Обработка шпоночных и шлицевых поверхностей

 

Шпоночные и шлицевые соединения служат для передачи крутящего момента. Шпоночные соединения осуществляются призматическими, клиновыми и сегментными шпонками (рис. 2.60). Шпоночные канавки для призматических шпонок могут быть закрытыми с двух сторон (глухими), закрытыми с одной стороны и сквозными. Сквозные и закрытые с одной стороны шпоночные канавки изготовляют фрезерованием дисковыми фрезами на горизонтально-фрезерных станках за один или два рабочих хода (рис. 2.61, а). Применение этого способа обеспечивает достаточную производительность и точность ширины шпоночной канавки. Сквозные канавки можно обрабатывать на строгальных станках.

Глухие шпоночные канавки изготавливают концевой фрезой на вертикально-фрезерных станках с продольной или маятниковой подачей (рис. 2.61, б; в). В первом случае производится врезание фрезы вертикальной подачей на полную глубину шпоночной канавки, а затем включается продольная подача и канавка обрабатывается по всей длине. Точность паза по ширине при такой схеме обработки невысокая, т.к. припуск удаляется за один рабочий ход и фреза изнашивается довольно быстро. С целью облегчения работы фрезы часто предварительно сверлят отверстие меньшего диаметра, чем фреза, на глубину шпоночного паза, а затем осевой подачей вводят фрезу и обрабатывают паз. Для получения точных по ширине шпоночных канавок применяют маятниковую подачу. В этом случае производится врезание фрезы на 0,1-0,3 мм с последующей продольной подачей. В конце канавки фреза снова врезается на ту же глубину, и канавка фрезеруется в обратном направлении. В этом случае точность паза по ширине соответствует 8, 9 квалитету, а шероховатость боковой поверхности составляет 5 мкм.

Канавки под сегментные шпонки изготавливаются фрезерованием на горизонтально-фрезерных станках дисковыми фрезами с вертикальной подачей (рис. 2.61, г).

Шлицевые соединения бывают с прямобочными, эвольвентными и треугольными зубьями (рис. 2.62, а; б; в). Центрирование втулки относительно вала осуществляется по наружному диаметру вала, по внутреннему диаметру вала и боковой поверхности зубьев (рис. 2.62, г; д; е). При центрировании по внутреннему диаметру вала применяют для шпоночного паза исполнение – I. При центрировании по наружному диаметру и боковой поверхности зубьев для шпоночного паза применяют исполнение – II.

Шлицы на валах нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием и холодным накатыванием.

Фрезерование шлицев осуществляют в основном двумя способами: с применением делительных механизмов одной или двумя дисковыми фасонными фрезами или методом обкатки червячной фрезой (рис. 2.63, а; б; в). Применение второго способа обеспечивает более высокую производительность, а также точность по ширине паза и шагу зубьев. Однако требует использование специальных шлицефрезерных станков. Ввиду более высокой производительности второй способ применяют в крупносерийном и массовом производстве. При центрировании втулки по внутреннему диаметру вала дисковая и червячная фрезы должны иметь «усики» для образования канавок у основания зуба, которые необходимы для выхода круга при шлифовании боковой поверхности и дна впадины шлицев (рис. 2.63, г).Точность обработки после фрезерования соответствует 9, 10 квалитетам, шероховатость 5-10 мкм.

Строгание шлицев производят методом копирования с помощью многорезцовой головки на специальном станке (рис. 2.65). Резцы имеют форму впадины шлицев и установлены в корпусе головки, с возможностью синхронного перемещения в радиальном направлении. При строгании за один двойной ход (вперед-назад) осуществляется радиальная подача резцов на глубину резания. Эта подача обеспечивается конструкцией головки. Данным методом обрабатывают сквозные и глухие шлицы высотою 25-30 мм. В последнем случае в конструкции вала предусматривается канавка для выхода резцов. Точность обработки обеспечивается геометрией резцов, а также точностью позиционирования резцов в головке. Шероховатость поверхности шлицев составляет 1,25 – 2, 5 мкм.

Протягивание шлицев производится двумя блочными протяжками, установленными напротив друг друга (рис. 2.66). Таким образом, одновременно обрабатываются две впадины с последующим поворотом вала на один шаг шлицев и процесс повторяется. Зубьями протяжки являются резцы, установленные в корпусе и подпружиненные в направлении от оси вала. Задняя часть резцов соединена с роликами, которые при перемещении протяжки перекатываются по копиру. Форма копира обеспечивает отвод резцов под действием пружин в конце обрабатываемого участка. Точность и шероховатость при протягивании шлицев такая же, как и при строгании. Производительность строгания и протягивания выше, чем фрезерования в 5 – 8 раз.

После механической обработки валы подвергают закалке или улучшению. При термической обработке возникают деформации детали. Для исправления погрешностей термообработки применяют шлифование шлицев. При центрировании втулки по наружному диаметру вала его шлицевую часть шлифуют по наружной поверхности на круглошлифовальных станках. При центрировании втулки по внутреннему диаметру вала или по боковым поверхностям шлицов шлифуют эти поверхности и дно впадин. Шлифование производится следующими способами: фасонным кругом, раздельно двумя кругами, одновременно тремя кругами (рис. 2.64, а; б; в). После шлифования точность повышается до 8, 9 квалитета, а шероховатость составляет 0,63 – 1,25 мкм.

Накатывание шлицев производится пластической деформацией металла в холодном состоянии, т. е. без его нагрева. Накатку производят зубчатыми роликами, рейками и гладкими роликами (рис. 2.67, а; б; в). При накатывании зубчатыми роликами и рейками имитируется процесс зубчатого зацепления с выдавливанием металла из впадин шлицев. При накатывании гладкими роликами каждым роликом обрабатывается одна впадина. Накаткой зубчатыми роликами и рейками получают эвольвентные шлицы. Прямоугольные шлицы накатывают гладкими роликами. Накаткой получают мелкие шлицы высотою до 2,5 мм при большом их количестве. Упрочнение металла при накатывании повышает его механические свойства. Это позволяет отказаться от термической обработки и шлифования шлицев. При накатке обеспечивается высокая точность и низкая шероховатость обрабатываемой поверхности. Производительность при накатке в 10 раз выше, чем при фрезеровании.

 

Нарезание резьбы

Наружную резьбу нарезают резьбовыми резцами, плашками, гребенками, резьбовыми фрезами и резьбонакатными головками. Внутреннюю резьбу нарезают резцами и метчиками.

Нарезание резцами наружной и внутреннейрезьбыв мелкосерийном производстве производят на токарно-винторезных станках. Схемы нарезания наружной и внутренней резьбы резцами представлены на рис. 2.68. Из-за низкой прочности рабочей части резца нарезание выполняют за несколько рабочих ходов. Перемещение суппорта при нарезании резьбы осуществляется от ходового винта. После каждого рабочего хода резец отводят от детали и реверсом винта перемещают суппорт в исходное положение. Затем резец снова подводят к заготовке, устанавливают требуемую глубину резания и рабочий ход повторяют. Точность резьбы при обработке резцами соответствует шестой степени точности с полем допуска, например, 6g. При этом вал или отверстие под резьбу обрабатывают по 7 квалитету.

Нарезание резьбы круглыми плашками (рис. 2.69)производят на токарных, токарно-револьверных станках и токарных автоматах. Точность резьбы невысокая и соответствует восьмой степени точности.

Нарезание резьбы самооткрывающимися головками с плоскими и круглыми гребенками (рис. 2.70, а; б) производят на тех же станках. Гребенки размещаются в корпусе головки вокруг обрабатываемой детали. При нарезании резьбы гребенкой припуск распределяется между ее зубьями, высота которых постепенно увеличивается от одного края гребенки к другому. Производительность при нарезании резьбы головками примерно в два раза выше, чем при нарезании плашками, т. к. в конце рабочего хода головка автоматически раскрывается, гребенки раздвигаются, и время на свинчивание инструмента не затрачивается. Точность резьбы выше, чем при нарезании плашками.

Фрезерование резьбы производится на резьбофрезерных станках дисковыми и гребенчатыми фрезами (рис. 2.71, а; б). Дисковыми фрезами нарезают резьбу с шагом более 4 мм. Профиль фрезы соответствует профилю резьбы. Ось фрезы располагается под углом к оси детали, равным углу подъема резьбы. Фреза имеет поступательное движение вдоль оси детали и перемещается за один оборот детали на величину, равную шагу резьбы. Фрезерование гребенчатыми фрезами применяется для получения короткой резьбы с мелким шагом. Длина фрезы обычно на 2 – 5 мм больше длины резьбового участка. Фреза устанавливается параллельно оси детали. Сначала производится врезание фрезы на глубину впадины резьбы, затем за 1,2 оборота детали резьба нарезается полностью.

Внутреннюю резьбу нарезают метчиками, которые бывают ручными и машинными. Ручные метчики применяются в комплекте из двух – трех штук. Ручными метчиками нарезают метрическую резьбу диаметром 1 – 52 мм, а также другие типы резьбы: трубную, дюймовую и пр. В машинном варианте, как правило, используется один метчик, которым нарезают короткую резьбу. Точность метрической резьбы нарезанной метчиками соответствует 6 – 8 степени точности. Для нарезания внутренней резьбы на револьверных станках и автоматах применяют резьбонарезные головки с раздвижными плоскими плашками (рис.2.72). Принцип действия этих головок аналогичен принципу действия головок для нарезания наружных резьб.

Накатывание резьбы осуществляется пластической деформацией металла в холодном состоянии без снятия стружки. Резьбу накатывают плоскими плашками или роликами. Резьба после накатки имеет высокую точность и низкую шероховатость поверхности. Схема накатывания резьбы плашками представлена на рис. 2.73. Нижняя плашка 1 при накатывании остается неподвижной, а верхняя 2 имеет возвратно-поступательное в горизонтальном направлении. Рабочая поверхность плашек представляет собой развертку резьбы на плоскость с профилем и углом подьёма накатываемой резьбы. При движении плашки вперед деталь винтовым движением перекатывается по плашкам из положения 3 в положение 4. При обратном ходе верхней плашки деталь возвращается в исходное положение и выбрасывается из зоны обработки. Таким образом, накатка резьбы производится за один двойной ход плашек. Станки для накатки резьбы плоскими плашками имеют высокую производительность и совершают до 280 двойных ходов в минуту.

Накатка резьбы роликами осуществляется на токарных станках и специальных автоматах по различным схемам. Накатка резьбы одним роликом применяется на токарно-винторезных и токарно-револьверных станках (рис. 2.74, а). Заготовка 1 зажимается в патроне или цанге станка. Резьбовой ролик 2 закрепляется в державке 3 и устанавливается в резцедержателе или револьверной головке 4 станка. Резьба на ролике имеет обратное направление, чем резьба на заготовке, т. е. Правая резьба накатывается роликом с левой резьбой и наоборот.

При накатке резьбы одним роликом возникает изгиб детали, что снижает точность резьбы. В этой связи большее распространение получило накатывание резьбы двумя роликами с винтовыми или кольцевыми канавками (рис. 2.74, б; в). В первом случае оси роликов и заготовки параллельны. Во втором - наклонены под углом подъема резьбы. При накатке заготовка 1 опирается на планку 2. Оба ролика 3 вращаются в одну сторону. Заготовка совершает относительно роликов винтовое движение.

 

Шлифование валов

Шлифование производится абразивными кругами при обильной подаче в зону резания СОЖ и является основным методом чистовой обработки наружных поверхностей. Различают предварительное, чистовое и тонкое шлифование. Предварительным шлифованием обеспечивают точность по 8-9 квалитету. Шероховатость поверхности составляет 0,4 – 6,3 мкм. Чистовое шлифование осуществляют после термической обработки. Им обеспечивают точность по 6 – 7 квалитету с шероховатостью поверхности 0,2 – 3,2 мкм. Более высокая точность достигается тонким шлифованием с шероховатостью поверхности 0,025 – 0,1 мкм. Шлифование делится на вида: круглое и бесцентровое.

Круглое шлифование наружных цилиндрических и конических поверхностей выполняют, на круглошлифовальных станках. Деталь устанавливается в центрах, патроне или цанге. Существует два основных метода круглого шлифования: с продольной подачей и методом врезания.

Шлифование с продольной подачей осуществляется возвратно-поступательным перемещением детали относительно шлифовального круга. На каждый двойной ход стола круг перемещается к центру заготовки на 0,005 – 0,02 мм. Схема шлифования с продольной подачей представлена на рис 2.75, а.

Шлифование методом врезания производится кругом, ширина которого больше длины обрабатываемого участка (рис. 2.75, б). В данном случае круг имеет только поперечную подачу. Одновременное шлифование нескольких поверхностей методом врезания может быть осуществлено фасонным кругом (рис. 2.75, в; г). Данный метод более производителен чем шлифование с продольной подачей, поэтому его применяют в массовом и крупносерийном производстве.

Бесцентровое шлифование осуществляется на бесцентрово-шлифовальных станках. Здесь также применяются два метода шлифования: с продольной подачей и врезанием.

Бесцентровое шлифование с продольной подачей применяют для обработки гладких валов. Схема шлифования представлена на рис. 2.76, а; б. Деталь 2 при шлифовании не закрепляется, а свободно перемещается между двумя шлифовальными кругами вдоль своей оси. Круг 1 большего диаметра является шлифовальным, а круг 3 меньшего диаметра является ведущим. Этот круг устанавливается под углом 1 – 5^о к оси шлифовального круга и вращает деталь с подачей в осевом направлении. Деталь опирается на нож 4 со скосом, благодаря которому она прижимается к ведущему кругу. Детали при шлифовании одна за другой поступают в зону обработки с одной стороны, а выходят с другой.

Бесцентровое шлифование врезанием применяютдля обработки валов с буртиком. Схема шлифования представлена на рис. 2.76, в. Перед обработкой ведущий круг отводят на некоторое расстояние от опоры и устанавливают деталь на опору сверху или сбоку. Затем круг подводят к детали для обработки. Шлифование осуществляется с подачей ведущего круга к шлифовальному кругу. Этим методом можно шлифовать детали с конической поверхностью, применяя ведущий круг, заправленный на конус.

В процессе резания шлифовальный круг теряет форму и режущую способность, т.е. круг засаливается. Для восстановления формы и режущей способности шлифовальных кругов их подвергают правке. Правку осуществляют алмазами в оправах, алмазными карандашами, роликами и пр. Алмазный карандаш представляет собой абразивный инструмент, в котором мелкие алмазы, синтетические или естественные, закреплены в связке. Связка представляет собой затвердевший полимерный материал. Масса отдельных алмазов в карандаше находится в пределах 0,03 – 0,5 карата (1 карат равен 0,2 грамма). Алмазы в оправах могут также иметь искусственное или естественное происхождение. Они, как правило, крупнее, чем алмазы в карандашах. Их масса достигает 2 карат. На рис. 2.77, а представлена схема правки круга алмазом в оправе при шлифовании поворотного кулака. Правка производится периодически перемещением алмаза по копиру. Недостатком правки широких кругов по копиру является необходимость перерывов в работе станка для правки. Это время может составлять 10 – 15% от основного.

Правка круга алмазными роликами осуществляется также периодически, но одновременно по всей его образующей, т.к. форма роликов соответствует профилю круга. Это сокращает время правки в 2 – 3 раза. На рис 2.77, б представлен совмещенный эскиз для трех операций шлифования вала. На первых двух операциях, отмеченных позициями А и Б шлифуются шейки и прилегающие к ним торцовые поверхности. На третьей операции в позиции В на закаленном валу твердостью HRC 60 производится прорезка кругами двух кольцевых канавок, что исключает их предварительное точение.