Основные операции механической обработки

u Заготовительная

Для заготовок из проката: рубка прутка на прессе или резка прутка на фрезерно-отрезном или другом станке. Для заготовок, получаемых методом пла­стического деформирования, штамповать или ковать заготовку.

u Правильная (применяется для проката).

Правка заготовки на прессе или другом оборудовании. В массовом произ­водстве может производиться до отрезки заготовки. В этом случае правится весь пруток на правильно-калибровочном станке.

u Термическая

Улучшение, нормализация.

u Подготовка технологических баз

Обработка торцев и сверление центровых отверстий. В зависимости от ти­па производства операцию производят:

• в единичном производстве подрезку торцев и центрование на универсальных токарных станках последовательно за два установа с установкой заготовки по наружному диаметру в патроне;

• в серийном производстве подрезку торцев выполняют раздельно от центрования на продольно-фрезерных или горизонтально-фрезерных стан­ках, а центрование - на одностороннем или двустороннем центроваль­ном станке. Применяются фрезерно-центровальные полуавтоматы последовательного действия с установкой заготовки по наружному диамет­ру в призмы и базированием в осевом направлении по упору;

• в массовом производстве применяют фрезерно-центровальные станки барабанного типа, которые одновременно фрезеруют и центруют две за­готовки без съема их со станка.

Форму и размеры центровых отверстий назначают в соответствии с их тех­нологическими функциями по ГОСТ 14034-74.

Для нежестких валов (отношение длины к диаметру более 12) - обработка шеек под люнеты.

u Токарная (черновая)

Выполняется за два установа на одной операции (единичное производство) или каждый у станов выполняется как отдельная операция.

Производится точение наружных поверхностей (с припуском под чистовое точение) и канавок. Это обеспечивает получение точности IT 12, шероховатости R_а = 6,3. В зависимости от типа производства операцию выполняют:

• в единичном производстве на токарно-винторезных станках;

• в мелкосерийном - на универсальных токарных станках с гидросуппортами и станках с ЧПУ;

• в серийном - на копировальных станках, горизонтальных многорезцовых, вертикальных одношпиндельных полуавтоматах и станках с ЧПУ;

• в крупносерийном и массовом - на многошпиндельных многорезцовых по­луавтоматах; мелкие валы могут обрабатываться на токарных автоматах.

u Токарная (чистовая)

Аналогична приведенной выше. Производится чистовое точение шеек (с припуском под шлифование). Обеспечивается точность IT11...10, шерохова­тость R_a =3.2.

u Фрезерная

Фрезерование шпоночных канавок, шлицев, зубьев, всевозможных лысок.

Шпоночные пазы в зависимости от конструкции обрабатывают дисковой фрезой (если паз сквозной) на горизонтально-фрезерных станках, пальцевой шпоночной фрезой (если паз глухой) на вертикально-фрезерных станках. В се­рийном и массовом производствах для получения глухих шпоночных пазов применяют шпоночно-фрезерные полуавтоматы, работающие «маятниковым» методом.

Технологическая база - поверхности центровых отверстий или наружные цилиндрические поверхности вала. При установке на наружные цилиндриче­ские поверхности вала (на призмы) возникает погрешность базирования, свя­занная с колебаниями диаметров установочных шеек вала в партии.

Шлицевые поверхности на валах чаще всего получают обкатыванием чер­вячной фрезой на шлицефрезерных или зубофрезерных станках с установкой вала в центрах. При диаметре шейки вала более 80 мм шлицы фрезеруют за два рабочих хода.

u Сверлильная.

Сверление всевозможных отверстий.

u Резьбонарезная.

На закаливаемых шейках резьбу изготавливают до термообработки. Если вал не подвергается закалке, то резьбу нарезают после окончательного шлифо­вания шеек (для предохранения резьбы от повреждений). Мелкие резьбы у термообрабатываемых валов получают сразу на резьбошли-фовальных станках.

Внутренние резьбы нарезают машинными метчиками на сверлильных, ре­вольверных и резьбонарезных станках в зависимости от типа производства.

Наружные резьбы нарезают:

• в единичном и мелкосерийном производствах на токарно-винторезных станках плашками, резьбовыми резцами или гребенками;

• в мелкосерийном и серийном производствах резьбы не выше 7-ой степе­ни точности нарезают плашками, а резьбы 6-ой степени точности - резь­бонарезными головками на револьверных и болторезных станках;

• в крупносерийном и массовом производствах - гребенчатой фрезой на резьбофрезерных станках или накатыванием

u Термическая

Закалка объемная или местная согласно чертежу детали.

u Исправление центровых отверстий (центрошлифовальная)

Перед шлифованием шеек вала центровые отверстия, которые являются технологической базой, подвергают исправлению путем шлифования конусным кругом на центрошлифовальном станке за два установа или притираются.

u Шлифовальная

Шейки вала шлифуют на круглошлифовальных или бесцентрово-шлифовальных станках.

Шлицы шлифуются в зависимости от центрирования:

• при центрировании по наружной поверхности - наружное шлифование на круг-лошлифовальных станках и шлифование боковых поверхностей на шлицешлифовальном полуавтомате с делением;

• при центрировании по поверхности внутреннего диаметра – шлифование боковых поверхностей шлицев и шлифование внутренних поверхностей по диаметру профильным кругом.

u Моечная

u Контрольная

u Нанесение антикоррозионного покрытия.

В технических требованиях, предъявляемых к валам должны быть указаны параметры: точность размеров посадочных шеек должна быть в пределах IT 6 (h6; js6; k6 и др.); шероховатость Ra 0,8-0,4 мкм; допуск крутости, цилиндричности 0,35-0,5 допуска на размер, радиальное биение шеек под подшипники 0,01- 0,02 мм; до­пуск соосности шеек 0,01- 0,02 мм.

Типовые приемы обеспечения данных требований сводятся к формированию базовых поверхностей без нарушения круглости и ко­нусности, чистовому точению на станках классов Н и П, сохране­нию или восстановлению формы базовых поверхностей после их пов­реждения.

Для исключения радиального биения и обеспечения соосности шеек их шлифование желательно выполнить с одного установа.

Контроль точности элементов вала осуществляется универсаль­ными измери-тельными средствами. Применяют рычажные скобы или микрометры с ценой деления 0,002 мм для шеек по IT6-7, микро­метры с ценой деления 0,001 мм для шеек IT8-9. Отклонение от круглости проверяют 2-х контактными прибора­ми (рисунок 4.9), а огранку индикаторами. Отклонения расположения поверхности проверяют с помощью ин­дикатора и стойки и проверочной плиты, измерительных призм (рисунок 4.10) .

Рисунок 4.9 – Схемы проверки отклонения от круглости шеек валов двухконтактными рычажными скобами 2 с индикатором 1 (а) и индикатором 1 в призме 2 (б)

Рисунок 4.10 – Схемы проверки расположения поверхностей валов:

а – отклонение от соосности шеек; б – радиальное биение поверхности d относительно поверхности d₁;

в – торцевое биение; 1 – индикатор, 2 – ножевые опоры, 3 – призмы, 4 – проверочная плита

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ КЛАССА «ВТУЛКА»

Служебное назначение деталей типа фланец, крышка, втулка, стакан, шкив - это ограничение осевых перемещений валов, закрепле­ние мелких узлов, монтируемых на корпусе, выполнение изолирующих и декоративных Функций»

Втулка, стаканы чаще всего являются вспомогательными деталями, обеспечивающими правильное взаимное расположение зубчатых колес, шкивов, подшипников, монтируемых на балках. Эти детали определяют также положение валов, осей, рычагов и др. деталей, устанавливае­мых в корпусах. Эти детали машин имеют ряд конструктивных и техно­логических признаков, позволяющих рассматривать основные операции их обработки совместно (рисунок 4.11).

Заготовками этих деталей служит прокат (трубы, прутки) отлив­ки, штамповки. Выбор материала зависит от служебного назначения изделия, конфигурации, объема выпуска: сталь, чугун, бронза, пластмассы и др. материалы. К данным деталям предъявляются следующие технические требова­ния: точность базирующих поверхностей IT6-8; допуски цилиндричности и круглости ответственных поверхностей 5-6 степени точ­ности; допуски перпендикулярности торцев осям 6-8 - ой степени точ­ности.

Рисунок 4.11 – Детали типа маховичок (а) и шкив (б)

Наиболее трудоемкой операцией обработки деталей этой группы является токарная обработка.

В серийном производстве эти операции выполняются на станках с ЧПУ.

Номенклатуру инструментов для станков с ЧПУ составляют на базе анализа формы и размеров изготавливаемых деталей и технологи­ческих возможностей станка.

Для обработки отверстий используют сверла и расточные резцы ограниченной номенклатуры. Зенкеры и развертки в большинстве слу­чаев не применяют.

Отверстия точностью IT6-7 достигают растачиванием (употреб­ление разверток целесообразно только при обработке больших партий деталей).

Наружные поверхности формируются резцами с углами φ = 95° и φ₁ = 5° (для черновой обработки), φ = 93° и φ₁ = 32° - для чис­товой.

При обработке внутренних основных форм расточные резцы с теми же углами.

Установку таких деталей производят в основном в патронах (рисунок 4.12).

Последовательность обработки при закреплении деталей в пат­роне:

1. Центрование (если сверлят отверстие с диаметром меньше 20 мм).

2. Сверление.

3. Черновая обработка основных поверхностей (подрезание тор­ца, обтачивание наружных поверхностей, растачивание внутренних).

4. Черновая обработка и чистовая дополнительных поверхностей.

5. Чистовая обработка основных поверхностей.

Наиболее эффективны траектории обработки, при которых дости­гается надежность работы инструмента с наименьшим числом рабочих ходов (рисунок 4.13– 4.14).

Рисунок 4.12 – Эскиз детали с указанием основных (жирные линии) и дополнительных (тонкие линии) форм поверхности: 1 – канавка торцовая; 2 – канавка шкива; 3 – проточка для выхода резьбообразующего инструмента; 4 – резьба; 5 – канавка для уплотнения; 6 – канавка для выхода шлифовального круга; 7 – канавка для упорного кольца
	Рисунок 4.13 – Последовательность обработки заготовок в трехкулачковом патроне: а – зубчатое колесо; б – втулка; 1 – 6 – последовательность обработки
Надежность работы инструмента снижается при врезании режущей кромки в необработанную поверхность заготовки. Чем меньше таких врезаний делает резец, тем выше надежность его работы. При обработке узких заготовок большого диаметра резец следу­ет перемещать перпенди-кулярно оси вращения заготовки. Для широких заготовок целесообразно перемещать резец парал­лельно оси вращения (рисунки 4.15 – 4.16) Для заготовок со значительным числом ступеней различного диа­метра, как перпен-дикулярно оси вращения, так и параллельно к ней. Обработку внутренних поверхностей при отсутствии отверстий в заготовке начинают со сверления. Изделия типа фланцев, крышек чаще всего кроме основных от­верстий имеют еще и внецентровые присоединительные отверстия. Наиболее распространенные отверстия 1-5 типов (рисунок 4.17). В условиях серийного производства эти отверстия целесообразно получать на сверлильных или фрезерно-сверлильных станках с ЧПУ. Типовые технологические переходы обработки отверстий: Центрование - сверление - зенкерование - цекование - обработка фаски – развертывание - нарезание резьбы. Каждому типоразмеру отверстий соответствует определенный комплекс типовых технологических переходов, комплект режущих ин­струментов и последовательность работы инструментов.
	Рисунок 4.14 – Типовая схема токарной обработки в патроне для шести инструментов. Обработка одной дополнительной поверхности, сверление сверлом диаметром больше 20 мм: 1 – 7 – последовательность переходов и соответствующий инструмент
	Рисунок 4.15 – Схемы перемещения инструмента при обработке канавки шкива канавочным резцом: а – форма канавки; б – перемещение резца

Рисунок 4.16 – Последовательность обработки проходным-подрезным резцом заготовок из проката в трехкулачковом патроне:

а – зубчатое колесо; б – втулка; в – фланец; 1 – 12 – последовательность обработки

Отдельной операцией является обработка фаски с обратной сто­роны в отверстии, обработанном на данном или другом станке.

Технологический процесс обработки деталей, имеющих отверстия различной формы и размеров, может быть разработан как результат комбинирования технологических переходов обработки отдельных от­верстий.

Номер групп отверстий	Тип отверстия	Диаметр отверстия, мм	Номер групп отверстий	Тип отверстия	Диаметр отверстия, мм
1		До 15	4		До М16
		Св. 15 до 30			Св. М16 до М24
2		До 15	5		До 6
					Св. 6 до 10
		Св. 15 до 30			Св. 10 до 15
					Св. 15 до 30
3		До 15	Рисунок 4.17

Существуют правила комбинирования технологических переходов в технологическую операцию обработки отверстия изделия:

1. Для каждого из типоразмеров отверстий выбирают соответ­ствующие комплексы технологических переходов, которые объединяют в единую операцию.

2. Для каждого из типоразмеров отверстий изделия назначают типы и размеры режущих инструментов.

3. Из полученного набора исключают одинаковые.

Если суммарное число потребных инструментов меньше числа по­зиций револьверной головки или инструментального магазина станка, то следует проанализировать целесообразность установки дублера, наиболее загруженного инструмента. Такая установка рентабельна, если суммарное время обработки данным инструментом превышает пе­риод стойкости.

При превышении числа технологически необходимых инструмен­тов числа позиций в инструментальном магазине или револьверной головке целесообразно выполнить одно из следующих мероприятий:

а) применить комбинированный инструмент (сверло-цековку);

б) перенести обработку на другой станок с ЧПУ, имеющий большее число инструменталь-ных позиций в магазине;

в) разбить обработку на 2 операции, выполняемые за 2 установа на том же станке;

г) вынести отдельные переходы за пределы операции, выпол­няемой на станке с ЧПУ.

Исключать переходы и переносить их в операцию обработки на станке с ручным управлением целесообразно в следующей последовательности:

а) переход "обработка фаски" совместить с переходом центро­вание или не выполнять его;

б) не выполнять переход "нарезание резьбы";

в) не выполнять переход "развертывание".

Возможны два основных варианта последовательности обработки присоединительных отверстий:

а) параллельная - когда каждый инструмент обрабатывает все отверстия, подлежащие обработке этим инструментом, затем производится смена инструментов и цикл повторяется;

б) последовательная - каждое отверстие обрабатывается всеми необходимыми инструментами, а затем после применения позиционирования обрабатывается следующее отверстие, согласно принятому ком­плексу технологических переходов обработки отверстия:

При обработке по варианту а) суммарное время на смену инструментов “n” и перемещение стола при обработке “m” отверстий.

(4.1)

где t_см - время смены инструмента при повороте инструмен­тальной головки, сек.;

t_поз - время позиционирования стола, перехода с одной координаты на другую.

При обработке по варианту б)

(4.2)

При обработке отверстий по IT7-8 или отверстий с жесткими допусками на межцентровое расстояние (не более 0,2 мм) следует первые переходы (центрование, сверление, зенкерование, цекование) выпол-нять по варианту параллельной обработки, а заключительные переходы (зенкерование, развертывание) по второму варианту (без перемещения стола).

Вариант последовательной обработки обеспечивает более высо­кую точность поло-жения отверстий, т.к. не связан с изменением позиционирования стола.

Последовательность перехода от одно-го отверстия к другому определяют исходя из условия минимизации пути быстрых переме-щений стола.

Последовательность расположения инструмента в инструменталь­ной головке устанавливают в соответствии с принятым технологичес­ким процессом и порядками формирования рабочего цикла обработки.

Методы обработки внутренних поверхностей были изучены в пре­дыдущем модуле.

	Рисунок 4.18 – Схемы последовательной обработки (а – г) заготовки на одношпиндельном сверлильном станке: 1 – быстросменный патрон; 2 – промежуточная втулка; 3 – винт; 4 – регулируемая втулка; 5 – сегментная шпонка; 6 – гайка; 7 - винт

Схемы обработки отверстий в кондукторе представлены на рисунках 4.18, 4.19. Схема установки деталей при обработке на токарном станке представлена на рисунке 4.20.

Рисунок 4.19 – Схема отклонений положения и направления подачи сверла относительно отверстия в кондукторной втулке	Рисунок 4.20 – Схема установки заготовки на угольнике

Технология изготовления втулок

К втулкам относят детали, образованные наружными и внутренними по­верхностями вращения, имеющими одну общую прямолинейную ось при отно­шении длины цилиндрической части к наибольшему наружному диаметру бо­лее 0,5 и менее или равное 2.

Технологические задачи при обработке втулок заключаются в достижении концентричности наружных и внутренних поверхностей и перпендикулярности торцев к оси отверстия. При изготовлении тонкостенных втулок возникает до­полнительная задача закрепления заготовки и ее обработке без деформаций

Основные схемы базирования

Технологические маршруты обработки втулок в зависимости от их точно­сти и конфигурации строятся по одному из трех вариантов.

1) Обработка наружных поверхностей, отверстий и торцев за один установ. Применяется для изготовления мелких втулок, не обработанных термически, из прутка или трубы на токарно-револьверных автоматах, одношпиндельных или многошпиндельных токарных автоматах. Технологическая база - наружная по­верхность и торец прутка.

2) Обработка всех поверхностей за два установа или за две операции с ба­зированием при окончательной обработке наружной поверхности по отверстию (обработка от центра к периферии). Применяется в тех случаях, когда точность внутреннего отверстия задана чертежом выше, чем наружной поверхности. В этом случае порядок черновых переходов строго не регламентируется. При чис­товой обработке сначала обрабатывается отверстие. Обработанное отверстие принимается за технологическую базу (при помощи оправки) и окончательно обрабатывается наружная поверхность.

3) Обработка всех поверхностей за два установа или за две операции с ба­зированием при окончательной обработке по наружной поверхности (обработка от периферии к центру). Применяется в случаях, когда точность наружных по­верхностей по чертежу выше, чем у внутреннего отверстия. Порядок черновых переходов - любой. При чистовой обработке сначала обрабатывается наружная поверхность. Эта поверхность принимается за технологическую базу (в патроне) и обрабатывается внутреннее отверстие.

При выборе схемы базирования следует отдавать предпочтение базирова­нию по отверстию (обработка от центра к периферии).

ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Обработка за один установ

Токарная.

Подрезка торца у прутка, подача прутка до упора, зацентровка торца под сверление, сверление отверстия, точение черновое наружной поверхности со снятием фасок на свободном торце, точение канавок, предварительное развер­тывание, окончательное развертывание, отрезка. При обработке втулки из тру­бы вместо сверления производят зенкерование или растачивание отверстия. Выполняется на токарно-револьверном, одношпиндельном или многошпин­дельном токарном автомате.

Сверлильная.

Снятие фасок с противоположного торца втулки на вертикально-сверлильном или токарном станке.

Сверлильная.

Сверление отверстий, нарезка резьбы на вертикально- или радиально-сверлильном станке. В зависимости от заданной точности могут быть отдельными операциями

Моечная.

Контрольная.

Нанесение антикоррозионного покрытия.

Обработка от центра к периферии

Заготовительная.

Резка заготовки из проката, трубы или штамповка.

Токарная.

В зависимости от типа производства выполняется за одну операцию и два установа (единичное) или за две операции (серийное и массовое).

Первый установ (базирование по наружной поверхности и торцу в патроне) - подрезка свободного торца, сверление и зенкерование или растачивание отверстия (с припуском под шлифование), растачивание канавок и фасок.

Второй установ (базирование по отверстию и торцу на оправке) - подрезка второго торца, точение наружных поверхностей (с припуском под шлифование), точение канавок и фасок.

В зависимости от типа производства операция выполняется:

• в единичном - на токарно-винторезных станках;

• в серийном - на токарно-револьверных станках и станках с ЧПУ;

• в массовом - на токарно-револьверных, одношпиндельных или много-шпиндельных токарных полуавтоматах.

Сверлильная.

Сверление, зенкерование отверстий, нарезка резьбы Производится на вер­тикально-сверлильных, радиально-сверлильных станках, сверлильных станках с ЧПУ, агрегатных станках.

Термическая.

Закалка согласно чертежу.

Внутришлифовальная.

Шлифование отверстия на внутришлифовальном станке.

Деталь базируется по наружному диаметру и торцу в патроне.

Круглошлифовальная.

Шлифование наружных поверхностей и торцев на круглошлифовальном или торце-круглошлифовальном станках.

Технологическая база - отверстие (на оправке).

Моечная.

Контрольная.

Нанесение антикоррозионного покрытия