Изготовление ходовых винтов.

Служебное назначение, технические требования и заготовки ходовых винтов.

Ходовые винты в металлорежущих станках предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное прямолинейное перемещение при помощи связанной с ним гайки различных деталей и узлов станка с требуемой точностью.

Ходовой винт включается в размерную цепь технологической системы, определяющей точность перемещения суппорта, а, следовательно, точность обработки.

Профиль резьбы ходовых винтов может быть трапецеидальный, треугольный, прямоугольный. Наибольшее распространение получила трапецеидальная резьба, т.к. технология ее изготовления проще и обеспечивается возможность регулирования осевых зазоров. При прямоугольной резьбе погрешности перемещения, обусловленные радиальным биением ходового винта, будут меньше, чем у трапецеидальной резьбы и поэтому она применяется в точных передачах.

Резьбы нормальной и пониженной точности изготовляют с нормальным и крупным шагом, резьбы высокоточных станков – с мелким шагом для снижения деформации, а тем самым погрешности перемещения.

Исходя из служебного назначения, различают 5 классов точности ходовых винтов: 0, 1, 2, 3, 4. Винты нулевого и первого класса применяют в резьбошлифовальных, высокоточных токарно-винторезных, координатно-расточных, координатно-шлифовальных станках. Резьбы второго класса точности – в токарно-винторезных станках повышенной точности, токарно-затыловочных и других станках. Резьбы третьего класса – в токарно-винторезных, зубофрезерных и других станках. Резьбы четвертого класса – в консольно-фрезерных и других станках.

Основные технические требования на изготовление ходовых винтов определяются классом точности.

Например, основными техническими требованиями при изготовлении ходовых винтов нормальной точности (3 класса точности) являются:

1. Допускаемая ошибка шага не более ± 0,012 мм.

2. Наибольшая накопленная ошибка шага не более 0,03 мм на длине 300 мм и не более 0,08 мм на всей длине резьбы.

3. Допускаемая овальность сечения, соответствующая среднему диаметру резьбы при длине винта 1 - 2 м не более 0,15 мм, при длине 2 - 4 м не более 0,2 мм.

4. Отклонение половины угла профиля резьбы при шаге 6 – 10 мм не более 25’, при шаге 3 – 5 мм не более 30‘.

5. Радиальное биение наружной поверхности резьбы относительно оси вала не более 0,2 мм.

6. Шероховатость рабочих поверхностей резьбы Ra = 1,6 – 0,63 мкм.

К материалам ходовых винтов предъявляются повышенные требования по однородности и стабильности структуры, высокой износостойкости, хорошей обрабатываемости.

Нетермообрабатываемые винты станков нормальной точности (3 класс) изготовляют из среднеуглеродистой стали А40Г с добавлением серы для улучшения обрабатываемости и снижения шероховатости и стали 45 с добавлением свинца для улучшения обрабатываемости.

Термообрабатываемые ходовые винты высокоточных станков изготовляют из инструментальных сталей У10А и У12А, характеризуемых небольшими деформациями после термообработки. Упрочняемые азотированием ходовые винты изготовляют из легированных сталей, например 18ХГТ и др.

Гайки ходовых винтов изготовляют из бронзы.

Заготовки получают резкой горячекатанного или калиброванного проката. Биение заготовок ходовых винтов не должно превышать 0,5 мм.

Технологический маршрут изготовления ходовых винтов.

За технологические базы на большинстве операций обработки винтов принимают поверхности центровых отверстий.

Для снижения деформаций ходовых винтов длиной больше 1 метра от сил резания и собственного веса предусматривается дополнительная двойная направляющая технологическая база под люнет, получаемая обтачиванием с последующим шлифованием.

Технологический маршрут изготовления ходовых винтов третьего класса точности станков типа 16К20 из калиброванного проката включает в себя следующие основные этапы:

1. Подрезание торцов, снятие фасок и зацентровка (обычно за два установа).

2. Протачивание малой шейки и прорезка канавки для выхода шлифовального круга.

3. Протачивание шейки для захода резьбы.

4. Предварительное шлифование большой опорной шейки.

5. Черновое нарезание резьбы.

6. Получистовое нарезание резьбы.

7. Окончательное шлифование большой опорной шейки.

8. Контроль прямолинейности винта и при необходимости его правка. Допускаемое биение 0,05 мм.

9. Окончательное нарезание резьбы.

10. Окончательное шлифование малой опорной шейки.

В технологическом маршруте может предусматриваться неоднократная правка винта для обеспечения требуемой прямолинейности. Однако правка может вызывать перераспределение остаточных напряжений, что, в свою очередь, может вызвать деформацию изготавливаемого ходового винта.

Токарная обработка наружных поверхностей ходового винта аналогична обработке валов.

Нарезание резьбы на ходовых винтах может производиться резьбофрезерованием, вихревым нарезанием, нарезанием резцами, иногда резьбошлифованием.

Резьбофрезерование применяют для нарезания винтов 3 - 4 классов точности или для предварительного нарезания высокоточных винтов.

Вихревое нарезание предусматривается на специальных или модернизированных токарных, резьбофрезерных станках с помощью вращающихся резцовых головок с 2, 4 и 6 резцами, профиль которых соответствует профилю нарезаемой резьбы.

Производительность вихревого нарезания выше резьбофрезерования, при этом получается меньшая шероховатость, снижается деформация резьбовой части винта. Нарезание резьбы производится за один рабочий ход.

Наибольшее распространение получило нарезание резьбы резцами вследствие универсальности метода. Резцами можно нарезать резьбы 2, 3 и 4 классов точности.

Отделочная обработка резьбы производится на токарно-винторезных станках повышенной точности твердосплавными резцами (Т15К6) и тщательно доведенными режущими кромками.

При изготовлении ходовых винтов могут применяться операции термической обработки для снятия остаточных напряжений и стабилизации размеров детали.

Так как термические операции вызывают деформации винтов, то в технологический процесс включают операции контроля и проверки правильности центровых отверстий с выполнением при необходимости их перецентровки путем шлифования центровых отверстий на центрошлифовальных станках или их притиркой чугунными притирами на токарных станках.

 

 

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 отсчётным устройством, специальными и универсальными машинами, профильными шаблонами и специальными измерительными микроскопами, приборами для контроля погрешности шага.

При изменении шага винта могут обнаружиться отклонения и других параметров точности. Измерение шага у винтов невысокого (4-го) 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 птическим компаратором различного увеличения.

 

Изготовление шпинделей.

Служебное назначение, технические требования и заготовки шпинделей.

Шпиндель вместе с опорами является одним из основных узлов металлорежущего станка. Основное назначение шпинделя – передача вращательного движения обрабатываемой заготовке или режущему инструменту с определенными угловыми скоростями и крутящими моментами. Шпиндель своими размерами включается в размерные цепи технологической системы, определяющей точность обработки.

По конструкции различают шпиндели пустотелые (токарные, револьверные, фрезерные станки), с несквозным отверстием (сверлильные станки) и сплошные (шлифовальные станки). Полые шпиндели могут быть с фланцем в головной части или без него.

Различают 5 классов точности шпинделей: Н, П, В, А, С. Технические требования на изготовление шпинделей характеризуют геометрическую форму и точность размера посадочных шеек и исполнительных поверхностей шпинделя (цилиндрическое или конусное отверстие), несоосность опорных шеек и исполнительных поверхностей.

Так, например, для станков нормальной точности отклонение от круглости опорных шеек в зависимости от диаметра находится в пределах 0,2 – 4 мкм; конусность опорных шеек 1,25 – 1,5 мкм на длине 300 мм; несоосность опорных шеек и исполнительных поверхностей 0,01 – 0,015 мм; шероховатость опорных поверхностей Ra = 0,32 – 0,04 мкм; шероховатость исполнительных поверхностей Ra = 0,63 – 0,04 мкм и другие технические требования. Точность опорных шеек шпинделя должна быть примерно в 2 раза выше, по сравнению с точностью, которую необходимо получить при обработке.

Точность изготовления шпиндельного узла примерно на 80% зависит от точности изготовления его составных частей и на 20% зависит от точности сборки.

В качестве материала заготовок шпинделей принимают следующие стали: 45, 50Г2, 20Х, 40Х, 18ХГТ и др. с соответствующей термической обработкой. Могут применяться серые и высокопрочные чугуны. Шпиндели токарных автоматов и полуавтоматов могут изготавливаться из инструментальной стали У8А с термической обработкой.

В зависимости от типа производства заготовки получают из проката или свободной ковкой в единичном и мелкосерийном производстве, в серийном и крупносерийном – высадкой на горизонтально-ковочных и ротационно-ковочных машинах. Пустотелые шпиндели получают выдавливанием на вертикальных гидравлических прессах с фланцем или без фланца. При данном методе сокращаются затраты на механическую обработку на 25 – 40%. Тонкостенные шпиндели без фланца могут изготавливаться из труб.