Обработка деталей со сложной установкой. Изготовления стола Закрепление детали на токарном станке
К таким деталям относятся эксцентрики, эксцентриковые и коленчатые валы. Они характеризуются наличием поверхностей с параллельно смещенными осями. Величина смещения осей называется эксцентриситетом.
Обработка эксцентриковых деталей на токарных станках может осуществляться: 1) в 3-кулачковом патроне; 2) на оправке; 3) в 4-кулачковом патроне или на планшайбе; 4) по копиру; 5) в смещенных центрах; 6) при помощи центросместителей.
Обработка эксцентриков. Эксцентрики небольшой длины могут быть обработаны одним из первых четырех способов.
Для уменьшения погрешности установки подкладку рекомендуется вырезать из кольца, отверстие которого выполняется по диаметру обрабатываемой детали. На выпуклой стороне подкладки срезают углы так, чтобы опорная площадка b была меньше ширины рабочей поверхности кулачка.
Если заготовка эксцентрика имеет ранее выполненное отверстие, ее обрабатывают с установкой на оправке. На торцах последней расположены две пары центровых отверстий, смещенных на величину эксцентриситета» Обработка ведется за две установки в центрах. В первой установке относительно отверстий А- А обтачивают поверхность Г, во второй - относительно отверстий Б-Б обтачивают поверхность Я.
Смещенную поверхность эксцентрика можно также обработать с установкой в 4-кулачковом патроне или на планшайбе, Б этом случае на торце заготовки разметкой находят положение обрабатываемой поверхности, а затем ось ее совмещают с осью шпинделя одним из способов, описанных по 237, в и е. Обработка эксцентриковых и коленчатых валов. Поверхности таких валов обрабатывают в смещенных центрах, если они размещаются на торцах детали, или при помощи центросместителей.
Первый способ изображен на рис, 245, а. Для этого заготовку вначале обтачивают в нормальных центрах А-А до диаметра D. Вторую пару центровых отверстий Б-Б размечают и накернивают на торцах заготовки, после чего сверлят, У небольших заготовок это можно выполнить ручным способом центрования на токарном станке. В этом случае центровочное сверло устанавливается в шпиндель станка при помощи сверлильного патрона, а заготовку, зажатую в левей руке, опирают накерненным углублением на задний центр и подают вперед к сверлу перемещением пиноли задней бабки.
При обтачивании эксцентрика по копиру на оправку 2 устанавливается копир 3, промежуточная втулка 4, заготовка 5, шайба б, закрепляемые гайкой 7. Оправка коническим хвостовиком устанавливается в отверстие шпинделя и затягивается длинным винтом или поджимается задним центром. В резцедержателе закрепляются широкий ролик / и резец 5. Ролик плотно прижимается к копиру пружиной, установленной в суппорте вместо. У заготовок крупных размеров смещенные центровые отверстия выполняют на центровочных станках либо посредством специального приспособления - кондуктора на сверлильных станках.
Если эксцентриситет большой и не позволяет разместить смещенные центровые отверстия на торце детали, их выполняют в съемных центросместителях, которые закрепляют на предварительно обточенные концевые шейки вала. При этом смещенная пара центровых отверстий должна располагаться строго в одной диаметральной плоскости. Пример такого способа обработки коленчатого вала показан на 245, бЖоренные шейки 3 обтачиваются при установке заготовки по центровым отверстиям А-А центросместите- лей Уу шатунные шейки 2 н 5 - соответственно в смещенных центровых отверстиях Б~Б и В~В.
Балансировку неуравновешенных частей осуществляют противовесом 7, который закрепляют на поводковой планшайбе 8, а жесткость вала повышают распорными стержнями 4 и 6.
Вопроси для повторения
V 1. Укажите разновидности эксцентриковых деталей.
Перечислите способы обработки эксцентриковых деталей на токарном
Т 3. Объясните способы обработки эксцентриков, j 4, Как обрабатываются эксцентриковые н коленчатые валы?
Метод крепления и установки заготовки в станке выбирают с учетом точности обработки, габаритов и жесткости материала. Обработка в центрах — это один из широко используемых методов точения деталей на токарном оборудовании.
Когда применяется крепление в центры
установка заготовки с помощью оправки: 1 — оправка средняя часть; 2 — лыска; 3 — центровые отверстия; 4 — заготовка
- Так протачивают длинные детали, у которых длина пятикратно превышает поперечник;
- если нужно создать концентричность поверхностей во время фиксации;
- дальнейший этап точения проходит на шлифовальном оборудовании;
- технология не предусматривает другие методы.
Технология крепления
Заготовка фиксируется в центрах с использованием специальных оправок. Для этого конус оправки не должен превышать 1:2000. На подготовительном этапе в торцах детали делают центральные выемки, в которые будут вставлены верхушки обоих центров. Оправку обрабатывают смазкой и плотно натягивают болванку. Для большей плотности по концу оправки аккуратно постукивают деревянным чурбачком. Закрепление детали в оправках такого типа может меняться в зависимости от ее поперечника.
Движение болванке передается посредством поводкового патрона, который надевается на резьбу шпинделя. Палец поводкового патрона принуждает болванку к вращению. Этот метод более опасен для оператора станка, поэтому предпочтительнее использовать планшайбу поводкового типа с защитным кожухом. Болт закрепляют хомутиком, который опирается на лыску оправки.
Установка заготовок с отверстиями (например, зубчатых колес или втулок) происходит с использованием центровых оправок разнообразной формы. Один из типов оправок имеет шейку в форме цилиндра, на нее надевают заготовку и закрепляют шайбой с гайкой. Гайка прижимается к буртику и фиксирует полученную конструкцию. Слева при помощи винта крепится хомутик. Деталь фиксируется в станке для точения выемками на торцевых участках оправки.
Конструкции центров
Центры для токарной обработки могут иметь различную конструкцию. Самая распространенная представляет собой конус, на него надевается заготовка, а также хвостовик конической формы. Хвостовик должен совпадать с отверстиями пиноли и шпинделя станка.
Для закрепления заготовок с внешними конусами используются обратные центры. Конусообразное окончание должно совпадать с серединой хвостовика. Чтобы проверить совпадение в шпиндель вставляется центр и запускается на малых оборотах. Об исправности детали говорит отсутствие биения.
Задний центр чаще всего неподвижный, передний вращается с заготовкой и шпинделем. В результате трения выходят из строя обе поверхности, поэтому необходимо наносить смазку:
- мела — 25%;
- тавота — 65%;
- графита — 5%;
- серы — 5%.
Перед смешиванием необходимо растереть в порошок без комков серу и мел. Если не использовать смазку, поверхности центров разрушатся, изменится их конфигурация.
Во время точения заготовок на больших скоростях центры быстрее изнашиваются, увеличивается отверстие в торце самой детали. Чтобы уменьшить разрушение заднего конуса на него наплавляют износостойкий слой.
Стандартный центр используют при скоростях до 120 оборотов в минуту. Во время работы с громоздкими и тяжелыми заготовками на высоких оборотах, при выборке крупной стружки жесткости конструкции мало: деталь начинает вибрировать и может отжаться.
Поэтому используют вращающиеся центры, смонтированные в заднюю стойку. Он содержит шпиндель, который крутится в радиально-упорном подшипнике. При высоких нагрузках предпочтительнее роликоподшипник, при средних — шарикоподшипник.
Отладка оборудования
Чтобы во время точения получилась деталь цилиндрической формы, нужно совместить центры с осью шпинделя и передвигать по ней резак.
Правильность отладки проверяется так: оба центра придвигаются друг к другу. Когда их верхушки совмещаются, можно закреплять заготовку и приступать к ее обтачиванию.
В противном случае необходимо проверить положение задней стойки, иначе поверхность детали невозможно будет вывести в конус. Иногда центры не совпадают из-за мусора в шпинделе и пиноли, поэтому предварительно их прочищают. Если после всех процедур биение продолжается, его требуется заменить.
Проверив положение, можно закреплять заготовку:
- Пиноль выдвигаем из стойки на 35 — 45 мм.
- Задняя стойка перемещается вдоль станины и фиксируется в нужном месте.
- Обрабатываем выемку в заготовке, которая будет совмещаться с задней стойкой.
- Совмещаем болванку с передним центром и, придерживая, вставляем конус задней стойки в подготовленную выемку детали. Вылет пиноли из задней стойки должен быть небольшим. Чем меньше вылет, тем устойчивее и жестче пиноль.
- Прокручиваем болванку, поджимаем пиноль в стойке.
Необходимо иметь в виду, что во время точения инструмент нажимает на заготовку. В результате чего при плохой фиксации или неправильном положении резака деталь может вылететь. Поэтому установка и крепление в центрах это очень важный момент при токарной обработке.
Видео демонстрирует токарную обработку детали, зафиксированной в центрах:
Технология изготовления деталей на токарном станке. |
Изготовление любой детали начинают с подбора материала. Отобранный материал нарезают на заготовки. Размер заготовки всегда превышает размеры готовой детали на некоторую величину (припуск). Величина и форма припуска зависят от формы детали, технологии ее изготовления. |
Для точения лучше всего подходит однородная по текстуре древесина. Это береза, липа, осина, бук, вяз, орех. Точения детали на центровых станках
|
Рис. 1. Последовательность точения детали а- закрепление заготовки; б - закрепление заготовки разрез; в- черновая обработка рейером; г- чистовая обработка мейселем; д- обрезка (торцевание) заготовки. Вытачивание внутренних полостей Для вытачивания внутренних поверхностей заготовку закрепляют только в передней бабке станка, кулачковым патроном, планшайбой или трубчатым патроном.
|
Рис. 2. Точение полых изделий а- на планшайбе; б- в трубчатом патроне. Работа на токарных станках с суппортом На токарных станках с суппортом обработка ведется резцами закрепленными в резцедержателе, установленном на подвижном суппорте станка. Подобные станки, как правило, имеют ручную и механическую подачу вдоль и поперек станка. Токарные резцы. По форме головки резцы подразделяются на прямые с прямолинейным стержнем (рис. 3 а) и отогнутые со стержнем отогнутым в право или влево. По расположению режущей кромки различают правые (рис.3 г) и левые (рис. 3 в) резцы. Правые перемещаются в продольном направлении от задней бабки к передней, левые от передней к задней. Проходные резцы (рис. 3 а-в) предназначены для обточки, образования фасок, проходные упорные резцы (рис.3 г) для обточки и обработки образуемого торца ступени. Подрезные резцы (рис. 3 д) служат для образования ступени на торце обрабатываемой заготовки, для обработки плоскости торца. Канавки на наружной и внутренней поверхности детали можно получить при помощи канавочных резцов (рис. 3 е, з). Для отрезки применяются отрезные резцы (рис. 3 ж). Для нарезания резьбы используют резьбовой резец (рис. 3 и). Фасонные резцы заточены по форме обрабатываемой детали (рис. 3 к). |
Рис. 3. Основные виды токарных резцов Резцы устанавливают, так чтобы вершина резца совпадала с центром задней бабки. Частота вращения шпинделя должна составлять 1200 об/мин. Точение цилиндрических заготовок. |
Рис. 4. Приемы обработки цилиндрических заготовок Резец постепенно подают вперед до касания с вращающейся заготовкой, и в этом положении отводят его направо. По лимбу подают резец вперед на 2-3 мми делают первый рабочий проход вдоль заготовки. Проходы осуществляют до получения гладкой цилиндрической формы (рис.4 а). Сместив резец по показаниям лимба поперечной подачи до нужного размера, обтачивают небольшой пробный участок. Если замер показал, что резец установлен на нужный размер, то поверхность обрабатывают по все длине справа налево (рис. 4 б). После обтачивания резец отводят назад. И возвращают в исходное положение. Этим же резцом подрезают торец и уступы. Торец подрезают до сближения резца с центром детали (рис. 4 в). Для протачивания прямоугольных канавок и уступов применяют чистовой (лопаточный) резец (рис.4 г). Перемещая его в поперечном направлении и продольно передвигая суппорт, можно выточить цилиндрическую поверхность с разными диаметрами. Для выборки отверстий и внутренних полостей деталей применяют растачивание. Растачивание выполняют расточным упорным резцом (рис 4 д). Режущею кромку резца устанавливают на уровне оси шпинделя. При растачивании продольную подачу резца чередуют с его поперечными смещениями от края детали к ее центру, слой за слоем снимая материал со стенки вырезаемой полости и выравнивая ее дно. Точение деталей сложной формы выполняют фасонными резцами |
Рис. 5. Варианты заточки и установки фасонных резцов Фасонные резцы изготавливаются самостоятельно из полос углеродистой или быстрорежущей стали толщиной 3-5 мм, шириной 10-20 мми длиной 100-120 мм. Резец обтачивают по нанесенному контуру, закаливают и затачивают (рис. 5 а). Резцы должны обязательно иметь затыловку боковых граней, чтобы они не соприкасались с деталью в процессе обработки (рис. 5 б). Возможны два варианта установки фасонного резца (рис. 5 в) для прямого и обратного точения, при обратном точении резец переворачивают и получают деталь с обратным профилем. Фасонные резцы можно подавать на деталь в поперечном, продольном направлении и под углом к оси детали (рис.5 г). Для получения деталей различного сложного профиля можно использовать составной резец собранный из резцов толщиной 4-8 мм, с различной заточкой. Их различная комбинация позволяет получать разнообразные профиля (рис. 5 д). Для получения плавных форм как с наружи, так и внутри детали можно использовать резец с режущим диском. Диск толщиной 4-8 мм, диаметром 12-20 мм, по краю диска протачивается канавка радиусом 2-3 мм. После закалки диск устанавливают с помощью бола на оправке и затачивают (рис. 5 е). Обработка детали по копиру. Большой объем одинаковых деталей удобно изготавливать с помощью копира. В качестве режущего инструмента, в зависимости от конструкции станка, можно использовать токарные резцы, установленные в суппорте станка, стамески с упором или дисковые фрезы. |
Рис. 6. Обработка по копиру резцом и стамеской |
Рис. 7. Обработка дисковой фрезой по копиру.
Точение по копиру на суппортном станке
Рис. 8. Обработка детали по копиру
Для изготовления копира вытачивают модель детали и распиливают ее вдоль оси. Полученный срез профиля переводят на фанеру толщиной 4-5 мми выпиливают (рис. 8 а). Копиры можно изготавливать из металла при помощи лазерной резки.
Профиль будущих деталей закрепляют на станине станка. К поперечным салазкам суппорта крепят металлический держатель со щупом. Вершина щупа и резца должны иметь одинаковый профиль (рис. 8 б).
Первой заготовке предварительно придают форму цилиндра диаметром равным наибольшему диаметру заготовке, последующие заготовки можно делать с небольшим припуском. Сначала налаживают взаимное положение заготовки и копира (рис. 8 в), затем суппорт станка сдвигают влево до совмещения вершины щупа с линией наибольшего диаметра детали (рис.8 г). Резец подают вперед до упора в поверхность заготовки, а щуп упирают в копир в точке наибольшего диаметра и фиксируют в этом положении. Обработку ведут справа налево. Резец подают на деталь в поперечном направлении до упора щупа в контур копира (рис. 8. д). Величина продольного смещения резца на один поперечный ход составляет 1-2 мм. Следы резания удаляют шлифовальной шкуркой. Один и тот же копир можно использовать для точения деталей одинакового профиля, но разного диаметра (рис. 8 е). Небольшое изменение угла установки копира дает сужение силуэта детали. Длинные детали точат по копиру частями. Симметричные фигуры обрабатывают с края до середины, затем заготовку переворачивают и обрабатывают вторую часть (рис. 8 ж).
Выбор режима резания
Скорость главного движения резания на токарных станках для различных точек режущей кромки различна и зависит от расстояния до оси вращения заготовки. Средняя скорость для средней точки определяется по формуле:
V ср =πD cp n/(60·1000)
где D cp - средний диаметр заготовки, мм;
N- частота вращения шпинделя, об/мин;
Частоту вращения шпинделя выбирают в зависимости от диаметра заготовки, при установке планшайбы диаметром более400 ммчастота вращения шпинделя не должна превышать 800 об/мин.
Скорость главного движения резания для древесины мягких пород 10-12 м/с, для древесины твердых пород 0,5-3 м/с.
Продольная подача на один оборот шпинделя для черновой обработки 1,6-2 мм, для чистовой не более0,8 мм. Поперечная подача на один оборот шпинделя не должна превышать1,2 мм.
Обработка деталей на токарных станка с ЧПУ
Токарные станки с ЧПУ, в качестве режущего и инструмента имеют концевые фрезы или комбинируются концевой и дисковой фрезами.
При обработке детали концевой фрезой можно получить различный фигурный профиль на заготовке. Перемещение фрезы и скорость вращения заготовки задается с помощью программного обеспечения в зависимости от формы будущей детали.
Рис. 9. Создание скульптуры на токарном станке с ЧПУ
Станки с концевой и дисковой фрезами, позволяют ускорить процесс точения заготовок. Дисковая фреза делает предварительную черновую обработку, концевая фреза чистовую.
Рис. 10. Обработка заготовки дисковой фрезой
Рис. 11. Обработка заготовки концевой фрезой
После вытачивания заготовки, для окончательной доводки и удаления следов резания, ее обрабатывают шлифовальной шкуркой, обычно используют кусок небольшой ширины, который перемещают в натянутом состоянии по всей заготовке.
Рис. 12. Обработка заготовки шлифовальной шкуркой
Литература:
1. Буриков В.Г., Власов В.Н. Домовая резьба- М.: Нива России совместно с Компанией «Евразийский регион», 1993-352 с.
2. Ветошкин Ю.И., Старцев В.М., Задимидько В.Т.
Деревянные художества: учеб. пособие. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т. 2012.
3. Гликин М.С. Декоративные работы по дереву на станке «Универсал».- М.: Лесн. пром-сть, 1987.-208 с.
4. Коротков В.И. деревообрабатывающие станки: Учебник для нач. проф. Образования. - М.6 Издательский центр «Академия», 203.-304 с.
5. Лернер П.С., Лукьянов П.М. Токарное и фрезерное дело: Учеб. Пособие для учащихся 8-11 кл. сред. шк.-2-е изд., дораб.-М.: Просвещение, 1990.-208 с.
Элементы и режимы резания
Прежде чем говорить о способах обработки, познакомимся вкратце с элементами и режимом резания.
Здесь нам встретятся новые понятия: глубина резания, подача, скорость резания.
Все они связаны между собой, и величина их зависит от различных причин.
Глубиной резания называется толщина слоя металла, снимаемого за один проход резца. Она обозначается буквой t и колеблется от 0,5 до 3 и больше миллиметров при черновой обработке до десятых долей миллиметра при чистовой обточке.
Подача -это движение резца вдоль обрабатываемой поверхности. Численно она выражается в миллиметрах, обозначается буквой S и указывает на величину смещения резца за один оборот детали. В зависимости от прочности обрабатываемого материала, жесткости узлов станка и резца, величина подачи может меняться от 0,1-0,15 мм/об до 2-3 мм/об при скоростных режимах резания. Чем тверже металл, тем меньше должна быть подача.
Скорость резания зависит от числа оборотов шпинделя и диаметра детали и подсчитывается по формуле.
Выбирая ту или иную скорость резания, нужно учитывать твердость обрабатываемого материала и стойкость резца, которая измеряется временем непрерывной работы его до затупления в минутах. Она зависит от формы резца, его размеров, материала, из которого изготовлен резец, от точения с охлаждающей эмульсией или без нее.
Наибольшую стойкость имеют резцы с пластинками из твердых сплавов, наименьшую - резцы из углеродистой стали.
Вот, например, какие скорости резания можно рекомендовать при точении различных материалов резцом из быстрорежущей стали. Стойкость его без охлаждения равна 60 минутам.
Примерные данные о скорости резания металлов:
Обтачивание гладких цилиндрических поверхностей
Гладкие цилиндрические поверхности деталей обтачивают проходными резцами в два приема. Сначала черновым резцом производят обдирку - грубое обтачивание, - быстро снимая основную массу лишнего металла. На рисунке изображен прямой резец для черновой обработки:
Черновые резцы: а - прямой; б - отогнутый; в - конструкции Чекалина.
Отогнутый резец удобен при протачивании поверхности детали около кулачков патрона и для подрезания торцов. Обычно резцы имеют рабочий ход только в одну сторону, чаще всего справа налево. Двухсторонний проходной резец конструкции токаря-новатора Н. Чекалина позволяет ликвидировать обратный холостой ход резца, сокращая время обработки.
После обточки черновым резцом на поверхности детали остаются крупные риски и качество обработанной поверхности поэтому невысоко. Для окончательной обработки служат чистовые резцы:
Чистовые резцы: а - нормальный; б - с широкой режущей кромкой; в - отогнутый, конструкции А. В. Колесова.
Нормальный тип чистового резца применяется при точении с небольшой глубиной резания и малой подачей. Чистовой резец с широкой режущей кромкой позволяет работать на больших подачах и дает чистую и гладкую поверхность.
Подрезание торцов и уступов
Для подрезания торцов и уступов на токарном станке пользуются обычно подрезными резцами. Такой резец изображен на следующем рисунке:
Подрезание в центрах: а - подрезной резец; б - подрезание торца с полуцентром.
Его лучше употреблять при точении детали в центрах. Для того, чтобы торец можно было обрабатывать целиком, в заднюю бабку вставляется так называемый полуцентр.
Если деталь закреплена только одним своим концом - при обработке в патроне, - то для проточки торца может быть использован и проходной отогнутый резец. Для этой же цели и для проточки уступов используются и специальные подрезные упорные резцы, которые работают с поперечной и с продольной подачей.
Подрезание торцов: а - подрезание проходным отогнутым резцом, б - подрезной упорный резец и его работа.
При подрезании торцов и уступов юный мастер должен следить за тем, чтобы вершина резца была всегда установлена строго на уровне центров. Резец, установленный выше или ниже уровня центров, оставит на середине сплошного торца неподрезанный выступ.
Вытачивание канавок
Для вытачивания канавок служат прорезные резцы. Их режущая кромка точно воспроизводит форму канавки. Так как ширина канавок обычно невелика, режущую кромку прорезного резца приходится делать узкой, поэтому она получается довольно ломкой. Для повышения прочности такого резца высоту его головки делают в несколько раз больше ширины.
По этой же причине головка имеет небольшой передний угол.
Отрезные резцы очень похожи на прорезные, но имеют более длинную головку. Более узкая головка делается с целью сократить расход материала при отрезании.
Длина головки должна подбираться по размерам детали и быть несколько больше половины ее диаметра.
При установке прорезных и отрезных резцов нужно тоже быть очень внимательным и точным. Небрежная установка резца, например небольшой его перекос, вызовет трение резца о стенки канавки, брак в работе, поломку инструмента.
Вытачивание узких канавок производится за один проход резца, который подбирается по ширине будущей канавки. Широкие канавки вытачивают в несколько проходов.
Порядок работы таков: по линейке или другим мерительным инструментам намечают границу правой стенки канавки. Установив резец, протачивают узкую канавку, не доводя резец на 0,5 мм до нужной глубины - остаток для чистового прохода. Затем сдвигают резец вправо на ширину его режущей кромки и делают новую проточку. Выбрав таким образом канавку намеченной ширины, делают окончательный, чистовой проход резца, двигая его вдоль детали.
Установленную в центрах заготовку не следует разрезать до конца: обломившаяся часть может повредить инструмент. Короткую деталь, зажатую в патроне, можно отрезать начисто, пользуясь специальным отрезным резцом со скошенной кромкой.
Величина подачи и скорость резания при вытачивании канавок и отрезании должны быть меньше, чем при обработке цилиндров, потому что жесткость проходных и отрезных резцов не велика.
Вытачивание конусов
В практике юного токаря вытачивание конусов будет встречаться реже, чем другие работы. Наиболее простой способ- точение небольших конусов (не более 20 мм) специальным широким резцом.
При изготовлении наружного или внутреннего конуса на детали, закрепленной в патроне, пользуются другим приемом. Повернув верхнюю часть суппорта на угол, равный половине угла конуса при его вершине, протачивают деталь, двигая резец с помощью верхних салазок суппорта. Так точат относительно короткие конусы.
Для изготовления длинных и пологих конусов нужно сместить задний центр, передвинуть на определенное расстояние к себе или от себя заднюю бабку.
Если деталь закреплена в центрах таким образом, что широкая часть конуса будет у передней бабки, то заднюю бабку следует сместить к себе, и наоборот, при перемещении задней бабки от работающего широкая часть конуса будет находиться слева - у задней бабки.
Этот способ точения конусов имеет серьезный недостаток: вследствие смещения детали происходит быстрый и неравномерный износ центров и центровых отверстий.
Обработка внутренних поверхностей
Обработка отверстий может производиться различными инструментами, в зависимости от требуемой формы поверхности и точности обработки. На производстве встречаются заготовки с отверстиями, сделанными при отливке, ковке или штамповке. У юного металлиста готовые отверстия будут встречаться главным образом в отливках. Обработку отверстий в сплошных заготовках, не имеющих подготовленных отверстий, всегда придется начинать со сверления.
Сверление и рассверливание
Неглубокие отверстия на токарном станке сверлят перовыми и спиральными (цилиндрическими) сверлами.
Перовое сверло имеет плоскую лопатку с двумя режущими кромками, переходящую в стержень. Угол при вершине сверла обычно имеет 116-118°, однако он может быть, в зависимости от твердости материала, от 90 до 140°- чем тверже металл, тем больше угол. Точность отверстия при обработке перовым сверлом невелика, поэтому его употребляют тогда, когда большой точности не требуется.
Спиральные сверла - основной инструмент для сверления. Точность обработки этими сверлами достаточно высока. Спиральное сверло состоит из рабочей и части конического или цилиндрического хвостовика, которым сверло крепится в пиноли задней бабки или в патроне.
Спиральные сверла: а - с коническим хвостовиком; б - с цилиндрическим хвостовиком
Рабочая часть сверла - цилиндр с двумя винтовыми канавками, образующими режущие кромки сверла. По этим же канавкам выводится наружу стружка.
Головка сверла имеет переднюю и заднюю поверхности и две режущие кромки, соединенные перемычкой. Идущие вдоль винтовых канавок фаски направляют и центрируют сверло. Величина угла при вершине спирального сверла одинакова с перовым и может изменяться в тех же пределах. Изготовляются сверла из легированной или быстрорежущей стали. Иногда сверла из легированной стали оснащаются пластинками твердого сплава.
Закрепление сверла производится двумя способами, в зависимости от формы хвостовика. Сверла с цилиндрическим хвостовиком закрепляются в пиноли задней бабки при помощи специального патрона, сверла с коническим хвостовиком вставляются прямо в отверстие пиноли.
Может случиться, что конический хвостовик мал по своим размерам, не подходит к отверстию. Тогда придется воспользоваться переходной втулкой, которая вместе со сверлом вставляется в пиноль.
Переходная втулка к сверлам с коническими хвостовиками: 1 - хвостовик сверла; 2 - втулка.
Чтобы вытолкнуть сверло из пиноли, нужно вращением маховичка затянуть ее в корпус задней бабки. Винт упрется в хвостовик сверла и вытолкнет его. С помощью специальной державки можно закрепить сверло и в резцодержателе.
При сверлении нужно внимательно следить за тем, чтобы сверло не уводило в сторону, иначе отверстие будет неправильным, а инструмент может сломаться. Подачу сверла производят медленным и равномерным вращением маховичка задней бабки или перемещением суппорта, если сверло с державкой закреплено в резцодержателе.
Высверливая глубокие отверстия, нужно время от времени выводить сверло из отверстия и убирать из канавки стружку.
Глубина отверстия не должна превышать длины рабочей части сверла, в противном случае стружка не будет выводиться из отверстия и сверло сломается. При сверлении глухих отверстий на заданную глубину можно проверять глубину сверления по делениям на пиноли. Если их нет, то отметку ставят мелом на самом сверле. Когда при сверлении слышится характерный визг, это значит, что либо сверло имеет перекос, либо оно затупилось. Сверление нужно немедленно прекратить, убрав сверло из отверстия. После этого можно остановить станок, выяснить и устранить причину визга.
Рассверливание - это то же сверление, но сверлом большего диаметра по уже имеющемуся отверстию. Поэтому все правила сверления относятся и к рассверливанию.
Другие методы обработки внутренних поверхностей
В практике юного токаря может встретиться и такой случай, когда диаметр нужного отверстия гораздо больше диаметра самого большого сверла в его наборе, когда в отверстии нужно выточить канавку или сделать его конусным. Для каждого из этих случаев существует свой метод обработки.
Растачивание отверстий ведется специальными расточными резцами - черновыми и чистовыми, в зависимости от нужной чистоты и точности обработки. Черновые резцы для проточки глухих отверстий отличаются от черновых резцов для точения сквозных отверстий. Чистовую обработку сквозных и глухих отверстий проводят одним и тем же чистовым резцом.
Расточные резцы: а - черновой для сквозных отверстий; б - черновой для глухих отверстий; в - чистовой
Растачивание имеет свои трудности по сравнению с наружным точением. Расточные резцы обладают малой жесткостью, их приходится значительно выдвигать из резцодержателя. Поэтому резец.может пружинить и гнуться, что, конечно, отрицательно влияет на качество обработки. Кроме того, затруднено наблюдение за работой резца. Скорость резания и величина подачи резца должны быть поэтому меньше, чем при наружной обработке, на 10-20%.
Особую трудность представляет обработка тонкостенных деталей. Зажимая такую деталь в патроне, ее легко деформировать, и резец выберет на вдавленных частях более толстую стружку. Отверстие не будет строго цилиндрическим.
Для правильной обработки при растачивании резец устанавливается на уровне центров. Затем нужно расточить отверстие на 2-3 мм в длину и замерить диаметр.
Если размер верен, можно растачивать отверстие на всю длину. При растачивании глухих отверстий или отверстий с уступами, так же как и при сверлении, на резце делают мелом отметку, указывающую глубину растачивания.
Подрезание внутренних торцов производится подрезными резцами, а вытачивание внутренних канавок - специальными прорезными канавочными резцами, у которых ширина режущей кромки в точности соответствует ширине канавки. Резец устанавливается на соответствующую глубину по меловой риске на теле резца.
Измерение внутренней канавки: линейкой, штангенциркулем и шаблоном
Кроме расточных резцов, для растачивания цилиндрических отверстий употребляются зенкеры. Они похожи на спиральные сверла, но имеют три или четыре режущие кромки и не годятся для получения отверстий в сплошном материале.
Спиральные хвостовые зенкеры: а - из быстрорежущей стали; б - с пластинками из твердого сплава
Очень чистые и точные цилиндрические отверстия делают развертками. Оба эти инструмента применяют не для расширения отверстия, а для подгонки под точный размер и форму.
Развертки: а - хвостовая; б - назадная
Изготовление конических отверстий
Вытачивание внутренних конусов, пожалуй, наиболее трудное дело. Обработка ведется несколькими способами. Часто конические отверстия делают растачиванием резцом с поворотом верхней части суппорта.
В сплошном материале предварительно нужно высверлить отверстие. Для облегчения растачивания можно высверлить ступенчатое отверстие. Следует помнить, что диаметр сверла нужно подбирать с таким расчетом, чтобы оставался припуск в 1,5-2 мм на сторону, который затем снимается резцом. После точения можно воспользоваться коническим зенкером и разверткой. Если уклон конуса невелик, сразу же после сверления применяют набор конических разверток.
Последняя из основных операций, производимых на токарном станке, - нарезание резьбы.
Механическое изготовление резьбы возможно только на специальных винторезных станках. На простых станках эта операция производится вручную. Приемы ручного изготовления наружной и внутренней резьбы изложены выше .
Измерительный инструмент
В токарных работах используется тот же инструмент, что и при слесарной обработке: стальная линейка, кронциркуль, штангенциркуль и другие. О них уже было сказано раньше. Новыми здесь могут быть различные шаблоны, которые юный мастер будет изготовлять сам. Они особенно удобны при изготовлении нескольких одинаковых деталей.
Помните, что все измерения можно производить только после полной остановки станка. Будьте осторожны! Не производите замеров вращающейся детали!
Меры предосторожности
При работе на токарном станке нужно руководствоваться следующими правилами:
1) начинать работать на станке можно только после детального ознакомления со станком и методами обработки;
2) не работать на неисправном станке или негодным (тупым) инструментом;
3) прочно закреплять деталь и следить за исправностью ограждающих устройств;
4) не работать в свободной одежде: рукава завязывать у кисти, длинные волосы прятать под головной убор;
5) своевременно убирать стружку и следить за порядком на рабочем месте;
6) не останавливать руками вращающийся патрон;
7) в случае неисправности немедленно выключить станок.
Уход за станком
Чем тщательнее уход за станком, тем лучше и дольше он будет работать. Это простое правило следует твердо запомнить и аккуратно его выполнять. Уход за токарным станком сводится к следующему.
Основное - это смазка всех трущихся частей. Перед началом работы необходимо осмотреть станок и проверить, достаточно ли смазки. Наиболее внимательно нужно следить за смазкой подшипников, заполняя масленки и смазочные отверстия машинным маслом. Станок в это время, во избежание несчастного случая, должен быть остановлен.
После работы нужно вычистить станок, убрать стружку, протереть направляющие станины и суппорта, и смазать их тонким слоем масла.
Абсолютно чистыми должны быть и конические отверстия шпинделя и пиноли задней бабки. Точность работы станка будет зависеть от их хорошего состояния.
До начала работы нужно также проверить состояние приводного ремня. Его нужно оберегать от масляных брызг и капель, так как замасленный ремень проскальзывает и быстро срабатывается. Натяжение ремня должно быть не слишком сильным, но и не слишком слабым: слабо натянутый ремень проскальзывает, а при сильном его натяжении сильно греются и быстро изнашиваются подшипники. Ограждение приводного ремня тоже должно быть в порядке.
Читайте еще:
- Основные работы, выполняемые на токарном станке
К токарным относится большая группа станков, предназначенных в основном для обработки поверхностей вращения, соосных оси шпинделя (цилиндрических, конических, фасонных, винтовых, а также торцовых). Для обработки наружных поверхностей деталей типа валов применяют как центровые, так и бесцентровые токарные станки. Концентрические поверхности деталей типа втулок и колец обрабатывают на токарно-центровых и патронных токарных станках. Детали типа дисков (со значительными по размеру торцовыми поверхностями) обрабатывают на лоботокарных станках, которые занимают меньшую площадь, чем центровые станки, и лучше приспособлены для обработки наружных и внутренних торцовых поверхностей детали. Лоботокарные станки имеют устройства для поддержания постоянной скорости резания, а также устройства для нарезания торцовых резьб (спиралей).
Обработку на токарных бесцентровых станках осуществляют вращающимися многорезцовыми головками при продольной подаче заготовок. На этих станках обтачивают трубы, сортовой прокат цилиндрической формы. Станки характеризуются высокой производительностью; они относятся к группе специальных станков. Широко применяют в промышленности универсальные токарные патронно-центровые станки горизонтальной компоновки.
Способы установки и выверки заготовок. Наиболее часто применяемые способы установки и выверки заготовок приведены ниже. Погрешность установки заготовок см. гл. 1.
Установку на центрах наиболее часто применяют для валов, барабанов, цилиндров, а также различных заготовок, закрепленных на оправках. Мелкие и средние по массе заготовки устанавливают на цельные упорные центры (рис. 1,а). В случае подрезания торца заготовки со стороны задней бабки используют полуцентр . Задние центры при обработке с высокими скоростями резания выполняют вращающимися (масса деталей до 20 т). Точность установки на таких центрах ниже, чем на цельных (радиальное биение допускается до 0,007 и 0,015 мм соответственно для центров повышенной и обычной точности). Заготовки с отверстием устанавливают на центры увеличенного диаметра со срезанной вершиной конуса (грибковые центры). На рис. 1,б задний центр - грибковый вращающийся, передний - рифленый. Применение рифленого центра (трехгранного или многозубого ) позволяет полностью обработать гладкий вал или цилиндр по наружной поверхности и подрезать оба торца у заготовки, так как обработку ведут без поводка. Однако установка на рифленые центры не обеспечивает высокой точности (радиальное биение до 0,5 мм), допускает только однократное использование базы вследствие ее повреждения при первой установке.
Заготовки малого диаметра устанавливают на обратные центры (рис. 1,в), используя при этом конусные фаски на наружной поверхности. Передача крутящего момента при чистовой обработке таких заготовок возможна без поводка. Обработку конусов методом смещения задней бабки осуществляют с установкой на шаровые центры (рис. 1,г).
Установка на плавающий передний центр (рис. 1,д) с базированием заготовки по торцу обеспечивает высокую точность размеров по оси (при способе автоматического получения размеров). Для уменьшения вибрации системы предусматривают стопорение центра вручную-винтом 1 или автоматически - при заклинивании центра плунжерами 2 (рис. 1, е). Наличие в конструкции поводковой шайбы 3 позволяет вести обработку заготовки за один установ , так как отпадает необходимость применения поводкового устройства. Эту схему применяют при обработке заготовок диаметром до 80 мм, длиной до 400 мм. При черновой обработке шайбу выполняют трехзубой (рис. 1, ж), при чистовой - многозубой (рис. 1,з). В последнем случае от зубьев поводкового устройства на торце детали остаются более мелкие следы, Заготовки с отверстием большого диаметра устанавливают на центры с помощью пробок или крестовин (рис.1, и - н ). Пробки выполняют цельными для D = 10 ÷ 150 мм (рис. 1, к) разжимными для D = 40 ÷ 350 мм (рис. 1, л), саморазжимными для D = 70 ÷ 450 мм (рис. 1,и). Регулируемые крестовины применяют при D = 400 ÷ 1500 мм (рис. 1,м); при D >1500 мм используют сварные крестовины (рис. 1,н).
Установку на пробках выполняют без выверки с точностью 0,03-0,10 мм, на сварных крестовинах - с точностью 0,2 мм. В случае установки заготовки на регулируемые крестовины контролируют радиальное биение и положение детали в горизонтальной и вертикальной плоскостях с точностью 0,5 мм.
Установку в патроне и на заднем центре применяют в случае обработки заготовок больших диаметра и длины, при отсутствии центрового отверстия со стороны передней бабки. Точность установки в самоцентрирующихся патронах 0,05-0,10 мм; при использовании четырехкулачкового патрона установку выполняют с выверкой положения заготовки со стороны патрона по высоте и биения с точностью 0,05 мм.
Установку в патроне и на неподвижном люнете используют для обработки отверстия и торца заготовки, а также участка заготовки, расположенного между люнетом и патроном.
При обработке тяжелых заготовок применяют люнеты открытого типа, в других случаях - закрытого типа. Под люнеты протачивают (рис. 2,а) специальные пояски, В некоторых случаях валы диаметром 30-200 мм можно устанавливать без обработки поясков с помощью регулируемых муфт (рис. 2,б). Установку заготовок проводят с выверкой положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях и биения с точностью 0,03 - 0,05 мм. Без выверки устанавливают заготовки в специальных патронах (рис. 2, в).
Установку на центрах с использованием подвижного люнета используют при обработке нежестких заготовок (рис. 3). К установочной поверхности под люнет предъявляют высокие требования по суммарным отклонениям и допускам формы и расположения поверхностей.
При установке в патронах обрабатывают заготовки небольшой длины. Наибольшая жесткость системы обеспечивается при креплении заготовки за наружную или внутреннюю поверхность обода (венца), а наименьшая - при креплении за ступицу. Установку в самоцентрирующихся патронах проводят без выверки с точностью 0,1 мм; в разрезной втулке или незакаленных кулачках - 0,03 мм; в четырехкулачковых патронах с выверкой по наружному диаметру и торцу - с точностью 0,05 мм.
Заготовки с отверстием при высоких требованиях к расположению баз и обрабатываемых поверхностей устанавливают на концевых или центровых оправках . Применяют оправки гладкие с зазором (рис. 4, а), конические (рис. 4,б), кулачковые (рис. 4,в), шариковые (рис. 4, г), роликовые самозаклинивающиеся (рис. 4, д ), цанговые (рис. 4, е), с тарельчатыми пружинами (рис. 4, ж), с гидропластом (рис. 4, з ), упругими элементами гофрированного типа (рис. 4, и), с натягом (рис. 4, к) и т.д.
На кулачковой оправке (см. рис. 4, в) заготовка закрепляется несколькими кулачками 1, которые при установке оправки на центрах разводятся пальцами 2. Для закрепления заготовки на шариковой оправке (рис. 4, г) сепаратор с шариками необходимо сместить вдоль оси влево. Шарики при этом заклиниваются между заготовкой и втулкой 1. Роликовая оправка (рис. 4, д ) - самозаклинивающаяся. В начальный момент обработки заготовка несколько проворачивается относительно корпуса 1; ролики 2 при этом заклиниваются между поверхностью отверстия и лысками корпуса. На оправки с упругими элементами (рис. 4, е - и) заготовку устанавливают с зазором, затем деформируют упругий элемент, с помощью которого устраняют зазор.
Оправка с натягом (рис. 4, к) позволяет за один установ обрабатывать наружную поверхность и торцы заготовки, в результате чего обеспечивается высокая точность расположения поверхностей. На таких оправках часто обрабатывают зубчатые колеса перед нарезанием зубьев. При запрессовке заготовки на оправку необходимо точно выдержать размер L . Для облегчения установки на оправке имеется направляющая часть 1 с направляющей шпонкой 2. Оправки такого типа применяют также для установки заготовок с гладким и шлицевым отверстием. Наибольшую точность расположения поверхностей обеспечивают оправки с натягом и оправки с упругими элементами.
Детали сложной формы (рычаги, корпусные детали) при обработке на токарных станках устанавливают на планшайбе . Правильность установки проверяют выверкой положения цилиндрических поверхностей, торца и плоскости разъема. Для уменьшения вибрации применяют балансир.
Установку на угольнике применяют при обработке корпусных деталей, подшипников и т. д. Заготовку крепят в специальных приспособлениях (рис. 5) без выверки (точность установки 0,1 мм) или на универсальном угольнике с выверкой по разметке или обработанным ранее поверхностям и плоскости разъема - точность установки 0,5 мм. Крепление на угольнике часто применяют при обработке системы соосных отверстий разного диаметра в корпусных деталях на станках с ЧПУ. Смещением резца по радиусу можно получить заданные размеры отверстий. На расточных станках с ЧПУ это сделать сложнее.
При отсутствии расточных станков тяжелые неуравновешенные корпусные детали обрабатывают на токарных станках с установкой заготовки на суппорте ; инструмент крепят в шпинделе с дополнительной опорой на задней бабке.
При выверке цилиндрических заготовок, устанавливаемых в трех- и четырехкулачковых патронах , проверяют биение заготовки (при большой длине биение проверяют у патрона и у свободного конца) (рис. 6, а) и правильность расположения ее в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Контрольный инструмент при этом закрепляют на суппорте или на станине станка. Правильное положение заготовки прямоугольной формы обеспечивают следующими способами. При первом способе (рис. 6, б) заготовка поступает на токарную обработку с нанесенными на торце разметочными рисками, находящимися на расстоянии а и b от граней. При установке заготовки точку пересечения рисок необходимо совместить с осью вращения. Для этого измеряют расстояние от горизонтально расположенной риски (например, а) до направляющих или суппорта. После двух измерений (при исходном положении и после поворота патрона на 180°) определяют необходимое смещение заготовки. Путем ослабления одного и поджатия противоположного кулачка заготовку смещают в необходимое положение.
При втором способе для ускорения установки точку пересечения рисок кернят , заготовку поджимают центром, а затем осторожно подводят кулачки.
Для выверки положения составных заготовок размечают положение диаметральной плоскости, а затем индикатором проверяют положение стыка (добиваются горизонтального положения плоскости стыка и совмещения ее с осью вращения).
При установке в патроне и неподвижном люнете контролируют биение заготовки у патрона. Затем проверяют положение вала около люнета следующими методами. При наличии центрового отверстия положение заготовки проверяют по кольцевому зазору между отверстием и центром с помощью щупа (рис. 7, г). Отклонение от соосности пиноли задней балки или осевого инструмента контролируют инструментом, закрепленным на пиноли или на заготовке (рис. 7, а).
Правильность положения в вертикальной и горизонтальной плоскостях оценивают по зазору между иглой рейсмуса и поверхностью заготовки (рис. 7, б), с помощью индикаторов. Индикаторы можно закреплять на специальном приспособлении (рис. 7, в). Показания индикаторов корректируют с учетом фактического диаметра заготовки в месте контроля, Некоторые заготовки после выверки (роторы турбин, генераторов и т. п.) окончательно устанавливают по методу, схема которого приведена на рис. 7, в. Отклонение от соосности с контрольным пояском, расточенным в люнете, контролируют путем измерения расстояния от этого пояска до поверхности заготовки в трех точках.
Схемы выполнения основных операций. Обтачивание одним резцом - основной метод обработки на токарных станках. Вылет резца принимают не более 1,0-1,5 высоты его стержня соответственно для резцов с пластинками из твердого сплава и быстрорежущей стали. Вершину резца устанавливают на высоте центров или несколько выше (черновое обтачивание) или ниже (чистовое обтачивание). При R > 50 мм смещение проводят на величину h ≤ 0,01 R (где R - радиус обрабатываемой заготовки). При чистовой обработке такая установка предохраняет от возможного брака вследствие деформации резца. Положение вершины резца проверяют по риске, нанесенной на пиноли задней бабки, по центру или с помощью специальных шаблонов. Наладку инструмента на размер по диаметру ведут методом пробных ходов. Партию заготовок обрабатывают методом автоматического получения размеров без смещения резца в поперечном направлении по лимбу, с помощью индикаторных и жестких упоров.
При обработке ступенчатых заготовок используют поворотные многопозиционные упоры в сочетании с мерными плитками (рис. 8, а). Продольные размеры выдерживают по лимбу, по размеченным ранее рискам, по упорам (упоры могут быть жесткими, жесткими с плитками, барабанными и индикаторными) (рис. 8, б). Обтачивание с использованием многорезцовой наладки позволяет сократить время обработки партия деталей.
Обработка торцов одним резцом . При обработке заготовок, закрепленных в патроне, применяют проходные резцы. Применение подрезных резцов при снятии больших припусков с подачей к центру приводит к образованию вогнутости. Поэтому чистовую обработку торцов ведут с подачей резца от центра к периферии. С такой же подачей обрабатывают торцы у заготовок больших размеров, так как в результате изнашивания резца образуется менее опасное при сборке деталей отклонение - вогнутость.
Обработка отверстия осевым режущим инструментом . Инструмент (сверло, зенкер, развертку) крепят в задней бабке или суппорте. Сверление спиральным сверлом ведут при l / d < 10. Инструментом для глубокого сверления (рис. 9) обрабатывают отверстия с отношением l / d > 10. Отверстия значительной длины для уменьшения вибраций и повышения точности обрабатывают с «обратной подачей» (оправка работает с растяжением).
Обработка отверстий расточным резцом. Отверстия d <70 мм, l < 150 мм при l / d <5 обрабатывают резцом, закрепленным в суппорте (рис. 10,а); при d > 70 мм, l > 150 мм, l / d < 5 - резцом, закрепленным в расточной оправке (рис. 10,б); при l / d > 5 устанавливают дополнительную опору в шпинделе (рис. 10, в); при l / d > 10 применяют расточные головки с направляющими колодками (рис. 10, г). Закрытые отверстия, например камеры валков, обрабатывают специальными инструментами. После ввода инструмента в отверстие вершина резца рычажным или иным механизмом устанавливается в рабочую позицию.
Обработка отверстия абразивным инструментом. Используя специальные приспособления, отверстия обрабатывают путем внутреннего шлифования (рис. 11), суперфиниширования , хонингования.
Прорезание канавок и отрезка . Обработка одним резцом - основной метод обработки простых канавок и отрезки деталей. Резцы устанавливают строго по высоте центров, без перекоса к оси заготовки. Узкие (шириной до 20 мм) канавки невысокой точности прорезают за одни рабочий ход, более точные канавки - за три рабочих хода. Широкие канавки низкой точности прорезают сразу за несколько рабочих ходов; для канавок высокой точности после черновой выполняют чистовую обработку боковых стенок. Неответственные фасонные канавки прорезают за один рабочий ход. В других случаях обработку ведут вначале прорезным резцом, а затем фасонным. Прямым резцом отрезают тонкостенные детали, отогнутым - толстостенные и валы. С использованием специальной наладки (рис. 12) можно отрезать несколько деталей или прорезать одновременно наружную и внутреннюю канавки на детали.
Обработка конусных поверхностей. Фасонным резцом обрабатывают короткие наружные и внутренние конусы. Обработку можно вести с продольной и поперечной подачами. При высоких требованиях к точности инструмент устанавливают по шаблону с учетом деформации системы.
Внутренние конусы (центрирующие фаски) при d < 1000 мм и конические отверстия обрабатывают специальными зенковками, зенкерами и развертками, Стандартизованные конусные отверстия (в насадных инструментах и т. п.) обрабатывают комплектом разверток после сверления (диаметр сверла на 0,5- 1,0 мм меньше номинального размера первой развертки). При обработке с поворотом верхних салазок суппорта наибольшая длина конуса ограничена, так как определяется ходом верхних салазок суппорта.
Способом смещения задней бабки обрабатывают пологие наружные конусы невысокой точности. Метод прост, так как не требует специальной оснастки. При обработке происходит смятие центрового гнезда, поэтому для установки лучше применять шаровой центр. Необходимое смещение задней бабки (обычно на величину не более 0,01 длины конусной поверхности заготовки) устанавливают по шкале, нанесенной на этой бабке, по индикатору или по лимбу суппорта (при контроле с помощью щупа и бруска, закрепленного в суппорте).
По конусной линейке обрабатывают конусы с углом наклона до 12°. Способ обеспечивает более высокую точность по сравнению с предшествующим. Обработка по копиру с помощью электрических или гидравлических устройств по сравнению с обработкой по конусной линейке обеспечивает большую точность и меньший износ копира. Обратная конусность не более 30-40°. С помощью гитары поперечной подачи резцу задаются одновременная продольная и поперечная подачи. Me тод получения конуса при одновременной осевой и радиальной подачах широко применяют на станках с ЧПУ.
Обработка фасонных поверхностей . Фасонными резцами обрабатывают поверхности длиной до 60 мм (на крупных станках длиной до 150 мм) и переходные поверхности радиусом до 20 мм. Черновую обработку для повышения производительности ведут обычными резцами. При использовании поворотных приспособлений вершина резца перемещается на угол α по дуге окружности радиусом R , обрабатывая при этом сферическую наружную (рис. 13, а) и внутреннюю поверхности (рис. 13,б) или бочкообразный профиль (рис. 13,в) заготовки. Резец перемещают обычно с помощью червячной передачи (рис. 13, г).
Сферические поверхности заготовок средних размеров обрабатывают с помощью рычажных приспособлений разных конструкций. Например, одну опору рычага закрепляют на станине (рис. 14), другую - на суппорте. При подаче суппорта к оси резец перемещается по радиусу R , обрабатывая сферическую поверхность.
При обработке по копиру применяют приспособления прямого действия (сила резания действует на копир; износ и упругие деформации копира велики, точность обработки низкая) и приспособления с усилительным элементом. В приспособлениях прямого действия копир устанавливают соосно с деталью, крепят на задней бабке с помощью кронштейна сзади или спереди (рис. 15, а) станка. При этом ролик прижимается к копиру с разной силой (рис. 15,б). При чистовой обработке применяют схему II , на легких работах - схему I , при черновой обработке на тяжелых работах - схему III . В наиболее точных приспособлениях вместо ролика используют ножевой щуп. Для обработки поверхностей с углами подъема профиля более 35° применяют растянутые копирные линейки. С помощью специального механизма такая линейка перемещается относительно щупа с большей скоростью, что позволяет на линейке сделать углы подъема меньшими, чем на детали.
С помощью гидросуппорта можно обработать поверхности с возрастающими диаметрами и убывающими, но не более чем на величину D - d ≤ l , где l - длина обрабатываемого участка. Применение гидросуппорта обеспечивает повышение производительности в 1,5-2 раза.
Специальными чашечными инструментами обрабатывают сферические внутренние (рис 16, а) и наружные (рис. 16,б - г) поверхности радиусом R , Шпиндель инструмента установлен под углом α :
где D - диаметр чашечного инструмента; b - расстояние между вершиной инструмента и центром сферы Инструмент при обработке вращается от специального привода.
Обработка кулачков, криволинейных канавок. По копиру, установленному соосно с деталью, обрабатывают кулачки небольшой длины. Рычажное приспособление (рис. 17, а) применяют при перепадах профиля Rmax - Rmin ≤ 0,5 Rmin , но не более 150 мм. Аналогично обрабатывают спиральные канавки.
При изготовлении кулачка по копиру и обработанной поверхности копир небольшой толщины крепят к торцу заготовки (рис 17,б). По нему обрабатывают небольшой начальный участок; далее ролик перемещается по обработанному ранее участку поверхности. Этот метод применяют при обработке плавных кулачков с перепадом Rmax - Rmin ≤ 0,2 Rmin , но не более 100 мм. Точность обработки низкая.
Обработка эксцентрических поверхностей. При эксцентриситете более 8-10 мм в валах с эксцентриками сверлят смещенные центровые отверстия (рис. 18, а) по разметке или кондуктору. Детали с отверстиями устанавливают на оправки (рис. 18,б). При большом эксцентриситете применяют центросмесители (бугели): для D = 45÷860 мм - цельные (рис. 18,в), для D - 55÷250 мм - разъемные (рис. 18, г). При креплении на консольных оправках обработку выполняют без выверки. Точность обработки зависит от погрешности базирования детали на оправке (рис. 18, д ).
Положение смещенной заготовки при использовании четырехкулачкового патрона (рис. 19, а) контролируют с точностью 0,05 мм (по чисто обработанной поверхности). При использовании трехкулачковых патронов (рис. 19, б) толщина мерной пластинки b = 1,5е, где D - диаметр базы; е - эксцентриситет.
Эксцентрические поверхности обрабатывают также с помощью специальных патронов (рис. 19, в), состоящих из трехкулачкового патрона 1, поворотного стола 2 и суппорта 3 для создания эксцентриситета. При установке детали в специальные кольца (рис. 20) растачивают отверстия, расположенные эксцентрично и под углом к наружной поверхности. При установке колец необходимо обеспечить их правильное расположение (обычно выверку проводят по риске, нанесенной на торцах колец и образующей детали). При обработке правое кольцо крепят в патроне, левое - на люнете.
Проектирование токарной операции. На станках токарной группы обрабатывают разнообразные по форме и размерам детали, в основном относящиеся к классу тел вращения. Среди них детали типа валов имеют длину в несколько раз большую диаметра; у деталей типа дисков диаметр больше длины, а у деталей типа втулок, цилиндров диаметр и длина - одного порядка. Различие форм и размеров деталей влияет на способ установки заготовок для обработки и последовательность обработки. Но в то же время у этих деталей есть и много общего. Объединяющим признаком является то, что они образованы в основном наружными, внутренними и торцовыми поверхностями, имеющими общую ось вращения. Поэтому при обработке таких деталей помимо общей задачи получения заданных размеров стоит технологическая задача обеспечения соосности этих поверхностей и точного расположения торцов относительно оси детали. Эти требования обеспечиваются следующими способами установки и обработки заготовок на токарных станках: 1) обработкой соосных поверхностей с одного установа ; 2) обработкой в два установа - сначала наружных поверхностей, а затем внутренних с базированием детали по наружной поверхности (обработка от наружной поверхности); 3) обработкой в два установа - сначала внутренней поверхности, а затем наружной с базированием по внутренней поверхности (обработка от отверстия).
Обработка за один установ обеспечивает при изготовлении деталей высокой жесткости малые отклонения от соосности и перпендикулярности торцов оси детали. Сказанное относится и к обработке валов с установкой на центры, хотя эта обработка соответствует третьему способу. При зацентровке вала можно обрабатывать и отверстия. Переустановка вала не вызывает больших отклонений расположения поверхностей Рассмотренные второй и третий способы относятся к обработке деталей, закрепляемых в патроне и на оправке.
Обработка от наружной поверхности (с базированием по этой поверхности при обработке отверстия) обеспечивает надежное закрепление и передачу большого крутящего момента. Однако точность установки детали в патронах по наружной поверхности низкая, так как на размеры наружной поверхности назначают широкие допуски и погрешность установки в патроне высока, Но в некоторых случаях использование этого способа диктуется особенностями технологического процесса.
Если используется третий способ (обработка от отверстия), то окончательная обработка детали проводится с установкой ее на оправке, что во многих случаях обеспечивает высокую точность расположения поверхностей (сравнимую с точностью обработки за один установ ) и позволяет использовать более простые и точные приспособления (оправки). Крупногабаритные детали на оправках не обрабатывают.
Кроме рассмотренных способов возможны и другие. Так, на станках с ЧПУ обработку выполняют за два установа . Сначала деталь обрабатывают с одной стороны, затем поворачивают ее на 180° и обрабатывают с другой стороны. В этом случае поверхности, связанные жесткими допусками, желательно обрабатывать за один установ .
В качестве заготовок при обработке на токарных станках можно использовать поковки, отливки, штучные заготовки из проката. В автоматизированном производстве, в частности при обработке на станках с ЧПУ, использование заготовок с низкой точностью недопустимо. В этом случае допуски и припуски заготовок должны быть на 10-30% меньше, чем при обработке на станках с ручным управлением.
Валы перед обработкой должны подвергаться правке и термической обработке для улучшения обрабатываемости и снятия остаточных напряжений. Термической обработке подвергают и другие детали.
Ужесточение требований по точности и свойствам материала заготовок, обрабатываемых на станках с ЧПУ, объясняется необходимостью уменьшить нагрузку на станок, стремлением уменьшить количество стружки, образующейся при обработке, создать наиболее благоприятные условия работы режущего инструмента. Станок, на котором проводятся обдирочная и черновая обработки, требует постоянного внимания оператора. Следовательно, при этом нельзя организовать многостаночное обслуживание и включить станок в состав гибких производственных модулей и систем.
В некоторых случаях целесообразно при изготовлении деталей применять комплексные заготовки. Из комплексной заготовки можно обработать несколько деталей, различных, но близких по форме и размерам (рис. 21).
В качестве заготовки (особенно при автоматизированном производстве: массовом - при обработке на автоматах и полуавтоматах и серийном - при обработке на станках с ЧПУ) часто используют прокат. Прокат разрезают на части мерной длины на отрезных станках: ножовочных, ленточнопильных и круглопильных. Точность выполнения этой операции влияет на последующую токарную операцию. Необходимо, чтобы отклонение от перпендикулярности торца наружной поверхности было минимальным. Наиболее производительными способами являются отрезка проката дисковыми пилами и абразивными кругами. Наибольшая точность обеспечивается при вращении отрезаемой заготовки. При диаметре заготовки более 50 мм - заготовка штучная (на одну деталь); при меньшем диаметре одну заготовку можно использовать для нескольких деталей.
После получения штучной заготовки вала среднего размера обрабатывают технологические базы - два торца и центровые отверстия. Центровые отверстия и торцы валов являются базой не только на токарной, но и на шлифовальной операциях, а также при ремонте деталей. Поэтому к выполнению их предъявляют высокие требования по соосности , постоянству глубины, диаметра и угла конуса. Для выполнения этой операции применяют центровальные, центровально-подрезные, фрезерно-центровальные, центровально-отрезные станки, а также универсальные токарные, фрезерные, сверлильные и другие станки.
Обработка может вестись с последовательным или с параллельно-последовательным выполнением переходов. Целесообразность выполнения того или иного варианта обработки определяется технико-экономическим расчетом. Как правило, совмещение переходов и применение станков для комплексной обработки во многих случаях целесообразно даже при небольшой загрузке станков (10% и более). Кроме того двусторонние станки обеспечивают при обработке более высокую точность расположения поверхностей (торцов и центровых отверстий) технологических баз. Так, при обработке на двустороннем центровальном автомате 2910 отклонение от соосности центрового отверстия к наружной поверхности не превышает 0,072-0,120 мм; допуск на глубину центрового отверстия составляет 0,18-0,30 мм.
Двусторонние центровально-подрезные станки (например, МР179, 2931, 2932 и др.) позволяют также обтачивать концы валов, снимать фаски, сверлить и растачивать отверстия, нарезать резьбу. Применение оборудования подобного типа существенно влияет на последующую токарную обработку - во многих случаях вал можно обработать за один уставов, т. е. нет необходимости его переустанавливать, так как наружная поверхность крайних шеек уже обработана.
Если токарная операция выполняется на станках с ЧПУ, то обработку технологических баз целесообразно выполнять на центровально-подрезных станках. Кроме того, после обработки на центровально-подрезных станках не требуется дополнительная подрезка торца на токарном станке (после фрезерования торцов их подрезка на токарном станке обязательна). Допуск на длину заготовок перед обработкой на станках с ЧПУ - не более 0,6 мм.
При последующей обработке валов (после термической обработки) требования к точности обработки центровых отверстий повышаются. При шлифовании центровых отверстий на специальных станках (3922Р, 3922Е, MB -119 и др.) обеспечивается отклонение от круглости 1 - 3 мкм, отклонение от прямолинейности образующей до 4-6 мкм; параметр шероховатости поверхности до Ra = 0,63 мкм.
При закреплении заготовки типа втулок, дисков и т. п. в патроне станка с ЧПУ часто перед основной токарной операцией обрабатывают технологические базы на станках с ручным управлением. На станке с ЧПУ заготовки закрепляют в патронах с использованием незакаленных кулачков. Для повышения точности установки незакаленные кулачки перед обработкой детали растачивают по специальной программе за два перехода - черновой (рис. 22, а) и чистовой (рис. 22,б).
Правильный выбор технологических баз определяет отклонение расположения поверхностей заготовки в рабочей зоне станка, а следовательно, равномерность припуска при обработке, точность обработки взаимосвязанных поверхностей, жесткость крепления заготовки и производительность обработки.
На токарных станках патронного типа заготовки закрепляют: в патроне, на планшайбе, на угольнике, расположенном на планшайбе. Наиболее часто используют автоматические (с приводом) быстропереналаживаемые трехкулачковые патроны. При этом базой у заготовки служат торец, цилиндрическая и коническая (длиной не менее 8 -10 мм) наружные поверхности. Кулачки могут быть закаленными или незакаленными. Закаленные кулачки применяют для крепления заготовок с необработанными поверхностями. Для зажима штампованных заготовок или отливок, имеющих уклоны, рабочим поверхностям кулачков можно придать коническую форму. В некоторых случаях применяют специальные кулачки с качающимися вставками, обеспечивающими контакт по большей длине. Незакаленные кулачки обеспечивают высокую точность установки, так как сами кулачки перед обработкой партии деталей непосредственно обрабатывают на станке, а у заготовки используют ранее обработанные поверхности.
При выборе баз и конструкции сменных кулачков стремятся закрепить заготовку возможно ближе к патрону и в качестве базы использовать цилиндрическую поверхность наибольшего диаметра. Однако иногда используют торец и предварительно обработанную внутреннюю цилиндрическую поверхность. Этот вариант базирования менее предпочтителен по условиям жесткости и точности обработки.
Специальные патроны позволяют без смены кулачков обработать деталь с двух сторон (рис. 23).
Применяют также специальные патроны, обеспечивающие обработку деталей арматуры типа крестовин с двух и четырех сторон с поворотом на определенный угол для совмещения оси обрабатываемого элемента с осью шпинделя. У обычных патронов ход кулачков относительно небольшой.
На станках, входящих в гибкие производственные модули, применяют патроны с большим ходом кулачков, патроны с быстросменными системами замены кулачков и т. д.
Проектирование токарной операции является частью более общей задачи разработки технологического процесса изготовления детали (см. гл. 5). Необходимо знать не только, в каком виде заготовка поступает на токарную операцию, но и какова должна быть ее точность после обработки. Технологическую разработку токарной операции на станках с ЧПУ начинают с составления эскиза заготовки в том виде, который она принимает после предшествующей обработки с указанием всех размеров и технических требований. Рекомендуется на эскизе тонкими линиями показать контур детали, получаемый после обработки, с указанием допустимых отклонений и качества поверхности.
Несмотря на то, что перед разработкой технологических процессов проводится анализ технологичности детали, при проектировании токарной операции на станках с ЧПУ рекомендуется дополнительно проанализировать ее технологичность. При этом обращается внимание на унификацию элементов детали, упрощение геометрической формы, обеспечение жесткости при обработке.
При применении станков с ЧПУ необходимо наиболее полно использовать технологические возможности этого оборудования. Для каждого станка имеется определенный комплект инструмента. Следует проверить возможность обработки детали с его применением. В случае необходимости разрабатывают предложения по изменению конструкции детали.
Наибольший эффект достигается при использовании станков с ЧПУ для решения наиболее сложных технологических задач, например для обработки деталей сложного профиля, в случае высокой концентрации переходов обработки, исключения слесарных работ и сложных приспособлений. На станках с ЧПУ нецелесообразно обрабатывать детали с числом ступеней меньше трех и детали, время установки и выверки которых велико. Станок с ЧПУ должен быть занят обработкой деталей одного наименования в год в течение 10-25 ч.
Поверхность детали после токарной обработки в зависимости от назначения и требования точности разделяют на основные и дополнительные участки. Основные участки определяют положение данной и сопряженной с ней деталей в изделии. Точность обработки этих участков должна быть наиболее высокой. Основные участки поверхности обрабатывают проходными, копировальными и расточными резцами, дополнительные участки - торцовые и угловые канавки, резьбовые поверхности, канавки под клиновые ремни и т. п. обрабатывают канавочными , резьбовыми резцами и т. п.
Несмотря на разнообразие форм деталей, можно установить типовую последовательность выполнения переходов обработки. Обычно основные участки поверхности обрабатывают за несколько переходов. Переходы можно осуществить на одном станке за одну операцию, если деталь не подвергается промежуточной термической обработке, или за несколько операций на разных станках, если деталь подвергают термической обработке.
Деление всех переходов на отдельные операции проводят, исходя из возможной точности обработки поверхностей на данном станке или при наличии промежуточных операций термической обработки.
На токарных станках с ЧПУ последовательность переходов обработки следующая: а) предварительная (черновая) обработка основных участков поверхностей детали: подрезка торцов, центрование перед сверлением отверстий диаметром до 20 мм, сверление (если используются два сверла, то вначале сверлом большего диаметра), рассверливание отверстий, точение (получистовая обработка) наружных поверхностей, а затем растачивание внутренних поверхностей; б) обработка дополнительных участков поверхностей детали (кроме канавок для выхода шлифовального круга, резьбы и т. п.); в тех случаях, когда черновая и чистовая обработки внутренних поверхностей проводятся одним резцом, все дополнительные участки обрабатывают после чистовой обработки; в) окончательная (чистовая) обработка основных участков поверхности детали, сначала внутренних, потом наружных; г) обработка дополнительных участков поверхностей детали, не требующих черновой обработки: сначала в отверстиях или на торцах, затем на наружной поверхности.
Комплекты режущих инструментов, используемые при обработке наружных поверхностей детали на станках с ЧПУ токарной группы, приведены в табл. 1 и 2. Участки поверхности детали, обрабатываемые этим инструментом, указаны в табл. 3. Комплект инструментовдлястанков1723ФЗ,1734ФЗ, 1751ФЗ приведен на рис. 24, а для станка 16К20ФЗ-на рис. 25.
Обработка на токарных станках с ЧПУ характеризуется следующей точностью. Однократная обработка поверхности обеспечивает точность 12-13-го квалитета и параметр шероховатости поверхности R а = 3,2 мкм. Радиус при вершине резца при этом назначают по наименьшему радиусу галтели на детали; в других случаях галтель выполняют по программе. При более высоких требованиях к качеству поверхности ( Ra менее 1,6 мкм) на последнем чистовом переходе уменьшают подачу и увеличивают частоту вращения. При более высоких требованиях (точности 7 -9-го квалитета) окончательную обработку осуществляют чистовым резцом с коррекцией на размер. Для обеспечения высокой точности размеров при чистовой обработке резец устанавливают в такой плоскости, чтобы погрешность позиционирования револьверной головки не влияла на точность размера обрабатываемой поверхности.
Черновую обработку со снятием напуска проводят по-разному: если перепад диаметров ступеней больше длины ступени, то обработку ведут с поперечной подачей (в противном случае - с продольной подачей). Современные системы ЧПУ позволяют вести эту обработку по постоянному циклу. При составлении программы задают исходный и требуемый контур. Система ЧПУ автоматически формирует управляющие команды для выполнения обработки. Схемы перемещения инструментов при обработке основных участков поверхности приведены на рис. 27-29. Обычно эти участки обрабатывают черновыми, а затем чистовыми резцами.
На станках с ЧПУ фаски, канавки для выхода инструмента обрабатывают, как указано выше, или тогда, когда это наиболее целесообразно применительно к стойкости инструмента и производительности обработки. При этом учитывают, что работа вершины резца при врезании улучшается, если снята фаска. Если обработка начинается со снятия фасок, то детали будут без заусенцев (по этой же причине канавки выполняют нередко после чистового перехода). Фаски целесообразно снимать серединой режущего лезвия инструмента.
Для уменьшения трудоемкости программирования канавки сложной формы обрабатывают по типовой программе резцами за несколько переходов (рис. 30, 31). Окончательный профиль детали получают при чистовом переходе. Критериями для выбора схемы обработки и инструментов служат глубина канавки h = 0,5(D 2 - D 1 ) и ширина канавки В (рис. 30, а). Если h < 5 мм, то предварительную обработку ведут с продольной подачей канавочным резцом при В < 30 мм (рис. 30, б) и проходным резцом при В > 30 мм (рис. 30, в). При h > 5 мм и В < 30 мм применяют канавочные резцы и работают методом ступенчатого врезания (рис. 30, г). При В < 30 мм после получения канавки шириной до 10 мм (рис. 30, д ) оставшийся материал убирают подрезным резцом (рис. 30, е). Окончательную обработку во всех случаях проводят двумя канавочными резцами по контуру (рис. 30, ж и з ). Аналогично обрабатывают внутренние канавки.
Обработку торцовых канавок, показанных на рис. 31, а, ведут следующим образом. При ширине канавки В = 0,5 ( D 2 - D 1 ) < 60 мм предварительную обработку ведут по схеме, представленной на рис. 31,б (глубина канавки h < 3 мм), или по схеме на рис. 31, в и г (глубина канавки h > 3 мм). Окончательную обработку торцовых канавок ведут двумя одинаковыми резцами, различающимися положением формообразующей вершины (рис. 31, д и е).
В процессе подготовки программы обработки деталей на токарных станках с ЧПУ согласуют системы координат станка, патрона, детали и режущего инструмента (рис. 32).
В системах управления токарными станками с ЧПУ предусмотрена возможность ввода коррекций на положение инструмента для компенсации упругих деформаций и износа. При этом корректирующие переключатели (блоки коррекции) выбираются программой обработки либо на всю зону обработки одним инструментом, либо на отдельные поверхности. Блоки коррекций не назначают на сверла, развертки и другой осевой мерный инструмент.
По одному блоку коррекции выделяют: на резцы для чистовой обработки основных участков поверхностей; на прорезные и расточные резцы для обработки дополнительных участков поверхностей; на черновой резец для окончательной обработки торца; на черновой резец для обработки наружных и внутренних поверхностей (если остаются незанятые блоки).
Два блока коррекции на один инструмент с разделением кадров программы назначают: при нарезании резьбы (на зачистных ходах блоки чередуются через ход); при обработке мерных канавок немерным прорезным резцом (для чистовой обработки правой и левой сторон канавки); для каждого наладочного режима с остановом и измерением детали (при обработке поверхностей высокой точности).
Три блока коррекции назначают на чистовой резец, формирующий сложный и точный контур детали, например зубчатый венец конического колеса. В этом случае блоки коррекции должны быть «привязаны» к кадрам, обеспечивающим получение наружного диаметра зубчатого колеса, передней и задней конических поверхностей.
Схемы обработки детали на токарном станке с ЧПУ приведены на рис. 33.
Особенно широкими технологическими возможностями характеризуются современные токарные станки с ЧПУ (например, станки 1П732Ф4, 1П732Ф4А). Кроме различных токарных работ с использованием специальных инструментальных шпинделей с вращающимся инструментом (сверлами, фрезами и т. п.) на них обрабатывают различные отверстия (в том числе и поперечные), фрезеруют канавки, лыски , пазы, нарезают резьбу (рис. 34). На таких станках возможна полная обработка деталей, если они не подвергаются термической обработке. Для выполнения этих переходов обработки шпиндель останавливается в фиксированном положении. Инструмент закреплен в специальных инструментальных шпинделях. На некоторых станках эти шпиндели встроены в револьверные головки.