Раздел 4. Технология обработки поверхностей деталей машин

Тема 4.1. Технологии механической обработки резанием

 

В этой теме изучаются следующие вопросы:

– методы обработки заготовок на станках токарной группы;

– технологические методы обработки отверстий (сверление, рассверливание, зенкерование, растачивание, протягивание;

– методы обработки плоских поверхностей;

 

Основные способы механической обработки резанием: точение, растачивание, сверление, фрезерование, строгание.

Точение выполняют на станкахтокарной группы и применяют преимущественно для обработки поверхностей деталей типа тел вращения, к которым относятся гладкие и ступенчатые валы, зубчатые колеса, втулки, крышки, шкивы, с помощью резцов.

Токарная обработка имеет несколько разновидностей: точение, растачивание, подрезание, разрезание. Точение – обработка наружных поверхностей заготовок. Растачивание – обработка внутренних поверхностей заготовок. Подрезание – обработка плоских (торцовых) поверхностей заготовок. Разрезание – разделение заготовки на части.

Процесс точения характеризуется вращательным движением заготовки (главное движение резания) и поступательным движением инструмента – резца (движение подачи). Движение подачи осуществляется параллельно оси вращения заготовки (продольная подача ), перпендикулярно к оси вращения заготовки (поперечная подача ).

Схемы основных видов обработки поверхностей, показанные на рис. 4.1, являются типовыми, так как их можно реализовать на универсальных токарных станках, полуавтоматах, автоматах и станках с ЧПУ. Перемещение инструментов в направлениях движения подачи зависят от типа станка и управление ими осуществляется вручную (на универсальных станках), от кулачков и копиров (на полуавтоматах и автоматах) или по управляющим командам программы системы ЧПУ станка.

На токарных станках можно выполнять точение в цент­рах, в патроне и на планшайбе; растачивание; торцевое точе­ние; отрезку и подрезку; нарезание резьбы; точение конусов, фасонных поверхностей и другие виды работ с применением соответствующих инструментов и приспособлений.

Наружные цилиндрические поверхности обтачивают прямыми или упорными проходными резцами (рис. 4.1, а, б). Заготовки гладких валов обрабатывают, устанавливая их в центрах. Заготовки ступенчатых валов обтачивают по схемам деления припуска на части или по схемам деления длины заготовки на части. Наружные и внутренние резьбы (рис. 4.1, в)нарезают резьбовыми резцами, форма режущих кромок которых определяет профиль нарезаемых резьб. Точение длинных пологих конусов (2 =8...10°) производят, смещая в поперечном направлении корпус задней бабки относительно ее основания (рис. 1, г, ж)или используя специальное приспо­собление – конусную линейку. При обработке конических поверхностей на станках с ЧПУ продольное и поперечное движения по­дачи суммируются автоматически.

Сквозные отверстия на токарно-винторезных станках растачива­ют проходными расточными прямыми резцами (рис. 4.1, д),глухие – упорными (рис. 4.1, е). С поперечным движением подачи на токарно-винторезных станках обтачивают кольцевые канавки (рис. 4.1, з) отрезными и про­резными резцами.

 

Рис. 4.1. Схемы обработки поверхностей на токарно-винторезном станке

 

Фасонные поверхности (галтели) обрабатывают фасонными стержневыми резцами (рис. 4.1, и). Короткие конические поверхности (фаски) получают широкими резцами, у которых главный угол в плане равен половине угла при вершине конической поверхности (рис. 4.1, к). Детали от заготовки отрезают отрезными резцами с наклонной режущей кромкой, что обеспечивает получение торца у готовой детали без остаточного заусенца (рис. 4.1, л). Подрезание торцов выполняют специальными подрезными резцами (рис. 4.1, н). На токарно-винторезных станках отверстия обрабатывают свер­лами, зенкерами и развертками. В этом случае обработку ведут продольным движением подачи режущего инструмента (рис. 4.1, м). Обтачивание наружных и растачивание внутренних конических поверхностей средней длины с любым углом конуса при вершине производят с наклонным движением подачи резцов, при повороте верхнего суппорта (рис. 4.1, о).

По назначению токарные резцы разделяются на проход­ные, подрезные, расточные, отрезные, фасонные, резьбовые и канавочные. В зависимости от характера выполняемых операций резцы бывают черновые и чистовые.

Способы установки и закрепления заготовки, обрабатыва­емой на токарном станке, зависят от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, типа заготовки (вал, диск, кольцо, некруглый стержень и т.д.), отношения длины заготовки к ее диаметру, требуемой точно­сти обработки и других факторов.

Наружное точение деталей длиной L < 4 D осуществляют проходными и подрезными резцами. Такие детали закрепля­ют только в патроне без поддержки свободного конца центром задней бабки токарного станка. Для закреп­ления используют трёх- и четырёхкулачковые патроны, на­винчиваемые на шпиндель. В станках для крепления загото­вок широко применяют пневматические, гидравлические, центробежные и другие патроны. Трёхкулачковый самоцентрирующийся патрон используют для закрепления симметричных загото­вок, четырёхкулачковый – для установки заготовок слож­ной и несимметричной формы.

Для обтачивания наружных цилиндрических поверхнос­тей деталей (валы, оси) с отношением L/D > 4обычно используют продольное точение в центрах с использованием проходных резцов. При этом на торцевых поверхностях заготовок делают центрирующие отверстия. При обработке длинных деталей L/D > 10…12для предохранения их от прогиба применяют направляющие приспособления – открытые и закрытые люнеты. Для установки заготовок типа втулок, колец, стаканов применяют конические оправки,цанговые оп­равки,упругие оправки с гофрированными втул­ками.

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

Токарно-винторезные станки подразделяют по максимальному диаметру обработки, длине обрабатываемой заготовки, массе станков и их точности. Легкие токарно-винторезные станки массой до 100 т широкое применяются для изготовления инструмента, деталей приборов и часов.

Тяжелые токарно-винторезные станки массой свыше 400 т предназначены для обработки деталей диаметром 1250 мм и более.

Токарно-револьверные станки предназначены для изготовления однотипных деталей из прутков и штучных заготовок при применении многоинструментальной наладки. Револьверная головка, установленная на станин, позволяет одновременно закреплять несколько различных видов инструмента. Наличие револьверной головки и поперечного суппорта позволяет одновременно обрабатывать несколько поверхностей заготовки.

Многорезцовые станки предназначены для обработки заготовок многоступенчатых деталей с канавками, фасками и переходными поверхностями (галтелями). Многорезцовый станок снабжен несколькими режущими инструментами. При наличии копирной линейки на таком станке можно обтачивать фасонные поверхности.

Токарно-карусельные станки предназначены для обработки заготовок тяжелых деталей, имеющих большой диаметр при сравнительно небольшой длине. На карусельных станках можно обтачивать цилиндрические и конические, подрезать торцы, прорезать канавки, сверлить, зенкеровать, развертывать.

Многорезцовые станки предназначены для обработки заготовок многоступенчатых деталей с канавками, фасками и переходными поверхностями (галтелями). Многорезцовый станок снабжен несколькими режущими инструментами. При наличии копирной линейки на таком станке можно обтачивать фасонные поверхности.

Токарные автоматы предназначены для обработки заготовок из прутка, а токарные полуавтоматы – для обработки заготовок из прутка и штучных заготовок.

Технологические методы обработки отверстий (внутренних поверхностей). При изготовлении деталей машин различного назначения приходится встречаться с обработкой отверстий следующих видов: гладкие цилиндрические и конические, ступенчатые, фасонные, сквозные и глухие. Достижение требуемой точности при обработке отверстий более сложно, чем при обработке наружных поверхностей. Сложность обработки отверстий объясняется рядом причин: жесткость инструмента для обработки отверстий лимитируется размерами последних; ухудшается отвод стружки и подвод смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ); сама поверхность менее доступна для обозрения и контроля (в том числе измерения).

В зависимости от служебного назначения отверстия необходимо обеспечить следующие параметры: допуск на размер, шероховатость поверхности, прямолинейность оси отверстия, правильность геометрической формы (например, круглость для цилиндрических и конических отверстий), соосность и концентричность с другими цилиндрическими поверхностями и отверстиями, перпендикулярность оси отверстия торцу, расстояния между осями отверстий. Нередко для обеспечения требуемых размерных характеристик детали отверстие выбирается за базу и обрабатывается в начале технологического маршрута.

Сверление – основной технологический способ образования от­верстий в сплошном материале обрабатываемой заготовки. Сверле­нием могут быть получены как сквозные, так и глухие отверстия.

Самым распространенным способом обычного (неглубокого) сверления является обработка спиральным сверлом. Одним сверлом обычно сверлят отверстия диаметром до 20…30 мм. При обработке отверстий большего диаметра прибегают к последующему рассверливанию, зенкерованию, растачиванию и протягиванию.

Обработка может производиться при сообщении вращения инструменту ил обрабатываемой заготовке. Применяются следующие схемы сверления: 1) вращается инструмент, ему же сообщается осевая подача, деталь неподвижна; 2) вращение сообщается детали, а осевая подача – не вращающемуся инструменту; 3) встречное вращение детали и инструмента.

Часто встречающимся дефектом при сверлении является искривление оси отверстия (увод сверла). Это особенно ощутимо при сверлении глубоких отверстий. Наиболее радикальный способ устранения увода сверла – сообщение вращения детали и инструменту.

При сверлении отверстий большого диаметра часто применяют сверла для кольцевого сверления. В зависимости от вида обработки различают также сверла для глубоких отверстий, однокромочные, с подводом охлаждающей жидкости, перовые и т. д.; эти сверла являются специальными и используются крайне редко.

Типы сверлильных станков. Настольно-сверлильные станки выпускают для сверления отверстий диаметром до 16 мм; вертикально-сверлильные и радиально-сверлильные – для сверления отверстий диаметром до 100 мм. Горизонтально-сверлильные станки предназначены для получения глубоких отверстий специальными сверлами.

В единичном и мелкосерийном производстве применяют вертикально-сверлильные станки. При обработке массивных или крупногабаритных заготовок применяют радиально-сверлильные станки, в которых шпиндель с инструментом перемещается относительно заготовки и может устанавливаться в требуемой точке горизонтальной плоскости.

Отверстия на сверлильных станках обрабатывают сверлами, зенкерами, развертками и метчиками.

Лезвийным инструментом можно вести сверление, зенкерование, развертывание, растачивание, протягивание.

Рассверливание (рис. 4.2, б) – процесс увеличения диаметра ранее просверленного отверстия сверлом большего диаметра с целью улучшения их точности и качества (до 9-го квалитета и Ra = 2,5 мкм).

Зенкерование (рис. 4.2, в)применяется для предварительной обработки отлитых и отштампованных отверстий для повышения точности и качества поверхности ( мкм) предварительно обработанного (сверлением) отверстия многолезвийным режущим инструментом – зенкером.

Развертывание (рис. 4.2, г, д)– окончательная обработка цилиндрического или конического отверстия разверткой (обычно после зенкерования) в целях получения высокой точности и малой шероховатости обработанной поверхности (Ra = 0,32 мкм).

Рис. 4.2. Основные схемы сверления

 

Цекованием (рис 4.2, е) обрабатывают торцовые опорные плоскости для головок болтов, винтов и гаек. Перпендикулярность обработанной торцовой поверхности основному отверстию обеспечивает направляющий цилиндр цековки.

Зенкованием получают в имеющихся отверстиях цилиндрические или конические углубления под головки винтов, болтов, заклепок и других деталей. На рис. 4.2, ж, з показано зенкование цилиндрического углубления цилиндрическим зенкером (зенковкой) и конического углубления коническим зенкером.

Нарезание резьбы – получение на внутренней цилиндрической поверхности с помощью метчика винтовой канавки (рис. 4.2, и).

Отверстия сложного профиля обрабатывают с использованием комбинированного режущего инструмента. На рис. 4.2, к показан комбинированный зенкер для обработки двух поверхностей: цилиндрической и конической.

Растачивание отверстий. Растачивание – это токарная обработка расточными резцами уже имеющихся отверстий с целью улучшения их точности и качества (до 2-го квалитета точности и Ra = 0,32 мкм).

Растачивание проводят по той же схеме, что и точение наружных цилиндрических поверхностей. Вращательное движение здесь является главным движением резания, а прямолинейное поступательное вдоль оси обрабатываемого отверстия – движением подачи.

При обработке внутренних цилиндрических поверхностей больших диаметров осуществляется растачивание на токарных станках. В этом случае деталь крепят в трехкулачковом патроне и поддерживают люнетом. Обработку как сквозных, так и глухих отверстий осуществляют расточными резцами. Для повышения точности и качества обработки внутренних отверстий используются более жесткие расточные оправки. Расточную оправку круглого сечения устанавливают в направляющих втулках специального приспособления.

Типы расточных станков. Расточные станки подразделяются на горизонтально-расточные, координатно-расточные, алмазно-расточные и специальные. Наиболее широкое распространение получили горизонтально-расточные станки (ГРС), на которых чаще всего обрабатывают заготовки крупно- и среднегабаритных корпусных деталей. На ГРС в основном обрабатывают отверстия в условиях мелкосерийного и среднесерийного производства. ГРС обладают широкой универсальностью и на них можно выполнять различные виды обработки. Заготовки устанавливают и закрепляют на столе (плите) ГРС или в специальных приспособлениях. Режущие инструменты, предназначенные для выполнения операций, устанавливают и крепят посредством вспомогательного инструмента (оправки, борштанги, резцедержателя) в шпинделе станка, радиальном суппорте планшайбы или специальных расточных приспособлениях.

Координатно-расточные станки нашли наибольшее применение в инструментальном производстве для изготовления штампов, пресс-форм, шаблонов, копиров. На алмазно-расточных станках окончательно обрабатывают отверстия алмазными и твердосплавными резцами в корпусных заготовках небольших размеров. Алмазно-расточные станки широко применяют для растачивания отверстий в блоках цилиндров и гильзах тракторных, автомобильных и мотоциклетных двигателей.

Протягивание внутренних поверхностей является высокопроизводительным и точным методом обработки резанием сквозных отверстий, обеспечивающим получение обработанных поверхностей по 6…9-му квалитету точности с шероховатостью до Ra = 0,63 мкм. Его применяют, как правило, для окончательной обработки внутренних поверхностей произвольного поперечного профиля (цилиндрических, квадратных, многогранных, шлицевых отверстий и шпоночных пазов). При этом профиль обработанной поверхности в поперечном сечении определяется профилем заточки зубьев протяжки – специального режущего инструмента, совершающего поступательное движение (главное движение резания).

Движение подачи при протягивании как самостоятельное движение инструмента или заготовки отсутствует.

Протяжка для обработки внутренних отверстий – многолезвийный режущий инструмент, имеющий при относительно малых поперечных размеров большую длину. На режущей части (черновой и чистовой) находятся режущие зубья, расположенные один за другим. Наружный размер каждого последующего зуба протяжки больше предыдущего. Кроме режущей части протяжка имеет калибрующую часть, срезающую припуск, образующийся в результате окончания воздействия упругих деформаций; переднюю и заднюю части; направляющий конус для центрирования протяжки в обрабатываемом отверстии; шейку и замковую часть, предназначенную для закрепления протяжки в патроне протяжного станка. Протяжки могут быть как стандартными, так и нестандартными.

В процессе резания протяжка с силой в буквальном смысле протягивается через неподвижную заготовку.

Отличительными особенностями процесса резания при протягивании является возможность осуществления за один проход комбинированной обработки (черновой, чистовой, калибрующей и отделочно-упрочняющей)