Обработка типовых деталей машин

3.1. Обработка деталей типа валы

Производство гладких валов. К гладким валам относят трансмиссии ходовые, валики, винты, оси, стержни, валики привода маслонасосов и т.д. Самым производительным методом получения гладких валов является волочение. Волочение производится на специальных станках. Точность получения размеров – до 8-го квалитета. Операция очень производительна, но этим способом можно обработать не все материалы. При волочении твёрдых сталей поверхность получается с надрывами. В том случае, когда нельзя выполнить волочение, применяют другой способ – обработку на бесцентрово-обточных станках. На этих станках могут быть обработаны прутки длиной до 9 метров. Один конец прутка закладывается в рифлёные ролики, вращение которых обеспечивает подачу прутка. Другой конец закрепляется в тисках на подвижной тележке. Вал обрабатывается двумя резцами. Резцы закреплены в корпусе в виде шестерни, которая приводится во вращение с помощью зубчатой передачи.

Станки очень производительны, вспомогательное время полностью перекрывается основным временем. Точность обработки при работе одним резцом - 11 – 12 квалитет, при работе двумя резцами - 9 квалитет.

Бесцентрово–обточные станки работают по схеме: правка (А), обтачивание (В), калибровка (С).

Дальнейшая обработка гладких валов сводится к получению заготовок необходимой длины, что достигается отрезкой. Далее следует обработка на бесцентрово–шлифовальных станках, обработка пазов, отверстий, термическая обработка, окончательное шлифование на бесцентрово – шлифовальных станках.

 

Обтачивание нежёстких валов. Для увеличения жёсткости схемы установки вала рекомендуется использовать люнеты. Они могут быть подвижными и неподвижными.

Подвижные люнеты применяют при обработке длинных валов постоянного сечения. Этот люнет устанавливается на суппорте токарного станка и движется вместе с суппортом. Неподвижный люнет укрепляется на станине между передней и задней бабками.

При точной обработке кулачки люнета растачиваются по диаметру обрабатываемого вала, количество кулачков – 3.

 

Обработка валов в центрах. Центровые отверстия в валах является основным базирующим элементом.

ГОСТом предусматривается 10 вариантов центровых отверстий. По форме наиболее распространенными являются варианты А, В, H, R (ГОСТ14034-74).

Тип А используется при обработке неточных валов, В - при обработке точных валов, Н - при обработке точных валов, у которых часть операций выполнена в одном месте, а другая часть обработки - в другом месте. При транспортировке с целью сохранения точности центрового отверстия в них ввинчиваются пробки, т.е. тип Н используется в случаях, когда по каким-либо причинам необходимо сохранить и защитить центровые гнезда.

R - тороидальное центровое отверстие, наиболее точное, исключающее кромочный контакт.

Получение центровых отверстий обеспечивается в мелкосерийном и единичном производствах спиральными сверлами и зенковками.

В серийном и массовом производствах используются специальные комбинированные центровочные сверла. Центрование выполняется на сверлильных, токарных и револьверных станках. Имеются станки для одно- и двухстороннего центрования.

Часто центрование совмещают с подрезкой торцев. Эта операция производится на фрезерно-центровочных станках, где сначала фрезеруются торцы, а затем обрабатываются центровые отверстия. Примером могут быть фрезерно-центровочные станки МР77, МР78 барабанного типа, где фрезерование и центрование происходит для двух заготовок одновременно.

В ряде случаев центрование и фрезерование совмещают с обтачиванием крайних цилиндрических шеек на токарно-обточных двухсторонних станках. Обработка реализуется в три рабочие позиции: фрезерование, центрование и обтачивание.

 

Обработка ступенчатых валов. При обработке ступенчатых валов характерным является обеспечение размеров между ступенями. Экономическая точность размеров - 11-12 квалитет. Точность достигается установкой упоров, шаблонами или линейкой.

Для обеспечения точной перпендикулярности торца ступени к оси детали необходимо подрезку осуществлять поперечным суппортом. В случае невысокого требования к перпендикулярности подрезку торца можно совместить с обточкой и производить с продольного суппорта резцами с углом в плане φ=90˚.

Обработку ступенчатого вала можно осуществить по нескольким схемам (рис.3.1.)

На рис. 3.1. (а) представлена обработка ступеней вала за несколько рабочих ходов с малой глубиной резания; на рис. 3.1. (б) – за один рабочий ход с расчетной глубиной резания. Время на обработку по второй схеме будет меньшим, вторая схема более предпочтительна.

Обработка ступенчатых валов с помощью гидросуппортов. В мелкосерийном производстве для обработки ступенчатых валов часто используются гидросуппорты. В качестве примеров моделей гидросуппортов можно привести: КСТ-1, УП-240, ГС-1, ТГ-56. Эти суппорты устанавливаются на токарно-универсальных станках. С их помощью можно обрабатывать как наружные, так и внутренние поверхности, ступенчатые и фасонные поверхности.

 

Особенности обработки эксцентриковых валов, имеющих несколько параллельных осей. Заготовками для таких деталей могут быть поковки, штамповки или литье.

Особенностью обработки на токарных, шлифовальных станках является необходимость совмещения оси вращения шпинделя с осью обрабатываемой поверхности. При обработке в центрах для обработки каждой поверхности формируются центровые отверстия.

При обработке в патроне ось обрабатываемой поверхности совмещают с осью вращения шпинделя с помощью кулачков четырехкулачкового патрона. Примером такой обработки может быть обработка коленчатого вала.

Особенности обработки крупных валов. Заготовками обычно являются поковки, получаемые ковкой под прессами и молотами, при этом заготовки имеют неправильную форму как в поперечном, так и в продольном сечениях. Такие валы вначале фрезеруют по торцам, а далее производят разметку так, чтобы припуски на обработку были одинаковые. Далее находят положение центра для зацентровки на обеих торцовых поверхностях, потом выполняют центрование и используя в качестве базы центровые отверстия производят обработку вала.

 

Особенности обработки длинных пустотелых валов. Для данных деталей особенно важно обращать внимание на обеспечение концентричности отверстия и наружной поверхности. Характерной особенностью обработки таких деталей является многократная чередующаяся обработка наружной поверхности и отверстия с базами: отверстие и наружная поверхность. Обработка производится до достижения требуемой точности и качества поверхностей. Количество переходов по обработке наружной и внутренней поверхностей определяется количеством этапов обработки этих поверхностей.

Заготовки для валов. Заготовками для гладких валов и валов с небольшими перепадами ступеней (не более 5мм) служит прокат (горячекатаные или холоднотянутые прутки), такие заготовки применяют в основном в единичном и мелкосерийном производствах.

 Для валов с большими перепадами ступеней в крупносерийном, массовом и серийном типах производства служит штамповка или периодический прокат.

Для получения заготовок валов часто используют обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадку, поперечно-винтовую прокатку. Эти способы позволяют увеличить коэффициент использования металла и уменьшить трудоемкость обработки.

Заготовки в виде прутков, идущие на обработку на автоматы, подвергаются правке. Она осуществляется на правильных станах. Пруток подается во вращающийся барабан, где правка производится тремя парами роликов, имеющих форму поверхности гиперболоидов.

Точность правки: для горячекатаных прутков 0,5...0,9 мм/метр, для холоднотянутых - 0,1...0,2 мм/метр.

В зависимости от степени искривления прутка он может пропускаться от одного до шести раз. После правки прутки разрезают на приводных ножовках, на пилах (дисковых, ленточных, фрикционных) и на токарных отрезных станках.

Отрезка на приводных ножовках - малопроизводительная. Используется в мелкосерийном и единичном производствах. Ширина реза 1-2 мм.

1

Отрезка на токарных отрезных станках (рис.3.2.). Применяется в мелкосерийном производстве.

2

4

3

Рис. 3.2. Схема отрезки на токарных отрезных станках:   1 -задний суппорт;
2 – передний суппорт;   3 - ходовой винт левой нарезки;   4 - ходовой винт правой нарезки

 

К достоинствам данного способа можно отнести: применение простого инструмента - могут использоваться обычные отрезные резцы, большая производительность. К недостаткам – большая ширина реза (4-5 мм), что приводит к большим потерям материала.

Схема отрезания дисковой пилой представлена на рис.3.3.

	деталь

			Рис. 3.3. Схема отрезания дисковой пилой

 

Применяется в крупносерийном и массовом производствах

Дисковая пила представляется собой диск диаметром до 2 метров. К диску из углеродистой стали прикрепляется зубчатый сегмент из быстрорежущей стали. Ширина реза – 5…6 мм.

3.2. Обработка деталей типа втулок и дисков

 

К данному типу деталей относят детали, для которых l / d 2…3. Основными требованиями  являются обеспечение перпендикулярности торцовых поверхностей к оси отверстия, обеспечение концентричности внутренней и наружной поверхностей. В качестве заготовок для втулок с диаметром отверстий d до 20 мм принимают прокат - прутки, при d >20 мм - цельнотянутые трубы или литые заготовки с отверстиями.

Обеспечение концентричности внутренних и наружных поверхностей может быть достигнуто тремя способами:

- обработка всех поверхностей в каждом этапе за одну установку;

- обработка всех поверхностей в каждом этапе за две установки с базированием на второй установке по внутренней поверхности;

- обработка всех поверхностей в каждом этапе за две установки с базированием на второй установке по наружной поверхности.

По первому способу обычно изготавливают втулки из прутка или трубы, при использовании этого варианта при обработке штучных заготовок необходимо иметь припуск на зажим их в кулачках. Это увеличивает отходы материала и является недостатком этого способа. Достоинство данного способа - получение высокой концентричности.

По второму способу наружные поверхности обрабатываются на оправках. Степень концентричности зависит от точности оправки. Этот способ обычно используется при обработке деталей с отверстиями, у которых l о> d о отверстия.

Третий способ применяется при изготовлении деталей, у которых .

Второй способ обработки деталей типа втулок имеет ряд преимуществ по сравнению с третьим способом:

- при обработке на разжимной оправке погрешность установки может быть сведена к нулю;

- остаточные пространственные отклонения, вызванные уводом оси отверстия при сверлении, максимально уменьшаются при обработке наружных цилиндрических и торцовых поверхностей.

 

3.3. Обработка деталей типа корпус

 

Основными конструкторскими базами являются плоские поверхности, а вспомогательными являются точные отверстия и торцы, предназначенные для базирования валов и шпинделей в сборочных узлах.

Заготовки для корпусных деталей получают литьем и сваркой, около 95% составляют отливки. Основными способами получения отливок являются литье в оболочковые формы, кокиль, под давлением, литье по выплавляемым моделям в песчаные формы.

К основным методам обработки основных поверхностей относят: строгание, фрезерование, протягивание, шлифование, шабрение.

К особенности обработки отверстий в корпусных деталях относится обеспечение точности расположения отверстий, последнее обычно обеспечивается растачиванием. Отверстия в корпусных деталях можно разделить на основные и неосновные. Основные являются вспомогательными конструкторскими базами, а неосновные - крепежными. В зависимости от типа производства, конфигурации и размеров деталей обработка основных отверстий может вестись на универсальных станках (в единичном производстве), на станках с ЧПУ (в серийном производстве) и на многошпиндельных агрегатных станках в крупносерийном и массовом производствах. Точность расположения отверстий может достигаться различными способами настройки: по разметке, методом координат, по шаблонам, с применением кондукторов, по управляющей программе.

Обработка по разметке применяется в единичном производстве. Отверстия размечают по центру и по периметру, при установке на станке деталь выверяется. Точность выполнения размеров по разметке составляет ±0.3мм.

Расточка по методу координат производится следующим способом. В шпиндель станка устанавливается точная закалённая оправка, последняя подводится к упору и фиксируется, далее определяются координаты перемещения шпинделя для совмещения оси шпинделя с осью обрабатываемого отверстия. Достигаемая точность межцентровых расстояний на координатно–расточных станках находится в пределах 0.03 – 0.005мм, а на горизонтально – расточных - 0.2 – 0.08мм.

В крупносерийном и массовом производствах обработка отверстий производится с помощью специальных приспособлений, называемых кондукторами. Обеспечивается точное направление режущих кромок инструмента. Точность обработки - 0.05мм.

Работа с применением кондукторов производительней, чем с использованием координатного метода в 10 – 15 раз и в 2 – 3 раза производительней, чем с применением координатных шаблонов.

Базирование при обработке корпусных деталей может осуществляться по трем схемам:

- установка по плоскости и двум отверстиям;

- установка по отверстию и двум плоскостям;

- по трём плоскостям.

Наиболее предпочтительна установка по плоскости и двум отверстиям. Для этой установки на детали выбирают два наиболее удалённых отверстия. Эти отверстия должны быть точные. В ряде случаев таких отверстий нет и тогда их создают специально. Базирование производится на два пальца: один – цилиндрический и один – ромбический. Цилиндрический палец реализует двойную опорную базу, ромбический палец предотвращает деталь от проворота. При базировании по данной схеме обеспечивается доступ к максимальному количеству сторон обработки детали (4 – 5 сторон).

 

Контрольные вопросы

 

1. Особенности обработки гладких валов.

2. Какие схемы применяют при обработке ступенчатых валов?

3. В чем заключается особенность обработки эксцентриковых валов?

4. Особенности обработки длинных пустотелых валов.

5. Какие способы получения заготовок валов применяют в машиностроительном производстве?

6. Какие основные требования предъявляются к деталям типа втулок и дисков?

7. Как обеспечивается концентричность внутренних и наружных поверхностей при обработке деталей типа втулок и дисков?

8. Какие особенности обработки корпусных деталей в различных типах производства?

 

 

III. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

1. Расчет припусков и линейных операционных 

размеров

 

З анятие 1