих, что недопустимо из-за их неравномерного износа при эксплуатации и быстрой потери точности. Противоречия между двумя видами задач могут быть преодолены несколькими способами: повышением точности расположения наиболее ответственных поверхностей заготовки путем совершенствования литейной технологии и 23 рациональной простановки размеров заготовки; разделением исходной погрешности положения поверхностей литой заготовки для частичного решения одновременно двух видов задач (часто реализуется при разметке станин); увеличением толщины и однородности твердого износостойкого слоя в направляющих, закалкой направляющих или использованием накладных направляющих; обработкой литых поверхностей заготовки, связанных размерами с обработанными поверхностями. В целях обеспечения равномерного припуска наиболее ответственных поверхностей станины, которыми являются направляющие, базирование заготовки на первых операциях при обработке плоскости основания и боковых платиков, используемых в дальнейшем в качестве общих технологических баз, должно осуществляться по литым направляющим. Всю дальнейшую обработку заготовки станины целесообразно по возможности осуществлять, используя общие технологические базы, что является необходимой предпосылкой сокращения числа установок заготовки для ее полной обработки. Это особенно важно в автоматизированном производстве, поскольку каждая установка массивных заготовок станин осуществляется с использованием ручного труда. Отказ от общих технологических баз может быть оправдан в этих условиях, если требуемая точность цепного размера не может быть экономично обеспечена координатным методом при обработке от общих технологических баз. Такая ситуация может возникнуть в следующих случаях; 1) невозможности обработать за одну установку поверхности, связанные точными размерами; 2) если размер должен быть выдержан от литой необрабатываемой поверхности заготовки. Первый случай иллюстрируется на примере обработки боковой станины агрегатного станка (рисунок 1.5.). По служебному назначению при изготовлении боковой станины необходимо обеспечить перпендикулярность направляющих В к торцовой плоскости Б. В качестве общих технологических баз выбраны плоскость А основания станины и два боковых платика, которые обрабатывают у заготовки станины в первую очередь. Затем обрабатывают направляющие В и торец Б заготовки. На этом этапе возможны три варианта построения процесса обработки. 24 Рисунок 1.5. – Варианты построения процесса обработки направляющих и торца заготовки боковой секции составной станины агрегатного станка: а — обработка основания; б — обработка направляющих и торцовой поверхности I. Обработать направляющие и торец заготовки за одну установку заготовки на соответствующем (например, многоцелевом) станке. Точность получаемого размера I не зависит от точности установки за готовки. II. Обработать направляющие В и плоскость Б от общих технологических баз, но при двух установках заготовки. В этом случае: II II II . 1 2 III. Обработать направляющие, используя общие технологические базы, а затем обработать торец при базировании заготовки по направляющим, тогда: III III . 2 Сопоставив эти варианты по точности размера βΔ, получим при прочих равных условиях: I III II . 25 Наибольшую точность размера βΔ обеспечивает вариант I, наименьшую — вариант II. Из двух вариантов обработки заготовки за две установки (варианты II и III) вариант III обеспечивает более высокую точность, но предусматривает смену технологических баз. Если вариант I не может быть реализован из-за отсутствия необходимого станка, то необходимо проверить условие II , если оно вы- полняется, то следует осуществлять процесс по варианту II. В этом случае установку заготовки можно осуществить с использованием приспособления-спутника, который последовательно направляется к двум станкам. Если II то необходимо воспользоваться вариан- том III с переустановкой станины. Второй случай возникновения необходимости смены технологических баз можно иллюстрировать на примере достижения симметричности положения группы крепежных отверстий относительно контура прилива. 1.10. Выбор методов и средств установки станин и разметка станин Установка заготовки станины с требуемой точностью в соответствии с выбранными технологическими базами при выполнении операций технологического процесса может осуществляться двумя способами: 1) посредством контакта поверхностей, реализующих технологические базы каждой заготовки с соответствующими установочными элементами приспособления; 2) выверкой положения каждой заготовки по обрабатываемым поверхностям, разметочным рискам, обработанным поверхностям. По первому способу достижение необходимой точности установки заготовки осуществляется по методу полной взаимозаменяемости в настроенном приспособлении с минимальными затратами времени и, как правило, не нуждается в контроле точности установки. Приспособление должно быть заранее настроено и выверено с требуемой точностью на станке или спутнике, что целесообразно при обработке заготовок станин в крупносерийном и серийном производствах при больших размерах партии запуска. По второму способу положение каждой заготовки станины, устанавливаемой на столе станка или на плите-спутнике, регулируют, добиваясь необходимой точности положения разметочных рисок или поверхностей заготовки, реализующих технологические базы. Для регу26 лирования положения заготовки станины используют регулируемые по высоте винтовые и клиновые опоры и домкраты. Индивидуальная регулировка положения каждой заготовки связана со значительными затратами времени, которые возрастают с повышением требуемой точности установки. При сокращении времени простоя станка путем совмещения времени выверки одной заготовки с временем обработки другой целесообразно использовать палеты, которыми оснащают современные многоцелевые станки с ЧПУ. В то время пока происходит обработка одной заготовки в рабочей позиции, на другом столе в нерабочей позиции устанавливают и выверяют новую заготовку. Многоцелевой станок, оснащенный накопителем заготовок, называют станочным модулем, он может обрабатывать предварительно установленные на палетах заготовки в течение одной или нескольких смен без присутствия оператора. Такой режим автоматической работы получил название безлюдного производства. Процесс выверки заготовок по необработанным или обработанным ранее поверхностям или их осям может быть автоматизирован. С этой целью в инструментальный магазин многоцелевого станка помещают измерительную головку, которая автоматически устанавливается в шпинель станка вместо режущего инструмента. Измерительный наконечник головки автоматически подводится к поверхностям заготовки, по которым осуществляется выверка заготовки на станке. По результатам измерений действительного положения баз заготовки в системе координат станка автоматически вычисляются величины коррекции, которые вводятся в систему ЧПУ станка. С помощью измерительной головки, например, можно определить положение центра литого отверстия или оси симметрии литого контура и от них вести отсчет размеров, заданных в программе обработки детали. Большинство станочных модулей оснащено измерительными головками. При установке массивных заготовок станин на металлорежущих станках необходимо учитывать: 1) значительные контактные деформации основания станины на опорных элементах приспособления, реализующих установочную базу, вызванные высокими давлениями; 2) собственные деформации заготовки на опорных элементах установочной базы приспособления под действием силы тяжести и сил резания особенно в сечениях между опорными элементами; 3) возможность повреждения базирующих элементов приспособлений при опускании заготовки подъемным краном вследствие ударов 27 и неодновременного соприкосновения заготовки с опорными элементами приспособления в начальный момент установки; 4) сложность обеспечения одновременного контакта устанавливаемой заготовки по трем базам — установочной, направляющей и опорной, поэтому массивные заготовки станины устанавливают сначала на установочную базу, а затем смещением вдоль установочной базы заготовка доводится до соприкосновения с опорными элементами, реализующими направляющую базу. Первые два обстоятельства вынуждают использовать дополнительные опоры для повышения общей жесткости системы станок — приспособление — инструмент — заготовка и уменьшения контактных и собственных деформаций заготовки. Достижение требуемой точности может осуществляться методом полной взаимозаменяемости при использовании неподвижных дополнительных опорных элементов, находящихся в одной плоскости с основными тремя, реализующими установочную базу. Аналогично обеспечивается точность при установке заготовки непосредственно на стол станка. В этом случае установочная база литой заготовки должна быть предварительно обработана. Предотвращение собственных деформаций заготовки станины требует обеспечения определенного соотношения реакций каждой из опор установочной базы, включая реакции выдвижных опор. Например, при симметричном расположении опор относительно центра массы заготовки реакции всех опор должны быть одинаковыми. Добиться этого можно регулированием высоты подводимых опор. При этом возможно несколько способов получения информации: измерение реакции каждой опоры; измерение деформации станины при установке, например с помощью наклеенных на станину тензодатчиков; уравновешивание станины на опорах методом вывешивания. Последний способ целесообразно применять при установке на спутники маложестких заготовок. Для реализации установки заготовки по разметочным рискам каждая заготовка станины должна пройти операцию разметки, которая может преследовать несколько целей: создание технологических баз для установки по разметочным рискам; создание баз для настройки станков на черновую обработку по разметочным рискам; контроль заготовки по основным параметрам. При разметке заготовки стараются обеспечить наиболее удачное положение станины внутри объема конкретной заготовки, обладающей индивидуальными отклонениями размеров. При разметке решают те же 28 задачи, что и при выборе технологических баз на первой операции: обеспечивают размерные связи обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей и распределяют фактически имеющиеся припуски между всеми обрабатываемыми поверхностями. Разметка литой заготовки станины может осуществляться на координатно-разметочной машине, что позволяет вести отсчет перемещений при разметке заготовок с точностью ± 0,05 мм. В гибкой автоматизированной системе при управлении группой станков с ЧПУ от ЭВМ (режим DNC) разметочная машина может подключаться к ЭВМ, управляющей системой, для ввода исходной информации о заготовках в банк данных. Разметка заготовок станин эффективна при изготовлении крупных станин, в условиях единичного и мелкосерийного производства, при низкой точности литых заготовок. При комплексной автоматизации изготовления станин от разметки следует отказаться, так как разметка и установка заготовки по разметке трудно автоматизируются и требуют значительных затрат времени. Автоматизация установки заготовок по разметочным рискам потребовала бы применения видеоконтрольных преобразователей, реагирующих на изменение положения рисок. В гибкой автоматизированной системе обработки станин разметку и установку заготовок по рискам целесообразно заменить автоматической выверкой заготовок на отдельной станции с использованием спутников. Применение плит-спутников или палет для установки заготовок станин позволяет обеспечить: 1. Возможность автоматизации загрузки и выгрузки станков, а также межоперационного транспортирования обрабатываемых заготовок, в том числе в многономенклатурном производстве при установке на палеты различных заготовок станин, оснований, колонн и других корпусных деталей. 2. Сокращение числа установок заготовок для полной обработки в пределах каждого этапа до двух. 3. Сокращение времени простоя станков путем совмещения времени обработки с временем установки заготовок на палеты и снятия обработанных деталей вне станков на специальных позициях. 4. Повышение точности размеров, получаемых обработкой за одну установку заготовки. Применение палет позволяет, связав отдельные станки транспортной системой, создать гибкую автоматизированную систему, управляемую ЭВМ, по обработке станин, оснований и других базовых деталей 29 станков. Кроме того, установив заранее в первую и вторую смены достаточное число заготовок на палеты, можно обеспечить автоматическую их обработку в течение третьей смены без участия операторов, если для этого обеспечены другие необходимые условия. Вместе с тем применение палет и необходимых транспортирующих устройств значительно удорожает технологическую систему и создает дополнительные проблемы, в том числе: 1. Увеличивается поле рассеяния размера установки для партии заготовок из-за погрешностей установки заготовок на паллеты, погрешностей размеров палет и погрешностей с установки палеты на станок 2. Возникает необходимость в системе кодирования и идентификации палет: кодирующих устройств на палетах в виде кулачков, магнитных или штриховых карточек, соответствующих устройств считывания кодов палет и устройств управления. Требуемой точности установки заготовок в системах координат станков при использовании палет добиваются следующими способами: 1) Повышением точности изготовления палет и износостойкости: - повышением точности расстояний и поворотов поверхностей вспомогательных баз палет относительно основных, в частности повышением точности высоты палеты; - повышением износостойкости базовых поверхностей; - созданием на палете двух комплектов основных баз, один из которых используется при транспортировании и подвергается, поэтому, интенсивному изнашиванию, а другой используется при установке палеты на рабочих позициях; - выверкой положения заготовок на палетах относительно основных баз палет; - обеспечением постоянства схемы и сил закрепления палет на рабочих позициях станков. 2) Закреплением определенных палет за определенными станками, т. е. ограничение, например, поля рассеяния размеров палет по методу групповой взаимозаменяемости. Однако в этом случае невозможно межстаночное транспортирование заготовок без их вторичной установки. 3) Автоматическим учетом индивидуальных отклонений размеров каждой палеты, которые предварительно измерены и записаны в памяти управляющей ЭВМ, и вводом поправок, соответствующих коду палеты, в программу обработки, например путем смещения нуля программы и поворота стола станка перед началом обработки. 4) Введением обратных связей по положению заготовки, например 30 с помощью измерительных головок на многоцелевых станках, обеспечивающих автоматическую выверку заготовок. Установку заготовок на палеты осуществляют с помощью тех же средств, что и на станках. Для повышения точности установки заготовок винтовые зажимы затягивают с постоянным крутящим моментом градуированными ключами. Конструкции гидравлических и других механизированных зажимных устройств для палет должны обеспечивать автономность перемещения палет с заготовками. С этой целью гидравлические зажимы подключают к установленным на палете гидроаккумулятору и гидроцилиндру, создающему давление в гидросистеме. На позициях загрузки и выгрузки заготовок внешний привод автоматически подключается к винтовому штоку гидроцилиндра палеты. Привод вращает ходовой винт штока гидроцилиндра, перемещая поршень, создающий давление в гидросистеме палеты. Гидроаккумулятор компенсирует снижение давления в гидросистеме из-за утечек. Применяют также зажимы с тарельчатыми пружинами, которые отжимаются механическим или гидравлическим устройством под воздействием внешнего привода при установке и снятии заготовок с палеты. Транспортирование палет с заготовками может осуществляться с помощью специального конвейера, или на тележках. Тележки могут быть самодвижущиеся или с внешним приводом, например цепным. Рельсовые тележки обеспечивают высокую грузоподъемность. Для транспортирования заготовок станин на палетах массой до 1 т могут применяться безрельсовые автоматические тележки, перемещающиеся с помощью индуктивного следящего датчика над кабелем, который проложен в полу цеха, или с помощью фотодатчиков по светоотражающей полосе, наклеенной или нанесенной флуоресцирующей краской на пол цеха. На тележках монтируют подъемный стол и выдвижные захваты для загрузки палет с заготовками на станки и для выгрузки их со станков. 1.11. Черновая обработка заготовок станин Черновую обработку литой заготовки станины проводят в целях: снять литейную корку и дефектный слой, содержащий отбеленный чугун, с обрабатываемых поверхностей; обеспечить необходимое уточнение размеров заготовок; удалить с обрабатываемых поверхностей заготовки максимально допустимый объем металла перед последующим старением с учетом обеспечения необходимого припуска для дальнейшей обработки; обеспечить равномерные припуски под последующую обработку направляющих; обеспечить требуемые размерные связи в 31 станине между всеми обработанными поверхностями станины и литыми необрабатываемыми; выявить возможные дефекты литья на всех ответственных поверхностях. Рисунок 1.6. – Контуры обрабатываемых поверхностей оснований станин Удаление с заготовки максимально допустимого слоя материала необходимо для полного использования возможностей последующего старения заготовки. Поэтому на этапе черновой обработки заготовки станины прецизионного станка обрабатывают основание, направляющие, приливы и привалочные плоскости на боковых и торцовых стенках, глубокие отверстия диаметром более 30 мм, пазы шириной более 18 мм, окна и выемки. У заготовок станин станков нормального класса точности целесообразно на этапе черновой обработки обработать только наиболее протяженные поверхности, удаление припуска с которых существенно влияет на распределение напряжений. Небольшие плоскости приливов на боковых и торцовых стенках может оказаться более целесообразным обрабатывать на этапах получистовой и чистовой обработки, особенно если обработка осуществляется на станках с ЧПУ, в том числе на многоцелевых. Черновую обработку заготовки станины начинают с обработки общих технологических баз, в качестве которых для горизонтальных станин обычно используются плоскость основания и платики на боковой стороне станины. Заготовка базируется по направляющим. Черновая обработка основания возможна различными методами: торцовым фрезерованием, строганием, точением на токарно-карусельных станках, черновым шлифованием торцом сегментного шлифовального круга, периферией шлифовального круга или абразивной лентой на ленточно32 шлифовальном станке. Выбор метода черновой обработки основания осуществляется с учетом формы контура обрабатываемой поверхности (рисунок 1.6.), припуска, числа заготовок в партии, наличия оборудования и других условий производства. Выбор оптимального метода обработки осуществляется по минимуму приведенных затрат или себестоимости обработки. Себестоимости операций обработки основания заготовки станины различными методами можно сравнивать по элементам изменяемых затрат. Определять себестоимость операций удобно нормативным методом по известной стоимости станко-минуты работы соответствующего станка и расчетным затратам штучно-калькуляционного времени по каждому варианту обработки. Покажем выбор варианта обработки основания станка с контуром, приведенным на рисунке 1.6. (крайний слева), на примере сравнения двух методов обработки: торцовым фрезерованием на продольнофрезерном станке и строганием на продольно-строгальном станке (рисунок 1.7.). Машинное время фрезерования и строгания определяется по известным формулам. Рисунок 1.7. – Обработка плоскости основания заготовки станины фрезерованием и строганием Сопоставим машинное время черновой обработки фрезерованием и строганием при обработке основания станины длиной 2500 мм из чугуна твердостью НВ 220, с припуском на черновую обработку 6 мм. 33 При черновой обработке весь припуск снимается за один рабочий ход, поэтому глубина резания равна 6 мм. Обработка двух приливов шириной b основания станины осуществляется одновременно двумя суппортами. Диаметр торцовой насадной фрезы выбирают, исходя из ширины фрезерования. Значения машинного времени обработки фрезерованием и строганием при различной ширине обрабатываемой поверхности основания станины можно найти по справочнику. Следовательно, при ширине обрабатываемой поверхности менее 120 мм машинное время строгания меньше, чем время фрезерования, а при ширине более 120 мм больше. Однако делать выводы о производительности обработки преждевременно, поскольку сравнение должно осуществляться по штучному времени, а в мелкосерийном производстве по штучно-калькуляционному времени с учетом переналадки станков. В данном примере расчета примем, что неперекрываемое вспомогательное время, связанное в основном с установкой и снятием заготовки, для фрезерования составляет 3 мин, для строгания — 2 мин. Время оргтехобслуживания в обоих случаях составляет 8,5 % оперативного времени, производство станин крупносерийное. Тогда норма штучного времени определится для каждого варианта по соответствующейформуле. В данном примере при ширине обрабатываемой поверхности свыше 140 мм более производительно фрезерование, а при ширине до 140 мм — строгание. Если в рассматриваемом примере стоимость станко-минуты при продольно-фрезерной обработке на 25 % выше стоимости при продольно-строгальной обработке, то граница равной стоимости двух вариантов будет соответствовать ширине b = 220 мм, при которой отношение штучного времени строгания к штучному времени фрезерования равно 1,25. В данном примере при ширине более 220 мм более экономично фрезерование, при ширине менее 220 мм — строгание. Аналогично можно сопоставить варианты обработки других поверхностей заготовки станины. Черновая обработка направляющих осуществляется после обработки технологических баз: основания и боковых платиков. Выбор метода обработки принципиально не отличается от выбора метода обработки основания. Прямолинейные чугунные направляющие обрабатывают обычно строганием или фрезерованием. Круговые направляющие (рисунок 1.8.) обтачивают на токарно-карусельном станке. Фрезерование направляющих может осуществляться на универсальных и специальных многошпиндельных продольно-фрезерных станках, а также на многоцелевых 34 станках с ЧПУ различными способами. Специальные многошпиндельные продольно-фрезерные станки отличаются от универсальных вдвое большим числом фрезерных бабок, которые располагаются по обе стороны стоек и поперечины. Рисунок 1.8. – Обработка основания и круговых направляющих заготовки станины станка точением на токарно-карусельном станке 1. Фрезерование стандартными торцовыми, цилиндрическими и дисковыми фрезами. Пример обработки направляющих станины токарного станка на четырехшпиндельном продольно-фрезерном станке показан на рисунке 1.9., а. На каждом шпинделе закреплена одна стандартная фреза. Для полной обработки всех поверхностей направляющих необходимо в данном примере семь отдельных переходов со сменой фрез и изменением положения фрезерных бабок. Обработка направляющих может быть осуществлена двумя вариантами: за одну или несколько установок заготовки станины. При фрезеровании за одну установку увеличивается вспомогательное время на переустановку фрезерных бабок и достижение точности пробными ходами. При обработке каждой заготовки станины за несколько установок вся партия станин обрабатывается при одной настройке фрезерных бабок. При одинако35 вой стоимости станко-минуты в обоих вариантах сравнение достаточно вести по штучно-калькуляционному времени. Разность затрат времени по обоим вариантам может служить критерием выбора наиболее экономичного варианта построения процесса. Рисунок 1.9 – Способы фрезерования прямолинейных направляющих заготовки: а — стандартными фрезами; б — специальным набором фрез; в — несколькими наборами фрез; ф — специальные фрезы в наборе Фрезерование стандартными фрезами может быть эффективно осуществлено за одну установку заготовки на многоцелевых станках, оснащенных ЧПУ. 36 2. Фрезерование направляющих специальным набором фрез. Фрезерование направляющих осуществляется на продольно-фрезерном станке. Две горизонтальные фрезерные бабки приводят во вращение одну оправку с набором профильных фрез, обеспечивающих почти полную обработку профиля направляющих за один рабочий ход (рисунок 1.9., б). Остаются необработанными нижние платики и канавки, которые обрабатываются в отдельной операции еще четырьмя фрезами. Набор фрез для фрезерования направляющих содержит только четыре стандартные трехсторонние фрезы, остальные фрезы специальные, стоимость которых значительно выше стандартных. Высокая стоимость наборов фрез и их эксплуатации делает экономически целесообразным использование этого способа фрезерования направляющих только при достаточно большой серийности производства станин. Для обработки направляющих сложного профиля в набор фрез приходится включать фрезы из быстрорежущей стали, по которым и устанавливаются режимы резания. Вследствие этого производительность снижается. Большая ширина фрезеруемой поверхности требует высокой мощности привода и достаточно высокой жесткости оправки с набором фрез. 3. Фрезерование направляющих несколькими наборами фрез. Этот способ фрезерования представляет собой промежуточный вариант между фрезерованием с помощью одиночных стандартных фрез и фрезерованием с помощью одного сложного набора фрез. Полная черновая обработка направляющих может быть осуществлена либо на двух четырехшпиндельных продольно-фрезерных станках, либо на одном восьмишпиндельном. Небольшие наборы из нескольких фрез могут быть в основном составлены из стандартных фрез. Этот способ фрезерования экономичен в крупносерийном производстве, когда специальный фрезерный станок используется для обработки станин одного наименования или нескольких наименований при малой частоте переналадок. При унификации профилей направляющих фрезерование наборами фрез (рисунок 1.9., в) может эффективно использоваться в серийном производстве при фрезеровании направляющих на многоцелевых станках в сочетании с фрезерованием одиночными фрезами. Обдирочную обработку литых заготовок станин целесообразно осуществлять на специализированных литейных заводах, обеспечивающих литыми заготовками станкостроительные заводы. Преимущества в этом случае следующие: наибольшее количество удаленного в стружку металла кратчайшим путем идет в переплавку; имеется возможность 37 быстрого выявления скрытых дефектов литья, переплавки неисправимого брака, исправления мелких дефектов литья, а также контроля и управления качеством литья; время от окончания черновой обработки на специализированном литейном заводе до начала обработки на станкозаводе (иногда весьма длительное) входит в процесс естественного старения отливок и совмещается с временем перевозки заготовок и хранения на складах; в связи с различными требованиями к станкам для черновой и чистовой обработки заготовок станин необходима соответствующая специализация оборудования, а гибкая автоматизированная система для черновой обработки заготовок наиболее полно может быть загружена на заводе-центролите. Используя многоцелевые станки, черновую обработку заготовки станины, например токарного станка, можно осуществить за две установки заготовки (рисунок 1.10., а). В ряде случаев возможна полная черновая обработка за одну установку заготовки (рисунок 1.10., б), если какая-либо боковая сторона, например А, не нуждается в черновой обработке. В этом случае заготовка базируется по литым направляющим с выверкой на палете. Рисунок 1.10. – Схемы установки литой заготовки станины токарного станка на палете при черновой обработке на многоцелевом станке: а — обработка заготовки за две установки; б — обработка за одну установку 1.12. Чистовая обработка станин Чистовая обработка станин выделяется в отдельный этап и осуществляется после черновой обработки и старения литых станин или после термо- или виброобработки сварных заготовок станин. Чистовая обработка имеет целью обеспечить требуемую размерную точность станины (точность расстояний, поворотов, формы и шероховатости поверхностей), удаление дефектного слоя после черновой обработки. 38 Обработка основания станины, направляющих, верхних, боковых и торцовых поверхностей осуществляется фрезерованием, строганием и шлифованием на соответствующих станках аналогично черновой обработке. Однако, учитывая другие цели чистового этапа обработки, при выборе методов обработки исходят прежде всего из необходимости обеспечить требуемую точность станины. Чистовую обработку заготовки начинают с обработки технологических баз под дальнейшие операции, т. е. с обработки у заготовок горизонтальных станин плоскости основания и боковых платиков. Заготовку базируют при этом по направляющим (рисунок 1.11.). Чистовое фрезерование основания и других поверхностей станины осуществляют торцовыми фрезами, оснащенными пластинками твердого сплава или сверхтвердого материала за один рабочий ход. Диаметр фрезы выбирается не менее 1,25 ширины фрезерования. При торцовом фрезеровании обработанная поверхность имеет перекрещивающиеся риски — следы зубьев фрезы многократно перемещающихся по обработанной поверхности. Вследствие этого ухудшается точность формы и шероховатость обработанной поверхности, уменьшается стойкость фрезы. Для устранения этого недостатка используют три способа: 1) зубья фрезы устанавливают ступенчато, чтобы только один наиболее выступающий (на 0,1 мм) зачистной зуб контактировал с окончательно обработанной плоскостью; 2) применяют однозубую фрезу с режущей пластиной из сверхтвердого материала; 3) наклоняют фрезерный шпиндель на угол около 20 секунд, что соответствует отклонению 0,1/1000 мм по отношению к нормали обрабатываемой поверхности в направлении продольной подачи. При этом образуется вогнутость поверхности, которая зависит от диаметра фрезы и угла наклона шпинделя (рисунок 1.12.). Первый способ не связан с увеличением неплоскостности обработанной поверхности и поэтому предпочтителен при чистовой обработке не только основания, но и других поверхностей станины. Ширина лезвия выступающего зуба должна быть не менее удвоенной подачи на оборот фрезы. Скорость резания при тонком фрезеровании твердым сплавом не более 3,3 м/с, подача на зуб не более 0,05 мм. Второй способ используют для окончательной обработки закаленных направляющих станины вместо шлифования. Третий способ можно использовать при обработке фрезами большого диаметра за один рабочий ход при допустимой погрешности формы до 0,04 мм. 39 Рисунок 1.11. – Маршрутный технологический процесс изготовления станины токарного станка после старения в условиях крупносерийного производства 40 Рисунок 1.12. – Торцовое фрезерование: а — обычное; б — с наклоном шпинделя Окончательное строгание основания осуществляется с продольной подачей не менее чем за два рабочих хода широкими резцами, оснащенными пластинами твердого сплава. Последний рабочий ход при строгании выполняется с глубиной резания не более 0,05 мм со скоростью до 0,25 м/с с продольной подачей не более 0,6 ширины реза. В качестве СОЖ рекомендуется эмульсия. При тонком фрезеровании или строгании обеспечивается параметр шероховатости поверхности Ra не более 1,25 мкм, отклонения от плоскостности не более 0,02 мм на 1000 мм длины. Допускается только вогнутость обработанной поверхности станины. С этой целью заготовку станины при установке упруго деформируют с контролем, например, по индикатору часового типа. 41 Если тонкое фрезерование или строгание основания станины твердосплавными инструментами не обеспечивает требуемую точность, то применяют фрезерование эльборовыми фрезами или шлифование аналогично обработке направляющих и других поверхностей вспомогательных баз станины. Обработка направляющих и других высокоточных поверхностей станины осуществляется фрезерованием, строганием, шлифованием или шабрением. Заготовку станины устанавливают на окончательно обработанное основание в приспособление или на стол станка. Предварительная обработка направляющих и других поверхностей может быть осуществлена на продольно-фрезерных, продольно-строгальных универсальных или специальных станках, а также на многоцелевых станках с ЧПУ. Для компенсации погрешностей, вызываемых термообработкой, в ряде случаев необходимо обеспечить выпуклость направляющих после фрезерования. Заданную выпуклость можно обеспечить на станках, оснащенных копирными устройствами или системами ЧПУ с контурным управлением. Требуемую выпуклость можно получить и путем упругой деформации станины (рисунок 1.13.). Например, для станины токарного станка 16К201 деформация должна составлять 0,7...0,8 мм. Канавки, уступы, фаски направляющих могут быть обработаны окончательно в соответствии с требованиями чертежа. Отклонение от прямолинейности направляющих и отклонения от плоскостности других поверхностей должны быть не более 0,05 мм на длине 1000 мм и параметр шероховатости поверхностей Ra = 1,25 мкм. Дальнейшую предварительную или окончательную, в зависимости от требований точности, обработку направляющих и других поверхностей вспомогательных баз станин прецизионных станков необходимо осуществлять на продольно-фрезерных или продольно-строгальных станках повышенной точности, оставляя припуск 0,1...0,2 мм на сторону под шабрение или шлифование. Положение заготовки станины на станке при чистовой обработке направляющих выверяют в продольном направлении с погрешностью, равной не более 0,2 припуска на обработку. Окончательное строгание направляющих и других точных поверхностей вспомогательных баз станины осуществляется широкими резцами на тех же режимах, что и при строгании основания. При обработке направляющих шириной до 60 мм твердосплавными пластинами рекомендуется скорость резания не более 0,3 м/с и вертикальная подача не более 0,15 мм/дв. ход. Отклонение от прямолинейности, плоскостности и ивернутость направляющих после строгания не более 0,015 мм на 42 1000 мм длины. Рисунок 1.13. – Схема обеспечения требуемой выпуклости направляющих путем упругой деформации заготовки станины 1 — до зажима заготовки; 2 — после зажима заготовки; 3 — после обработки направляющих и до открепления заготовки; 4 — после открепления заготовки с обработанными направляющими Обработка торцовых стенок горизонтальных станин осуществляется на горизонтально-расточных и многоцелевых станках. 43 Особенно высокие требования точности предъявляют к торцовым поверхностям секций составных станин, для которых торцовые поверхности являются основными или вспомогательными базами. Пример обработки торцовой поверхности боковой станины агрегатного станка на многоцелевом станке см. на рисунке 1.24; обеспечивается по программе торцовое фрезерование привалочной плоскости, фрезерование паза под шпонку, центровка и сверление крепежных отверстий, нарезание резьбы. К крепежным отверстиям предъявляют следующие основные требования: перпендикулярность осей отверстий к плоскости, точность межцентровых расстояний, точность положения группы отверстий. Крепежные отверстия могут быть гладкими сквозными под болты и резьбовыми сквозными или глухими для винтов. Обработка отверстий включает: центрование, сверление, рассверливание, цекование, снятие фаски, нарезание резьбы. Отверстия под цилиндрические или конические штифты, кроме того, необходимо зенкеровать и развертывать. В зависимости от габаритов станины и массы, числа станин в партии, числа и расположения отверстий на станине, повторяемости партий и производственных возможностей выбирают один из следующих вариантов обработки отверстий, которые отличаются в основном применяемым оборудованием и оснасткой. Обработка крепежных отверстий ручными машинами осуществляется по разметке, по шаблонам, по месту в тех случаях, когда невозможно или неэкономично применять станки, например обработка мелких отверстий в торцах крупных станин, а также обработка отверстий под штифты при сборке. Используют электрические или пневматические дрели. Таким способом трудно обеспечить высокую точность по перпендикулярности оси отверстия к базовой плоскости. Обработка отверстий с помощью радиально-сверлильных станков. При этом необходимо: 1) обеспечить доступ инструментов по всей поверхности станины, где должны обрабатываться отверстия, что особенно трудно при больших габаритах станины; 2) обеспечить поворот и индексацию станины для возможности обработки отверстий с четырех сторон станины. Решение первой задачи с использованием радиально-сверлильных станков можно обеспечить несколькими путями: использовать станок соответствующего размера, позволяющий при неподвижной колонне и обрабатываемой заготовке подвести 44 шпиндель ко всем необходимым точкам горизонтальной поверхности станины; перемещать заготовку станины относительно сверлильного станка, например, установив заготовку на тележку, перемещаемую по рельсам; перемещать колонну станка вдоль обрабатываемой заготовки станины, поместив колонну станка на тележку; установить несколько радиально-сверлильных станков с перекрытием их рабочих зон, что позволит нескольким рабочим одновременно обрабатывать отверстия в различных частях станины. Каждый из указанных способов имеет свои области рационального использования, но осуществляется при непосредственном участии рабочего-станочника в выполняемых операциях. Рисунок 1.14. – Обработка отверстий в станине в поворотном приспособлении на радиально-сверлильном станке по накладным кондукторам: 1 — передняя бабка приспособления; 2 — шпиндельная бабка радиально-сверлильного станка, 3 — плита накладного кондуктора; 4 — сменная втулка кондуктора; 5 — заготовка станины Поворот и индексацию малых и средних по размерам станин можно обеспечить в серийном производстве с помощью приспособления, показанного на рисунке 1.14. Отверстия на радиально-сверлильных станках обрабатывают по предварительной разметке или по накладному кондуктору. 45 По кондуктору производят только сверление отверстий. При необходимости последующего цекования отверстий, снятия фаски, нарезания резьбы надо вынуть быстросменные кондукторные втулки или снять весь кондуктор. Установку и снятие кондукторов, режущих инструментов, позиционирование шпинделя, переключение частоты вращения и осевой подачи осуществляют вручную с большими затратами вспомогательного времени. При большом числе одинаковых отверстий могут применяться комбинированные инструменты: ступенчатые сверла, сверла-зенкеры и др. Обработка отверстий на многоцелевом станке осуществляется автоматически, по введенной в ЧПУ программе, без кондукторов и без предварительной разметки заготовок. Точность межцентровых расстояний обеспечивается высокой точностью позиционирования шпинделя с инструментом. На горизонтальном многоцелевом станке с поворотным столом возможна автоматическая обработка заготовки коротких станин с четырех сторон. На портальном многоцелевом станке при наличии трех шпинделей можно обрабатывать станины сверху и с боковых сторон. Возможно применение поворотной шпиндельной головки, обеспечивающей обработку станины с торцовых поверхностей в крайних положениях стола. Обработка отверстий выполняется, как правило, после фрезерования плоскостей на многоцелевом станке за одну установку заготовки (см. рисунок 1.24). Чем больше машинное время обработки заготовки станины на многоцелевом станке, тем более выгодно использовать этот станок. Часто встречающиеся группы одинаковых отверстий при достаточной серийности изготовления станин экономично обрабатывать многошпиндельными головками, устанавливаемыми, как и одиночный инструмент, в гнезда инструментального магазина. При обработке на станке с ЧПУ группы крепежных отверстий в приливах заготовки станины с использованием общих технологических баз могут возникнуть трудности с обеспечением необходимой точности расположения отверстий относительно контура литого фланца. При установке заготовки (рисунок 1.15) на плите-спутнике достигаемая точность совпадения осей симметрии группы обрабатываемых в литом фланце отверстий с осями симметрии литого контура фланца соответственно, определится из расчета размерных цепей. Поля рассеяния зависят от точности позиционирования и точности настройки станка. На многоцелевом станке с помощью измерительной головки можно осуществить автоматическую выверку нуля программы по обработке крепежных отверстий относительно оси литого фланца. С этой целью 46 программируются перемещения щупа до касания с литым контуром в точках 1...4 (см. рисунок 1.15). Затем в системе ЧПУ рассчитывается точка пересечения осей симметрии контура, которая становится нулем отсчета перемещений при обработке группы крепежных отверстий. Рисунок 1.15. – Обработка отверстий в литом фланце станины на многоцелевом станке: 1 — 4 — точки касания заготовки щупом измерительной головки Повышение производительности труда и уровня автоматизации обработки заготовок станин обеспечивается применением современных многоцелевых станков и станочных систем, которые позволяют существенно сократить число установок заготовки станины для полной обработки. С этой целью используют следующие компоновки станков. 1. Многоцелевые станки для так называемой пятисторонней обработки заготовок (рисунок 1.16). Эти станки оснащены поворотным столом и шпинделем, который по программе системы ЧПУ может принимать горизонтальное или вертикальное положение. При этом обеспечивается обработка различными инструмента и заготовки с четырех боковых сторон при горизонтальном положении шпинделя с поворотом стола, а также обработка верхних поверхностей заготовки при вертикальном положении шпинделя. Известны несколько разновидностей конструкций шпиндельного узла таких станков: с применением автоматически устанавливаемой угловой головки с вертикальным шпинделем, для которого используется отдельный инструментальный магазин; с применением поворотной шпиндельной головки. 2. Многоцелевые токарно-карусельные станки с двумя бабками 47 вертикальной и горизонтальной (рисунок 1.17.). Каждая бабка оснащена инструментальным магазином и устройством автоматической смены инструментов. Поворотный стол на этих станках может обеспечить поворот короткой станины, для обработки горизонтальной бабкой заготовки с четырех боковых сторон. На этих же станках возможна токарная обработка круглых станин при непрерывном вращении стола. Токарные резцы устанавливаются либо в шпиндели, либо в отдельные резцедержатели или револьверные головки на бабках. После токарной обработки круглой станины на этом же станке можно осуществить фрезерование и обработку отверстий различными инструментами сверху заготовки и с боковых сторон. Такие станки также оснащают сменными круглыми столами и устройством автоматической их смены. Заготовка круглой станины, например вертикального токарного полуавтомата 1К282, может быть полностью обработана на этом станке за две установки. Рисунок 1.16 – Обработка заготовок станин на многоцелевых станках с пяти сторон: а — на станке с автоматически устанавливаемой угловой насадкой на шпиндельную бабку; б — поворотная шпиндельная головка для горизонтальной I и вертикальной II обработки; 1 — шпиндельная бабка; 2 — угловая насадка; 3 — обрабатываемая заготовка; 4 — поворотный стол; 5 — поворотная часть шпиндельной головки 48 Рисунок 1.17. – Обработка станины с круговыми направляющими на многоцелевом токарно-карусельном станке со сменными столами: 1 — вертикальная бабка; 2 — горизонтальная бабка; 3 — обрабатываемая заготовка; 4 — стол в рабочей позиции; 5 — свободная позиция для стола; 6 — сменный стол с установленной заготовкой 3. Многоцелевые станки с подвижной колонной (рисунок 1.18.). Заготовки продольных станин устанавливают на палеты или стол, которые в процессе обработки остаются неподвижными. Перемещения инструментов вдоль заготовки осуществляются подвижной колонной многоцелевого станка. Такая компоновка особенно удобна для обработки крупногабаритных заготовок массой 25 т и более. Неподвижность заготовки позволяет одновременно обрабатывать ее с двух сторон двумя станками. При наличии поворотной шпиндельной головки с одной установки заготовки возможна обработка и верхней плоскости. Если длина продольного перемещения колонны станка значительно больше длины обрабатываемой заготовки, то одним станком можно обрабатывать несколько заготовок, установленных в ряд. Заготовка станины токарного станка 16К20 может быть обработа49 на на станках первой и третьей групп всего за две установки. Станкоёмкость обработки заготовки массой 8 т станины многоцелевого станка на продольно-фрезерном, расточном, радиально-сверлильном и других станках составляет около 50 ч. На многоцелевых станках с подвижной колонной обработка такой заготовки требует 10 ч, т. е. в 5 раз меньше времени. При этом сокращается необходимая производственная площадь и потребность в рабочих приблизительно на 35 %, значительно повышается гибкость производства и уровень автоматизации. Рисунок 1.18. – Обработка станины на многоцелевом станке с подвижной стойкой в гибкой автоматизированной системе: 1 — подвижная колонна станка; 2 — инструментальный магазин; 3 — поворотная шпиндельная головка; 4 — обрабатываемая заготовка; 5 – палета; 6 — рельсовая транспортная тележка 1.12. Упрочнение и отделка направляющих станин Отделку поверхностей направляющих станин выполняют на последнем этапе технологического процесса шабрением, шлифованием, тонким фрезерованием специальными фрезами. Шабрение применяют для обработки незакаленных направляющих и других поверхностей станин в случаях: необходимости обеспечения высокой точности (отклонения менее 10 мкм на 1000 мм), которая не может быть получена с помощью обработки резанием; обработки направляющих большой длины; обработки труднодоступных граней, торцовых поверхностей. 50 Шабрение позволяет обеспечить точность направляющих в пределах 2 мкм на 1000 мм длины. Различают два способа шабрения: ручное и механическое, при котором скорость резания обеспечивается приводом, а подача шабера осуществляется вручную. Возвратно-поступательные перемещения лезвия механического шабера осуществляются от электрического привода с частотой ходов до 20 с-1, перемещение бесступенчато регулируется в диапазоне 0...20 мм. Шабрение производится либо по сопрягаемой поверхности присоединяемой детали, либо по эталонной поверхности шабровочной линейки или плиты. Для определения выступающих точек контакта обрабатываемой поверхности станины с эталонной на обрабатываемую поверхность наносят тонкий слой краски. Глубина резания при предварительном шабрении может достигать 0,04 мм, при окончательном — менее 5...10 мкм. При окончательном шабрении необходимо обеспечить требуемое число точек контакта на площади квадрата размером 25x25 мм. Чем больше точек контакта, тем выше точность. Требуемое число точек контакта задается требованиями точности к станине. Для станков нормальной точности на направляющих требуется обычно обеспечить до 20 точек в квадрате 25x25 мм, для станков более высоких классов точности (П, В, А) — 25 ... 30 точек. Хорошо обрабатывается шабрением серый чугун твердостью до НВ 220. Стальные направляющие и чугунные твердостью НВ > 220 шабрятся неудовлетворительно. Высота микронеровностей обработанной поверхности при механическом шабрении составляет 3...5 мкм, при ручном — до 1...3 мкм. Затраты времени на шабрение зависят от площади обрабатываемой поверхности, длины, формы, погрешностей предварительной обработки, марки и твердости обрабатываемого материала. Так, при чистовом шабрении плоских чугунных направляющих шириной 150 мм требуется 4 ч на каждый метр длины, при доводочном шабрении расходуется в 7...8 раз больше времени для достижения 30 точек контакта на поверхности 25x25 мм. Шлифование направляющих средней длины, например направляющих токарно-револьверных станков, более чем в 2 раза дешевле, чем шабрение. Для обеспечения высокой твердости и прочности поверхностного слоя направляющих применяют поверхностное пластическое деформирование и термическую обработку. Поверхностное пластическое деформирование направляющих может осуществляться обкаткой направляющих станины роликовыми или шариковыми упрочнителями на продольно-строгальном станке. Благо51 даря высокому давлению в месте контакта шарика или ролика с направляющей происходит поверхностная пластическая деформация в слое глубиной до 0,4 мм, сопровождаемая наклепом и повышением твердости на НВ 20. Шероховатость обработанной поверхности снижается в результате смятия микронеровностей. Термическая обработка направляющих является основным методом упрочнения чугунных и стальных направляющих станин металлорежущих станков. Монолитные направляющие из чугуна СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30 и других марок могут подвергаться поверхностной закалке до твердости HRC3 45...52. Глубина закаленного слоя составляет 1...3 мм. Закалка направляющих станины осуществляется на специальной установке с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). Над направляющими с зазором 5...10 мм устанавливают индукторы. Нагретые ТВЧ направляющие охлаждают водой, поступающей под давлением (1...2) 105 Па в непосредственной близости от индукторов, и закаливаются. Поверхностная закалка направляющих может быть осуществлена лазером. Применяют два способа: 1) линейное сканирование расфокусированным лучом и 2) колеблющимся сфокусированным лучом. При первом способе луч перемещается по поверхности строчками с поперечным смещением, которое несколько меньше ширины пятна луча. В сечении направляющей получается ряд упрочненных зон в виде сегментов, края которых наложены друг на друга. Сегментная форма обусловлена гауссовским распределением интенсивности излучения. Равномерная глубина термообработанного слоя может быть получена при нагреве направляющих колеблющимся сфокусированным лучом. Колебания лазерного луча осуществляются качанием зеркал, отклоняющих луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Луч лазера перемещается по поверхности с большей скоростью, чем распространяется теплота в металле, поэтому обрабатываемая поверхность нагревается так же, как и при постоянном потоке энергии. Протяженные поверхности направляющих обрабатывают при этом способе отдельными зонами. Для лазерной термообработки достаточно обеспечить излучение 0,1...1 Вт/м2. Луч мощного лазера может быть сфокусирован в пятно диаметром примерно 0,1 мм, однако для равномерного прогрева поверхности без оплавления площадь пятна должна быть 4...400 мм2. Все металлы отражают около 90 % падающего излучения небольшой мощности при длине волны более 5 мкм. Только при высокой плотности излучения (102 Вт/м2) интенсивность поглощения возрастает до 80 % и более. Для поглощения направ52 ляющими энергии лазерного излучения используют специальные покрытия. Размеры пятна контакта, скорость перемещения по обрабатываемой поверхности и мощность излучения могут регулироваться в процессе обработки. Рисунок 1.19 – Шлифование направляющих станин: а — периферией кругов; б — торцами шлифовальных кругов Вследствие поглощения лазерного излучения в поверхностном слое металла толщиной 0,1 мкм и распространения теплоты в глубь направляющей обеспечивается более высокая скорость нагрева и охлаждения, чем при нагреве ТВЧ и охлаждении в жидкости. Поэтому при лазерной закалке охлаждение водой не применяют, что обеспечивает ряд преимуществ, в том числе отсутствие коррозии станины и направляющих. Благодаря высокой скорости нагрева и охлаждения образуется мелкодисперсная и высокопрочная структура поверхностного слоя. Общий нагрев лазером термообрабатываемой станины значительно меньше, чем при закалке ТВЧ. Поэтому температурные деформации станины при закалке лазером меньше, чем при ТВЧ, и следовательно, припуск под дальнейшую обработку направляющих может быть уменьшен. Производительность поверхностной закалки лазером направляющих станин может превышать производительность обработки ТВЧ, кроме того, метод более универсален и обладает более высокой гибкостью. Интересные результаты получены при лазерной закалке материалов с расплавлением поверхностного слоя. При закалке серого чугуна лучом лазера мощностью 5 кВт, пятном 7х15 мм со скоростью 0,005 м/с толщина расплавляемого слоя составляет около 1 мм. Переплавленный слой, состоящий из мартенсита и перлита, имеет твердость HRC3 60...62 53 и обладает высокой износостойкостью. Накладные направляющие в виде планок термообрабатывают до установки на станину. Чугунные планки из чугуна марок СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30 должны иметь твердость до закалки не ниже НВ 170. Поверхностная закалка чугунных планок осуществляется с нагревом ТВЧ или газовым пламенем до твердости HRC3 48...53. Глубина закаленного слоя не менее 2,5 мм. Стальные накладные планки в зависимости от выбранной марки стали подвергают объемной закалке, поверхностной закалке, цементации и закалке или азотированию. Наибольшей износостойкостью и твердодостью (HRC3 61...65) обладают планки из стали 20ХЗМВФ. Глубина азотированного слоя составляет около 0,5 мм, после отделочного шлифования не менее 0,3 мм. Закаленные чугунные или стальные направляющие твердостью до HRC3 65 могут быть обработаны шлифованием и фрезерованием фрезами, оснащенными пластинками из сверхтвердого материала, например двухслойным гексанитом. Шлифование направляющих может осуществляться торцом или периферией шлифовального круга (рисунок 1.19.). При шлифовании периферией круга производительность повышается на 30...40 %, достигается более высокая точность формы и меньшая шероховатость обработанной поверхности. Шероховатость поверхности, которую необходимо обеспечить, определяет выбор шлифовальных кругов. Шлифовальные круги приведенных характеристик рекомендуется применять при скорости резания не более 35 м/с. Шлифование открытых направляющих и других поверхностей желательно производить периферией круга с охлаждением СОЖ. Призматические направляющие удобно шлифовать профильным кругом (рисунок 1.20). Шлифование эльборовыми кругами позволяет получать отклонение от плоскостности поверхности до 0,005 мм на 1000 мм длины и параметр шероховатости Ra = 0,63...0,16 мкм. При этом производительность шлифования эльборовыми кругами в 2...4 раза выше, а стойкость круга из эльбора в 50 раз выше, чем стойкость обычных шлифовальных кругов. Припуск на чистовую обработку шлифованием обычно назначают в пределах 0,05...0,15 мм. При необходимости съема припуска более 0,15 мм рекомендуется разделить шлифование на предварительное обычными кругами и окончательное эльборовыми за одну установку станины на шлифовальном станке, поскольку погрешность установки в данном случае превышает припуск. При плоском шлифовании периферией эльборового круга скорость шлифования 30...40 м/с, продольная 54 подача 0,01...0,08 м/с, поперечная 0,3...1,0 мм/ход, глубина шлифования 0,005...0,06 мм. Более высокие режимы назначают для кругов на органической связке, более низкие — для кругов на керамической связке. Рисунок 1.20 – Шлифование направляющих профильными кругами: 1 — подача на врезание; 2 — ускоренное перемещение В серийном производстве направляющие станин можно эффективно шлифовать на продольно-шлифовальных станках, оснащенных ЧПУ с мини-ЭВМ (CNC). По сравнению с обработкой на шлифовальных станках без ЧПУ штучное время сокращается приблизительно на 20 %. Продольно-шлифовальные станки с ЧПУ могут иметь два суппорта, каждый из которых управляется независимо от системы ЧПУ по двум координатам (рисунок 1.21.). Шлифовальная головка на одном из суппортов может, кроме того, поворачиваться по командам системы ЧПУ с точностью 3,5х10-2 рад. Точность позиционирования по другим осям составляет обычно 1 мкм. 55 Система CNC позволяет хранить в запоминающем устройстве программы шлифования различных станин, осуществлять адаптивное управление процессом с программируемой установкой. В режиме ЧПУ на ряде станков возможно автоматически осуществлять подвод круга до соприкосновения с заготовкой и появления искры. Фиксация момента соприкосновения шлифовального круга с заготовкой позволяет автоматически отсчитывать программируемый объем снимаемого металла после подвода круга к заготовке, обеспечив одинаковые объемы съема металла с направляющих независимо от колебания размеров заготовок. Это существенно экономит время и повышает качество направляющих. Адаптивное управление процессом шлифования обеспечивает постоянство мощности на шпинделе шлифовального круга вследствие регулирования скорости продольной подачи стола станка с заготовкой. Это позволяет вести процесс с максимальной производительностью, предотвратить прижоги поверхности направляющих, стабилизировать упругие перемещения и обеспечить высокую точность, сократив последующее выхаживание. Рисунок 1.21 – Шлифование направляющих станины на станке с ЧПУ При использовании продольно-шлифовальных станков с ЧПУ, оснащенных двумя сменными столами в процессе обработки одной заготовки станины можно устанавливать и выверять другую заготовку на втором столе. После окончания обработки первой заготовки стыковка и смена столов осуществляются автоматически. Штучное время обработки сокращается на 20 % по сравнению со шлифованием на станках с 56 ЧПУ с одним столом. Фрезерование закаленных направляющих осуществляется фрезами со вставными зубьями, оснащенными режущими пластинками из сверхтвердого материала. Положение каждой режущей кромки фрезы регулируется, что позволяет уменьшить торцовое биение зубьев фрезы до 1...2 мкм. При обработке закаленной стали и чугуна предпочтительны пластины круглой формы с передним углом — 8°. Глубина резания 0,05...3 мм, подача на зуб фрезы 0,1...0,7 мм при обработке чугуна и 0,01...0,8 мм при обработке стали, скорость резания 5...6,7 м/с для чугуна и 1,7...5 м/с для стали. Скорость резания выбирают в зависимости от твердости обрабатываемого материала. Силы резания возрастают на 20...25 % по сравнению с фрезерованием с теми же режимами аналогичных незакаленных материалов. Фрезы с режущей частью из сверхтвердого материала по сравнению с минералокерамикой при обработке серого чугуна твердостью HRC3 50...56 после индукционной закалки обеспечивают в 2 раза более высокую скорость резания и имеют при этом в 40 раз большую стойкость. Для уменьшения шероховатости обрабатываемой поверхности чистовую обработку фрезерованием можно осуществлять однозубой фрезой, оснащенной гексанитом на продольно-шлифовальных станках в качестве окончательного процесса обработки закаленных направляющих. Фрезерование закаленных направляющих по сравнению с получистовым и чистовым шлифованием позволяет приблизительно в 3 раза снизить машинное время обработки, особенно при больших колебаниях припуска и предотвратить опасность возникновения прижогов. 1.13. Особенности изготовления станин с накладными направляющими Накладные направляющие станин изготовляют из высоколегированных сталей твердостью после термообработки HRC3 59...62 в виде: а) массивных планок, б) тонких пластин или в) лент (рисунок 1.22.). Износостойкость накладных направляющих в среднем на 25 % выше износостойкости закаленных чугунных направляющих и в 2,3 раза выше износостойкости незакаленных чугунных направляющих. Однако трудоемкость и себестоимость изготовления станин с накладными направляющими больше, а жесткость меньше по сравнению с монолитными. Процесс изготовления станин с накладными направляющими включает: 1. обработку заготовки станины под установку накладных направляющих; 57 2. изготовление накладных направляющих; 3. установку накладных направляющих на станину; 4. окончательную обработку накладных направляющих, установленных на станину. Накладные планки применяют при мелкосерийном изготовлении станин, в сварных и в литых станинах, если невозможно обеспечить необходимую твердость монолитных направляющих. Крепление направляющих планок к станине осуществляется винтами, прихватами, клеем, а также клеем и винтами. Последний способ позволяет значительно увеличить контактную жесткость стыка направляющих планок со станиной, а также снизить требования к точности обработки склеиваемых поверхностей. Для получения высокой жесткости стыка давление 3х106 Па обеспечивают выбором диаметра винтов и расстояний между винтами. Тонкие закаленные пластины в качестве накладных направляющих скольжения и качения, вклеенные в пазы станины, позволяют более экономично использовать высоколегированную сталь и создают возможности широкой унификации пластин. Пластины рекомендуется изготовлять из горячекатаной полосовой стали ШХ15: толщина полос 4 ... 60 мм, ширина 12...200 мм, длина 3000 мм и более. Пластины режут, обрабатывают и закаливают. Рекомендуется закалка при температуре 250 °С, выдержка при этой температуре 3 мин с последующим охлаждением в штампе в вертикальном положении в расплаве солей с содержанием 0,4 % воды. Поверхность станины под накладные пластины должна иметь отклонение от плоскостности не более 0,05 на 1000 мм длины, и не более 0,1 мм на 5000 мм длины. Перед склеиванием контактирующие поверхности обезжириваются бензином Б-70 и затем ацетоном. Склеивание производят эпоксидным клеем, обеспечивающим прочность на сдвиг не менее 7,8х106 Па. На 1 м2 клеевого шва необходимо примерно 0,75 кг клея. Клей наносят на поверхность станины сплошным равномерным слоем с помощью шпателя с зубцами при движении в одну сторону, не допуская образования пузырьков воздуха. Затем пластину, смазанную клеем, устанавливают в паз станины и нагружают грузами через слой пластмассовой пленки и микропористой резины толщиной 4...6 мм с давлением не менее 3-103 Па для вытеснения воздуха и излишков клея, которые удаляют салфеткой, смоченной в ацетоне. Затем пластины сдвигают для устранения зазоров в стыках и догружают грузами или струбцинами до давления 3х104 Па. Выдержка в течение 48 ч под давлением. При склеивании пластин размером 4 х 100 х 760 мм толщина 58 клеевого шва составляет 0,17...0,07 мм. Накладные направляющие затем шлифуют заподлицо с буртами направляющего паза в станине с припуском 0,3 мм, глубина шлифования не более 0,01...0,02 мм при обильном поливе СОЖ; не допускается нагрев пластин при шлифовании, вызывающий разрушение клеевого шва. Рисунок 1.22 – Конструкции накладных направляющих станин: 1 — накладные планки; 2 — станина; 3 — накладная пластина; 4 — стальная лента; 5 — натяжное приспособление; 6 — натяжной винт; 7 — планка крепления ленты Стальную ленту толщиной 0,25 мм в качестве накладной направляющей применяют для прямоугольных направляющих скольжения и комбинированных качения-скольжения при длине направляющих более 10 м. Отделочное шлифование чугунных направляющих под ленту должно обеспечивать отклонения от плоскостности для станин станков повышенной точности не более 0,02 мм на длине 2000 мм и не более 0,04 мм на длине 8000 мм. Для станков нормальной точности допустимые отклонения в 1,5 раза больше. Холоднокатаную пружинную закаленную ленту из стали У10А одним концом неподвижно прикрепляют с помощью прижимной планки к станине. За другой конец ленту натягивают с помощью натяжного приспособления с силой 500...1000 Н. Натянутую ленту вдоль всей длины дополнительно прижимают по краям к станине прижимными планками. Планки приклеивают эпоксидным клеем и привинчивают к станине в целях предотвращения попадания стружки, масла и СОЖ в зазор между лентой и направляющими стани59 ны. Для направляющих скольжения и комбинированных направляющих суппортов, кареток и столов, в том числе сопряженных с направляющими станины, широкое применение получили полимерные покрытия на основе фторопластов, эпоксидных и ацетатных смол. Для станков с ЧПУ перспективны накладные направляющие из наполненного фторопласта, например марки Ф4К15М5-Л-ЭА, которые выпускают в виде ленты толщиной l,7 мм и шириной 140 мм. Фторопластовая лента одной стороной, обработанной тлеющим разрядом, приклеивается к направляющим сопряженного со станиной узла. Направляющие станины, работающие в паре с фторопластовым покрытием, в целях обеспечения высокой износостойкости покрытия не должны иметь острых кромок, стыков, отверстий. Необходима высокая твердость и параметр шероховатости поверхности не более Ra = 0,63 мкм. Если направляющие перемещаемого узла выходят за пределы направляющих станины, то торцовые кромки направляющих станины следует скруглить и отполировать. 1.14. Особенности изготовления составных станин Составные станины собирают из отдельных секций, что позволяет: 1. изготовлять крупные, длинные станины отдельными секциями на средних по размерам станках; 2. изготовлять сложные станины, например для агрегатных станков; 3. унифицировать секции станин и при ограниченном числе типоразмеров отдельных секций изготовлять разнообразные станины; 4. повышать технико-экономические показатели процесса изготовления станин, в том числе сокращать цикл изготовления, повышать уровень автоматизации и производительность труда за счет использования возможностей групповой технологии. Процесс изготовления составной станины состоит из нескольких этапов: - изготовление отдельных секций; - сборка составной станины из секций; - обработка составной станины в сборе. Точность относительного положения вспомогательных баз отдельных секций составной станины можно достигнуть всеми методами достижения точности. При использовании методов взаимозаменяемости и регулирования обработка составной станины в сборе не производит60 ся. В этом случае перед сборкой все поверхности вспомогательных баз секций обрабатывают окончательно. Требуемое относительное положение секций обеспечивается применением шпонок и штифтов. Секции соединяют болтами или сваркой. При достижении точности пригонкой после полной или частичной сборки составную станину обрабатывают, например шлифуют направляющие собранных секций. В этом случае при изготовлении каждой секции должен быть оставлен соответствующий припуск. Примером составной станины является станина двустороннего агрегатного станка, которая состоит из центральной и двух боковых секций (рисунок 1.23). Рисунок 1.23 – Составная станина агрегатного станка Боковые секции станины базируют относительно центральной секции по торцовой плоскости и шпонке и крепят к центральной секции винтами. В соответствии со служебным назначением и конструкцией боковой секции необходимо обеспечить перпендикулярность верхней плоскости к торцовой плоскости. С этой целью при обработке торцовой поверхности на отдельной операции в качестве технологической базы используют обработанную верхнюю плоскость станины. Торцовую поверхность можно обрабатывать на горизонтальном многоцелевом станке (рисунок 1.24.). Обработка включает торцовое фрезерование привалочной плоскости, фрезерование цилиндрической фрезой паза для шпонки, сверление отверстий и нарезание резьбы. Сборку станины осуществляют следующим образом. Среднюю и боковые секции станины выставляют по верхним поверхностям с помощью установочных винтов и уровня. К торцовым поверхностям средней секции привинчивают призматические шпонки. Затем боковые секции по очереди соединяют с центральной и прикрепляют винтами. После этого контролируют параллельность верхних поверхностей боковых секций поверхности центральной секции. При необходимости 61 верхние поверхности обрабатывают после сборки. Рисунок 1.24 – Обработка торца заготовки секции составной станины на многоцелевом станке: а — последовательность обработки инструментами; б — обработка торцовой фрезой; в — обработка концевой фрезой; г – последовательность обработки отверстий 1.15. Контроль станин Контроль станин осуществляют в процессе изготовления, при сборке станка, в процессе эксплуатации. При изготовлении контролируют размерные параметры станины и при необходимости свойства материала. Свойства чугуна литых направляющих определяют путем испытания образцов, вырезаемых из специально предусмотренных в отливке приливов или методами неразрушающего контроля. Твердость литых направляющих измеряется после черновой обработки в нескольких местах переносным прибором ТБР. Твердость закаленных направляющих контролируют с помощью прибора ТРП. Шероховатость обработанных поверхностей станины измеряют профиллографом или определяют визуальным сравнением с образцами шероховатости. Плоскостность направляющих и других поверхностей станины можно контролировать по краске подсчетом числа точек контакта измерительной линейки, например ШM-1-2000 Ш с направляющими. 62 Краску «краплак» наносят тонким слоем толщиной 2...5 мкм. Число пятен контакта определяют на площади 25х25 мм, которая выделяется наложением квадратной рамки. Отклонение от плоскостности можно измерить, установив измерительную линейку на концевые меры одинаковой высоты и измерив расстояния от плоскости линейки до направляющих в нескольких местах с помощью измерительной головки или другого измерителя. Для измерения отклонения от плоскостности применяют оптические плоскомеры, например ИС-45. В серийном производстве станин применяют специальные плоскомеры, представляющие собой плиту, базирующуюся на измеряемой поверхности на трех опорах. В плите устанавливают в шахматном порядке измерительные головки. Головки настраивают по эталонной плоскости. В качестве отсчета берут наибольшую разность показаний двух измерительных головок. Лазерным интерферометром можно измерить отклонение от плоскостности поверхности длиной до 3000 мм с точностью около 0,5 мкм при однократной установке измерительной системы относительно измеряемой поверхности станины. Прямолинейность направляющих контролируют с помощью уровня, автоколлиматора или лазерного интерферометра. Для контроля прямолинейности направляющих с помощью брускового уровня, например мод. 200-02, сначала выставляют станину на регулирующих опорах так, чтобы обеспечивалось нулевое положение пузырька уровня. Затем, перемещая уровень вдоль направляющих, через определенные интервалы берут отсчет по шкале уровня с ценой деления 0,02 мм. По полученным показаниям строят график, отображающий профиль направляющих, и определяют отклонение от прямолинейности. Извернутость направляющих измеряют аналогичным образом при установке уровня на две направляющие в поперечном направлении. При контроле прямолинейности и извернутости призматических направляющих необходим специальный мостик, на который устанавливается уровень. Могут использоваться индуктивные уровни, например мод. 129. Схема контроля прямолинейности с помощью автоколлиматора показана на рисунке 1.25. Визирную трубу 1 автоколлиматора устанавливают так, чтобы оптическая ось была параллельна направляющим. Зеркало 2 устанавливают на специальном мостике 3 на направляющих. Мостик 3 с зеркалом перемещают вдоль направляющих с шагом, равным расстоянию между опорами мостика, которое не должно превышать 10 % общей длины контролируемой поверхности. При каждом положении мостика наблюдают через окуляр и отсчитывают отклоне63 ние зеркальной марки, которое вызывается угловым отклонением мостика 3. По полученным данным строится график, по которому определяют отклонение от прямолинейности. Автоколлиматор АК-0,5У, например, имеет цену деления 2,4-10-6 рад, погрешность измерения ±14,5-10-6 рад во всём диапазоне измерений. Наиболее высокую точность и уровень автоматизации контроля обеспечивают лазерные интерферометры. Схема контроля прямолинейности направляющих лазерным интерферометром подобна схеме контроля автоколлиматором (см. рисунок 1.25.). Лазерный интерферометр содержит источник света — стабилизированный гелийнеоновый лазер, интерферометр и фотоэлектронный блок, осуществляющий счет интерференционных полос и преобразующий величину перемещения зеркала с мостиком в цифровые показания. Для повышения точности измерений в лазерный интерферометр вводят измеритель температуры и рефлактометр для определения коэффициента преломления воздуха, показания которых автоматически учитываются при измерениях. Интерферометр ИПЛ, например, на длине до 1 м обеспечивает дискретность отсчета 0,1 мкм при скорости перемещения зеркала до 0,025 м/с. Другие модели лазерных интерферометров обеспечивают измерения на длине до 5 м и более с дискретностью 0,5...1,0 мкм при скорости до 0,025...0,3 м/с. Результаты измерений могут быть выведены на цифровые индикаторы, на печать, могут вводиться в мини-ЭВМ для обработки и анализа. Рисунок 1.25 – Схема контроля прямолинейности направляющих с по64 мощью автоколлиматора Форму профиля направляющих контролируют специальным шаблоном и набором щупов. Параллельность поверхностей можно проконтролировать с помощью уровня. Уровень сначала устанавливают на одну базовую поверхность. Станину выставляют по уровню, затем уровень переносят на другую поверхность и отсчитывают отклонение от параллельности. Отклонение от перпендикулярности поверхностей определяют аналогично с помощью рамного уровня. Отклонения от параллельности и перпендикулярности поверхностей направляющих можно измерить с помощью измерительных головок, установленных на образцовом мостике, который перемещают по направляющим. Для контроля некоторых расстояний и поворотов поверхностей станин могут быть использованы координатно-измерительные машины соответствующих размеров. Однако достигнутой в настоящее время точности измерения на этих машинах, как правило, недостаточно для контроля станин прецизионных станков по всем параметрам. Износ направляющих в процессе эксплуатации станин можно контролировать измерением под микроскопом длины лунок глубиной 0,1...0,15 мм, которые для этого наносят на направляющие твердосплавным роликом с помощью переносного прибора ПВЛ-2. 65 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 2.1. Характеристика корпусных деталей Корпусные детали предназначены для размещения в них сборочных единиц и деталей. Они являются базовыми деталями и должны обеспечивать постоянство точности относительного положения деталей и механизмов, как в статическом состоянии, так и в процессе эксплуатации машин. Поэтому они должны обладать достаточной жесткостью. Корпусные детали можно разделить на следующие группы: - коробчатого типа (коробки скоростей); - сложной пространственной формы (корпуса насосов); - типа кронштейнов, угольников, стоек; - типа плит, крышек, кожухов, поддонов. Такие детали имеют основные базирующие поверхности, как правило, в виде плоскостей. С помощью этих поверхностей они присоединяются к другим деталям — рамам, станинам, корпусам. Имеются вспомогательные базирующие поверхности — поверхности отверстий и плоскостей, а также их сочетания. Корпусные детали почти всегда имеют отверстия. Эти отверстия в зависимости от назначения можно разделить на точные (основные), поверхности которых служат для валов, и вспомогательные, предназначенные для крепежных и смазочных устройств. Корпусные детали могут быть разъемными и неразъемными. Разъемные корпуса имеют особенности при механической обработке. Трудоемкость изготовления корпусных деталей зависит от технологичности их конструкции, которая определяется рядом требований. Корпусная деталь должна быть жесткой, минимальной металлоемкости и легко отливаемой. Её базовые поверхности должны иметь достаточные размеры, позволяющие вести обработку от этой базы. Все обрабатываемые поверхности, расположенные на одной стенке детали, должны быть одинаковой высоты. Отверстия должны иметь простую форму: без ступеней, кольцевых канавок и т.д. Желательно, чтобы диаметры отверстий, расположенных на одной оси, уменьшались от наружных стенок к перегородкам. Отверстия должны быть по возможности сквозными. 2.2. Материалы и заготовки корпусных деталей Заготовки корпусных деталей в большинстве случаев изготавливают литьем из серого чугуна. Применяют также ковкий чугун, цветные 66 сплавы. Из серого чугуна марок СЧ15, СЧ20, СЧ25 получают заготовки корпусных деталей машин, поверхности которых не работают на износ. Заготовки корпусных деталей, работающих в условиях вибраций, ударных нагрузок, скручивающих и изгибающих моментов, выполняют из ковкого чугуна или стали. Заготовки корпусных деталей, работающих в условиях агрессивной среды, изготавливают из материалов, обладающих повышенным сопротивлением коррозии (нержавеющие стали марок 3X13, 3Х18Н10Т и др.). Для сварных корпусных деталей применяют малоуглеродистые стали Ст3, Ст4. Заготовки корпусных деталей изготавливают литьем и сваркой. Литые заготовки получают литьем в землю, в оболочковые формы, в кокиль, для мелких деталей используют литье по выплавляемым моделям. Выбор способа получения заготовки зависит от формы и размеров корпусной детали, требуемой точности, серийности производства и себестоимости изготовления. Ручную формовку заготовок корпусных деталей, отливаемых в землю, применяют в единичном и мелкосерийном производстве и при изготовлении крупных заготовок. Машинную формовку по металлическим или пластмассовым моделям используют для изготовления мелких и средних деталей в серийном и массовом производстве. Литье в кокиль или в металлические формы применяют в тех же производствах для получения заготовок из цветных сплавов. Литье под давлением используют для получения заготовок из алюминиевого сплава, сложной формы с отверстиями различных размеров, внутренними и наружными резьбами. Этот способ позволяет получать точность размеров по квалитету 12. В условиях единичного и мелкосерийного производства применяют и сварные заготовки. Заготовки, полученные литьем и сваркой, подвергаются термической обработке. 2.3. Технические требования на изготовление корпусных деталей Особенности технологических задач, решаемых в процессе изготовления корпусных деталей, вытекают из их назначения и условий работы в собранной машине. Технологические процессы должны обеспечить выполнение ряда требований. Точность размеров: точность диаметров основных отверстий под подшипник — по квалитету 7 с шероховатостью Ra = 1,6...0,4 мкм, реже — по квалитету 6 с Ra - 0,4...0,1 мкм; точность межосевых расстояний отверстий для цилиндрических зубчатых передач с межцентровыми расстояниями 50...800 мм — от ±25 до ±280 мкм; 67 точность расстояний от осей отверстий до установочных плоскостей колеблется в широких пределах (квалитеты 6... 11). Точность формы: для отверстий, предназначенных для подшипников качения, допуск круглости и допуск профиля сечения не должны превышать 0,25...0,50 поля допуска на диаметр в зависимости от типа и точности подшипника; допуск прямолинейности поверхностей прилегания задается в пределах 0,05...0,20 мм на всей длине; допуск плоскостности поверхностей скольжения — 0,05 мм на длине 100 мм. Точность взаимного расположения поверхностей: допуск соосности отверстий под подшипники — в пределах половины поля допуска на диаметр меньшего отверстия; допуск параллельности осей отверстий — в пределах 0,02...0,05 мм на 100 мм длины; допуск перпендикулярности торцовых поверхностей к осям отверстий — в пределах 0,01...0,10 мм на 100 мм радиуса; у разъемных корпусов несовпадение осей отверстий с плоскостью разъема — в пределах 0,05...0,30 мм в зависимости от диаметра отверстий. Качество поверхностного слоя: шероховатость поверхностей отверстий Ra = 1,6...0,4 мкм (для квалитета 7), Ra = 0,4...0,1 мкм (для квалитета 6); поверхностей прилегания Ra = 6,3... 1,6 мкм, поверхностей скольжения Ra = 0,8...0,2 мкм, торцовых поверхностей Ra = 6,3... 1,6 мкм. Твердость поверхностных слоев и требования к остаточным напряжениям регламентируются редко и для особо ответственных корпусов. 2.4. Базирование корпусных деталей Построение и содержание технологического процесса обработки корпусных деталей определяются в основном выбором баз и размерными связями между различными поверхностями. Корпусные детали базируют, выдерживая принципы постоянства и совмещения баз. При изготовлении корпусных деталей наиболее часто используют два способа базирования: 1) по трем плоскостям, образующим координатный угол; 2) по плоскости и двум отверстиям, обработанным по квалитету Н7 с посадкой на два установочных пальца приспособления. 68 На первой операции заготовку устанавливают на необработанные поверхности, стремясь достичь правильного положения обрабатываемых одной или нескольких поверхностей, предназначенных для использования в качестве технологических баз на большинстве операций. На первой операции стремятся обеспечить правильное распределение припусков на обработку на поверхностях, подлежащих обработке на последующих операциях. В ряде случаев заготовку на одной операции базируют по двум основным отлитым отверстиям, если они имеют достаточные диаметральные размеры. Такой способ базирования обеспечивает снятие равномерного припуска при последующей обработке основных отверстий. В качестве технологической базы может быть использовано отверстие достаточного диаметра. Такая схема базирования применяется, например, при обработке корпуса водяного насоса и подобных корпусных деталей. Обработка наружных поверхностей таких деталей проводится с установкой детали по предварительно обработанному отверстию. В некоторых случаях основные установочные базы обрабатываются с использованием технологических баз в виде предварительно обработанных платиков. Для базирования корпусных деталей широко используют оправки или специальные приспособления. На рисунке 21.1. показано базирование заготовок призматических корпусных деталей по трем плоскостям. Рисунок 2.1. – Схема базирования корпусной заготовки по трем плоскостям: 1 — внешняя поверхность; 2 — основание; 3 — внутренняя поверхность При использовании в качестве базы внутренней поверхности (рисунок 2.1, б) обеспечивается более высокая точность толщины стенки, заданная размером S. На рисунке 2.2. представлено базирование заготовки по плоской 69 поверхности 1 и двум отверстиям 2, обработанным по квалитету 7. Рисунок 2.2. – Схема базирования корпусной заготовки по плоской поверхности и двум отверстиям Приведем анализ схем базирования корпуса и крышки редуктора. Выбор баз проводится, как правило, в два этапа. Вначале выбираются технологические базы, которые в дальнейшем используются при выполнении большинства операций технологического процесса. В корпусных деталях в качестве таких баз используются обычно основные базы, относительно которых задается положение большинства поверхностей деталей, что позволяет обеспечивать заданную точность размерных связей положения этих поверхностей при обработке по самому короткому маршруту. В процессе обработки основания с крышкой в сборе необходимо обеспечить в первую очередь точность отверстий под подшипники Ø120 Н7, Ø 170 Н7 и под стакан Ø 135 Н8, а также точность их взаимного расположения и положения относительно других поверхностей (рисунок 2.3. – 2.6.). Точность положения поверхностей полуотверстий крышки и основания в направлении, параллельном поверхности основания корпуса, обеспечивается отверстиями под штифты Ø 12 Н9. При минимальном количестве технологических переходов и оптимальных режимах резания наиболее рациональное обеспечение точности системы основных отверстий будет в случае равномерного припуска в этих отверстиях. В качестве технологических баз для обработки большинства поверхностей основания и основания с крышкой в сборе лучше всего использовать плоскость основания и два диагонально расположенных в этой плоскости отверстия диаметром 22 мм, посредством которых 70 (совместно с двумя другими) в дальнейшем редуктор закрепляется на станине или фундаменте (рисунок 2.5.). Для обработки плоскости разъема крышки в качестве технологической базы принимаются плоские поверхности верхней части заготовки, в том числе и два платика, специально предусмотренные в качестве искусственных баз, а также два глухих технологических отверстия Ø 22 Н9 (рисунок 2.6.). В корпусных деталях редуктора имеются поверхности, положение которых на чертеже задано размерами от других поверхностей, линий, точек, не являющихся технологическими базами, но их обработка осуществляется при соблюдении принципа единства баз. В этом случае возникает необходимость проверки обеспечения точности выдерживаемых размеров с помощью технологических размерных цепей, в которых эти размеры будут замыкающими звеньями. На втором этапе выбора баз выявляются технологические базы для выполнения первой (или первых) операции. В дальнейшем поверхности, обработанные на этом этапе, используются в качестве технологических баз на большинстве операций механообработки. Ниже приводятся результаты анализа трех вариантов базирования основания и крышки на первой операции при растачивании системы отверстий. Первый вариант. Базирование заготовок основания и крышки на первой операции осуществляется по полуотверстиям, на которые опираются стакан вала быстроходного и подшипники вала выходного, а также по плоскости разъема (рисунок 2.7.). Достичь такой схемы базирования можно в том случае, если опоры под полуотверстия будут утапливаемыми в корпус приспособления. Рисунок 2.7. – Схемы размерных цепей при первом варианте базирования: а — корпуса; б — крышки 71 72 Рисунок 2.3. – Общий вид крышки и основания корпуса редуктора в сборе Продолжение рисунка 2.3. – Общий вид крышки и основания корпуса редуктора в сборе 74 Рисунок 2.4. – Чертеж основания корпуса редуктора 75 Рисунок 2.5. – Вид со стороны плоскости разъема на основании корпуса 76 Рисунок 2.6. – Чертеж крышки корпуса редуктора 77 Обработка плоскостей разъема крышки и основания и получение отверстий под штифты, как видно из рисунка 2.9, осуществляются с использованием технологических баз, созданных на первых операциях. Рисунок 2.8. – Схемы размерных цепей при первом варианте базирования после обработки базовых поверхностей: а — корпуса; б — крышки Неравномерность припуска при обработке отверстий определяется как относительное смещение осей этих отверстий в заготовке и после обработки. Такое смещение осей отверстий под подшипники прослеживается в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и определяется замыкающими звеньями соответствующих размерных цепей. Технологические размерные цепи, определяющие неравномерность припуска при обработке отверстий, представлены на рисунке 2.7. — 2.8. Второй вариант. В качестве технологических баз на первой операции приняты только поверхности полуотверстий под опоры, о которых шла речь в первом варианте. Для данного случая опоры приспособления должны быть жесткими (рисунок 2.9.). Рисунок 2.9. – Схемы размерных цепей при втором варианте базирования: а — корпуса; б — крышки В анализируемом варианте технологические размерные цепи, определяющие неравномерность припуска, будут иметь вид, представленный на рисунке 2.10. Рисунок 2.10. – Схемы размерных цепей при втором варианте базирования: а — корпуса; б — крышки Третий вариант. Заготовки корпуса и крышки на первой операции базируются по трем плоскостям: плоскости разъема, боковым поверхностям под крышки подшипников и торцовой поверхности отверстия под стакан подшипников (рисунок 2.11.). Рисунок 2.11. – Схемы размерных цепей при третьем варианте базирования: а — корпуса; б — крышки Из рисунка 2.12 видно, что третий вариант базирования заготовок на первой операции обеспечивает неравномерность припуска при растачивании отверстий, определяемую технологическими размерными цепями, имеющими значительно большую длину по сравнению с предыдущими вариантами. 79 Рисунок 2.12. – Схемы размерных цепей при третьем варианте базирования: а — корпуса; б — крышки Таким образом, проведенный анализ схем базирования заготовок корпуса и крышки редуктора на первой операции позволяет сделать заключение, что второй вариант базирования наиболее рационален с позиции обеспечения равномерности припуска в растачиваемых отверстиях. В этом случае получается самый короткий путь достижения точности замыкающего звена. 2.5. Типовые маршруты изготовления корпусных деталей Построение и содержание технологического процесса обработки заготовки корпусной детали определяется в основном выбором баз и размерными связями между различными поверхностями. Маршрут механической обработки корпусных деталей включает следующие основные этапы: - обработку поверхностей, используемых в качестве технологических баз при последующей обработке; - обработку взаимосвязанных плоских поверхностей; - обработку основных и крепежных отверстий; - отделочную обработку плоских поверхностей; - отделку основных отверстий (требуется всегда). Каждый этап состоит из нескольких операций (в зависимости от вида обрабатываемых поверхностей и требований по точности). В некоторых случаях в маршрут включают старение между черновой и чистовой обработкой. В условиях единичного и мелкосерийного производства, а также при обработке крупных заготовок обработку корпусных деталей ведут по разметке. Посредством разметки определяют положение осей основных отверстий и других поверхностей детали. Установку и выверку заготовки на станке осуществляют по рискам. 80 Необходимо отметить, что разработка маршрута механической обработки корпусных деталей зависит от типа производства. Рассмотрим типовые маршруты механической обработки корпусных деталей для различных типов производства. В мелкосерийном и серийном производстве обработка заготовок корпусных деталей осуществляется в такой последовательности : 1) разметка основных плоскостей с нанесением горизонтальных и вертикальных рисок; 2) черновое фрезерование основных плоскостей; 3) разметка отверстий; 4) обработка отверстий; 5) чистовое фрезерование основных плоскостей; 6) координатное растачивание базовых отверстий; 7) фрезерование второстепенных плоскостей; 8) обработка крепежных отверстий; 9) финишная обработка точных базовых отверстий. В массовом и крупносерийном производстве обработка заготовок корпусных деталей осуществляется в такой последовательности: 1) обработка установочной базовой плоскости и изготовление двух технологических отверстий по квалитету 7; 2) черновая и чистовая обработка основных плоскостей; 3) черновая и чистовая обработка взаимосвязанных базовых отверстий; 4) фрезерование второстепенных плоскостей; 5) обработка крепежных отверстий; 6) финишная обработка базовых отверстий. Для обработки корпусных деталей применяют строгание, фрезерование, точение, шлифование, протягивание. В единичном и мелкосерийном производстве используют строгание на продольно-строгальных станках. Однако производительность строгания низкая. Наибольшее распространение при обработке плоскостей корпусных деталей имеет фрезерование. В зависимости от характера и расположения обрабатываемых поверхностей, масштаба выпуска используют консольнофрезерные, продольно-фрезерные, карусельно-фрезерные, барабаннофрезерные и другие станки. В автоматических линиях применяют агрегатно-фрезерные станки. Продольно-фрезерные станки общего назначения используют для чернового и чистового фрезерования в мелкосерийном производстве. В среднесерийном и крупносерийном производстве обработку ведут набором фасонных или стандартных фрез на специализированных многошпиндельных продольно-фрезерных станках. 81 На барабанно-фрезерных станках обрабатывают одновременно две параллельные плоские поверхности предварительно и окончательно. Плоскости фрезеруют на карусельно-фрезерных станках при непрерывном вращении стола с установкой деталей по две. Черновая и чистовая обработка выполняется последовательно двумя фрезами. На автоматических линиях плоские поверхности обрабатывают с одной или двух сторон одновременно торцовыми фрезами с использованием агрегатных продольно-фрезерных автоматов. Рассмотрим пример. Двухшпиндельные фрезерные головки 4 (рисунок 2.13.) перемещаются влево до упора 1, последовательно осуществляя черновую и чистовую обработку заготовки 3, которая фиксирована в рабочей позиции. Конвейер 2 подает следующую заготовку; при этом головки перемещаются в исходное положение. Затем цикл обработки повторяется. Фрезерованием в два перехода (черновой и чистовой) достигают точности квалитета 10, шероховатости Ra = 3,2...1,6 мкм. В серийном производстве обработку ведут с использованием всей рабочей поверхности стола, устанавливая несколько заготовок. Шлифование производят на плоскошлифовальных станках периферией круга, торцом чашечного круга, торцом сборного сегментного круга. Плоское силовое шлифование малочувствительно к литейным коркам и прерывистым поверхностям, поэтому заготовки можно шлифовать без предварительной обработки фрезерованием или строганием при сравнительно малых припусках (3...5 мм). В массовом производстве широко используют протягивание наружных поверхностей жестких деталей. Его применяют для черновой и чистовой обработки, а также для зачистки и калибрования. Протягивание высокопроизводительно. Его выполняют на специальных мощных быстроходных протяжных станках протяжками из твердых сплавов со скоростью резания до 60 м/мин (чугун). Протяжные станки горизонтального и вертикального типа, одно- и многопозиционные, встраивают в автоматические линии. При высоких требованиях к точности и шероховатости поверхностей вводят отделочную операцию, тонкое шлифование или фрезерование. В мелкосерийном производстве базовые поверхности шабрят. Обработка основных отверстий является ответственной и трудоемкой частью технического процесса изготовления корпусных деталей. Обработка делится на черновую, чистовую и отделочную. Для обработки основных отверстий применяют сверла, резцы, зенкеры, расточные головки, развертки. Для отделочной обработки ис82 пользуют также шариковые или роликовые раскатки. Сверла применяют для предварительного сверления отверстий в сплошном материале. Отверстия диаметром более 30 мм получают, как правило, литьем. При сверлении по кондуктору достигают точности диаметрального размера Н11, Н12. Отверстия в отливках при единичном и мелкосерийном производстве растачивают резцами. Эта обработка обеспечивает правильное положение оси отверстия. Резцы применяют в резцовых головках и резцовых блоках для обработки отверстий большого диаметра. Зенкеры используют для черновой обработки литых отверстий, получистовой обработки отверстий после сверления или растачивания резцом. Для отверстий, точность которых не выше квалитета 10, зенкер можно использовать при окончательной обработке. Шероховатость поверхности Ra = 1,6 мкм обеспечивается зенкерованием. Рисунок 2.13. – Схема обработки корпусной детали на автоматической линии Основные отверстия большого диаметра (100 мм и более) обрабатывают многорезцовыми расточными головками, оснащенными пластинками твердого сплава. Они позволяют при повышенных режимах снимать большой припуск за минимальное количество ходов и являются самым производительным инструментом. Чистовую обработку по квалитетам 6... 10 отверстий диаметром до 400 мм осуществляют в большинстве случаев развертыванием. Используют развертки, оснащенные пластинами твердого сплава. Отверстия квалитетов 8, 9 получают путем однократного развертывания, а отверстия квалитета 7 — путем двукратного развертывания. Обработку отверстий квалитета 6 развертыванием осуществляют при соблюдении следующего условия: развертывают вручную разверткой с доведенными режущими кромками с СОТС. При этом достигается шероховатость поверхности Ra = 0,8 мкм. Припуски под черновое развертывание оставляют до 0,5 мм на диаметр, под чистовое — 0,07...0,15 мм. Для установки разверток ис83 пользуют специальные плавающие патроны. В серийном и массовом производстве широко применяют расточные блоки и плавающие пластины для обработки отверстий диаметром до 600 мм. Их используют для чернового и чистового растачивания. По сравнению с однорезцовым растачиванием при обработке расточными блоками или пластинами радиальные составляющие сил резания уравновешены, что исключает изгиб оправки. Точность обработки соответствует квалитету 7 и шероховатости поверхности Ra = 0,63 мкм. Торцовые поверхности отверстий обрабатывают подрезными резцами и торцовыми зенкерами. Подрезание торцов осуществляют резцом или фрезой с радиальной подачей. На автоматических линиях используют стандартный, нормализованный, а также специальный режущий инструмент. Для обработки основных отверстий корпусных деталей применяют горизонтально-расточные, координатно-расточные, вертикальнорасточные, радиально-сверлильные, карусельные, агрегатные и другие станки. Точность межосевых расстояний, параллельность и перпендикулярность осей, а также соосность отверстий обеспечивает обработка с одного установа. Точность межосевых расстояний и точность положения отверстий относительно баз достигают различными способами обработки. В единичном и мелкосерийном производстве растачивание производят по разметке. Координатное растачивание на горизонтально-расточных станках осуществляют за один установ заготовки. При растачивании ось шпинделя станка совмещают с осью каждого из обрабатываемых отверстий перемещением шпиндельной бабки в вертикальном, а стола — в горизонтальном направлении в соответствии с заранее рассчитанными координатами. Достигаемая точность межосевых расстояний — в пределах ±0,02 мм. Растачивание отверстий координатным способом выполняют на координатно-расточных станках. В этом случае точность межосевых расстояний отверстий достигает 0,001...0,008 мм. В серийном производстве широко используют растачивание в специальных приспособлениях — кондукторах. Точность расположения отверстий достигается с помощью кондукторных втулок приспособления. Обработка крепежных и других отверстий выполняется в основном на вертикально-сверлильных, радиально-сверлильных и агрегатных станках. В зависимости от размеров и конструктивных форм корпусных деталей, серийности выпуска используют различные кондукторы (коробчатого типа, накладные поворотные) или выполняют обработку по 84 разметке. Обработка крепежных и других отверстий небольшого диаметра включает сверление, зенкерование, цекование, снятие фасок, развертывание, нарезание резьб. В индивидуальном и мелкосерийном производстве на универсальных станках обработку ведут по разметке. В среднесерийном производстве применяют многошпиндельные и резьбонарезные головки, а также ведут обработку на агрегатных станках. Агрегатные станки позволяют одновременно обрабатывать отверстия, расположенные в нескольких стенках заготовки. Финишная обработка основных отверстий включает отделочные операции, к которым относятся тонкое растачивание, планетарное шлифование, хонингование, раскатка роликами. Точное растачивание на алмазно-расточных станках используют для получения высокой точности размеров отверстий по квалитетам 6, 7, их геометрической формы (допуск овальности, конусообразности 3...4 мкм) и прямолинейности оси отверстия. Шероховатость поверхности Ra = 1,25...0,63 мкм. Эту обработку применяют для точных гладких отверстий небольших диаметров в деталях средних и небольших размеров. Растачивание ведут одно лезвийными резцами с пластинками из твердых сплавов, а также алмазными резцами и резцами, оснащенными сверхтвердыми режущими материалами. Для обработки отверстий диаметром более 150 мм используют внутреннее планетарное шлифование. Шлифовальный круг вращается относительно оси шпинделя, совершая планетарное движение, т.е. вращение вокруг оси отверстия. Продольную подачу осуществляют возвратно-поступательным движением заготовки, поперечную — перемещением шлифовального круга. Достигают точности отверстия по квалитету 6, шероховатости Ra = 0,32 мкм. Однако этот процесс малопроизводителен. Хонингование выполняют на специальных хонинговальных станках — одно- и многошпиндельных. Обработку ведут с охлаждением хонинговальными головками, на которых установлены абразивные бруски. Головка вращается и совершает возвратно-поступательное движение. Хонингованием обрабатывают отверстия диаметром 15...200 мм и достигают точности по квалитету 6, шероховатости Ra = 0,08...0,04 мкм. Хонингование является производительной отделочной операцией и применяется после развертывания и шлифования. Раскатыванием отверстий в стальных корпусных деталях достигают шероховатости Ra = 0,08...0,04 мкм; при этом твердость поверхностного слоя возрастает на 20...25 %. Производительность выше по сравнению с хонингованием в пять раз. В единичном и мелкосерийном производстве для обеспечения минимальной шероховатости отверстий 85 используют притирку с применением мягких и твердых абразивных материалов. В маршрут обработки заготовок разъемных корпусов дополнительно к рассмотренным выше операциям включают: - обработку поверхности разъема основания; - обработку поверхности разъема крышки; - обработку крепежных отверстий на поверхности разъема основания; - обработку крепежных отверстий на поверхности разъема крышки; - сборку корпуса промежуточную (слесарно-сборочная операция); - обработку двух точных отверстий (обычно сверлением и развертыванием) под цилиндрические или конические штифты в плоскости разъема сборного корпуса. Приведем пример типового маршрута изготовления кронштейна. Кронштейн (рисунок 2.14.) изготавливается литьем в разовые формы с машинной формовкой по деревянным моделям. Материал — серый чугун. Операция 005 — вертикально-фрезерная (рисунок 2.15.). Вертикально-фрезерный станок 6М12П. Приспособление специальное. Фрезеровать плоскость 1 под шлифование. Операция 010 — радиально-сверлильная (рисунок 2.16.). Радиально-сверлильный станок 2Н53, приспособление — кондуктор. Сверлить отверстия 1 и 2. Зенкеровать отверстия 2 и 3. Развернуть отверстия 3. Операция 015 — токарная (рисунок 2.17.). Токарный станок 16К20. Приспособление — угольник. Расточить отверстие 1, фаску 2, подрезать торец 3 под тонкое растачивание и обтачивание (обработка противоположного торца не показана). Операция 025 — радиально-сверлильная (рисунок 2.18.). Станок радиально-сверлильный 2Н53. Приспособление — кондуктор. Сверлить, зенкеровать, нарезать резьбу в четырех отверстиях 1 (обработка отверстий на противоположном торце не показана). Операция 035 — плоскошлифовальная (рисунок 2.19.). Станок плоско-шлифовальный ЗБ722. Приспособление специальное. Шлифовать плоскость 1 основания начисто. Операция 040 — алмазно-расточная (рисунок 2.20.). Станок для тонкого растачивания. Приспособление специальное. Расточить отверстие 1 и подрезать торец 2 начисто. Операция 045 — алмазно-расточная (рисунок 2.21.). Станок для алмазного растачивания. Приспособление специальное установочное. 86 Подрезать торец 1. 87 Рисунок 2.14. – Чертеж кронштейна Рисунок 2.15. – Операционный эскиз к операции 005 Рисунок 2.16. – Операционный эскиз к операции 010 Рисунок 2.17. – Операционный эскиз к операции 015 Рисунок 2.18. – Операционный эскиз к операции 025 90 Рисунок 2.19. – Операционный эскиз к операции 035 Рисунок 2.20. – Операционный эскиз к операции 040 Рисунок 2.21. – Операционный эскиз к операции 045 В таблице 2.1. приведена технологическая схема обработки основания и крышки редуктора в условиях серийного производства с использованием станков с ЧПУ, в том числе и многоцелевых типа обрабатывающего центра (ОЦ). 91 Таблица 2.1. – Технологическая схема обработки корпуса и крышки редуктора с использованием многоцелевого станка Наименование и содержание Операционный эскиз Технологические Оборудование операции базы Операция 005 Полуотверстия под ПродольноФрезерная опоры вала выход- фрезерный станок, операция: ного, стакан под- оснащенный двумя фрезеровать шипника ва- фрезами на шпиндеодновременно ла быстроходного и лях с вертикальной поверхности фрезеруемые по- осью и двумя боко1-3 корпуса и верхности 2 и 6 (при выми фрезами с го4-7 крышки помощи откидного ризонтальной осью упора) Продолжение таблицы 2.1. Наименование и содержание операции Операция 010 Сверлильная операция: 1) сверлить 4 отверстия 1 и 3 в корпусе редуктора; 2) развернуть 2 отверстия 1; 3) сверлить 2 отверстия 2 в крышке редуктора; 4) развернуть 2 отверстия 2 Операционный эскиз Технологические базы То же сочетание поверхностей, что и на операции 005 Оборудование Радиальносверлильный станок 93 Продолжение таблицы 2.1. Наименование и содержание операции Операция 015 Фрезерная операция: Фрезеровать плоскости разъёма корпуса 1 и крышки 2 Операционный эскиз Технологические базы Плоскость основания корпуса и два отверстия Ø22Н9; плоскости двух технологических платиков и плоскость под люк в крышке, два технологических отверстия Ø22Н9 Оборудование Продольнофрезерный станок, оснащенный двумя фрезами на шпинделях с вертикальной осью 94 Продолжение таблицы 2.1. Наименование и содержание операции Операция 020 Сверлильная с ЧПУ операция: 1) сверлить 10 отверстий 1; 2) сверлить 2 отверстия 2; 3)развернуть 2 отверстия 2; 4) зенковать фаски в отверстиях 1 и 2. Повторить переходы 1 – 4 для крышки Операционный эскиз Технологические базы То же сочетание поверхностей, что и на операции 015 Оборудование Вертикальносверлильный станок с ЧПУ 95 Продолжение таблицы 2.1. Наименование и содержание операции Операция 025 Сверлильная с ЧПУ операция: 1) Сверлить 4 отверстия 1 под резьбу М10-8Н; 2) Зенковать фаски в четырёх отверстиях 1; 3) Нарезать резьбу в четырёх отверстиях 1; 4) Цековать 10 отверстий 2. Операционный эскиз Технологические базы Плоскость разъема и два отверстия Ø12Н9 под штифты Оборудование Вертикальносверлильный станок с ЧПУ 96 Продолжение таблицы 2.1. Наименование и содержание операции Операция 030 Сверлильная операция: 1) Зацентровать отверстия 1; 2) Сверлить отверстие 1 под резьбу М10-8Н; 3) Цековать отверстие 1; 4) Зенковать фаску в отверстии 1; 5) Нарезать резьбу в отверстии 1. Операционный эскиз Технологические базы Плоскость разъема и два отверстия Ø12Н9 под штифты Оборудование Радиальносверлильный станок с револьверной головкой 97 Продолжение таблицы 2.1. Наименование и содержание операции Операция 035 Сборочная операция: 1) установить крышку на корпус редуктора; 2) зафиксировать относительное положение крышки и корпуса двумя штифтами Ø12; 3) скрепить крышку и корпус десятью болтами М12 Операционный эскиз Технологические Оборудование базы Плоскость осно- Сборочный вания корпуса и стенд два отверстия Ø22Н9 (при необходимости полного базирования) Продолжение таблицы 2.1. Наименование и содержание операции Операционный эскиз Технологические базы Оборудование 98 Операция 040 Комбинированная с ЧПУ операция: 1) фрезеровать начисто поверхности 1 и 2; 2) фрезеровать дважды поверхность 3; 3) расточить начерно отв. 4, 5, 6, 8; 4) расточить начисто отв. 4, 5, 6, 8; 5) сверлить 28 отверстий 7 под резьбу М10-8Н; 6) зенковать фаски в 28 отверстиях 7; 7) нарезать резьбу в 28 отверстиях 7 Плоскость Обрабатываоснования ющий центр корпуса и типа Р-800 два отверстия Ø22Н9 99 2.6. Контроль корпусных деталей Технический контроль корпусных деталей включает проверку плоскостей, отверстий и их расположения, а также шероховатость обработанных поверхностей. При проверке плоскостей измеряют отклонение от прямолинейности, плоскостности и контролируют отсутствие дефектов в виде литейных раковин, забоин и т.п. Отклонения от прямолинейности определяют лекальными и поверочными линейками и щупами, с помощью которых измеряется наибольший зазор между проверяемой поверхностью и линейкой. Он и определяет отклонения от прямолинейности в измеряемой плоскости. Для контроля отклонений от плоскостности измеряются отклонения от прямолинейности плоскости в различных сечениях. Контроль отверстий состоит в проверке их диаметральных размеров и отклонений формы. Для этого используются штихмасы, предельные калибры, индикаторные и рычажные нутромеры, контрольные оправки или универсальные измерительные средства (мелкосерийное и индивидуальное производство). Расположение поверхностей оценивается по отклонениям от параллельности и перпендикулярности. При определении отклонения от параллельности двух плоскостей деталь устанавливают одной плоскостью на контрольную плиту, а расположение другой плоскости контролируют с помощью индикаторной головки, закрепленной на штативе, который перемещают по контрольной плите. Отклонение от перпендикулярности плоскостей детали устанавливают обычно с помощью лекальных угольников и щупов. Контроль расположения отверстий включает проверку отклонений от соосности, параллельности и перпендикулярности, торцового биения и межосевого расстояния. Взаимное расположение отверстий и плоскостей контролируется по отклонению от параллельности и по отклонению от перпендикулярности оси отверстия к плоскости. Примеры контроля некоторых отклонений приведены на рисунке 2.22. 2.7. Обработка корпусных деталей на гибких автоматических линиях 2.7.1. Гибкая автоматическая линия для обработки блока цилиндров В настоящее время широко распространена механическая обработка корпусных деталей на гибких автоматических линиях (ГАЛ), комплектуемых как из традиционных агрегатных и специальных стан- ков, так и из станков с ЧПУ, в том числе из многопозиционных с инструментальными магазинами и устройствами смены приспособлений. В таких автоматических линиях специально предусмотрены резервные позиции для тех случаев, когда в конструкцию детали или в процесс механической обработки вносятся изменения. Количество резервных позиций рекомендуется принимать с учетом общего числа рабочих позиций на ГАЛ, а именно: одну-две при числе рабочих позиций до 10; две-три при числе рабочих позиций 10-20 и три-пять при числе рабочих позиций 20 и более. Рисунок 2.22. – Схемы контроля корпусных деталей: а — проверка отверстия штихмасом с индикатором; б, в — проверка соосности отверстий; г — проверка межосевого расстояния и отклонения от параллельности осей отверстий; д — проверка расположения оси отверстия относительно основной поверхности; е, ж — проверка отклонения от перпендикулярности осей отверстий; з, и — проверка отклонения от перпендикулярности торцовой плоскости относительно оси отверстия 101 На рисунке 2.23 представлена система ГАЛ для обработки блока цилиндров двигателя. Данная система при необходимости может переналаживаться на обработку блоков двух типоразмеров легковых автомобилей. При этом на тех рабочих позициях, где это необходимо по условиям процесса обработки данного блока, заменяют режущий инструмент и отдельные измерительные средства. На линии регулируется также упор ограничителей хода силовых узлов и меняется программа управления циклом работы линии с помощью программируемого командоаппарата. Общее время переналадки линии 2...2,5 ч. На рисунке 2.23, а показана компоновка одной из линий этой системы, на которой обрабатываются верхняя и нижняя плоскости блока, а также постели крышки коренных подшипников блока цилиндров легковых автомобилей. Линия состоит из двух загрузочно-разгрузочных, четырех рабочих и восьми холостых позиций. При этом загрузочноразгрузочные позиции оснащены устройствами контроля наличия обрабатываемых деталей и кантователями. Обрабатываемые блоки перемещаются с позиции на позицию по направляющим планкам конвейера с помощью транспортных штанг. Детали, поступающие с загрузочного конвейера на кантователь 1, поворачиваются им на 90° для установки на направляющие планки конвейера, а затем перемещаются сначала на холостую позицию 2, потом, при следующем ходе конвейера, — на позицию 3 для черновой обработки поверхности крепления масляного картера и постели крышек коренных подшипников. На холостой позиции 4 оператором может быть осуществлен контроль размеров обрабатываемого блока. Пройдя по конвейеру через холостые позиции 7, 9 и 10, блок цилиндров поступает на рабочие позиции 6, 8 и 11, где выполняется черновое фрезерование поверхности крепления головки цилиндров, чистовая обработка поверхности ее крепления, чистовая обработка поверхности крепления масляного картера, а также получистовое и чистовое фрезерование постели крышек коренных подшипников. Далее через холостые позиции 12-14 блоки попадают на разгрузочную позицию, где кантователем 15 они поворачиваются на 90°. Одновременная или последовательная обработка различных однотипных деталей на ГАЛ по сходным технологическим процессам зависит в основном от максимальных габаритных размеров, формы и материала обрабатываемых деталей, количества операций технологического процесса и последовательности их выполнения, а также от программы выпуска. 102 Рисунок 2.23. – Принципиальная схема ГАЛ для выполнения операций обработки блока цилиндров: а — чернового фрезерования; б — чистового фрезерования; в — сверления отверстий на торцовых поверхностях; г, д — сверления отверстий на боко вых поверхностях; е — растачивания; 1, 15 — кантователи деталей; 2, 4, 7, 9, 10, 12-14 — холостые позиции; 3, 6, 8, 11 — рабочие позиции; 5, 16-19 —фрезерные головки; 20, 23 — сверлильные и резьбонарезные головки; 21 — контрольные головки; 22 — сверлильные головки; 24 — расточные головки 103 На рисунке 2.24 представлены три типа блоков цилиндров высокооборотных дизелей, которые могут быть обработаны с помощью системы ГАЛ: блок цилиндров с камерой сгорания двигателей с предкамерным зажиганием без гильз (рисунок 2.24, а), с гильзами (рисунок 2.24, б) и с камерой сгорания двигателя прямого впрыскивания топлива с гильзами (рисунок 2.24, в). Блоки цилиндров двигателей всех трех типов различаются длиной обрабатываемых отверстий под гильзы. На базе этих блоков созданы двигатели различных типов: трехцилиндровые с предкамерным зажиганием и прямого впрыскивания топлива; четырехцилиндровые с предкамерным зажиганием и прямого впрыскивания топлива; шести цилиндровые с предкамерным зажиганием и прямого впрыскивания топлива. Блоки всех этих типов могут обрабатываться в любой последовательности партиями, что обеспечивается системой устройств автоматического распознавания, расположенных перед каждой ГАЛ. Рисунок 2.24. – Типы блоков цилиндров и камер сгорания, обрабатываемых на ГАЛ Необходимость обновления автотракторной и автомобильной техники обусловливает переход автоматизации отдельных элементов производственного процесса к автоматизации его на всех уровнях. Базой для решения этой задачи стала особенность гибких производственных систем — их способность к быстрой перенастройке на выпуск новой продукции благодаря гибкости и мобильности применяемого оборудования с ЧПУ, автоматизированным средствам межоперационной транспортировки и накопления, системам автоматизированного управления. 104 2.7.2. Классификационные признаки гибких производственных систем В соответствии с общепринятым определением гибкая производственная система (ГПС) представляет собой совокупность в различных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающих возможностью автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах их характеристик. Таким образом, данная система предназначена для обработки и сборки деталей и сочетает в себе высокую производительность, переналаживаемость, автоматизацию не только процессов обработки и сборки, но и межоперационного транспорта, загрузки заготовок и разгрузки деталей, контроля точности обработки, замены инструмента и контроля его износа, диагностики оборудования и других устройств системы. Гибкие производственные системы характеризуются рядом признаков, определяющих их функциональное назначение. По данным признакам различают указанные ниже виды ГПС. 1. Гибкий производственный модуль (ГПМ) — единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, имеющая возможность встраивания в ГПС. Средства автоматизации ГПМ могут включать накопители, спутники, устройства загрузки и выгрузки, замены технологической оснастки, удаления отходов, автоматизированного контроля, включая диагностирование; 2. Робото-технологический комплекс (РТК) — совокупность единиц технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующих и осуществляющих многократные циклы. РТК, предназначенные для работы в ГПС, должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраивания в систему. Средствами оснащения РТК могут быть устройства накопления, ориентации и другие устройства, обеспечивающие функционирование РТК. Основные характеристики ГПМ и РТК — способность работать автономно или некоторое время без участия оператора; автоматически выполнять все основные и вспомогательные операции; гибкость, удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производства; высокая 105 степень завершенности обработки деталей с одного установа. 3. Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) — производственная система, состоящая из одного или нескольких ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления производством, и обеспечивающая автоматизированный переход на изготовление новых изделий. ГПС характеризуются высоким уровнем автоматизации. Предусматриваются три уровня автоматизации, которые представлены в таблице 2.2. Таблица 2.2. – Уровни автоматизации ГПС КлассификационВыполняемые функции ная группировка (ее код) 1-й 2-й 3-й уро- уро- уровень вень вень (1) (2) (3) Накопление материалов, заготовок и изделий (на складе) + + + Накопление оснастки, инструмента + + + Транспортировка материалов, заготовок и изделий по маршруту склад — рабочее место — склад + + + Управление технологическими процессами + + + Управление производственным процессом (планирование, диспетчирование и т.п.) (+) (+) (+) Защита от аварийных ситуаций + + + Смена управляющих программ (+) + + Загрузка-разгрузка материалов, заготовок и изделий + + Подача вспомогательных материалов к рабочим местам + + Удаление отходов производства от рабочих мест + + Установка и закрепление заготовок в приспособлениях-спутниках + Контроль качества изготовления + Технологическая подготовка производства (+) Проектирование изделий (+) Примечание: Знак + – обозначает автоматическое выполнение функции, знак (+) – автоматизированное, знак – – неавтоматизированное. 106 2.7.3. Функциональные системы ГПС Системы обеспечения функционирования ГПС представляют собой совокупность взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологическую подготовку их производства, управление ГПС с помощью ЭВМ и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки. Эти системы могут работать в автоматическом или автоматизированном режиме и имеют следующие структурные части: -автоматизированную систему научных исследований (АСНИ); -систему автоматизированного проектирования новых изделий (САПР); -автоматизированную систему технологической подготовки производства (АСТПП) — комплекс автоматизированных средств, программного обеспечения электронных банков данных для разработки и расчета технологии изготовления изделий, необходимой технологической оснастки, инструмента, выбора заготовок и т.д.; -автоматизированную транспортно-складскую систему (АТСС) — систему взаимоувязанных автоматизированных транспортных и складских устройств для складирования, хранения, временного накопления и доставки предметов труда, технологической оснастки к ГПМ, РТК или другому технологическому оборудованию, а также удаления отходов; -автоматизированную систему инструментального обеспечения (АСИО) — взаимосвязанные устройства, оборудование и система управления, включая участки подготовки и настройки инструмента, его транспортировки, накопления, смены и контроля качества, обеспечивающие подготовку, хранение, автоматическую замену инструмента в магазинах на станках и другом технологическом оборудовании. Наиболее совершенные АСИО имеют также автоматическую систему слежения за износом и поиском инструмента и автоматическую систему наладки и переналадки инструмента на станке в процессе обработки; -автоматизированную систему удаления отходов (АСУО) — устройства с системой управления для удаления стружки и других отходов из зоны ГПМ, РТК и другого оборудования, включенного в ГПС; -автоматизированную систему обеспечения качества (АСОК), которая обеспечивает контроль заданных параметров изделий в процессе обработки или сборки, анализ причин брака; -автоматизированную систему управления ГПС (АСУ ГПС) — комплекс ЭВМ, микропроцессорной техники. В систему управления ГПС могут вводиться связи передачи дан107 ных между ЭВМ одного уровня, например связь между ЭВМ транспортной системы и ЭВМ, управляющей складом, т.е. используются сетевые средства. Система управления ГПС может быть информационно связана с АСТПП и АСУП (автоматизированной системой управления производством). АСТПП обеспечивает подготовку программ функционирования ГПС для каждого изделия. Подготовка программ начинается с разработки маршрутов движения материалов (заготовок) и изделий между секциями автоматического склада и ячейками линии. АСУП обеспечивает календарное и оперативное планирование производства, учет продукции, использование производственного оборудования, комплектацию производства материалами, заготовками, инструментом и т.д. Данные передаются по линиям, связывающим ЭВМ АСУП и центральную ЭВМ системы управления ГПС. На центральную ЭВМ возлагаются функции по обеспечению диспетчирования работы ГПС (ход производственного процесса, состояние оборудования, выпуск изделий и др.). Таким образом, на центральную ЭВМ возлагаются функции по обеспечению взаимодействия с АСТПП и АСУП, а также по обслуживанию оператора ГПС, контролирующего состояние ГПС и управляющего ГПС в ситуациях, выходящих за рамки возможностей управляющих программ станков с ЧПУ. Экономические критерии выбора той или иной структуры системного управления ГПС являются общими для ГПС в целом. В зависимости от выбранного уровня автоматизации ГПС и функций АСУ определяют сокращение цикла подготовки производства и снижение потерь в результате использования оптимальных принципов оперативно-календарного и перспективного планирования, что выражается в уменьшении объемов незавершенного производства. 2.7.4. Оборудование, применяемое в ГПС Для обработки корпусных деталей используют в основном многоцелевые станки фрезерно-расточной группы с ЧПУ типа обрабатывающего центра. Такое оборудование имеет автоматизированную загрузку и разгрузку заготовок, снабжено одним или двумя инструментальными магазинами. Оно должно легко встраиваться в ГПС и гарантировать возможность его работы со средствами автоматизации вспомогательных процессов и возможность получения информации, необходимой для управления производственным процессом. На рисунке 2.25. представлен гибкий производственный модуль модели ИС500ПМ1Ф4-01, предназначенный для обработки корпусных деталей из чугуна, стали, алюминиевых и магниевых сплавов в диапа108 зоне размеров от 50х50х50 мм до 700х700х700 мм. Станок снабжен шпиндельной бабкой 2 с серводвигателем, позволяющим бесступенчато изменять частоту вращения шпинделя. Шпиндель имеет возможность перемещаться в трех взаимно перпендикулярных направлениях X, Y, Z. Цепной инструментальный магазин 1 расположен на своем фундаменте. Манипулятор смены инструмента установлен на корпусе магазина. Предусмотрена установка многошпиндельных угловых головок с переменным кодированием инструмента. Имеются две модификации магазина: на 64 и 100 инструментов. Это позволяет обрабатывать плоские поверхности, гладкие и резьбовые отверстия, а также обтачивать торцы, цилиндрические выступы, выточки, наружные канавки корпусных деталей Рисунок 2.25. – Гибкий производственный модуль Обрабатываемые заготовки устанавливаются на палеты (спутники) 3. Схемы установки спутников на столе станка представлены на рисунке 2.26. ГПМ ИС500ПМ1Ф4-01 позволяет фрезеровать сложные профили с использованием линейной и круговой интерполяции. Оснащение ГПМ шлифовальной головкой диаметром до 150 мм значительно расширяет их технологические возможности, так как позволяет выполнять финишные операции. 109 Рисунок 2.26. – Схемы установки спутников на ГПМ ИС500ПМ1Ф4-01: а — на две плоскости и отверстие; б — на две плоскости и призму; в — на две призмы; 1 — спутник; 2 — фиксатор; 3 — направляющие планки; 4 — установочные элементы; 5 — прижим; 6 — призмы В настоящее время разработана новая гамма высокопроизводительных прецизионных станков ИС630 с четырьмя одновременно управляемыми осями, предназначенных для обработки особо сложных корпусных деталей и позволяющих повысить производительность обработки в три раза по сравнению с обычными обрабатывающими центрами. На рисунке 2.27. даны различные схемы гибких производственных модулей. Такие ГПМ могут использоваться как для обработки отдельных деталей, так и для групповой обработки. Эффективность применения ГПМ определяется годовыми затратами на изготовление деталей, зависящими от годовой программы выпуска N. На рисунке 2.28. показаны годовые приведенные затраты на групповую обработку десяти корпусных деталей с различной степенью концентрации переходов обработки. Как видно из графика, с увеличением годовой программы годовые затраты возрастают. Первый вариант (кривая 1) характеризуется применением одношпиндельных обрабатывающих центров простой компоновки. Второй вариант предусматривает обработку на многошпиндельном ОЦ с использованием сменных многошпиндельных инструментальных коробок или на многопозиционных агрегатных станках. Наивыгоднейший третий вариант предусматривает обработку деталей на гибкой станочной линии, состоящей из двух многопозиционных переналаживаемых станков, связаны единой транспортной системой, автоматизированными устройствами смены палет и инструмента, автоматизированной системой управления, позволяющей осуществлять авто110 матизированный переход на изготовление новых изделий с помощью ЭВМ. Такие станочные линии, состоящие из двух станков типа ОЦ, образуют гибкие автоматизированные участки, схемы которых представлены на рисунке 2.29. Рисунок 2.27. – Схемы гибких производственных модулей: а — с двумя челночными рабочими столами (1 — магазин с инструментом; 2 – ОЦ; 3 — рабочий стол); б — с автоматизированным загрузочным устройством (1 — магазины с инструментом; 2 — ОЦ; 3 — стол станка; 4 — автоматизированное загрузочное устройство — шаговый конвейер — накопитель палет); в — ОЦ (1 — промышленный робот; 2, 3 — кассеты с заготовками; 4 — конвейер-накопитель; 5 — робокар); г — с круговым транспортным накопителем (1 — магазин с инструментом; 2 — ОЦ; 3 — палеты; 4 — накопитель); д — со стендовым накопителем ве111 ерного типа (2 — ОЦ; 2 — поворотный стол-перегружатель; 3 — накопитель); е — с наращиваемым линейным накопителем (1 — магазин с инструментом; 2 — ОЦ; 3 — палеты; 4 — накопитель); ж — со стендовым наращиваемым накопителем веерного типа (1 — магазин с инструментом; 2 — ОЦ; 3 — палеты; 4 — накопитель); з — с автоматизированными системами смены инструмента (1 — магазин с инструментом; 2 — ОЦ; 3 — накопитель; 4 — перегружатель головок; 5 — стенд — накопитель паллет с заготовками; 6 — рельсовая тележка — загружатель заготовок; 7 — поворотный стол станка) Рисунок 2.28. – Зависимость годовых приведенных затрат на обработку группы деталей от степени концентрации переходов на станках и суммарной программы выпуска:1 — N = 50 тыс. шт.; 2 — N - 130 тыс. шт.; 3 — N = 475 тыс. шт. Большой интерес представляют гибкие автоматические линии. На рисунке 2.30 показана ГАЛ для обработки в спутниках различных по конструкции крышек подшипников автомобильных генераторов, имеющих одинаковые поверхности базирования. Время переналадки данной линии на обработку крышки другого типа, изготовленной из алюминиевого сплава, составляет 6... 10 мин, цикл обработки деталей — в среднем 6 с, при непрерывной работе линия обеспечивает обработку 600 деталей в час. Два портальных робота доставляют из магазина в зону обработки необходимый инструмент и устанавливают его на силовой головке по заданной программе управления ГАЛ. 112 Рисунок 2.29. – Схемы гибких автоматизированных участков: а — с единым автоматизированным загрузочным устройством для смены палет (1, 2 — ОЦ; 3 — рельсовая тележка — перегружатель палет; 4, 5 — стенды с палетами, закрепленными за каждым станком); б — с единым автоматизированным перегрузочным устройством для смены палет и инструмента (1, 4 — ОЦ; 2 — накопитель инструмента; 3 — промышленный робот для смены инструмента; 5 — рельсовая тележка — перегружатель палет; 6 — палеты для любого станка участка; 7 — позиции загрузки-разгрузки палет; 8 — АСУ распределением загрузки); в — с контрольно-измерительной машиной и установкой для мойки деталей (1, 4 — ОЦ; 2 — ЭВМ участка; 3 — промышленный робот — кантователь заготовок; 5 — стол — перегружатель палет; 6 — установка для удаления стружки и мойки деталей и палет; 7 – конвейер — накопитель палет; 8 — контрольно-измерительная машина; 9 — станция загрузкиразгрузки палет заготовками и деталями) 113 Рисунок 2.30. – Планировка гибкой автоматической линии для обработки крышек подшипников автомобильных генераторов: 1 — однокоординатные силовые головки с ЧПУ (7 шт.); 2 — трехкоординатные силовые головки с ЧПУ (9 шт.); 3 — автооператоры для автоматической замены инструмента; 4 — спутник с заготовками и деталями; 5 — станция установки заготовок и снятия готовых деталей; 6 — магазины с 80 заменяемыми инструментами Особый интерес представляют многофункциональные ГАЛ с переменной (комбинированной) структурой (рисунок 2.31). Используемые модули и обладающая большими возможностями управляющая система позволяют добиться оптимальной гибкости применительно к таким специфическим требованиям, как количество заготовок, обрабатываемых в единицу времени, различный объем партий заготовок и различное время цикла обработки. В каждом случае используются наиболее рациональные структура технологического процесса и способы обработки деталей. На одном уровне использования ГАЛ работает как гибкая станочная линия с рабочим тактом поточной линии. Этот уровень используется для обработки большой партии изделий с коротким циклом обработки. Система работает в этом случае как обычная автоматическая линия. На другом уровне ГАЛ работает в гибком режиме загрузки модулей, используемых как отдельные станки. Этот уровень используется, когда обрабатываются мелкие партии заготовок и необходимо более продолжительное время для их обработки. В этом случае гибкие модули работают автономно и при неисправности одного из них другие могут продолжать работу. Линия состоит из трех ГПМ 6, моечной и автоматической трехкоординатной измерительной машин. Портальный робот 3, оснащенный тремя руками с захватами и автоматическим устройством смены захватов, предназначен для транспортировки заготовок 2, палет 4 и ин114 струментальных головок 5 на станцию загрузки 1. Со станции загрузки индуктивная робото-тележка 8 перемещает их на станцию загрузки 7 ГПМ. Рисунок 2.13. – Планировка гибкой автоматической линии с переменной структурой Управление гибкой системой осуществляется следующим образом. Внутри линии все функции управления (транспортировки палет и заготовок, работа портального робота и смена захватов, работа склада заготовок, их транспортировка) выполняются системой управления высшего уровня с программой, хранящейся в памяти. Кроме того, робототележка получает команды от системы управления и подтверждает их выполнение. Система управления включает функции выбора, которые определяют, какие заготовки, когда и где будут обрабатываться, дает сигнал о пуске ГПМ, начале обработки. По окончании обработки ГПМ запрашивает новые данные. На экран центрального пульта управления системы можно вызвать следующую информацию: загруженность накопительных позиций, сигнализация о неисправностях, данные о станках, программа автоматического режима работы транспортных устройств. Для обработки сложных корпусных деталей, таких, например, как блоки цилиндров, корпуса компрессоров, газотурбинных двигателей, 115 особенно эффективно применение станков второго поколения, оснащенных тремя (трипоид) или шестью (гексапоид) шарнирно соединенными телескопическими штангами со встроенными линейноизмерительными системами. Шпиндель-мотор с инструментом устанавливается на штанги. Таким образом, станки позволяют одновременно обрабатывать несколько поверхностей. Кроме того, станки снабжены инструментальными магазинами. Смена инструмента производится автоматически. У трипоида (рисунок 2.32.) стол станка неподвижен, а телескопические штанги со шпинделями-моторами концентрично перемещаются по круговой траектории относительно стола с закрепленной на нем заготовкой. Такая компоновка позволяет обеспечивать наклон шпинделей вплоть до получения горизонтального положения и осуществлять обработку с управлением по пяти осям координат. Рисунок 2.32. – Кинематическая схема трипоида Общий вид гексапоида представлен на рисунке 2.33, а. Шести стержневая система удерживает в рабочем пространстве платформу с инструментами, перемещая их одновременно и согласованно по шести степеням свободы (шесть координат относительно осей X, Y, Z с поворотом вокруг каждой оси). На платформе все шесть стержней связаны посредством безлюфтовых шарниров. Кинематическая схема станка представлена на рисунке 2.33, б. Опорой каждого стержня служит силовая рама с фрикционно-безлюфтовым приводом. Перемещение каж116 дого стержня отслеживается лазерными интерферометрами с дискретностью 1 мкм. Данные передаются в компьютер, который в реальном режиме управляет приводом. Работа штоков на сжатие и растяжение обеспечивает высокую жесткость при обработке изделий. Рисунок 2.33. – Гексапоид: а — общий вид; б — кинематическая схема Постоянная база в виде точечных шарниров, использование лазерной интерферометрической системы, выполнение измерений от конструкторских и технологических баз обеспечивают высокоточную обработку деталей. Точность позиционирования шпиндель-моторов относительно обрабатываемых поверхностей по осям X, Y, Z составляет 0,005 мм. 2.7.5. Применение многоцелевых станков в ГПС при групповом методе обработки Современное автоматизированное оборудование особенно эффективно используют в массовом и крупносерийном производстве. Оно создает предпосылки для внедрения гибкой технологии и в условиях мел117 косерийного производства, особенно при изготовлении сложных корпусных деталей, которые имеют разнообразные взаимосвязанные поверхности, обрабатываемые с различной точностью и требующие применения различных способов обработки. Основное условие реализации перспективной технологии в ГПС — выбор оптимального варианта технологического процесса под отобранную номенклатуру деталей. Он должен иметь: общность технологического маршрута или набор технологических операций, обеспечивающих обработку любой детали; единство технологических баз; оптимальную загрузку оборудования; минимальные потери на переналадку при переходе с одной детали (группы деталей) на другую. Гибкие производственные системы для групповой обработки корпусных деталей необходимо разрабатывать в несколько этапов. На первом этапе следует проанализировать номенклатуру деталей, обрабатываемых в цехе, и сгруппировать их. Критерий отбора — классификационные признаки, позволяющие обрабатывать эти детали в ГПС (их технологичность). В свою очередь, в качестве критериев технологичности всех деталей группы с точки зрения реализации групповой технологии в конкретных производственных условиях должны быть приняты размеры базовых поверхностей и одинаковость схемы установки; унификация размеров обрабатываемых поверхностей; возможность применения унифицированной технологической оснастки и технологические возможности оборудования; общность применяемых при выполнении каждой операции методов обработки и инструмента, наладки оборудования для всех деталей, входящих в данную операцию; возможность разработки единой управляющей программы для станков с ЧПУ. Все это позволяет сокращать многообразие обрабатываемых поверхностей, количество режущих инструментов, унифицировать ряд операций. На втором этапе детали необходимо кодировать по конструктивно-технологическим признакам, разделить их на группы и разработать групповые технологические процессы. При выделении групп корпусных деталей для обработки на многоцелевых станках необходима некоторая специфическая информация: о признаках, наиболее существенно влияющих на группирование обрабатываемых деталей, построение процесса обработки и выбор технологических возможностей оборудования (количество обрабатываемых 118 сторон основных отверстий, крепежных и гладких неосновных отверстий, наличие специальных поверхностей, годовая программа выпуска деталей и т.д.). Разработана структура кода деталей, позволяющая объективно, с учетом технологических возможностей оборудования, применяемого в гибких переналаживаемых системах, решать задачу группирования деталей. Коды деталей являются исходной информацией для группирования с помощью ЭВМ. Выявление деталей с подобными признаками позволяет не только объединять их в группы, но и определять деталь — представитель каждой группы, которая включает основные конструктивно-технологические параметры всей группы (рисунок 2.34.). Рисунок 2.34. – Деталь — представитель группы Выделение деталей-представителей позволяет разрабатывать групповые технологические процессы полного изготовления всех деталей группы в ГПС. При этом все детали, входящие в группу, имеют общий маршрут обработки, каждая операция построена по принципу групповой технологии. Однако могут быть такие разновидности по119 строения операций, когда отдельные детали «пропускают» часть операций по маршруту или отдельные операции являются общими для нескольких групп деталей. При этом не исключается возможность выполнения индивидуальных (выносных) операций. На третьем этапе формируют состав и производственнотехнологическую структуру ГПС, т.е. определяют оптимальный по технологическим возможностям комплект оборудования и его типаж, выбирают наиболее целесообразный уровень автоматизации производственного процесса, средства и системы оснащения ГПС. На основании всей этой предварительной работы формируется производственно-технологическая структура комплекса для обработки сложных корпусных деталей (рисунок 2.35.). Рисунок 2.35. – Структура комплекса для обработки корпусных деталей Комплекс состоит из автоматизированного склада 1, откуда заготовки с помощью штабелёра 2 грузоподъемностью 0,5 т подаются на двухсекционный промежуточный накопитель 3. Отсюда они перемещаются роботом-тележкой 4 на односекционный накопитель 6. Затем манипулятор 7 подает заготовки на станцию загрузки 8, к приставочному накопителю 5 и к ленточному транспортеру 14, который и подает их на позиции обработки, где установлено пять станков 18 типа ОЦ ИС500ПМ1Ф4М с ЧПУ, моечная машина 16 и контрольное оборудование 15. Инструмент подается в магазины станков автоматически с 120 накопителей 17. Обработанные детали поступают на транспортер 13 с палетами и станцию загрузки 9. Затем манипулятор 10 перемещает их на односекционный накопитель готовых деталей 11, откуда они подаются на промежуточный накопитель 12 и на склад готовых деталей. Работой станков и транспортными системами управляет ЭВМ, размещенная в специальном помещении. Эффективность использования ГПС определяется рядом критериев. Особый интерес для гибкого производства представляют критерии, позволяющие оценивать совокупные затраты на переналадку оборудования и незавершенное производство. Первые определяются по трудоемкости переналадок на партию заготовок, заработной плате наладчиков, годовой программе выпуска деталей и размеру партии их выпуска. Вторые рассчитываются с учетом как цикловых заделов (детали и заготовки, находящиеся на рабочих позициях, транспортерах, пунктах контроля), так и складских заделов (заготовки и детали, находящиеся на складе и ожидающие обработки или сборки). Затраты на переналадку оборудования и затраты в незавершенном производстве зависят прежде всего от размера партии запуска. Основным критерием выбора оптимальной партии запуска следует считать минимум суммарных затрат на переналадку оборудования и в незавершенном производстве, причем анализ показывает, что для конкретных деталей этот минимум соответствует 5-40 деталям в партии. Размер партии деталей влияет на длительность производственного цикла, а количество партий в группе — на последовательность запуска деталей в обработку и выпуска их на сборку. Гибкие производственные системы с управлением от ЭВМ следует рассматривать как первый этап на пути создания комплексноавтоматизированных производств, а в перспективе — автоматизированных заводов, работающих и в ночное время, по безлюдной технологии. 121 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ 3.1. Служебное назначение шпинделей и технические требования к ним Шпиндель металлорежущего станка — одна из наиболее ответственных деталей. Качество изготовляемых на станке деталей в значительной степени зависит от качества шпинделя и его опорных шеек, жесткости шпинделя и стабильности его положения в опорах. Основное служебное назначение шпинделя станка — сообщать обрабатываемой заготовке или режущему инструменту вращательное движение с определенными угловой скоростью и крутящим моментом. В современных станках они очень высокие, поэтому к качеству изготовления, как самого шпинделя, так и шпиндельного узла с его опорами в целом предъявляют высокие требования. В качестве опор шпинделей станков применяют подшипники качения и подшипники скольжения. Шпиндель, несущий на себе обрабатываемую заготовку или режущий инструмент, рядом своих размеров непосредственно участвует в размерных цепях системы станок — приспособление — инструмент — заготовка, непосредственно влияя на точность изготовляемой детали (рисунок 3.1.). Прежде всего это относится к опорным шейкам, выполняющим роль основных баз, размеры которых вследствие вращения шпинделя включаются в размерную цепь и непосредственно влияют на точность изготовляемой детали. Поэтому, для обеспечения стабильности положения оси вращения шпинделя, необходимо в первую очередь обеспечить равенство радиусов в каждом из сечений его опорных шеек, правильность геометрической формы шеек, их относительного положения, соосность и требуемый параметр шероховатости поверхности. Для сохранения неизменности положения шпинделя в осевом направлении во время работы станка следует обеспечить с определенным допуском перпендикулярность основных опорных базирующих поверхностей по отношению к оси вращения шпинделя и соосность с последней резьбы установочных прижимных гаек. Точность положения детали или режущего инструмента, установленного в шпинделе непосредственно или с помощью зажимных цанг, патронов, вспомогательного инструмента, относительно оси вращения шпинделя определяется точностью исполнительных поверхностей и их соосностью с осью вращения шпинделя. Такими исполнительными поверхностями являются конические или цилиндрические поверхности центрального отверстия шпинделя или центрирующие конусы, или ци122 линдрические пояски с опорным фланцем для установки зажимных патронов. В соответствии со служебным назначением шпинделя устанавливают и технические требования к нему. Важнейшее из них — точность геометрической формы и размеров посадочных поверхностей и прежде всего опорных шеек и исполнительных поверхностей, а также допуск соосности исполнительных поверхностей шпинделя с опорными шейками. Рисунок 3.1. – Схема размерной цепи типовой конструкции шпиндельного узла металлорежущего станка Как правило, требования ко всем параметрам точности шпинделя современных станков очень высокие. По точности изготовления шпиндели станков делятся на пять групп, как и станки (группы точности Н, П, В, А, С). Для шпинделей металлорежущих станков нормальной и повышенной точности с опорами качения применяют обычно подшипники 4-го класса точности. Для станков более высокого класса точности (В и А) применяют подшипники 2-го класса точности, в соответствии с чем и устанавливаются требования к геометрической форме опорных шеек. Для особоточных станков (класс С и иногда А) или быстроходных шпинделей требования к геометрической форме опорных шеек шпинделя устанавливаются более высокими, чем требуются для подшипников 2-го класса точности. Более точные подшипники устанавливают в переднюю опору, менее точные — в заднюю, например, для станков группы Н — в переднюю опору устанавливают подшипник 4-го класса точности, а в заднюю опору — подшипник 5-го класса точности. Допуски овальности и конусообразности для станков нормальной точности обычно не должны превышать 50 % допуска диаметральных размеров шеек, для станков повышенной точности — 25 % допуска, а для прецизионных — 5—10 % допуска Диаметральных размеров шеек. Так, отклонение от круглости опорных шеек в зависимости от диаметра шпинделя для станков нор123 мальной точности 4,0…1,2 мкм, а для современных прецизионных станков — 0,3...0,5 мкм. Допустимая конусообразность 1,25...1,5 мкм на длине 300 мм при допуске диаметра 1,5...3,0 мкм. Торцовое биение опорных фланцев относительно оси вращения шпинделя в зависимости от их диаметра для станков нормальной точности не превышает 0,006…0,008 мм, а для прецизионных станков — 0,002...0,003 мм и меньше. Для шпинделей с резьбой, на которую навертывают установочные опорные кольца, следует устанавливать допустимые отклонения от соосности резьбы с опорными шейками подшипников. Для станков нормальной точности они не превышают 0,025 мм. Это необходимо для того, чтобы при монтаже шпиндельного узла избежать перекоса колец шариковых и роликовых подшипников, так как установочные гайки при большом биении будут нажимать на подшипники одной стороной. Для этого ограничивается и биение торца опорной гайки. При плотно навернутой гайке на шпиндель торцовое биение не должно превышать 0,025 мм на радиусе 50 мм. Шероховатость поверхности и твердость опорных шеек, особенно для шпинделей, работающих в подшипниках скольжения, влияют на стабильность положения шпинделя при эксплуатации станка. По этим параметрам точности к шпинделям предъявляют также очень высокие требования. Так, например, в зависимости от класса точности станка параметры шероховатости колеблются: для поверхностей опорных шеек Ra = 0,32...0,04 мкм; для исполнительных поверхностей (поверхности конусного отверстия и посадочные поверхности под патрон) Ra = 0,63...0,04 мкм. 3.2. Материал и способы получения заготовок Выбор материала для шпинделя определяется типом станка и условиями работы шпинделя. Шпиндели, работающие на опорах скольжения, должны обладать не только высокой прочностью и жесткостью, но и высокой износостойкостью. Шпиндели изготовляются обычно: из углеродистой стали марки 45, хромистой 20Х, 40Х и хромоникелевой 40ХН, 12ХН2, 12ХН3 и реже из других. Углеродистая сталь 45 применяется главным образом для шпинделей токарных, револьверных, сверлильных, фрезерных станков, работающих со средними окружными скоростями. Хромистая и хромоникелевая стали применяются для шпинделей автоматов и шлифовальных станков, работающих с большими, окруж124 ными скоростями и несущих большую нагрузку. Для изготовления пустотелых шпинделей некоторых тяжелых станков используют серый чугун СЧ 21 — 40, СЧ 15 — 32 и модифицированный чугун и в редких случаях стальное литье. Сталь 35ХЮА применяется для изготовления шпинделей тяжелых расточных и крупных круглошлифовальных станков (с азотированием опорных шеек). В настоящее время для шпинделей токарных станков, работающих в обычных условиях, применяют высокопрочный (магниевый) чугун, по прочности не уступающий стали. Для изготовления пустотелых шпинделей некоторых тяжелых станков используют поковки из серого чугуна СЧ 15, СЧ 21 и модифицированного чугуна (значительно реже стальные отливки). В зависимости от серийности в качестве заготовок для шпинделей применяют поковки, реже стальные отливки, прутковый материал и трубы. Заготовки чугунных полых шпинделей получают центробежным литьем в металлические формы. Заготовки для единичного и мелкосерийного производства обычно изготовляют из проката или из поковок, полученных свободной ковкой. В этом случае получают заготовки при очень низком коэффициенте использования металла (0,2...0,4) с большими и неравномерно расположенными по отдельным поверхностям припусками, что затрудняет их обработку на настроенных станках. Таким методом получают обычно стальные шпиндели и пиноли задних бабок для тяжелых станков. В производстве с более крупными сериями выпуска заготовки стальных шпинделей целесообразно изготовлять горячей высадкой на горизонтально-ковочных машинах или ковкой на ротационно-ковочных машинах. В первом случае расход металла по сравнению со свободной ковкой сокращается на 20 % и коэффициент использования металла для шпинделя токарного станка её составляет 0,5; во втором случае коэффициент использования повышается до 0,8 и значительно снижается трудоемкость обработки. 3.3. Технологический процесс обработки шпинделей В зависимости от назначения различают шпиндели: 1) полые, имеющие сквозное осевое отверстие, которое на одном или на обоих концах переходит в точное цилиндрическое или конусное; 2) имеющие несквозное точное цилиндрическое или коническое отверстие; 3) сплошные без осевого отверстия. 125 Рисунок 3.2. – Шпиндель токарно-винторезного станка Более распространена первая группа шпинделей для наибольшего числа типоразмеров станков; они же отличаются наибольшей сложностью изготовления. Все заготовки шпинделей, полученные ковкой или штамповкой, перед механической обработкой подвергают термической обработке (нормализации, улучшению), так как после снятия с поверхности шпинделя слоя металла может произойти значительное перераспределение внутренних напряжений, а это повлечет за собой значительные, деформации шпинделя не только после последующей обработки опорных шеек, но и в процессе его эксплуатации. Избежать этого можно правильным выбором материала и термической обработкой заготовки, а также созданием наиболее технологичной конструкции шпинделя и выбором правильного технологического процесса с разделением обработки на черновую и отделочную. Основными базами шпинделя (рисунок 3.2) являются его опорные шейки, но так как использовать их в качестве технологических баз на большинстве операций невозможно, при обработке наружных поверхностей технологическими базами служат поверхности центровых отверстий. При обработке же центрального отверстия в шпинделях первых двух групп в качестве технологической базы используют его основные базы — опорные шейки. Чистовую и отделочную обработки опорных шеек и соосных с ними наружных поверхностей шпинделей с осевым отверстием производят на специальных пробках или оправках с зацентрованными отверстиями. Пробки вставляют в расточенные с обеих сторон цилиндрические или конические отверстия шпинделя, которые служат технологическими базами. Пробки, входящие дополнительным звеном в технологическую размерную цепь при смене их на различных операциях, могут дать существенные погрешности установки, которые повлияют на положение исполнительной поверхности центрального отверстия относительно поверхности опорных шеек. Чтобы уменьшить это влияние погрешности на конечную точность шпинделя, чистовые и отделочные операции обработки наружных поверхностей следует выполнять на одних и тех же пробках, вставленных в шпиндель, без их смены. Это потребует большого числа пробок, но зато повышается точность обработки. В таблице 3.1 приведен технологический маршрут обработки шпинделя токарно-винторезного станка I6K20 в условиях серийного производства. Таблица 3.1. – Технологический маршрут обработки шпинделя токарно-винторезного станка № операНаименование операции и Технологические Оборудование ции содержание операции базы 005 Фрезерно-центровальная операция: фрезе- Наружные поверх- Фрезерно-центровальный ровать торцы в размер 940-1,5, выдержав ности наиболее уда- станок MP-37 размер 14+1,0 и центровать с двух сторон ленных шеек и торец А6 фланца 010 Токарная операция: обточить все наруж- Поверхности зацен- Гидрокопировальный ные поверхности до фланца предвари- трованных отверстий станок 1Б732, резцы тотельно с припуском 3 мм на диаметр и карные с пластинами из подрезать торец фланца с припуском 1 мм Т15К10 и Т14К8 015 Токарная операция: обточить поверхность То же То же диаметром 75-0,03 до диаметра 82, а остальные шейки до фланца с припуском; проточить канавки, фаски и подрезать торец 020 Токарная операция: обточить фланец до То же Токарно-винторезный диаметра 172, конус 7° 07' 30" с припуском станок 16К20, гид0,5 мм на диаметр, торец Г фланца в размер равлический суппорт 26±0,1, торец шпинделя в размер 14-0,45, ГСЗ-45, резцы токарные с канавку и фаски пластинами из Т14К8, Т15К6 025 Сверлильная операция: сверлить отвер- Поверхности Станок для глубокого наиболее уда- сверления РТ-54, бор0,5 55 стие диаметром 1, 0 насквозь с переста- ленных шеек штанга, сверло новкой заготовки: на длину 470 мм со стороны фланца и насквозь с другой стороны № операНаименование операции и ции содержание операции 030 Термическая операция: стабилизирующий отпуск в вертикальном положении; t = 350°С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе 035 Сверлильная операция: зенкеровать отверстие под конус Морзе 6 на длину 210 мм 040 Токарная операция: подрезать торец в размер 14±0,05, расточить конус Морзе 6 под шлифование (по калибру, не доходя до риски 10 — 12 мм), расточить технологический конус Морзе 6 с обратной стороны с припуском 0,5 мм на диаметр; подрезать торец П, обточить фаски 045 Агрегатная операция: сверлить четыре отверстия диаметром 23 мм, сверлить и нарезать резьбу М20-7Н и М8-7Н, сверлить, зенкеровать и развернуть отверстие диаметром 19Н8, сверлить отверстие диаметром 6,1 на глубину 6,3+0,5 050 Токарная операция: обточить все шейки до фланца с припуском 0,7+0,1 мм на диаметр Технологические базы Продолжение таблицы 3.1. Оборудование Поверхности наруж- Вертикальноных шеек сверлильный станок 2А150, приспособление Станок МК-6023, патрон пневматический, люнет Поверхности цен- Станок восьмипозицитровых отверстий онный агрегатнопробок, вставленных сверлильный 10А471 в конусные отверстия шпинделя Токарно-копировальный полуавтомат 16К20М, пробки, резец токарный с пластиной из Т14К8 129 № операНаименование операции и ции содержание операции 055 Шлицефрезерная операция: фрезеровать шлицы D12х85х90D с припуском 0,25 мм на сторону по ширине шлица 060 Слесарная операция: зачистить заусенцы, промыть 065 Термическая операция: закалить шейки 0 , 03 0, 043 070 075 диаметром 80-0,005 и 80 на длине 40 мм; диаметром 85 b12 на длине 15 мм, шлицы диаметром 98, 425 и 108 h7, наружный и внутренний конус, торец Г Шлифовальная операция: шлифовать конус 7°07'30" на пробках предварительно с припуском 0,1 мм на диаметр, торец Г — с припуском 0,1 мм; биение торца и конуса относительно оси 0,01 мм Токарная операция: обточить окончательно поверхности диаметров 80f9, 170b12, 8b12, 95f9; остальные шейки до фланца — с припуском 0,3...0,02; подрезать торец диаметром 5, канавки, фаски; нарезать прямоугольную резьбу Технологические базы Продолжение таблицы 3.1. Оборудование Станок шлицефрезерный 5350А, поводок, люнет ТВЧ h l,2...2,2 HRC 45... 55 Поверхности центро- Кругло-шлифовальный вых отверстий про- станок ЗТ161Н29, пробки бок, вставленных в конусные отверстия шпинделя Станок токарный модели МК6722 с ЧПУ, пробки, вращающийся центр 130 № операНаименование операции и ции содержание операции 080 Внутришлифовальная операция: шлифовать технологический конус Морзе 6 окончательно 085 Внутришлифовальная операция: шлифовать конус Морзе 6 с головной части предварительно по калибру, не доходя до риски 6 мм и торец шпинделя в размер 14-0,2 090 Токарная операция: обточить фаску 1,5х45° на конусе 7°07'30"; править канавки, зачистить острые кромки по ниткам резьб, зачистить верх резьбы 095 100 Продолжение таблицы 3.1. Оборудование Технологические базы Поверхности опор- Станок СШ-148, люнет ных шеек гидростатический, поводок То же То же Поверхности цен- Станок 16К20, пробки тровых отверстий пробок, вставленных в конусные отверстия шпинделя Кругло-шлифовальная операция: шлифовать То же Станок ХШ1-32, пробки наружные поверхности диаметров 90D, 0, 03 75-0,03, 80 0,043 , 80-0,05, 98,425 с припуском под окончательную шлифовку, а поверхности диаметром 85b12, 108h7, 170b12 — окончательно Шлифовальная операция: шлифовать шли- Поверхности цен- Станок 3451Б, пробки цы D12х85x90D двумя кругами одновре- тровых отверстий менно пробок, вставленных в конусные отверстия шпинделя 131 № операНаименование операции и ции содержание операции 105 Кругло-шлифовальная операция: шлифовать окончательно поверхности диамет90,42500,,010 ров 8000,,03 005 013 ; 80-0,005; 110 Кругло-шлифовальная операция: шлифовать конус 7°07'30" и торец Г окончательно в размере 25+1,0 и 14-0,2 115 Кругло-шлифовальная операция: шлифовать торец Р, торец Д с биением не более 0,03, торец П, внутренний торец фланца диаметром 170b12 120 Кругло-шлифовальная операция: шлифовать поверхность диаметром 90D окончательно (биение не более 0,005 мм) 125 Внутришлифовальная операция: шлифовать конус Морзе 6 предварительно и окончательно; конусообразность проверить по краске, слой не более 0,0015 мм; длина нестертых участков закрашенной поверхности не более 10 мм 130 Слесарная операция: калибровать, проверить резьбы, протереть 135 Контрольная операция Технологические базы То же Продолжение таблицы 3.1. Оборудование Станок ЗМ152М, пробки То же Станок пробки То же Станок ХШ4-11 ПН 15, пробки То же Станок ЗМ152В, пробки Опорные шпинделя ХШ4-11-ПН12, шейки Станок СШ-37, люнет гидростатический 132 По мере необходимости иногда в технологический маршрут включают операции правки шпинделя после термической обработки, особенно для шпинделей, изготовляемых из цементуемых сталей, так как они подвергаются длительному нагреву. Однако правка нежелательна. Анализ приведенного технологического маршрута показал, что сохранить единство баз ввиду сложности профиля шпинделя не удается, поэтому при обработке на различных операциях происходит смена баз. Даже при чистовой обработке наружных поверхностей практически не удается на всех операциях вести обработку от основных опорных шеек. Это объясняется тем, что опорные шейки расположены на значительном расстоянии от концов шпинделя, это затрудняет использование их в качестве технологических баз, так как происходит усложнение зажимных устройств станков и появляется вероятность возникновения вибраций. Установка на наружные поверхности шеек, соосных с опорными шейками шпинделя и обработанных совместно на одной операции, не вызывает погрешностей, выходящих за пределы технических требований. Для максимального же сокращения отклонения от соосности исполнительной поверхности осевого отверстия относительно оси вращения шпинделя при обработке в качестве технологических баз используют окончательно обработанные поверхности опорных шеек. В зависимости от серийности производства черновую и чистовую обработку наружных поверхностей шеек шпинделя производят на токарных, многорезцовых и гидрокопировальных станках. Сравнительно сложная конфигурация шпинделя с большим числом ступеней, незначительно различающихся по диаметру, часто не позволяет получить заготовку наиболее прогрессивными методами с минимальными припусками по всему профилю из-за экономической нецелесообразности для данного вида производства. Поэтому далеко не всегда удается снять все припуски, состав- ляющие на отдельных участках более 15 мм, за одну операцию и, как видно из приведенного маршрута обработки, эту операцию разделяют на черновую и чистовую под шлифование. Практика показала, что даже при небольших размерах партий экономически целесообразно вести обработку не только на токарных станках с ЧПУ, но и на многорезцовых и гидрокопировальных станках. Многорезцовые станки позволяют применять несколько резцов и сокращать длину рабочих ходов. Гидрокопировальные станки (несмотря на то, что продольное обтачивание производится одним резцом по ко- пиру) вследствие их быстроходности и большой жесткости позволяют вести обработку на высоких режимах резания, что значительно сокращает машинное и вспомогательное время. Обтачивание ведется при скорости резания 150...160 м/мин, глубине резания 5...15 мм с подачей 0,32 мм/об твердосплавными резцами с пластинами из Т14К8 и Т15К6. Заготовку устанавливают в центрах, поджимая левый торец к опорному кольцу, от которого ведется настройка линейных размеров. Крутящий момент передается поводковым патроном с самозахватывающими кулачками, которые захватывают заготовку за наружную поверхность и тем самым не позволяют производить обработку напроход по всей длине без перестановки заготовки. Применить же специальные торцовые поводковые патроны для черновой обработки, требующие большой осевой силы центра задней бабки, не всегда возможно, так как это может вызвать продольный изгиб обрабатываемой заготовки. Так как большие силы резания, воспринимаемые центрами станка, вызывают смятие и изнашивание поверхностей зацентрированных отверстий, могут появляться зазоры и, следовательно, нарушается базирование в процессе снятия стружки резцом, в итоге понижаются точность и качество обрабатываемой поверхности. Периодический или постоянный поджим заготовки к передней опоре пневматическим или гидравлическим задним центром устраняет подобные усложнения. При тонких валах или шпинделях значительные силы, создаваемые вдоль оси гидравлическим или пневматическим цилиндром задней бабки, могут вызвать продольный изгиб деталей, превышающий допустимые биения обрабатываемых шеек под шлифование (не более 0,2...0,1 мм), что заставляет вводить дополнительные операции правки или увеличивать припуск на шлифование (или снижать режимы черновой токарной обработки). Иногда после чернового обтачивания шпинделя его подвергают термической обработке — нормализации (стабилизирующему отжигу) для ослабления внутренних напряжений, улучшения механических свойств и обрабатываемости материала. Осевые отверстия сверлят на специальных станках для глубокого сверления. Станок для глубокого сверления РТ-54 имеет два шпинделя для одновременной обработки двух заготовок. Отверстия диаметром до 80 мм сверлят специальными перовыми сверлами. Охлаждающая жидкость, служащая одновременно для удаления стружки, подается через канал державки сверла в зону резания. Для сверления отверстий большого диаметра, прошитых в заготовке, применяют многорезцовые расточные головки. 134 Глубокое отверстие в шпинделе сверлят обычно с двух установов: сначала на определенную глубину с одного конца, а затем — напроход с другого конца. В качестве технологических баз используют наружные поверхности предварительно обточенных шеек шпинделя. Одной шейкой заготовка устанавливается в патрон станка, а другой опирается на люнет. Отверстие шпинделя токарного станка 16К20 диаметром 55 мм обрабатывают сверлом из быстрорежущей стали со скоростью резания v = 26,6 м/мин и подачей S = 0,2 мм/об. Применение сверл из твердого сплава позволяет повысить скорость резания до 60...70 м/мин. Допуск концентричности отверстия после сверления — не более 0,5 мм. Затем в головной части шпинделя зенкеруют отверстие на больший диаметр для последующей обработки конуса. Окончательное растачивание технологического конуса в хвостовой части и предварительное в головной и подрезку торцов можно производить на токарном станке и с двух установов, применяя гидрокопировальный суппорт. Эти конусные отверстия служат затем технологическими базами, в которые вставляют калиброванные пробки с зацентрованными отверстиями для дальнейшей обработки наружных поверхностей шпинделя. Последняя операция механической обработки перед термической обработкой — сверление, развертывание отверстий во фланце и нарезание резьбы. В зависимости от серийности выпуска сверление может осуществляться на вертикально-сверлильном, радиально-сверлильном, а также на агрегатно-сверлильных станках. Сверление на вертикальносверлильном станке можно производить с использованием многошпиндельной головки. В этом случае нарезание резьбы выполняют как отдельную операцию обычно на радиально-сверлильном станке. 3.4. Термическая обработка шпинделей Вид термической обработки и ее режим зависят от: выбранной марки стали и требований, предъявляемых к шпинделю. Цель термической обработки — повышение износостойкости поверхности опорных шеек (основных баз) и исполнительных поверхностей и некоторых других поверхностей шпинделя с сохранением «сырой» сердцевины, что обеспечивает высокую первоначальную точность шпинделя и сохраняет ее в течение длительного времени. Самый эффективный метод термической обработки — поверхностная закалка. Термическая обработка не должна вызывать заметных деформаций и искривления шпинделя. Указанные выше поверхности подлежат закалке и последующему отпуску для достижения твердости НRС3 46,5...57. Шпиндели, работаю135 щие в опорах скольжения, закаливают и до более высокой твердости. После термической обработки необходимо промыть и очистить от возможной окалины поверхности технологических баз. Поверхностную закалку можно производить несколькими способами. Поверхностная закалка с нагревом ТВЧ в последнее время получила наибольшее распространение. Преимущество ее заключается в кратковременности нагрева (0,5...20 с) поверхностного слоя металла, который подвергается закалке, в то время как остальная часть металла остается ненагретой, а это почти предотвращает деформирование заготовки. На закаливаемой поверхности почти отсутствует окалина. Поэтому на отделочные операции можно оставлять незначительные припуски. Глубина закаливаемого слоя 1...5 мм, а его твердость выше, чем после закалки другими способами. Нагрев и охлаждение закаливаемой поверхности осуществляются с помощью специальных индукторов. Время, потребное на закалку шпинделя, при напряжении 11 В, силе тока на сетке 0,3 А и силе тока на аноде 9 А, составляет 50 с. Отпуск поверхности шпинделя можно производить также на установке ТВЧ или в шахтных печах. В последнем случае шпиндель нагревают в течение 2,5 ч при 180 °С. Поверхностная термическая обработка азотированием. Этим способом закаливают шпиндели, изготовленные из сталей 38Х2Ю, 38Х2МЮА и других, содержащих алюминий. Азотированию подвергают обычно шпиндели, работающие в опорах скольжения, когда стремятся добиться минимальной деформации при закалке. Так как эта обработка протекает при сравнительно низкой температуре (550...500 °С), не вызывающей фазовых превращений металла, то заметных деформаций не наблюдается. Твердость же закаленной поверхности достигает HRC3 67...69. Вследствие незначительной деформации шпинделя, с одной стороны, и трудности обработки азотированного слоя металла, с другой, поверхности, подлежащие азотированию, предварительно шлифуют, оставляя очень небольшой припуск (0,05...0,06 мм) на последующую отделочную операцию (полирование или шлифование мелкозернистым абразивным материалом). Процесс несложный, но продолжительный (несколько часов). 3.5. Обработка поверхностей шпинделя после термической обработки Все наиболее ответственные операции, в том числе и отделочные, обеспечивающие конечную точность шпинделя, выполняют после тер136 мической обработки. Большинство из них производится при базировании шпинделя на центровых пробках, вставленных после термической обработки в конусные отверстия, либо на центровых фасках. До окончательной отделки наружных поверхностей шеек и исполнительных поверхностей шпинделя обтачивают наружные поверхности шеек, нарезают резьбу и шлицы и фрезеруют (если необходимо) шпоночные пазы. Функции резьб, нарезанных на шейках шпинделя, различны. К точности резьб, служащие для фиксации зажимных патронов, предъявляют повышенные требования. Поэтому либо их нарезают полностью на токарном станке, либо обработку разбивают на две операции: предварительное фрезерование на резьбо-фрезерных станках и окончательное калибрование резцами на токарном станке. В зависимости от серийности производства последний вариант может оказаться более экономичным. Резьбы для крепления монтируемых на шпинделе деталей кольцами-гайками должны быть нормальной точности (не ниже 6g), но их выполняют мелкими. Такие резьбы в зависимости от требований к точности и вида производства (единичного или серийного) также нарезают на токарном станке резцами или на резьбо-фрезерных станках дисковыми либо гребенчатыми фрезами. Учитывая жесткие требования к торцовому биению смонтированной на шпиндель гайки, во избежание недопустимых перекосов (не более 0,02 мм на R = 50 мм) иногда протачивают торцы- гайки в сборе со шпинделем, который в таком комплекте и следует отправлять на узловую сборку. Шпиндель токарного станка 16К20 имеет прямоугольную резьбу, нарезаемую на токарном станке после термической обработки шпинделя с точностью, позволяющей избежать подрезания торцагайки, навернутой на шпиндель. Шпоночные пазы на поверхности некоторых шпинделей фрезеруют на обычных фрезерных или специальных станках дисковыми или пальцевыми фрезами в зависимости от формы пазов. Шлицы нарезают на шлицефрезерных станках 5350А методом обкатки. Если их поверхность не подвергается термической обработке, то для получения шлицев требуемой точности эта операция может быть окончательной. В связи с этим предъявляют повышенные требования к биению шеек (отклонение не более 0,1 мм). Требуемые глубина и параллельность образующих поверхностей шпоночных канавок и шлицев относительно оси шпинделя наилучшим образом обеспечиваются при установке шпинделя в центрах. Поэтому 137 обработку пазов и шлицев целесообразно производить после термической обработки на тех же пробках, без их перестановки. Если в качестве технологических баз при базировании шпинделя в центрах используют поверхности фасок осевого отверстия шпинделя, обработку пазов можно производить и до закалки шпинделя. 3.6. Отделочные операции наружных и внутренних поверхностей шпинделя Наиболее ответственными операциями, влияющими на конечную точность шпинделя, являются операции отделочной обработки опорных шеек шпинделя, центрирующего конуса для фиксирования зажимного патрона и исполнительной поверхности осевого отверстия. Точность указанных поверхностей у шпинделя для непрецизионных станков, а также у шпинделей, работающих на опорах качения, достигается шлифованием; для более высокой точности и правильности формы обычно шлифование делят на предварительное и окончательное. У шпинделей с осевым отверстием наружные поверхности шлифуют на базе поверхностей осевых отверстий на пробках либо на поверхностях фасок, либо на цилиндрических разжимных оправках. В первых двух случаях качество поверхности и их точность получаются выше. Шпиндели без осевого отверстия шлифуют в центрах на круглошлифовальных станках типа 3Е153 кругами зернистостью СМ1 — СМ2. Отделку центрирующего конуса можно вести также в центрах, установив шпиндель на тех же пробках, на которых производилась окончательная обработка опорных шеек. Однако, так как пробки являются дополнительным звеном в технологической размерной цепи, они могут внести дополнительную погрешность, которая может оказаться больше, чем это допустимо требованиями соосности обрабатываемой поверхности с осью вращения шпинделя. Поэтому для предотвращения этих погрешностей правильнее шлифование исполнительных поверхностей (внутреннего и наружного конусов или центрирующего пояска) выполнять на базе опорных шеек. В этом случае шпиндель базируется поверхностями опорных шеек в двух опорах гидростатического люнета, установленного на столе круглошлифовального станка, и приводится во вращение от шпинделя гибкой связью (поводком). Вкладыши специальных люнетов тщательно обрабатывают и при установке приспособления на столе станка выверяют. В последнее время для отделочных операций наружных поверхно138 стей валов и шпинделей стали применять шлифовальные станки с ЧПУ. Если валы имеют несколько поверхностей с параметрами шероховатости Ra = 1,25...0,32 мкм и с размерами точностью 7 — 8-го квалитетов и выше (ГОСТ 25346 — 82), то окончательную обработку их целесообразно проводить на круглошлифовальных станках с ЧПУ. Известно, что при обработке заготовки на обычных станках практически невозможно повысить производительность путем сокращения времени собственно шлифования (машинного времени). Однако имеются значительные резервы для сокращения времени вспомогательных ходов, наладок, измерений обрабатываемых поверхностей, особенно при обработке длинных заготовок, у которых шлифуются несколько шеек различного диаметра. Сокращение общего времени обработки может быть достигнуто благодаря сокращению числа установок заготовки при шлифовании. Проведенные эксперименты показали, что при шлифовании многоступенчатых валов (например, шпиндель токарного станка) общая продолжительность вспомогательного времени при использовании станка с ЧПУ может быть снижена в 3 раза, а при обработке менее сложных деталей — не менее чем в 2 раза. Если вспомогательное время будет сокращено хотя бы на 50 %, применение станка с ЧПУ можно считать уже экономически целесообразным. 3.7. Особенности обработки шпинделей прецизионных станков Технологический процесс изготовления шпинделей прецизионных станков более сложный, так как к таким шпинделям предъявляются более высокие требования. Например, у шпинделя координатнорасточного станка 2А430 отклонения от конусности и овальности опорных шеек не должны превышать 0,002...0,001 мм, биение должно быть не более 0,003 мм, параметр шероховатости Ra = 0,04 мкм, биение конусного отверстия относительна оси вращения шпинделя должно быть не более 0,0015 мм у конца шпинделя. Для устранения влияния остаточных напряжений, которые могут вызвать деформирование шпинделя не только в процессе его обработки, но и в период эксплуатации, шпиндели прецизионных станков неоднократно подвергают термической обработке. Так как необходимы высокая точность, правильность формы и малая шероховатость поверхности опорных шеек и исполнительных поверхностей, обычно производят неоднократное шлифование и доводочные операции. При шлифовании особое внимание уделяется устранению динамической неуравновешенности абразивного круга, которая 139 может возникнуть в процессе обработки и значительно ухудшает качество изделия. Доводочными операциями могут быть притирка, хонингование и суперфиниширование. Для получения поверхности опорных шеек Ra < 0,15 мкм их подвергают суперфинишированию. Сущность этого метода заключается в том, что при определенных условиях мелкозернистыми абразивными брусочками с поверхности заготовки удаляют гребешки, оставшиеся после предыдущей операции, и поверхность доводят до зеркального вида. Рабочими движениями при суперфинишировании наружных цилиндрических шеек являются вращение шпинделя, короткие возвратнопоступательные (осциллирующие) движения брусков и движение продольной подачи их вдоль оси обрабатываемого шпинделя при длинных шейках (примерно 0,1 мм/об). Рекомендуемые режимы обработки: скорость колебательного движения брусков 8...15 м/мин; амплитуда колебаний брусков < 6 мм; линейная скорость вращения заготовки: а) для абразивных брусков в начале цикла 16…60 м/мин, а в конце цикла 64…230 м/мин; б) для эльборовых брусков линейная скорость вращения заготовки 300 м/мин, но не более 400 м/мин; давление брусков р = 3, МПа при максимальном давлении в начале цикла и при минимальном давлении в конце цикла. Обработку ведут с применением СОЖ определенной вязкости. Припуск фактически определяется высотой неровностей, остающихся на поверхности после предыдущей операции шлифования. Для остальных заготовок обычная толщина снимаемого слоя присуперфинишировании не превышает 5...7 мкм, поэтому и припуск оставляется около 0,005 мм. Так как суперфиниширование уменьшает шероховатость поверхности и не исправляет макрогеометрию, то геометрическая форма обрабатываемых заготовок перед суперфинишированием должна отвечать техническим требованиям к параметрам готовой детали. Зернистость абразивных брусков выбирают в зависимости от требуемой шероховатости. Применение литых брусков на керамической связке по сравнению с применением прессованных брусков уменьшает шероховатость обрабатываемой поверхности. После суперфиниширования параметр шероховатости поверхности шеек предварительно обработанных тонким шлифованием, достигает Rz = 0,1...0,05 мкм. Обработка шеек под подшипники высокоточных станков производится также тонким шлифованием и доводкой (притиркой). Тонким шлифованием можно получить высокую точность формы (отклонение 140 от круглости не более 0,5 мкм) и параметр шероховатости поверхности Ra = 0,16...0,04 мкм. Доводку выполняют с помощью притиров из серого чугуна СЧ 18, СЧ 21, СЧ 24 с применением абразивной пасты (электрокорунда — 60 %, олеиновой кислоты — 28 %, стеарина — 12 %), а также алмазной пасты. При доводке частота вращения заготовки, установленной в центрах токарного станка, в начальный период 1,7...2,1 с -1, а при окончательной доводке 0,8 с. Операция эта трудоемкая и требующая высокой квалификации рабочего. Шпиндели зубо-шлифовальных и резьбо-шлифовальных станков (рисунок 3.3.) высокой точности в условиях среднесерийного и мелкосерийного производства изготовляют по типовому регламенту. Рисунок 3.3. – Эскиз шпинделя 1. Отрезка заготовки из стали 38Х2МЮА. 2. Кузнечная обработка. 3. Термическая обработка (отжиг). 4. Черновая обработка торцов и центровых отверстий на токарном станке. 5. Термическая обработка — закалка с высоким отпуском. 6. Обработка торцов и центровых отверстий. 7. Обработка точных наружных поверхностей, поверхностей под резьбу, под шлифование, обработка прочих поверхностей окончательно. 8. Обработка пазов, лысок. 9. Обработка образцов-свидетелей под шлифование. 10. Предварительное шлифование точных наружных поверхностей 141 и торцов с припуском 0,25...0,35 мм на кругло-шлифовальных станках 3М151 при установке на центровых фасках. 11. Термическая обработка — стабилизирующий отпуск (вместе с образцами-свидетелями). 12. Шлифование центровых (базовых) фасок. 13. Предварительное шлифование точных наружных поверхностей и торцов с припуском 0,15 мм. Овальность и конусообразность обработанных базовых поверхностей не должны превышать 0,005 мм, Ra < 0,63 мкм. 14. Термическая обработка — отпуск стабилизирующий (вместе с образцами-свидетелями). 15. Шлифование центровых (базовых) фасок. Операции № 13, 14 и 15 предусматривают только для деталей средней и малой жесткости. 16. Шлифование наружных рабочих поверхностей и торцов под азотирование с припуском 0,05...0,08, Поверхность под резьбу не шлифовать. Овальность и конусообразность обработанных базовых поверхностей не должны превышать 0,0025 мм. Радиальное биение обработанных поверхностей относительно общей оси базовых поверхностей должно быть не более 0,008 мм. Параметр шероховатости обработанных поверхностей Ra < 0,63 мкм. 17. Термическая обработка — азотирование (вместе с образцамисвидетелями). Азотирование газовое в шахтных электропечах. 18. Шлифование центровых (базовых) фасок. Эту и последующие операции для шпинделей станков класса точности В, А, С рекомендуется выполнять в термоконстантном помещении. 19. Окончательное шлифование прочих наружных поверхностей и поверхностей под резьбу при установке на центровых фасках до получения заданных параметров шероховатости и точности согласно техническим требованиям чертежа. 20. Шлифование (нарезание) метрической резьбы на станках высокой точности 5К832В или токарно-винторезных станках 16К20П с установкой заготовки на центровых фасках. 21. Окончательное шлифование наружных рабочих (опорных) поверхностей и торцов с установкой на центровых фасках до получения заданных параметров шероховатости (Ra < 0,15 мкм) и точности согласно техническим требованиям чертежа. Предпочтительнее шлифование производить кругами из эльбора. Для опорных шеек с Ra < 0,15 мкм можно рекомендовать суперфиниширование, которое производится на станках 3Д871 и других при установке заготовки на центровых фасках. 142 Операции окончательного шлифования производят на станках повышенной точности ЗМ151В. При обработке заготовка обычно базируется на неподвижных центрах станка, поэтому поверхность центрового отверстия должна быть высокой точности. Центровые отверстия целесообразно шлифовать на центровально-шлифовальном станке MB-119 или 3922Р с планетарным и осциллирующим движениями режущего инструмента в плоскости, наклоненной под углом 30° к оси конуса. Эти станки обеспечивают необходимые геометрические параметры и соосность центровых фасок. Допускается замена шлифования центровых фасок притиркой, осуществляемой обычно на токарных станках с помощью специальных притиров с углом конуса 60°±3'. В качестве притирочного материала можно применять смесь веретенного масла № 3, олеиновой кислоты и микропорошка М7-М5 в жидкой консистенции. Обработку шпинделя, начиная с операции № 17 следует производить в термоконстантном помещении. 3.8. Балансировка шпинделей Все шпиндели быстроходных станков проходят балансировку в собранном виде. Качество обрабатываемых на станке деталей во многом зависит от стабильности положения шпинделя в станке и плавности его вращения. Погрешности изготовления и монтажа шпинделя, а также неодинаковая плотность металла, из которого он сделан, приводят к неуравновешенности шпинделя, что при эксплуатации станка может вызвать вибрации. Они снижают стойкость режущего инструмента, качество обработанной поверхности, вызывают усиленное изнашивание опор шпинделя и в ряде случаев вынуждают либо сильно снижать режимы резания, что ведет к понижению производительности, либо вообще прекращать работу. Неуравновешенность может быть статической, когда не совпадает центр тяжести детали с осью вращения (она вызывает только центробежную силу), и динамической, когда действие неуравновешенных масс вызывает появление пары сил и центробежных моментов инерции, не равных нулю. Для устранения неуравновешенности детали проходят балансировку. В соответствии с двумя видами неуравновешенности существуют и два вида балансировок — статическая и динамическая. Статическую балансировку применяют обычно для деталей, у которых отношение длины к диаметру мало (маховики, диски, зубчатые 143 колеса), так как влияние динамической неуравновешенности у них невелико. Балансировку производят на оправке с надетой на нее деталью, свободно перемещающейся на двух параллельных ножах или роликах под действием статического момента. Таким образом определяется радиальное направление приложения уравновешивающего груза. У шпинделя станков с отношением длины к диаметру > 1. Так как на шпиндель монтируют ряд деталей (зубчатые колеса, кольца-гайки, подшипники, втулки, фланцы), то для него характерны оба вида неуравновешенности, поэтому его подвергают динамической балансировке в сборе, которая устраняет оба вида неуравновешенности. Динамическую балансировку производят на специальных балансировочных станках. Балансировку шпинделей диаметром до 800 мм и весом 98...980 Н производят на станке 9Б725А. Неуравновешенность шпинделя на этом станке определяется измерением амплитуды и фазы колебаний спор. Неуравновешенностьустраняют высверливанием металла в заданных местах балансируемой детали или узла в сборе с помощью двух специальных сверлильных головок, встроенных в балансировочный станок. Так, допустимый дисбаланс шпинделя токарного станка 16К20 в сборе с монтируемыми на него деталями равен 25 г·см при частоте вращения шпинделя 33,3 с-1. При его балансировке металл высверливают на торце большого зубчатого колеса и заднего фланца. 3.9. Контроль шпинделей Точность изготовления шпинделя проверяют в определенной последовательности: сначала определяют правильность формы поверхностей, затем их геометрические размеры и потом уже их положения. Такая последовательность необходима для того, чтобы можно было путем исключения погрешностей измерять с наибольшей точностью тот параметр, который необходимо проверить. Измерительными базами при проверке шпинделя обычно являются поверхности его опорных шеек, которые будучи его основными базами определяют положение всех остальных поверхностей при работе шпинделя в станке. Поэтому при проверке шпиндель устанавливают опорными шейками с упором в один торец на призмы контрольной плиты или специальных контрольных устройств. Одна из призм — обычно регулируемая по высоте. Правильность геометрической формы проверяют в нескольких сечениях, перпендикулярных к оси шпинделя: овальность и конусообразность — с помощью скоб с отсчетным устройством (типа СР по ГОСТ 144 11098—75), а круглость — с помощью кругломера (по ГОСТ 17353— 80). Отклонение образующей цилиндрической поверхности от прямолинейности проверяют индикатором, наконечник которого перемещается по образующей поверхности параллельно оси шпинделя. По разности наибольшего и наименьшего показаний судят об отклонении от параллельности. Прямолинейность образующей конуса можно определить с помощью показаний отсчетного устройства прибора БВ-7320. Диаметральные размеры в зависимости от степени точности и их значения проверяют скобами с отсчетным устройством СР (по ГОСТ 11098—75), а также микрометром (цена деления 0,01 мм), пассаметром (цена деления 0,002 мм) или микротастом (цена деления 0,001 мм). Затем контролируют правильность положения поверхностей относительно оси вращения шпинделя. Отклонение от соосности контролируемой поверхности с осью вращения шпинделя проверяют индикаторами, вращая шпиндель вокруг оси. Такую проверку необходимо производить в двух крайних сечениях контролируемой поверхности. Особое внимание уделяется контролю соосности исполнитель-ных поверхностей с осью вращения шпинделя. Метод проверки зависит от конструкции шпинделя. Так, для шпинделей с коническим центральным отверстием, биение конусной поверхности относительно оси вращения шпинделя проверяется с помощью цилиндрической оправки, которую вставляют в проверяемое отверстие точным конусным хвостовиком, На рисунке 3.4 дана схема контроля отклонений от соосности, радиального и торцового биения на специальном стенде шпинделя типа А (подобен шпинделю токарного станка 16K20). 145 Рисунок 3.4. – Стенд специальный для контроля отклонений от соосности, радиального и торцового биения шпинделя: 1, 5 — упор (торцовый — I вариант, центральный — II вариант); 2, 9 — контроля соосности; 3,4 — ножевидные призмы; 6, 8, 10, 11, 13, 14, 15 — контроль радиального биения, 7, 12 — контроль торцового биения 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОДОВЫХ ВИНТОВ 4.1. Служебное назначение ходовых винтов Ходовые винты станков служат для преобразования вращательного движения в поступательное прямолинейное перемещение, с помощью сопряженной с ним гайки различных деталей и узлов станка (суппортов, кареток, фартуков и др.) с заданной точностью. Ходовой винт является одним из звеньев многозвенной размерной цепи А, которая обеспечивает точность перемещения суппортов, а следовательно, и точность изготовляемой на станке детали (рисунок 4.1). Как видно на рисунке, в этой размерной цепи ходовой винт вследствие вращения участвует постоянно меняющимся размером А3 — расстоянием от точки соприкосновения с ним гайки до поверхности опорного буртика его опорной шейки. Равномерность изменения этого расстояния, оказывающая нередко решающее влияние на точность изготовляемой на станке детали, зависит от ряда факторов, определяющих показатели качества ходовых винтов, в том числе и от равномерности вращения ходового винта и неизменности его относительного положения на станке во время работы. Такими показателями являются диаметральные размеры винта, точность шага резьбы, точность профиля резьбы, соосность резьбы винта с его опорными шейками, точность опорных шеек, перпендикулярность опорных буртиков к оси вращения ходового винта, толщина нитки резьбы, износостойкость. Ходовые винты в зависимости от степени точности перемещения, которую они обеспечивают, и группы точности станков делят на пять классов: 0, 1, 2, 3 и 4. В металлорежущих станках в зависимости от группы их точности в основном применяются ходовые винты 0—2-го классов точности. Профиль резьбы ходовых винтов может быть трапецевидным, прямоугольным и треугольным. Наибольшее применение находят ходовые винты с трапецеидальной резьбой, которая прочнее прямоугольной и позволяет с помощью разрезной гайки регулировать осевые зазоры. Кроме того, нарезание и шлифование трапецеидальной резьбы значительно проще, чем нарезание и шлифование прямоугольной. Однако отклонения перемещения, обусловленные радиальным биением ходового винта, значительно меньше, если резьбы прямоугольные, чем в случае трапецеидальных резьб, поэтому прямоугольные резьбы применяют иногда для особо точных перемещений. Ходовые винты обладают недостаточной жесткостью, так как обычно их длина во много раз превосходит диаметр, поэтому при их обработке под влиянием сил резания, а также под воздействием соб- ственного веса возникают деформации. Все это создает определенные трудности при изготовлении этих винтов и предопределяет выбор материала и технологический процесс. В настоящее время в станкостроении, особенно в станках с ЧПУ, стали применять винтовые пары качения, состоящие из ходового винта и гайки, сопряжение между которыми создается с помощью шариков. Такая винтовая пара не является самотормозящейся и может применяться как для преобразования вращательного движения в поступательное, так и наоборот. Рисунок 4.1. – Схема размерной цепи, в которую одним из звеньев включается ходовой винт Рисунок 4.2. – Профиль винтовых канавок: а — полукруглый; б — арочный 148 Профиль винтовых канавок и гаек может быть полукруглый и арочный (рисунок 4.2). В первом случае (рисунок 4.2., а) профиль резьбы аналогичен профилю беговой дорожки шарикоподшипников и при работе в паре с гайкой создает двухточечный контакт шариков. Недостаток такого профиля — неопределенность угла контакта. Арочный профиль (рисунок 4.2., б) создает четырехточечный контакт шариков, что обеспечивает постоянство угла контакта. Технические требования к ходовым винтам пар качения в основном те же, что и к ходовым винтам скольжения. Например, наибольшая накопленная погрешность шага резьбы винта не должна превышать отклонений 6 мкм для винтов 1-го класса точности на длине 100 мм. 4.2. Материалы для ходовых винтов К материалу для ходовых винтов предъявляются требования высокой износостойкости, хорошей обрабатываемости и состояния стабильного равновесия внутренних напряжений после обработки во избежание деформирования при эксплуатации. Из рекомендуемых для ходовых винтов сталей подобрать сталь, полностью отвечающую указанным выше требованиям, очень трудно. Очень нежелательно для ходовых винтов деформирование, которое может проявляться как в процессе обработки, так и в процессе эксплуатации. Особенно способствуют деформированию остаточные напряжения в самих заготовках и напряжения, возникающие при механической обработке, в том числе и при поперечном перерезании продольных волокон прутковой заготовки. Они могут достигать (294...392)·10 6 Па, особенно у ходовых винтов, изготовляемых из заготовок, у которых предварительно не были сняты остаточные напряжения. Это приводит к большим отклонениям основных параметров точности ходовых винтов. Уменьшить влияние этих факторов на точность ходовых винтов можно правильным выбором технологического процесса их изготовления. Ходовые винты скольжения 0—2-го классов точности без термического упрочнения изготовляют обычно из сталей А40Г по ГОСТ 1414—78 и У10А по ГОСТ 1435—78. Ходовые винты скольжения 0—2го классов точности с упрочняемой объемной закалкой (в основном для прецизионных станков) изготовляют из сталей ХВГ, 7ХГ2ВМ, 40ХФА (менее склонна к деформированию при азотировании) и др. Стали У10А и У12А хорошо обрабатываются, отличаются высокой износостойкостью и при известных условиях термической обработки не дают значительных остаточных деформаций. Заготовки подвергают отжигу до получения структуры зернистого перлита и твердости 149 НВ 170...187. Ходовые винты пар качения изготовляют из легированной стали ХВГ или азотируемой стали 3ОХ3ВА и подвергают термической обработке до HRC3 59...63. В качестве заготовок для ходовых винтов используют обычно пруток, отрезанный от сортового материала, диаметром, максимально приближающимся к рассчитанному диаметру заготовок с минимальным припуском. Минимальный припуск определяется погрешностями установки и дефектным слоем, однако по ряду причин припуск значительно выше расчетного минимального значения. Основными базами ходового винта в изделии являются его опорные шейки и опорные буртики, а исполнительной поверхностью — поверхность винтовой резьбы. Необходимо обеспечить требуемую точность расположения исполнительной поверхности относительно основных баз. Так как технологическими базами при изготовлении ходовых винтов являются центровые отверстия по оси винта, то во избежание деформаций, возникающих под влиянием сил резания и собственного веса, создается дополнительная двойная направляющая технологическая база, которой является наружная поверхность винта. Это обстоятельство требует обработки ее с высокой точностью, что влияет на выбор технологического маршрута. 4.3. Технологический процесс изготовления ходовых винтов Технологический маршрут изготовления ходового винта токарного станка 16К20 (рисунок 4.3.) в условиях серийного производства приведен в таблице 4.1. Заготовки и ходовые винты 0—2-го классов точности правке подвергаться не должны. Заготовки в виде прутков из горячекатаной или калиброванной стали должны иметь биение не более 0,5 мм на всей длине. Иногда в целях уменьшения остаточных деформаций, вызванных черновой обработкой, винты подвергают термической обработке — искусственному старению, которое более эффективно, чем естественное. При естественном старении даже за довольно длительное время пролеживания заготовок (несколько месяцев) снимается лишь 30—40 % внутренних напряжений, тогда как искусственное старение в течение 20—25 ч снимает до 80 % внутренних напряжений. 150 Рисунок 4.3. – Ходовой винт токарного станка 16К20 Рисунок 4.4. – Схемы установки резцов при нарезании резьбы Старение обычно производят в электрических печах шахтного типа перед чистовыми операциями нарезания резьбы и обработкой опорных шеек ходового винта. Для винтов, изготовляемых из стали А40Г и У10А, в процессе их обработки предусматривается стабилизирующий отжиг. Режим искусственного старения для винтов из стали А40Г: нагрев в масляной ванне до температуры 180—200 °С в течение 20 ч с последующим постепенным охлаждением до температуры 50 °С. Заготовки под винты большой длины центруют на токарных станках 16К20 сначала с одного торца, а затем, после поворота на 180° с другого. Для создания дополнительной технологической базы — наружной поверхности ходового винта — заготовки шлифуют на бесцентрово- или круглошлифовальных станках в центрах. В первом случае шлифуют до зацентровки для совмещения оси шлифованной поверхности с осью центровых отверстий, получаемых на последующей операции. Для винтов 0—2-го классов точности обычно применяют шлифование в центрах. Резьбу на ходовых винтах нарезают несколькими методами: фрезерованием, вихревым нарезанием и с помощью резца на токарновинторезном станке. Первые два метода наиболее производительны, но применяются в основном как черновые операции. Ходовые винты нарезают на токарных и резьбонарезных станках различными прорезными и профильными резцами. При этом существуют два способа установки плоскости профиля резца относительно оси нарезаемого ходового винта. При первом способе плоскость профиля резца совмещают с плоскостью, проходящей через ось ходового винта (рисунок 4.4., а). В этом случае все режущие кромки резца являются прямолинейными. Это значительно облегчает его заточку по профилю и обеспечи- вает геометрически правильный профиль резьбы ходового винта. Недостаток способа заключается в том, что при большом угле подъема винтовой линии нарезаемых винтов у одной кромки резца образуется тупой угол резания, вследствие чего она скоблит, а не режет металл, у другой же кромки образуется острый угол, что ослабляет режущую кромку. Кроме того, возникает опасность врезания резца в металл под влиянием сил, возникающих вследствие трения одной из граней резца о стенку канавки. При втором способе установки плоскости профиля резца относительно оси ходового винта (рисунок 4.4., б) углы резания у обеих режущих кромок резца одинаковы и составляющая силы резания направлена перпендикулярно к плоскости профиля резца. Этим объясняется отсутствие недостатков, свойственных первому способу. Но для того чтобы получить прямобочный профиль резьбы правильной геометрической формы, все три кромки резца необходимо делать криволинейными, что значительно усложняет и удорожает изготовление и заточку таких резцов. Поэтому первый способ установки резцов применяют для чистового нарезания ходовых винтов с небольшим углом подъема резьбы, а второй — для черновой обработки, когда можно пренебречь получающимися искажениями профиля. Чистовое нарезание ходовых винтов с большим углом подъема резьбы рекомендуется вести тремя отдельными резцами, при этом их режущие кромки делают прямолинейными и плоскость профиля резца устанавливают в плоскости, проходящие через ось ходового винта. Таким образом устраняются указанные выше недостатки. Фрезерование резьбы на резьбофрезерных станках дисковой фрезой с прямолинейными режущими кромками применяют для черновой обработки. Дисковую фрезу устанавливают так же, как резец по второму способу, т. е. так, что ось ее вращения располагается на высоте центров перпендикулярно к средней винтовой линии резьбы винта. Такая установка фрезы с прямолинейной режущей кромкой приводит к искажению профиля нарезаемой резьбы, поэтому его обычно исправляют на последующих операциях калибровкой резцами. Другим недостатком фрезерования резьбы является неравномерность резания, что повышает шероховатость обрабатываемой поверхности и ускоряет затупление фрезы. При фрезеровании следует стремиться к тому, чтобы в контакте с заготовкой, на которой нарезается резьба, находилось не менее двух зубьев фрезы. Резьбу на резьбофрезерных станках нарезают фрезами из быстро153 режущей стали при скорости резания 40...50 м/мин и подаче 0,4—0,6 мм/зуб. Оснащение фрезы пластинами из твердого сплава значительно повышает производительность обработки благодаря повышению скорости резания до 180—200 м/мин. Нарезание резьбы фрезерованием особенно целесообразно производить на длинных валах, так как в этом случае участие рабочего сводится лишь к установке заготовки, пуску станка и снятию детали, что позволяет легко осуществить многостаночное обслуживание. Рисунок 4.5. – Схема вихревого нарезания наружной резьбы Все большее распространение находит вихревое нарезание резьбы. Этот способ заключается в том, что при вращении обрабатываемой заготовки и параллельном движении резцовой головки вдоль ее оси с пределенным шагом за один оборот заготовки осуществляется результирующее движение по винтовой линии. Ось резцовой головки смещена параллельно оси обрабатываемой заготовки на величину е поэтому процесс нарезания получается прерывистым (рисунок 4.5.). Резцовая головка представляет собой дисковую фрезу внутреннего касания с установленными в нее двумя, четырьмя или шестью резцами, профиль которых соответствует профилю нарезаемой резьбы. При вихревом нарезании режущие кромки каждого резца находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью заготовки только на некоторой части окружности. По остальной, большей части окружности резцы проходят по воздуху и охлаждаются, что повышает их стойкость (нарезание происходит при обильном охлаждении). Вихревое нарезание можно выполнять как на специальных станках, так и на обычных то154 карных, если оснастить их специальными резцовыми головками с отдельным приводом. Вихревое нарезание происходит при сравнительно высоких режимах обработки. Так, ходовые винты из стали А40Г резцами, оснащенными пластинками из твердого сплава, нарезают со скоростью резания 250...300 м/мин (при стойкости 60 мин). Подача 0,2...0,5 мм/об резца. Если не принять дополнительных мер, то применение более высоких режимов резания, может привести к деформированию винта вследствие его нагрева. Так, нагрев ходового винта длиной 300 мм выше 40...50 °С вызывает удлинение его на 0,01 мм. По сравнению с фрезерованием резьбы вихревое нарезание резцами с пластинами из твердого сплава с применением охлаждения более производительно, дает малую шероховатость поверхности и снижает деформации резьбы. Уменьшить шероховатость и повысить точность резьбы можно увеличением числа резцов в инструментальной головке и специальным распределением между ними элементов обработки резьбы. Так, при применении головки из четырех резцов два противоположно расположенных резца обрабатывают поверхность по внутреннему диаметру, третий профилирует резьбу, а четвертый зачищает и снимает заусенцы. Применение инструментальных головок с тангенциальным расположением резцов при вихревом нарезании еще более эффективно. Вихревое нарезание может быть применено для нарезания винтов 3-го и 4го классов точности или как предварительная операция для нарезания винтов более высоких классов точности. При нарезании резьбы у ходовых винтов значительной длины, когда в качестве технологических баз используют центровые отверстия и дополнительно прошлифованную наружную поверхность, на последнюю надевают две втулки специального люнета, установленного на суппорт станка, между которыми, как между двумя опорами, осуществляется резание. Отделочную обработку резьбы производят на прецизионных токарно-винторезных станках 1622В резцами Т15К6 с доведенными гранями. Чтобы точнее установить плоскости профиля резца по профилю резьбы, их делают с круглыми стержнями и используют шаблон, а для вихревого нарезания — специальное приспособление. Ходовые винты повышенной точности обрабатывать несколько сложнее. Для них в зависимости от класса точности предусматривают однократную или многократную термическую обработку, для снятия внутренних напряжений. А так как после этого происходит перераспре155 деление внутренних напряжений и ходовой винт деформируется, проверяют зацентрованные отверстия и дополнительно обрабатывают их шлифованием. Начиная с определенных операций межоперационное хранение винтов разрешается только в вертикальном положении, а отделочные операции проводят в термоконстантных помещениях. Для устранения и уменьшения погрешностей, возникающих в процессе чистовой и отделочной обработки резьбы, ее нарезают на прецизионных или на специальных станках с применением коррекционных устройств. Эти устройства благодаря дополнительным перемещениям режущего инструмента во время работы автоматически вносят поправки в относительные перемещения винтовой передачи. 4.4. Особенности изготовления прецизионных ходовых винтов Прецизионными называют ходовые винты 0-го и 1-го классов точности. Такая точность прецизионных винтов обусловливает и особые требования к выбору материала и технологическому процессу их изготовления. Винты бывают закаленными и незакаленными. Термическое упрочнение винтов повышает их износостойкость и способствует сохранению точности в течение длительного времени. У стали, из которой изготовляют прецизионный винт, проверяют химический состав и микроструктуру. Правка заготовки прецизионного ходового винта в процессе его изготовления не допускается, поэтому еще до обработки у заготовки проверяют прямолинейность оси. Допустимая кривизна заготовок не должна превышать 1 мм на 1 м длины заготовки. При большей кривизне их правят путем поперечного изгиба и последующего стабилизирующего отжига (для непрецизионных винтов). Качество таких винтов во многом зависит от технологии их изготовления. Прецизионные винты подвергают неоднократной термической обработке: стабилизирующему отжигу, закалке, высокотемпературному отпуску, стабилизирующему отпуску. После черновых токарных операций производят высокотемпературный отпуск, старение и стабилизацию заготовок. Так, винты из стали ХВГ диаметром 40...80 мм подвергают искусственному старению в масляной ванне в течение 30 ч при температуре 140...150 °С или высокотемпературному отпуску с нагревом в шахтной печи до температуры 650...630 °С с выдержкой в течение 10 ч и остыванием вместе с печью до 400 °С с последующим охлаждением на воздухе. Термическое упрочнение винтов до твердости HRC3 57...60 обеспечивается объемной закалкой, которая может осуществляться не156 сколькими способами. Один из них заключается в нагреве ходового винта в шахтной соляной ванне в вертикальном положении сначала до температуры 550...600 °С с выдержкой в течение 1 ч, затем температуру постепенно повышают до 840...850 °С. Закалку производят в масле, подогретом до 50 °С, также при вертикальном положении винта. После закалки предусматривается двойной отпуск. При таком способе закалки могут возникнуть значительные деформации винта, искривляющие его ось, поэтому в промышленности применяют и другие методы упрочнения — азотирование и закалку с нагревом ТВЧ. Исправляют поверхность центровых отверстий до Ra = 0,16...1,25 мкм шлифованием на центрошлифовальных станках с планетарным и осциллирующим движениями режущего инструмента, которые обеспечивают соосность и геометрическую точность центровых фасок. Нарезается резьба за несколько операций. Предварительная обработка трапецеидальной резьбы производится с припусками (0,05...0,06)Р на толщину витка для винтов высокой жесткости и (0,08...0,12)Р на толщину витка для винтов средней и малой жесткости на резьбошлифовальных станках. Обработка ведется многониточными шлифовальными кругами из монокорунда или кругами из эльбора. Предварительное шлифование трапецеидальной резьбы производится с припуском (0,04...0,08)S на толщину витка на тех же станках кругами из эльбора. Окончательное шлифование трапецеидальной резьбы осуществляют на станках высокой и особо высокой точности при установке винта в центрах с поддерживающим люнетом и обильном охлаждении. Обработку рекомендуется производить однониточными кругами из эльбора. Выбор характеристики круга зависит от шага и длины резьбы и характера шлифования. Мелкие резьбы нарезают обычно кругами с меньшей зернистостью, чем резьбы с крупным шагом. С помощью мелкозернистых кругов получается менее шероховатая поверхность резьбы, но они менее производительные, чем крупнозернистые, и при интенсивных режимах резания могут дать прижоги. Слишком твердый круг быстро засаливается, слишком мягкий — быстро изнашивается, что влияет на точность изготовления винта. В связи с этим в процессе нарезания резьбы шлифовальные круги подлежат правке с определенным режимом. Например, правку кругов из эльбора рекомендуется производить алмазным карандашом Ш при скорости круга 30...35 м/с, продольной подаче карандаша 0,03 ... 0,05 м/мин и по157 даче на глубину 0,005...0,01 мм/ход. Для предварительного и чистового шлифования (перед окончательным) резьбы рекомендуется применять многониточные шлифовальные круги 44А 8—16 Ml—M2 и 8—12 К и из эльбора ЛО Л12—Л25 СМ1—СМ2 8К 100 % и однониточные 44А 8—16 ВМ1 — ВМ2 8—12 К (для сталей ХВГ и 7ХГ2ВМ). Производительность шлифования определяется соотношением между частотой вращения заготовки, глубиной резания и подачей. При шлифовании резьбы скорость круга 30...35 м/с, скорость заготовки 0,5 м/мин с числом рабочих ходов при многониточном круге 2...6. Посадочные шейки и опорные буртики винта после чистового шлифования подвергают окончательной обработке на станках высокой и особо высокой точности при обильном охлаждении. Применение СОЖ снижает трение и препятствует прилипанию стружки к шлифовальному кругу, что сохраняет его режущие свойства, а также способствует отводу теплоты и образующейся стружки, непосредственно влияющих на точность обрабатываемой поверхности. Температура СОЖ должна поддерживаться постоянной (+1...2 °С) автоматически. СОЖ очищают магнитными сепараторами, в центрифугах или каким-либо другим способом до размера взвешенных частиц не более 2 мкм (тонкая очистка). Выбор СОЖ в каждом конкретном случае зависит от обрабатываемого материала, требования к качеству обработки и др. Технологический типовой маршрут изготовления упрочненных объемной закалкой ходовых винтов диаметром 25...80 мм, длиной 500... 2000 мм 0—2-го классов точности из стали ХВГ в средне- и мелкосерийном производстве приведен ниже. 1. Отрезка заготовок и образцов-свидетелей; образцы-свидетели проходят все операции механической и термической обработки вместе с партией заготовок. 2. Термическая обработка — отжиг. 3. Обработка торцов и центровых отверстий на токарных станках при установке заготовки в патроне и люнете с переустановкой на 180° и обязательной выверкой заготовки. 4. Предварительная обработка наружных поверхностей на токарно-винторезных станках и токарных станках с ЧПУ. 5. Термическая обработка. Отжиг стабилизирующий (вместе с образцами-свидетелями). 6. Обработка торцов и центровых отверстий (перецентровка). 7. Обработка наружных поверхностей под шлифование на токар158 но-винторезных станках с подвижным люнетом и на токарных станках с ЧПУ с подводным программируемым люнетом. Припуск под резьбу 1,2...1,5 мм, припуск на посадочных поверхностях 0,5...0,8 мм. 8. Обработка пазов, отверстий и других конструктивных элементов. 9. Рекомендуется предварительное шлифование наружной поверхности под трапецевидную резьбу. 10. Термическая обработка. Закалка. Отпуск (вместе с образцамисвидетелями). 11. Шлифование центровых фасок. Параметр шероховатости Ra < 1,25 мкм. Допускается вместо шлифования центровые фаски притирать на токарных станках. 12. Предварительная обработка точных наружных поверхностей и торцов. Операция может производиться точением на токарных станках 16К20П резцами из эльбора-Р, минералокерамики ВОК-60 и других материалов или шлифованием на станках 3М151, 3М152 и др. 13. Предварительная обработка трапецевидной резьбы многониточными кругами на резьбошлифовальном станке. 14. Шлифование заходов резьбы на резьбошлифовальном станке. 15. Контроль на отсутствие трещин. 16. Термическая обработка. Отпуск стабилизирующий. 17. Шлифование центровых фасок, после чего Ra = 0,32...0,16 мкм. 18. Предварительное шлифование точных наружных поверхностей и торцов, окончательное шлифование их под метрическую резьбу и прочих поверхностей. Обработка осуществляется на круглошлифовальных станках высокой точности типов 3М151В, 3М152В, и др. с припуском на посадочные поверхности 0,2... 0,3 мм и наружную поверхность трапецевидной резьбы — 0,3 ... 0,4 мм. 19. Шлифование метрической резьбы. 20. Предварительное (получистовое) шлифование трапецевидной резьбы. Обработка производится с припуском (0,04... 0,08)S на толщину витка на резьбошлифовальных станках 5Д822В, MB-140 и др., предпочтительно кругами из эльбора. 21. Термическая обработка. Отпуск стабилизирующий. 22. Шлифование центровых фасок, после чего Ra = 0,32...0,16 мкм. 23. Получистовое шлифование точных наружных поверхностей и опорных торцов. 24. Получистовое шлифование трапецевидной резьбы с припуском (0,02...0,04)S на толщину витка. 25. Термическая обработка. Отпуск стабилизирующий. 159 26. Шлифование центровых фасок. Последние две операции выполняются для винтов малой жесткости 0—1-го классов точности резьбы. Эта операцию и все последующие выполняют в термоконстантном помещении. 27. Получистовое шлифование базовых наружных поверхностей, опорных торцов и окончательное шлифование прочих точных поверхностей. Наружную поверхность трапецевидной резьбы шлифовать окончательно по посадкам: для винтов 0—1-го классов точности — по h5; для винтов 2-го класса точности — по h6. 28. Окончательное шлифование трапецевидной резьбы. 29. Шлифование фасок на вершинах витков резьбы. 30. Окончательное шлифование базовых наружных поверхностей и опорных торцов. 31. Контроль. 4.5. Контроль ходовых винтов Параметры точности ходовых винтов (наружный, средний и внутренний диаметры, отклонение от круглости и от профиля продольного сечения поверхностей, угол профиля, шаг резьбы) контролируют в зависимости от класса точности ходовых винтов различными измерительными средствами: скобами с отсчетным устройством, СР, специальными и универсальными машинами, профильными шаблонами и специальными измерительными микроскопами, приборами для контроля погрешности шага. При измерении шага винта могут обнаружиться отклонения и других параметров точности. Измерение шага у винтов невысокого класса точности целесообразно производить с помощью шагомеров довольно простой конструкции по одной стороне профиля на отдельных его участках (длиной 50 и 300 мм). Для винтов более высокого класса точности шаг измеряют на специальных измерительных устройствах с использованием образцовых винтов высокой точности. Профиль резьбы можно измерять и специальным оптическим компаратором различного увеличения. 4.6. Изготовление винтов передач винт-гайка качения Изготовление винтов пар качения в известной степени аналогично изготовлению прецизионных винтов скольжения с упрочняемой объемной закалкой. Винты, изготовляемые из сталей ХВГ и других, подвергают в процессе изготовления неоднократной термической обработке с примене160 нием обработки холодом для придания винту необходимой твердости (не менее HRC3 60...62), износостойкости и длительного сохранения точности. Так как при объемной закалке винт значительно деформируется, то под резьбошлифование устанавливают большой припуск, и предварительное нарезание резьбы перед термической обработкой может оказаться малоэффективным (не экономичным). Для сокращения трудоемкости нарезания резьбы после закалки винтов до высокой твердости операцию резьбошлифования заменяют более прогрессивным процессом — предварительным нарезанием резьбы на токарно-винторезных станках особо высокой точности резцами, оснащенными пластинами из твердого сплава ВК6М или ВК3М с профилем, соответствующим профилю винтовой канавки. Резец имеет следующие геометрические параметры: передний угол -5°; задний угол 10°. Обработка ведется при скорости резания 20 м/мин и глубине резания 0,1 мм при подаче, равной шагу резьбы. При этом способе нарезания предотвращается появление трещин и значительно повышается производительность. Для получения полукруглого и арочного профиля на последующих операциях резьбошлифования абразивные круги правят с помощью специальных приспособлений. При шлифовании резьбы, которое делится на получистовое и чистовое, следует учитывать рекомендации, данные для изготовления прецизионных ходовых винтов скольжения. Для азотируемых винтов (сталь 3ОХ3ВА) необходимо иметь в виду, что глубина азотируемого слоя невелика (0,4...0,45 мм), особое внимание следует уделять деформациям винта при его механической обработке. Поэтому процесс нарезания резьбы предусматривает четыре операции: две первые — черновую и чистовую — производят резцом, а остальные две шлифовальным кругом — до азотирования и после него. 4.7. Особенности изготовления длинных ходовых винтов Ходовые винты большой длины, в основном для тяжелых станков, делают не цельными, а составными, что значительно уменьшает трудности их изготовления, хотя конструкция ходового винта и усложняется. Основная трудность — обеспечение технических требований после сборки такого винта из отдельно изготовленных секций. Соединение секций винта должно обеспечить необходимую точность и жесткость винта в целом. В большинстве случаев такие ходо161 вые винты выполняют по 3-му классу точности, а опорные шейки — по 7—6-му квалитетам. Рисунок 4.6. – Схема соединения секции составных ходовых винтов Конструктивно соединение секций винта выполняют различными способами. Выбор того или иного соединения зависит от размеров винта, числа стыкуемых секций. На рисунке 4.6 показана одна из распространенных конструкций соединения ходовых винтов тяжелого токарного станка 1660 (диаметр вала 85 мм, длина 14235 мм) и глубокорасточного станка 2959 (диаметр вала 170 мм, длина 46 000 мм). Обе секции винта 1 и 2 соединяют с помощью проставки 3, причем сначала обрабатывают одну секцию винта, в которую завернута на резьбе обработанная заранее проставка, и производят предварительное нарезание резьбы. Затем проставку вывертывают и соединяют с другой секцией винта. Проставка служит эталоном для нарезания резьбы на этой секции вала. Особенность технологического процесса изготовления составных ходовых винтов заключается в том, что отдельные секции винта и проставку обрабатывают отдельно, а затем совместно. При этом особое вниманиеуделяется точности посадочных наружных и внутренних соединительных поверхностей секции винта и проставки и их концентричности с наружными поверхностями винта. Посадочные отверстия под замок в секции винта растачивают и развертывают, допустимое отклонение от концентричности 0,01... 0,02 мм. В связи с этим наружную поверхность винта шлифуют. По этой поверхности, как по технологической базе, выставляют винт на операции обработки отверстия под замок. Предварительно нарезанные секции винта собирают с проставками 3, при этом опорные торцы должны плотно прилегать (проверка щупом 0,02 мм), их положение фиксируется коническими штифтами 4. На торцах секции винта и соединительной проставки ставят клеймо одного номера. В собранном виде винт устанавливают в центрах и люнете 162 и производят окончательное нарезание резьбы поочередно с двух концов, с поворотом винта на 180°. При калибровке резьбы на первой секции резьбу на проставке нарезают вместе с винтом. Вставленную проставку с окончательно нарезанной резьбой используют для настройки станка и инструмента. 163 6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛОВ 6.1. Особенности конструкций валов и требования к их точности Валы механических передач машин работают в условиях высоких нагрузок и частот вращения, что обусловливает повышенные требования к их конструкциям. Применяются валы гладкие и ступенчатые, сплошные и полые. Наибольшее распространение получили ступенчатые валы. Валы считаются жесткими, если отношение длины к диаметру не превышает 10, и нежесткими, если это отношение больше, т.е. ℓ/d<10 — жесткие, ℓ/d>10 — нежесткие. Нежесткие валы необходимо обрабатывать (точить, шлифовать и т.д.) с применением люнетов. Наиболее трудоемкими в изготовлении являются ступенчатые валы, имеющие шейки под подшипники и зубчатые колеса, шпоночные канавки, шлицевые, резьбовые поверхности. Из соображений экономичности изготовления следует считать наиболее технологичными валы, конструкция которых предусматривает возрастание диаметров ступеней к середине или одному из концов вала. В группу «валы» в машиностроении входят также оси, кольца, цапфы и другие детали, которые образуются в основном наружной поверхностью вращения (цилиндрической, а иногда конической) и несколькими торцовыми поверхностями (рисунок 6.1). Рисунок 6.1 – Детали класса валов 164 К валам предъявляются высокие требования по точности размеров, геометрической форме и взаимному расположению отдельных поверхностей. Состояние валов после обработки характеризуется следующими параметрами: точностью рабочих (квалитеты 6...8) и нерабочих (квалитеты 9,10) шеек; допуском формы шеек (рабочих — 0,01...0,02 мм, нерабочих — 0,02...0,04 мм); допуском биения рабочих шеек в заданном направлении относительно друг друга (0,02...0,04 мм); допуском биения в заданном направлении рабочих и нерабочих шеек (0,02...0,30 мм); допуском торцового биения (0,02...0,04 мм); неравномерностью шага шлицев и допустимым смещением шлицев относительно оси (не более 0,02...0,03 мм); шероховатостью поверхности посадочных шеек Ra = 1,25...0,40 мкм, нерабочих поверхностей Ra = 1,25...6,30 мкм. Некоторые валы должны быть статически и динамически сбалансированы. Дисбаланс валов не должен превышать 30...70 г·мм. Для изготовления валов в машиностроении широко используется конструкционная углеродистая сталь Ст3, Ст5. Валы для ответственных конструкций изготавливаются из качественных углеродистых сталей марок 25, 30, 40, 45, 50 и легированных хромистых сталей 15Х, 25Х, 35Х, 40Х, 45Х, а также 18ХГТ. Валы из среднеуглеродистых сталей подвергают термообработке до твердости 230...260 НВ, реже посадочные поверхности подвергают закалке токами высокой частоты до твердости 45...50 HRC. Шейки валов из низкоуглеродистых сталей для повышения износостойкости подвергают цементации на глубину 0,8...1,2 мм с последующей термообработкой до твердости 54...60 HRC. Выбор рационального способа изготовления заготовок для валов определяется их себестоимостью и последующей механической обработкой. В единичном и мелкосерийном производстве заготовки получают из горячекатаного, реже калиброванного проката путем резки последнего и последующей механической обработки. Заготовки из проката применяются при изготовлении не только гладких валов, но и ступенчатых с небольшим числом ступеней и незначительными перепадами их диаметров. Эти заготовки используются и в крупносерийном производстве. 165 В массовом производстве, а также при изготовлении валов сложной формы, имеющих большое число ступеней, значительно различающихся по диаметру, наиболее экономичными являются такие способы изготовления заготовок, которые позволяют получать их приближающимися по форме, размерам и массе к готовой детали. Прогрессивные способы изготовления заготовок валов — штамповка в закрытых штампах, высадка на горизонтально-ковочных машинах, горячее выдавливание, поперечно-винтовая прокатка, объемная холодная штамповка, радиальная ковка, электровысадка. Эти способы позволяют получать коэффициент использования материала 0,7 и выше. Применение поперечно-клиновой прокатки при изготовлении валов обеспечивает повышение коэффициента использования материала до 0,9, а высокая точность процесса — уменьшение припуска на механическую обработку до 1,0...1,5 мм. Типовой технологический процесс изготовления заготовок валов состоит из следующих операций: - разрезка горячекатаного прутка на мерные заготовки; - нагрев заготовок; - формообразование; - термическая обработка после формообразования; - правка на прессах. Заготовки разрезают на прессах или ножницах. Нагрев заготовок проводят в электроиндукционных установках. После пластического деформирования для снятия внутренних напряжений проводят термическую обработку заготовок валов. Способ термообработки обусловливается материалом заготовки. Для низкоуглеродистых сталей рекомендуется нормализация, для сталей марки 35Х — отжиг, для сталей марок 45, 40Х — улучшение. Заготовки чугунных валов изготавливают литьем. Литье в оболочковые формы позволяет получать заготовки валов высокой точности, исключать токарные операции и ограничиваться только шлифованием. 6.2.Типовые технологические процессы обработки валов Несмотря на большое разнообразие размеров и конструктивных форм, валы подвергаются одинаковым процессам изготовления. Типичными установочными базами для них являются центровые отверстия. На некоторых операциях обработки при воздействии изгибающие сил резания, например при фрезеровании плоскостей, сверлении радиальных отверстий, в качестве установочных баз используют обработанные шейки. 166 В зависимости от конструкций или программы выпуска изделий технологические процессы изготовления валов могут различаться только последовательностью обработки или введением дополнительных операций. Типовую схему процесса изготовления валов можно представить следующим образом: 1) подготовка технологических баз — подрезание торцов и центрование. Эту операцию при серийном и массовом производстве выполняют на центровальных и фрезерно-центровальных станках двустороннего или барабанного типа; 2) черновая токарная обработка обоих концов вала, подрезание торцов и уступов; 3) чистовая токарная обработка, осуществляемая в той же последовательности, что и черновая. Наружные поверхности валов обтачивают на токарно-копировальных и многорезцовых одно- и многошпиндельных автоматах; 4) черновое шлифование шеек вала, служащих дополнительными базами при фрезеровании, сверлении, растачивании отверстий на одном из концов вала; 5) правка заготовки при изготовлении нежестких валов; 6) черновая и чистовая обработка фасонных поверхностей — нарезание шлицев, зубчатых венцов, фрезерование кулачков и т.д.; 7) выполнение последующих операций — сверления, развертывания, нарезания резьбы, фрезерования лысок, шпоночных канавок; 8) термическая обработка всей детали или отдельных ее поверхностей; 9) правка вала; 10) черновое и чистовое шлифование наружных поверхностей, торцов, отверстий; 11) доводка особо точных поверхностей. Оборудование для выполнения типового процесса может быть разным, но порядок и характер операций при изготовлении валов должны оставаться неизменными. При разработке технологических процессов изготовления валов необходимо руководствоваться типовыми технологическими процессами обработки различных поверхностей (таблица 6.1). 167 Таблица 6.1 – Типовые технологические процессы (операции) обработки различных поверхностей валов в условиях серийного производства Поверх- Точность Шероховатость Характер и последовательности Ra, мкм ность выполнения операций (переходов) Незака- Квалитет 25 и грубее Черновое точение на станках ливае11 и грукласса Н мые бее цилиндричеКвалитет 3,2 и грубее Черновое и чистовое точение ские на станках класса Н 9 и груи кони- бее ческие 1.Черновое, чистовое (получиКвалите- 0,4…1,6 стовое) точение и круглое ты 6…8 шлифование на станках класса Н 2.Предварительное и чистовое точение на станках класса П Закали- Квалите- 0,4…1,6 1.Черновое и получистовое товаемые ты 6…8 чение, закалка и круглое шлицилинфование на станках класса Н дриче2.Черновое, чистовое (получиские стовое) точение, закалка, чии конистовое точение на станках ческие класса П с использованием сверхтвердых режущих материалов на основе нитрида бора (композит 01), карбонада (например марки АСПК) и др. Незака- Квалитет 0,4…1,6 1.Черновое и чистовое точеливае6 наружние, круглое шлифование, мые него диашлицефрезерование шлице- метра 2.Черновое и чистовое точевые поние, круглое шлифование, верхношлицефрезерование, круглое сти шлифование 168 Закаливаемые шлицевые поверхности Цилиндрическая со шпоночной канавкой Квалитет 0,4…1,6 6, 7 внутреннего диаметра Ширина 1,6 канавки квалитетов 8, 9, точность 0,4…0,8 диаметра квалитетов 8,9 8h…8g 1,6 Резьбовая (крепёжная резьба) с нормальным и мелким шагом Резьбо- 4h…6g вая с нормальным и мелким шагом 0,8 1.Черновое и чистовое точение, шлицефрезерование, закалка, шлицешлифование 2.Получистовое точение, шлицефрезерование, закалка, шлицешлифование 1.Черновое и чистовое точение, шпоночное фрезерование, круглое шлифование 2.Получистовое точение, фрезерование шпоночного паза, круглое шлифование 1.Черновое и чистовое точение, нарезание резьбы плашками или резьбофрезерование 2.Получистовое точение, нарезание резьбы плашками или резцами 3.Получистовое точение, накатывание резьбы 1.Черновое и чистовое точение, нарезание резьбы резцами 2.Черновое и чистовое точение, резьбонакатывание, шлифование резьбы 6.3. Изготовление вала в условиях среднесерийного производства Получение исходной информации. В качестве примера принят вал (рисунок 6.2), материал — сталь 20Х, масса детали 4,9 кг, годовой объем выпуска 1250 шт., режим работы двухсменный при 40-часовой рабочей неделе. Технологический контроль чертежа. Деталь представляет собой ступенчатый вал. Точность изготовления основных поверхностей находится в пределах квалитетов 6...8. Отношение длины (325 мм) к диа169 метру (в среднем 50 мм) составляет 6,5. Вал можно считать достаточно жестким, что не вызывает трудностей в получении заданной точности. Шероховатость посадочных шеек находится в пределах 1,25 мкм, точность расположения поверхностей — в пределах 0,02 мм. Весьма мал допуск на погрешность формы шеек диаметром 45 мм. Диаметральные размеры шеек вала уменьшаются к концам. Конфигурация вала, размеры поперечных канавок позволяют производить обработку на токарных станках различного типа. Обеспечение точности и шероховатости диаметральных поверхностей не вызывает трудностей. Необходимо отметить некоторые недостатки конструкции детали. На валу имеется три шпоночных паза: два закрытого типа и один полузакрытого на резьбовом конце. Вызывает сомнение правильность такого конструктивного решения. Для уменьшения номенклатуры инструментов целесообразно применять один размер: 14N9 или 16N9. Для шеек диаметром 45 мм рекомендуемым номинальным размером шпоночных пазов является размер 14. Поэтому в обоих случаях принимаем размер шпоночных пазов 14N9. Определение типа производства. Пользуясь справочными таблицами, можно установить, что производство серийное. Величина партии деталей: n N a m где N — годовая программа выпуска деталей одного наименования, шт.; а — необходимый запас деталей на складе, дней; m — количество рабочих дней в году (при пятидневной рабочей неделе m = 254). Если принять: а = 6 дней, N = 1250 штук, m = 254 дней. n 1250 6 29,52 30штук . 254 По величине партии в 30 штук можно уточнить, что производство среднесерийное. Выбор вида заготовки. В связи с небольшим объемом производства в качестве заготовки принимают прокат горячекатаный (ГОСТ 2590-91). Заготовки получают путем резки прутка дисковыми пилами. Диаметр прутка выбирают по наибольшему диаметру детали с учетом припуска на обработку и стандартного ряда диаметров согласно ГОСТ 2590-91. Длина заготовки принята равной 328-0,8. 170 Рисунок 6.2 – Вал быстроходный Предварительная разработка технологического маршрута. Серийное производство в настоящее время имеет свои особенности. Широкое распространение в нем получили станки с ЧПУ и промышленные роботы. Использование станков с ЧПУ позволяет сконцентрировать ряд операций на одном рабочем месте. Оборудование должно иметь возможность его быстрой переналадки на выпуск других деталей, сходных по технологическому процессу с рассматриваемой, т.е. обеспечивать возможность групповой обработки. В качестве оборудования используются в основном станки с ЧПУ. Разработанный технологический маршрут обработки вала приведен в таблице 6.2. Маршрут и принятое оборудование позволяют обрабатывать ступенчатые валы различного назначения. Таблица 6.2 – Технологический маршрут механической обработки вала (серийное производство) Но- НаименоваЭскиз обработки, базирование Оборудомер ние и содервание опе жание операрации ции 000 ЗаготовиКруглотельная пильный автомат 8Г642 010 Фрезерноцентровальная операция: фрезерование торцов и центрование Фрезерноцентровальный полуавтомат МР-76М Продолжение таблицы 6.2 Токарновинторезный станок 16К20Т1 020 Токарная операция: обработка со стороны выходного конца вала 030 Токарная операция: обработка со стороны резьбового конца вала Токарновинторезный станок 16К20Т1 040 Фрезерная операция: фрезерование шпоночных пазов Вертикальнофрезерный станок 6Р13Ф3 и револьверная головка 173 Продолжение таблицы 6.2 Печь цементационная Ц105, печь отпускная Шлифовальный станок 3Т161Е 045 Термическая операция: цементация, закалка, отпуск 050 Шлифовальная операция: шлифовать поверхности Ø50к6, Ø45h8 и торец 060 Шлифовальная операция: шлифовать поверхности Ø45n7, Ø50k6 и торцы Шлифовальный станок 3Т161Е 070 Слесарная операция: калибрование резьбы Моечная операция Контрольная операция: контроль всех диаметров и длин и шпоночных пазов Верстак слесарный 075 080 Моечная машина Стол ОТК 174 6.4. Изготовление вала в условиях массового производства Один из вариантов технологического маршрута изготовления вала в условиях массового производства, содержащий эскизы обработки с рассчитанными допусками, приведен в таблице 6.3. Таблица 6.3 – Технологический маршрут механической обработки вала (массовое производство) Номер НаименоЭскиз обработки, базирование Оборудоопе- вание и сование рации держание операции 000 ЗаготовиПресс тельная штапмооперация вочный 010 Фрезерноцентровальная операция: фрезерование торцев и центрование Фрезерноцентровальный полуавтомат МР-76М 020 Токарная операция: черновая обработка со стороны выходного конца вала Токарный многорезцовый полуавтомат 1Н713 175 Продолжение таблицы 6.3. Токарный многорезцовый полуавтомат 1Н713 030 Токарная операция: черновая обработка со стороны резьбового конца вала 040 Токарная операция: чистовое точение со стороны выходного конца вала Токарный многорезцовый полуавтомат 1Н713 050 Токарная операция: чистовое точение со стороны резьбового конца вала Токарный многорезцовый полуавтомат 1Н713 060 Фрезерная операция: фрезерование шпоночного паза на выходном конце вала Шпоночнофрезерный станок 692Р 176 Продолжение таблицы 6.3. Шпоночнофрезерный станок 692Р 070 Фрезерная операция: фрезерование шпоночного паза на ступени под шестерню 080 Фрезерная операция: фрезерование резьбы М42х1,5-7h Резьбофрезерный полуавтомат 5К63 090 Фрезерная операция: фрезерование паза +0,1 6 Шпоночнофрезерный станок 692Р 095 Гальваническая операция: меднение резьбового конца вала Термическая операция: цементация+закалк а+отпуск Ванна гальваническая 100 Безмуфельный агрегат 177 110 Шлифовальная операция: шлифование ступени вала и торца Продолжение таблицы 6.3. Торцекруглошлифовальный полуавтомат 3Т161Е 120 Шлифовальная операция: шлифование ступеней вала и торцов Торцекруглошлифовальный полуавтомат 3Т161Е 130 Шлифовальная операция: шлифование ступени вала Резьбонарезная операция: калибрование резьбы Моечная операция: промывка детали Контрольная операция Круглошлифовальный станок 3М153Е Резьбонарезной станок 5Д07 140 145 150 Моечная машина Стол ОТК 178 Заготовки деталей обрабатываются на автоматической линии. Планировка линии приведена на рисунке 6.3. Автоматическая линия обработки вала редуктора состоит из двух участков: участка обработки вала до термообработки и участка обработки вала после термообработки. Металлорежущие станки 2 установлены по ходу технологического процесса. Для загрузки заготовок и разгрузки деталей использованы магазины 3, в которых заготовки и детали находятся в ориентированном положении. Загрузка магазинов в начале линии производится оператором, а передача деталей от станка к станку — с помощью шагового транспортера 5. Непосредственная загрузка станков осуществляется двурукими автооператорами 4. Уборку стружки обеспечивает шнековый транспортер 1. В связи с тем, что обработка вала ведется с двух сторон, для исключения кантователей, усложняющих линию, применен следующий подход: токарные и шлифовальные станки, обрабатывающие деталь с различных сторон, установлены по принципу «фронт к фронту». В таблице 6.4 приведены схемы технологических процессов изготовления первичного вала коробки передач, вторичного вала и промежуточного вала. Анализ таблицы показывает, что ступенчатые шлицевые валы и валы с зубчатыми венцами обрабатываются по единой технологической схеме. Основное различие при изготовлении заключается в том, что у шлицевого вала фрезеруют или накатывают шлицы, у валашестерни нарезают зубчатый венец. Для обеспечения заданных точности и шероховатости отдельных поверхностей детали вводят доводочные операции: микрофиниширование или полирование. 6.5. Особенности выполнения основных операций обработки валов При выполнении основных операций изготовления ступенчатых валов за установочные базы принимают поверхности центровых отверстий заготовки. Если заготовку устанавливают на плавающий передний центр, то установочной базой будет торец заготовки, примыкающий к торцу переднего центра. Применение плавающего переднего центра исключает погрешность базирования при выдерживании длин ступеней от левого торца. Рассмотрим отдельные операции обработки заготовок ступенчатых валов. 179 Рисунок 6.3 – Автоматическая линия для обработки вала быстроходного Таблица 6.4 – Схемы технологического процесса изготовления первичного, вторичного и промежуточного валов коробки передач Операция механической обработки Вал Первичный (сталь 20ХГМ) Вторичный (сталь 20ХГН М) Промежуточный (сталь 15ХГНТ2 А) Центровальная + + + Черновая токарная + + + Чистовая токарная + + + Правка + Черновое шлифование шеек под подшипник + + Токарная + Нарезание шлицев + + Накатывание рифлений + Фрезерование зубьев + + Долбление зубьев + Закругление зубьев + + Шевингование зубьев + + Сверление отверстий + + + Фрезерование шпоночных пазов + + Нарезание резьбы + + Термообработка + + + Зачистка центров + + Правка + + Окончательное шлифование шеек + + + Шлифование отверстия под подшипник + Хонингование отверстия под подшипник + Микрофиниширование шеек вала + П Хонингование зубьев венцов + + Обкатка с эталонной шестерней + + Промывка + + + Окончательный контроль + + + Примечание. Знаком «+» обозначено выполнение операции, знаком «-» — недопустимость ее применения, знаком «П» — операция полирования. Подрезание торцов и центрование. Первые технологические переходы при изготовлении ступенчатых валов — подготовка технологических баз, т.е. подрезка торцов и их зацентровка. В зависимости от масштаба выпуска валов эти переходы можно выполнять с применением различного оборудования. При обработке заготовок нежестких валов необходимо дополнительно проточить или прошлифовать шейки под люнет. Торцы заготовок имеют дефекты, обусловленные способом получения заготовок (штамповочные уклоны, сколы, неперпендикулярность и т.п.). Поэтому первой операцией обычно является обработка торцов с целью устранения дефектов и получения общей длины вала в пределах, заданных чертежом. Исключение составляют заготовки, полученные на отрезных автоматах или токарно-отрезных станках, обеспечивающих точность по длине в пределах 0,5 мм. Торцы, имеющие припуск, можно обрабатывать на токарных и фрезерных станках, фрезерно-центровальных, протяжно-центровальных полуавтоматах. Полуавтоматы применяют в крупносерийном и массовом производстве. В средне- и мелкосерийном производстве эти операции выполняют на фрезерно-центровальных станках ФЦ-1 и ФЦ-2. Центрование отверстий осуществляют центровыми сверлами. Размеры отверстий назначают в зависимости от диаметра заготовок. При обработке на фрезерно-центровальном полуавтомате МР-76М барабанного типа (рисунок 6.4): сначала устанавливают заготовку (позиция I); затем выполняют фрезерование торцов (позиция II) и центрование отверстий (позиция III). На каждой позиции инструмент имеет индивидуальную подачу. После окончания обработки барабан с приспособлениями поворачивается на угол 120° для смены позиций. Рисунок 6.4. – Схема обработки заготовки на фрезерно-центровальном полуавтомате МР-76М 182 Токарная обработка. Основным методом получения поверхностей деталей типа тел вращения является токарная обработка. При черновой обработке заготовок ступенчатых валов на токарных станках, когда в качестве заготовки взят прокат, важно правильно выбрать последовательность обработки отдельных ступеней. Рассмотрим черновую обработку одного конца ступенчатого вала из проката диаметром 100 мм (рисунок 6.5, а). Возможные варианты обработки ступеней этого вала показаны на рисунке 6.5, б-д. По первой схеме (рисунок 6.5, б) каждая последующая ступень обрабатывается отдельно после выполнения предшествующей ступени; при этом общая длина рабочего хода резца 400 мм, длина холостого хода 400 мм, глубина резания 3,5...11 мм. При обработке по второй схеме (рисунок 6.5, в): длина рабочего хода равна 550 мм, а длина холостого хода равна 550 мм; по третьей схеме (рисунок 6.5, г): длина рабочего хода равна 650 мм, а длина холостого хода равна 650 мм, по четвертой схеме (рисунок 6.5, д): длина рабочего хода равна 800 мм, а длина холостого хода равна 800 мм. Наименьшая длина как рабочего хода, так и холостых перемещений резца получается при обработке по первой схеме. Следовательно, она обеспечивает наибольшую производительность. Однако при недостаточной мощности станка работа с большой глубиной резания (t = 3,5...11 мм) может оказаться невозможной. В этом случае наибольшая производительность будет при работе по четвертой схеме. На рациональный выбор той или иной схемы обработки заготовок ступенчатых валов оказывает влияние и жесткость технологической системы. Рисунок 6.5. – Схема черновой обработки заготовок ступенчатых валов 183 Выбор станков для токарной обработки заготовок деталей валов определяется типом производства и конструкцией последних. В индивидуальном производстве обработку обычно ведут на универсальных станках и станках с программным управлением (для крупных валов). В мелко- и среднесерийном производстве используют токарноревольверные станки и станки с программным управлением. В крупносерийном и массовом производстве обработку валов ведут на токарных многошпиндельных автоматах, многорезцовых и гидрокопировальных полуавтоматах. Использование станков с программным управлением снижает вспомогательное время в 2-10 раз, уменьшает брак (особенно при обработке заготовок сплошных валов) и позволяет применять многостаночное обслуживание. На многошпиндельных автоматах обрабатывают заготовки валов из пруткового материала небольшой длины (до 200 мм). Многорезцовая обработка обеспечивает сокращение основного времени за счет уменьшения длины резания. Ее использование наиболее целесообразно при обработке заготовок ступенчатых валов, когда ступени располагаются по возрастающей. Обработку можно выполнять по трем схемам (рисунок 6.6). Чтобы полностью использовать преимущества многорезцовой обработки, необходимо обеспечить одновременную работу всех суппортов. Рисунок 6.6. – Варианты обработки заготовки вала на многорезцовом полуавтомате: 1-3 — резцы 184 При использовании проката в качестве заготовки обработку ведут по методу деления припуска: Z1, Z2, Z3 (рисунок 6.6, а), так как на участках с меньшими диаметрами припуск получается большим. При изготовлении валов из ступенчатых заготовок ход продольного суппорта определяется длиной ℓ1 наибольшей ступени (рисунок 6.6, б) или ℓ3 наименьшей ступени (рисунок 6.6, в). В последнем случае для обработки остальных ступеней устанавливают по нескольку резцов. Количество резцов в наладке лимитируется жесткостью обрабатываемых деталей, мощностью станка и сложностью конструкций резцедержателей. По производительности многорезцовое обтачивание не всегда имеет преимущество перед обтачиванием на гидрокопировальных полуавтоматах, что объясняется большими затратами подготовительнозаключительного времени и времени технического обслуживания. Обработка ведется на пониженных скоростях резания. Обработка на гидрокопировальных полуавтоматах имеет ряд преимуществ перед многоинструментной обработкой. Малое число резцов и простая установка копира сокращают время на наладку станка, допускают обработку на высоких скоростях. Это позволяет применять данные станки и в серийном производстве. Рисунок 6.7. – Схема обработки заготовок вала на гидрокопировальном станке: 1— щуп; 2 — копир; 3 — барабан На гидрокопировальных станках (рисунок 6.7) выполняют предварительную и чистовую обработку заготовок нежестких валов, чистовое точение заготовок с длинными шейками вала, которые из-за высоких требований к шероховатости нельзя обрабатывать на многорезцовых станках путем деления длины. Обработка обеспечивает более вы185 сокую точность (обычно выдерживается допуск 0,05...0,06 мм). Выпускаемые модели гидрокопировальных станков позволяют обрабатывать валы диаметром до 320 мм и длиной до 1600 мм. Шлифование валов. При обработке заготовок деталей типа валов в машиностроении задачу образования основных конструктивных поверхностей вращения в большинстве случаев удается решить токарной обработкой. Однако при обработке шеек валов по квалитетам 6...8 при шероховатости Ra = 2,5...0,63 мкм и выше экономичнее применять шлифование. Оно является основным при обработке закаленных поверхностей валов. В связи с развитием силового шлифования обработку шеек жестких валов ведут сразу на круглошлифовальных станках вместо предварительного многорезцового обтачивания. При этом с заготовки, получаемой путем точной штамповки, снимают припуск на сторону 2,0...2,5 мм. В технологическом маршруте обработки заготовок валов шлифовальные операции могут занимать различное место в зависимости от конструктивных и технологических особенностей деталей. При обработке заготовок, подвергнутых закаливанию, шлифовальные операции являются завершающими. При этом часто возникает необходимость правки центровых отверстий (путем их зачистки, притирки, шлифования и т.п.) для снятия окалины и устранения дефектов, образовавшихся в процессе термообработки. Шлифование термически необработанных валов выполняют после окончания всех фрезерных, сверлильных и других операций, что предохраняет шлифованные поверхности от повреждения при дальнейшей обработке и транспортировке. Выполнение шлифования после токарной обработки повышает точность обработки, так как поверхности не прерываются шпоночными пазами, лысками, отверстиями. Такая последовательность создает удобства для выполнения дальнейшей механической обработки. Окончательно обработанные шейки вала можно использовать в качестве установочных и измерительных баз. Шлифование валов производят на круглошлифовальных и бесцентрово-шлифовальных станках одним из существующих способов (рисунок 6.8). Продольную подачу применяют при обработке поверхностей значительной длины. Шейки малой длины обрабатывают путем врезания. В массовом производстве шлифование этим способом часто выполняют по автоматическому циклу с применением приборов активного контроля, которые выключают поперечную подачу при достижении заданного размера. При обработке на бесцентрово-шлифовальных станках не 186 требуется баз для установки и крепления деталей. Гладкие валы (пальцы, оси) на этих станках шлифуют способом продольной подачи. Простота обработки позволяет в массовом производстве компоновать автоматические линии из таких станков с простейшей транспортной системой и приборами активного контроля для черновой и получистовой обработки. Рисунок 6.8. – Схемы обработки заготовок валов: а — на круглошлифовальных станках; б — на бесцентрово-шлифовальных; I — способом продольной подачи; II — способом глубинного шлифования; III — способом поперечной подачи (врезания); IV — способом продольной подачи; V — способом поперечной подачи Фрезерная обработка. Валы имеют ряд конструктивных элементов, необходимых для установки и крепления зубчатых колес, втулок, шкивов, звездочек и других деталей. К таким элементам относятся лыски, шпоночные пазы, шлицевые поверхности. В мелкосерийном и индивидуальном производстве фрезерование лысок, шпоночных пазов выполняют на универсальных горизонтально- и вертикальнофрезерных станках. Шпоночные канавки под сегментные шпонки фрезеруют диско187 выми пазовыми фрезами, радиус которых соответствует радиусу паза. Фрезерование врезных шпоночных канавок обычно выполняют концевыми фрезами. Для облегчения врезания фрезы на входе канавки высверливают отверстия диаметром, равным ширине паза. В крупносерийном и массовом производстве для фрезерования врезных шпоночных пазов используют специализированные шпоночнофрезерные станки, работающие по принципу маятниковой подачи с углублением фрезы на 0,2...0,3 мм на каждый ход. При этом нет необходимости высверливать отверстия. При наличии на валу нескольких шпоночных пазов обработку ведут на многошпиндельных шпоночнофрезерных станках. Операцию фрезерования лысок в серийном и массовом производстве выполняют обычно в многоместных приспособлениях. Двусторонние лыски обрабатывают на многошпиндельных станках с помощью набора дисковых фрез. Наиболее производительным процессом обработки лысок может быть протягивание на станках для наружного протягивания. Шлицевые поверхности валов по конструкции могут быть прямобочными, треугольными, эвольвентными. Шлицевые соединения с прямобочными шлицами можно выполнять с центрованием втулки по внутреннему и наружному диаметрам, соединения с эвольвентными и треугольными шлицами — с центрованием по боковым поверхностям. На шлицевые соединения устанавливают жесткие нормы точности и технические условия. Так, допустимые отклонения, неравномерность шага шлицев и смещение их относительно оси не должны превышать 0,02...0,03 мм. Обработку шлицев на валах можно выполнять фрезерованием, строганием, долблением, протягиванием и накатыванием. Наиболее распространено фрезерование на шлицефрезерных станках обкаткой. Этим же способом можно фрезеровать шлицы всех профилей на зубофрезерных станках. Обработка ведется червячными фрезами за один или два (при диаметре 80 мм) прохода. В индивидуальном и мелкосерийном производстве обработку шлицев можно выполнять на фрезерных станках общего назначения, применяя копирование и профильные фрезы. Для деления вала на заданное число шлицев применяют универсальные делительные головки. Строгание шлицев на валах выполняют многорезцовыми строгальными головками способом копирования. Долбление можно осуществлять многорезцовыми головками путем копирования и долбяками путем обкатки. Этими способами обычно обрабатывают короткие шлицевые поверхности. 188 Значительно более производительным (в 5-10 раз) по сравнению с фрезерованием является протягивание, которое широко применяется для обработки открытых шлицевых пазов, чтобы инструмент имел выход. При протягивании пазов с радиальным выходом усложняется конструкция протяжки (выдвижные зубья). При изготовлении шлицевых поверхностей практически любого размера наиболее перспективным является процесс холодного накатывания шлицев. Накатывание можно осуществлять рейками, валиками, роликами, многороликовыми профильными головками. Согласно экспериментальным данным накатанные шлицы при скручивании на 10...20 % прочнее шлицев, полученных резанием. Рассмотренные способы получения шлицевых поверхностей обычно позволяют добиваться требуемого качества без дополнительной обработки. Рисунок 6.9. – Схемы шлифования шлицев Шлицы закаливаемых валов шлифуют на шлицешлифовальных полуавтоматах. Схемы шлифования зависят от способа центрования. Так, при центровании по внутреннему диаметру шлифование может производиться профильным кругом с одновременным шлифованием боковых поверхностей (рисунок 6.9, а). При центровании по наружному диаметру боковые поверхности шлифуются двумя кругами (рисунок 6.9, б). Шлифование наружной поверхности выполняется на обычных круглошлифовальных станках. Сверление отверстий. Для получения отверстий на торцах или поверхностях вращения валов используют сверлильные операции. Обработку концентрических отверстий на торцах валов можно выполнять в процессе подготовительных операций на фре-зерно-центровальных полуавтоматах. При этом вместо центровального сверла используют 189 спиральное сверло требуемого диаметра. При сверлении глубоких отверстий (длина в пять раз больше диаметра) применяют сверла для глубокого сверления с принудительной подачей охлаждающей жидкости в зону резания. Обработку ведут на горизонтально-сверлильных и сверлильных станках для глубокого сверления. Остальные отверстия обрабатывают на сверлильных станках общего назначения с использованием специальных приспособлений — кондукторов. Для повышения производительности можно применять многоместные приспособления. Если в валах надо обработать большое количество отверстий, то целесообразно применять агрегатные многошпиндельные станки. Если отверстия занимают определенное угловое положение относительно ранее обработанных пазов, лысок и других элементов в конструкции приспособлений, то следует ввести дополнительные установочные элементы (ориентировочные). Для направления инструмента приспособления снабжают кондукторными втулками. В индивидуальном и мелкосерийном производстве сверление отверстий выполняют по разметке, без применения каких-либо специальных приспособлений. В среднесерийном производстве можно использовать сверлильные станки с программным управлением. В качестве приспособлений наиболее экономично применять универсальносборные приспособления. Нарезание резьбы. На валах нередко предусматривается нарезание резьб как на наружных поверхностях, так и в отверстиях. Нарезание резьб в отверстиях в большинстве случаев выполняют метчиками при совмещении с токарными операциями (при нарезании резьб в торцовых концентрических отверстиях) или отдельно на специализированных резьбонарезных станках. Нарезание резьб метчиками выполняют с реверсированием вращения метчика в конце рабочего хода для вывинчивания и без реверсирования — со сквозным проходом метчика через обрабатываемое отверстие. Для крепления метчиков на станках используют специальные патроны, дающие некоторую свободу перемещения метчика в продольном и радиальном направлениях для возможности его самоустановки по обрабатываемой детали. Нарезание внутренних резьб резцами, резьбонарезными головками, резьбофрезерованием и накатыванием применяют обычно при достаточно больших диаметрах резьбы. Получение наружных резьб в технологическом маршруте обработки валов занимает различное место. Нарезание резьб может быть переходом к операции токарной обработки или самостоятельной опера190 цией. При указании места этой операции в технологическом маршруте необходимо учитывать размеры и точность изготовления резьбы, насыщенность токарной операции, объем партии деталей и т.д. Эти же факторы обусловливают выбор одного из следующих способов нарезания резьбы: резцами, гребенками, плашками, резьбонарезными самораскрывающимися головками, фрезерованием, шлифованием, накатыванием. Нарезание резьб резцами и гребенками выполняют в основном в единичном и мелкосерийном производстве на токарно-винто-резных станках. Процесс малопроизводителен вследствие больших затрат времени на холостые ходы и невозможности работы на высоких скоростях. Этот способ используют при нарезании нестандартных резьб, червяков, прямоугольных резьб, при получении резьб, строго соосных с другими поверхностями валов. Нарезание резьб круглыми плашками выполняют на токарных и револьверных станках, автоматах и полуавтоматах. Державки, применяемые для установки плашек, должны давать некоторую свободу перемещения плашки в продольном и радиальном направлениях. Нарезание резьб плашками не обеспечивает высоких качеств резьбы и производительности вследствие наличия у плашки нешлифованного профиля резьбы, работы на низких скоростях и больших затрат времени на свинчивание плашки. Получение резьбы более высокого качества и с большей производительностью достигается применением самораскрывающихся резьбонарезных головок (рисунок 6.10). Головка снабжена четырьмя круглыми или призматическими плашками, имеющими шлифованные рабочие поверхности. В конце рабочего хода плашки раздвигаются, обеспечивая быстрый отвод головки. Такими головками нарезают резьбу на револьверных станках, токарных автоматах и полуавтоматах. Если нарезание резьбы планируется отдельной операцией, то применяют болтонарезные станки. Рисунок 6.10. – Самораскрывающаяся резьбонарезная головка: а — схема; б — общий вид 191 Фрезерование резьбы выполняют на резьбофрезерных станках дисковыми (при фрезеровании длинных резьб) и гребенчатыми (при фрезеровании коротких резьб) фрезами. Валы машин имеют обычно короткие резьбы, поэтому наибольшее применение получило фрезерование гребенчатыми фрезами (рисунок 6.11), обеспечивающее высокую производительность и точность обработки резьб. Рисунок 6.11. – Схема фрезерования коротких резьб гребенчатой фрезой Шлифование резьб при изготовлении деталей машин практически не применяют. Необходимость применения этого способа может возникнуть при изготовлении резьб очень высокой точности или при получении резьб на закаленных деталях. Тогда шлифование производят на резьбошлифовальных станках одно- или многониточными кругами. Самым производительным способом получения резьб является накатывание (в 10-20 раз производительнее нарезания резьбовыми головками). Накатыванием получают резьбы квалитета точности 6. Наивысшей производительности изготовления валов в крупносерийном и массовом производстве достигают созданием автоматических линий, которые компонуют из токарных (гидрокопировальных и многорезцовых) и фрезерно-центровальных полуавтоматов, шлифовальных станков и оснащают транспортными и загрузочными устройствами, средствами активного контроля и блокировки. 6.6.Контроль валов Контроль валов включает проверку диаметров шеек, длин участков, биения шеек валов относительно оси, проверку отдельных конструктивных элементов валов (шлицевых поверхностей, шпоночных 192 канавок, резьб, галтелей и т.п.). Помимо этого выполняют контроль твердости деталей или заготовок после термической обработки и дефектоскопию. При серийном и массовом производстве контроль диаметров валов выполняется с помощью предельных и индикаторных скоб, проверка длин участков — с помощью предельных шаблонов или линейных скоб. При мелкосерийном производстве используется универсальный инструмент: штангенциркули, микрометры, линейки. Контроль биения шеек вала осуществляется после его установки в центрах или на призмах. Биение определяется с помощью прибора индикаторного типа. Для проверки радиусов галтелей применяются шаблоны. Шлицевый участок вала контролируется с помощью предельных калибров. Предельными скобами проверяют наружный и внутренний диаметры (если они подлежат контролю) и ширину гребня. Кроме того, с помощью проходного комплексного шлицевого кольца проверяют правильность взаимного расположения отдельных элементов профиля. Шпоночные пазы контролируют плоскими предельными калибрами, резьбы на валах — предельными резьбовыми кольцами. Для оценки отклонений от круглости (овальности), огранки, волнистости валов в сечениях, перпендикулярных к их осям, используются кругломеры моделей 218, 255, ВЕ-20А и ВЕ-37, регистрирующие результаты измерений электротермическим способом на круглограммах в полярных координатах. Наибольшее отклонение от круглости деталей, обработанных на металлорежущих станках, определяют по-разному: как наибольшее расстояние от окружности, вписанной в реальный профиль; как наибольшее расстояние от окружности, описанной вокруг реального профиля; как наибольшее отклонение от средней окружности профиля; как наибольшее расстояние от окружности, прилегающей к реальному профилю. В зависимости от способа измерения круглости различия в её величине не превышают 10 %, поэтому для анализа можно пользоваться любым способом. Однако наиболее подходящим для измерения круглости с помощью ЭВМ является способ измерения отклонения от средней окружности. В этом случае отклонение от круглости соответствует размаху развертки реального профиля. 193
