Изготовление ступенчатых валов.

При выполнении основных операций обработки ступенчатых валов (точение, наружное шлифование) в качестве баз принимают поверхности центровых отверстий заготовки. Если заготовку устанавливают на плавающий передний центр, то базой будет также торец заготовки, примыкающий к торцу переднего центра. Применение плавающего переднего центра исключит погрешность базирования при выдерживании длин ступеней от левого торца. Рассмотрим отдельные операции обработки ступенчатых валов. Подрезка торцов и зацентровка. 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.
В серийном производстве обработку ведут на фрезерно-центровальных полуавтоматах МР-71 и МР-73 с установкой заготовки по наружному диаметру в призмы и базированием в осевом направлении по упору. Подрезку торцов выполняют также раздельно от зацентровки на продольно-фрезерных или горизонтально-фрезерных станках, а центрование - на одностороннем или двустороннем центровальном станке.
В массовом производстве для фрезерования торцов и зацентровки применяют станки барабанного типа моделей МР-77 и МР-78. В единичном производстве подрезку торцов и зацентровку ведут, в основном, на универсальных токарных станках. Обтачивание валов в зависимости от масштаба выпуска деталей,  выполняют на различном оборудовании: на обычных токарных станках, на токарных станках, оснащенных программным управлением или гидрокопировальным суппортом, на копировальных токарных станках, а также на многорезцовых станках. Многорезцовое обтачивание обеспечивает повышение производительности по сравнению с обычной токарной обработкой, благодаря совмещению переходов и автоматическому получению операционных размеров.
Проектируя операцию, решают вопрос о размещении резцов. При размещении резцов по схеме, приведенной на рис. 12.3, а, каждая ступень вала обрабатывается одним резцом и ход продольного суппорта определяется длиной наибольшей ступени, обтачиваемой резцом 1, а резцы 2 и 3 совершают холостой пробег.

Рис. 12.3 Размещение инструментов для различных схем изготовления валов.

При наладке станка по наименьшей ступени l3 (рис. 12.3, б) ход суппорта будет определяться длиной ступени l3. В этом случае для обточки других ступеней устанавливают по нескольку резцов, причем число резцов зависит от соотношения длин ступеней l1/l3 и l2/l3. Второй вариант более производителен, но его недостатком является появление уступов при обтачивании ступени несколькими резцами из-за неточности установки резцов на размер и разной интенсивности их изнашивания. Установку резцов производят по эталонной детали или вне станка, применяя сменные блоки.
Если ступенчатый вал изготовляют из проката, то при точении ступеней с меньшим диаметром возможны недопустимо большие глубины резания. В этом случае применяют метод деления припуска. Одним из вариантов может быть удаление резцами 1,2 и 3 (рис.12.3.в) частей припуска Z1 Z2 и Z3. При этом варианте продольный суппорт перемещается на всю длину l обтачиваемых ступеней.
Обработка валов на многорезцовых станках требует относительно длительной их наладки, поэтому этот метод применяют в серийном и массовом производстве.
Значительное распространение получили одношпиндельные копировальные полуавтоматы моделей 1712, 1722, 1Б732. На рис. 12.4. показана схема наладки копировального полуавтомата для обработки ступенчатого вала: продольный суппорт обтачивает вал по копиру, а поперечный суппорт образует выточку.

Рис. 12.4 Схема наладки копировального полуавтомата.

Поперечным суппортом можно выполнять и подрезку торцов. Время  для наладки средней сложности составляет 30-35 мин, что в 2-3 раза меньше времени соответствующей наладки многорезцового станка. При  чистовом точении обеспечивается точность, соответствующая 9-му квалитету вместо 11-го при многорезцовом обтачивании. Наблюдается  малое влияние упругих сжатий системы, так как при продольном точении участвует в работе только один резец.  Повышается  качество обработанной поверхности: отсутствуют уступы, характерные для многорезцового обтачивания одной ступени. Обработка  ведется на более высоких скоростях резания, так как при многорезцовом точении скорость резания занижается с целью повышения стойкости резцов до 3-4 ч.
На токарных копировальных полуавтоматах выполняют предварительную и чистовую обработку валов. Их применение весьма эффективно в серийном производстве, где они повышают производительность по сравнению с использованием обычных токарных станков в 2 раза и более. При обточке валов с числом ступеней более четырех полуавтоматы работают эффективно при размере партии всего в 10-15 шт.
В массовом и крупносерийном производстве широко используют многошпиндельные многорезцовые полуавтоматы моделей 1К282, 1284 и других, которые, однако, сложнее в наладке. В мелкосерийном производстве весьма эффективно применение токарных станков с гидросуппортами и токарных станков с программным управлением.

Шлицевые поверхности на валах обычно получают обкаткой червячной фрезой на шлицефрезерных или зуборезных станках. Шлицы фрезеруют за два прохода. У закаливаемых валов, центрируемых по наружной поверхности, обработка шлицев включает следующие операции: предварительное шлифование наружной поверхности; фрезерование шлицев с припуском на шлифование боковых поверхностей; термическую обработку; чистовое наружное шлифование; чистовое шлифование боковых поверхностей шлицев, которое выполняется на шлицешлифовальном полуавтомате одновременно двумя кругами (рис. 12.5, а) с применением делительного механизма для поворота заготовки.

Рис. 12.5 Схемы обработки шлицов.

У таких же незакаливаемых валов обработка шлицев состоит из двух операций: наружного шлифования цилиндрической поверхности и фрезерования шлицев. Если шлицевое соединение центрируется по поверхности внутреннего диаметра, то последовательность операций до термообработки остается той же, что и при обработке шлицев, центрируемых по наружному диаметру; после термообработки выполняют чистовое шлифование боковых поверхностей шлицев и чистовое шлифование по внутреннему диаметру. В этом случае шлицы шлифуют либо профильным кругом одновременно по боковым поверхностям и дну впадины (рис. 12.5, б), либо в две операции: шлифование двумя кругами боковых поверхностей (рис. 12.5, а), а затем шлифование внутренней поверхности кругом, заправленным по дуге (рис. 12.5, в). Шлифование одним профильным кругом дает наилучшие результаты по точности и производительности.
В последнее время появились более производительные методы: обработка шлицев на шлицестрогальных и шлицепротяжных станках, а также образование эвольвентных шлицев методом пластического деформирования с помощью накатки. Накатыванию подвергают валы с небольшой твердостью при модуле шлицев не свыше 2,5 мм. Накатанные шлицы повышают износостойкость вала.

Шпоночные пазы в зависимости от их конструкции, обрабатывают либо дисковой фрезой, если паз сквозной, либо торцовой (пальцевой) фрезой, если паз глухой. Вал устанавливают в центрах или по наружной поверхности на призмы приспособления. При установке вала на призмы появляется погрешность установки, влияющая на точность глубины паза). Шпоночные пазы изготовляют на горизонтально- и вертикально- фрезерных станках. При изготовлении глухих шпоночных пазов в серийном и массовом производстве применяют шпоночно-фрезерные полуавтоматы, работающие "маятниковым" методом: двузубая пальцевая фреза (рис.12.6) за один проход подается на глубину резания t=0,2?0,3 мм и фрезерует паз на всю длину, затем вновь подается на эту же глубину и фрезерует паз в другом направлении и так до получения полной глубины паза.

Рис. 12.6 Схема фрезерования шпоночного паза.

Фрезерование пазов в крупносерийном и массовом производстве целесообразно выполнять с применением многоместных приспособлений комплектом фрез.

Изготовление резьбы.

Резьбы на валах могут быть наружные и внутренние. Внутренние резьбы нарезают машинными метчиками на сверлильных, револьверных и резьбонарезных станках в зависимости от масштаба производства. Наружные резьбы нарезают резцами, гребенками, плашками, а также получают фрезерованием, вихревым методом, накатыванием. В мелкосерийном и единичном производстве наружные резьбы изготовляют на токарно-винторезных станках с применением резьбовых резцов или гребенок, обеспечивая 6-8-ю степени точности. Резьбы 4-й степени точности нарезают на прецизионных токарно-винторезных станках.
Нарезание резьбы плашками и резьбонарезными головками выполняют на револьверных, токарных и болторезных станках, а также на токарно-револьверных автоматах. Нарезание резьбы плашками применяют в серийном и мелкосерийном производстве при требованиях точности резьбы не выше 7-й степени. В серийном и массовом производстве при изготовлении резьб используют резьбонарезные головки, обеспечивающие повышение производительности в 2- 4 раза по сравнению с нарезанием резьбы плашками и повышение точности резьбы до 6-й степени. При нарезании коротких остроугольных резьб широкое распространение получило фрезерование гребенчатой групповой фрезой (рис. 12.7) на резьбофрезерных станках, причем ось фрезы устанавливается параллельно оси нарезаемой детали.

Рис. 12.7 Схема нарезания резьбы гребенчатой фрезой.

При фрезеровании кроме вращения фрезы и медленного вращения заготовки необходимо обеспечить осевое перемещение фрезерной головки на шаг резьбы за один оборот заготовки. Накатывание резьбы применяют в крупносерийном и массовом производстве. При этом получают резьбу 6-й степени точности. Накатывание резьбы в 10-20 раз производительнее нарезания ее резьбовыми головками. Если вал не подвергается закалке, то резьбу нарезают после окончательного шлифования шеек, что устраняет возможность повреждения резьбы в процессе передачи вала на другую операцию.
На закаливаемых шейках резьбу изготовляют до термообработки. Мелкие резьбы у термо-обрабатываемых валов получают сразу шлифованием на резьбошлифовальных станках.

Шлифование валов выполняют на круглошлифовальных и бесцентровошлифовальных станках. Валы с точностью шеек, соответствующей 6-му квалитету, шлифуют в две операции (два перехода): предварительное и чистовое шлифование. При обработке валов на круглошлифовальных станках технологической базой являются центровые отверстия на торцах заготовки. От качества центровых отверстий зависит точность обработки, поэтому перед шлифованием центровые отверстия нередко подвергают исправлению путем шлифования конусным кругом. При шлифовании наиболее распространены два метода: метод продольного шлифования (рис. 12.8, а), применяемый при обработке поверхностей значительной протяженности, и метод врезного шлифования (рис. 12.8, б), применяемый при обработке коротких шеек.

Рис. 12.8. Схемы шлифования валов.

В серийном и массовом производстве шлифование вторым методом часто выполняется по автоматическому циклу, что обеспечивает лучшее качество обработки и повышает производительность. В тех случаях, когда необходимо достигнуть точности размеров, соответствующей 5-му или 6-му квалитету, и шероховатости поверхности Ка = 0,1 мкм и меньше, после чистового шлифования шейки вала притирают.
При шлифовании деталей размеры часто контролируют в процессе обработки, т. е. без остановки станка, что повышает производительность. Используют также измерительные средства активного контроля, которые автоматически выключают поперечную подачу при достижении заданного размера. Схема бесцентрового шлифования показана на рис. 12.8, в, где 1 - шлифующий круг; 2 - обрабатываемая заготовка; 3 - нож, поддерживающий заготовку; 4 - ведущий круг; v - окружная скорость ведущего круга. Заготовка располагается выше осевой линии кругов на размер h. Подача S заготовки вдоль оси осуществляется путем поворота ведущего круга на угол альфа, который составляет. Благодаря этому наклону ведущий круг сообщает детали посредством силы трения движение подачи. Бесцентровое шлифование выполняют с продольной подачей, как показано на рис. 12.8, в, и с поперечной подачей (врезанием). Если вал гладкий, то применяют шлифование с продольной подачей на проход; если вал ступенчатый, то его шлифуют с продольной подачей до упора. Врезным бесцентровым шлифованием обрабатывают у вала короткие буртики. Бесцентровое шлифование применяют при обработке небольших валов, обеспечивая 6-8-й квалитеты. Этот метод по точности несколько уступает шлифованию на круглошлифовальных станках.

Изготовление гладких валов.

Исходной заготовкой является калиброванный прокат. Последовательность изготовления вала следующая: 1) отрезание штучных заготовок и снятие фасок на токарно-отрезном станке или на отрезном автомате; 2) предварительное шлифование заготовок на бесцентровошлифовальном станке; 3) фрезерование шпоночных канавок на шпоночно-фрезерном полуавтомате; 4) обработка поперечного отверстия; 5) термическая обработка токами высокой частоты; 6) чистовое шлифование на бесцентровошлифовальном станке.