Астафьева Е.А. Технология конструкционных материалов

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.1. Обработка заготовок на металлорежущих станках



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -291-

Рис. 10.8. Износ режущего инструмента по задней (h

) и передней (b) поверхностям

Таблица 10.1

Нормативные значения показателя

m для различных условий обработки

Режущий

инструмент

Материал

режущей части

Обрабатываемый материал

Сталь

конструкцион

ная

Сталь

нержавеющая

Чугун

Токарные

резцы

Быстрорежущая

сталь

0,125–0,3 0,15 0,15

Твердый сплав 0,18–0,27 0,15 0,2–0,28

Фрезы

Быстрорежущая

сталь

0,2–0,33 0,14–0,27 0,15–0,25

Твердый сплав 0,2 –0,33 0,32 0,32–0,42

Сверла

Быстрорежущая

сталь

0,2 0,12 0,125

Твердый сплав – – 0,4

Зенкеры

Быстрорежущая

сталь

0,3 0,12 0,125

Развертки

Быстрорежущая

сталь

0,4 0,12 0,3

Метчики 0,9 – 0,6

Плашки 0,5 – –

Кроме физической и размерной стойкости различают

минутную

стойкость

– период работы в минутах, штучную стойкость Т

шт

–

количество обработанных деталей до переточки инструмента.

Наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывает скорость

резания, поэтому в расчетах стойкости чаще всего используется зависимость

Т = C

где

С – постоянная величина; V – скорость резания; m – показатель

относи-тельной стойкости (табл. 10.1

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.1. Обработка заготовок на металлорежущих станках



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -292-

Современные

смазывающе-охлаждающие технологические среды

(СОТС) – это сложные многокомпонентные соединения продуктов нефтяно-

го и химического производства. Цель использования СОТС – повышение

стойкости инструмента, уменьшение силы резания, улучшение качества об-

работанной поверхности, удаление стружки из зоны резания. В основе дейст-

вия СОТС лежат следующие эффекты: смазочный, охлаждающий и моющий.

Смазочный эффект – уменьшение сил адгезии и трения на поверхностях

инструмента. Необходимым условием проявления этого эффекта является

способность СОТС проникать между контактирующими поверхностями по

капиллярам и образовывать там пленки, уменьшающие коэффициент трения.

Охлаждающий эффект – снижение температуры в зоне контакта режу-

щего инструмента с обрабатываемым материалом за счет уменьшения тепло-

выделения и увеличения теплоотвода. Уменьшение тепловыделения происхо-

дит благодаря влиянию СОТС на прочность отделяемого слоя материала,

повышение его хрупкости, уменьшение работы, затрачиваемой на стружко-

образование.

Интенсивность теплоотвода в основном зависит от вязкости, теплопро-

водности и скорости движения СОТС, разности температур охлаждаемой

поверхности и СОТС. При непрерывных процессах резания СОТС практи-

чески не достигает контактн

ых поверхностей в зоне резания, поэтому сниже-

ние температуры происходит только в результате охлаждения режущего

инструмента и обрабатываемой детали. Следовательно, интенсивность

охлаждения можно повысить за счет высоконапорной подачи СОТС, подачи

СОТС со стороны задней поверхности или по специальным кан

алам,

изготовленным в теле инструмента, подачи СОТС в виде тумана. При этом

СОТС в виде эмульсии или в виде водных растворов имеют лучшие

охлаждающие свойства по сравнению с масляными СОТС.

Моющий эффект – это обеспечение выноса из зоны резания стружки,

продуктов изнашивания режущего инструмента и продуктов распада СОТС.

Особенно важен этот эффект при выполнении финишных операций.

Неправильное применение СОТС может привести к негативным

последствиям (особенно при низких скоростях резания) из-за химического и

электрохимического взаимодействия СОТС с поверхностями инструмента,

уменьшения защитного действия нароста при черновых операциях.

Сопоставление ст

ойкости инструментов с охлаждением и без такового

показывает, что существует пороговая скорость, ниже которой применение

СОТС нежелательно. Так, для быстрорежущих инструментов пороговой

скоростью является скорость резания 10 м/мин, причем чем больше сечение

резца, тем ниже значение пороговой скорости. При применении

твердосплавных инструментов пороговой скоростью резания является

скорость 80 м/мин при использовании распыленной СОТС и 100 м/мин при

использовании охлаждения пол

ивом.

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.1. Обработка заготовок на металлорежущих станках



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -293-

В отечественной промышленности используются масляные и водораст-

воримые СОТС. Масляные СОТС состоят из минерального масла (60–95 %) и

присадок (антифрикционных, антизадирных, антитуманных, ингибиторов

коррозии и т. д.). К основным маркам масляных СОТС относятся:

сульфофрезолы – осерненное минеральное масло средней вязкости.

Недостатком сульфофрезолов является то, что они вызывают коррозию

цветных сплавов и отрицательно воздействуют на челов

ека. Достоинством

является только их дешевизна;

МР-1 – средневязкое минеральное масло с антизадирными и антиизнос-

ными присадками, содержащими серу, фосфор и хлор; эффективно при

обработке углеродистых и легированных сталей со скоростями резания более

40 м/мин;

ОСМ-3 – маловязкое минеральное масло с антизадирными и антиизнос-

ными присадками, содержащими фосфор и хлор; эффективно при чистовой

обработке углеродистых и легированн

ых сталей.

Водорастворимые СОТС (эмульсолы) содержат 70–85 % минерального

масла, эмульгаторы (вещества, облегчающие получение эмульсии) и присад-

ки. Для уменьшения расходов на транспортировку и хранение эти СОТС

выпускаются в виде концентрата, который по мере необходимости

потребитель разбавляет водой до необходимой концентрации. К основным

маркам водорастворимых СОТС относятся:

Э-1, Э-2, Э-3 – эмульсолы с низкими технологи

ческими свойствами;

ЭТ-2 имеет лучшие технологические свойства и большую стабильность

состава;

«Укринол-1» имеет в составе ингибиторы коррозии, обладает высоки-

ми технологическими свойствами, повышает стойкость твердосплавного

инструмента (по сравнению с ЭТ-2) в 1,5–2 раза;

РЗ-СОЖ8 – эмульсол на базе ЭТ-2, активированного кристаллическим

йодом; эффективен при обработке титановых сплавов.

Под точностью обработки понимается соответствие изготовленного

изделия или партии изделий (детали, узла, машины) эталону, т. е. его (ее)

чертежу. Применительно к обрабатываемым деталям различают размерную

точность (соответствие размеров изделия чертежу), геометрическую точ-

ность (соответствие формы, волнистости и шероховатости поверхности тре-

бованиям чертежа), соответствие физико-химических свойств, структурного

состояния поверхностных слоев (микротрещины, надрывы, измельченная

структура), соответствие о

статочных напряжений в поверхностных и глубин-

ных слоях детали (глубина их проникновения, величина, знак) требованиям

чертежа и т. д.

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.1. Обработка заготовок на металлорежущих станках



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -294-

Размерная точность. В соответствии с требованиями Международной

организации по стандартизации (ISO) в России весь диапазон размеров и

допусков разбит на 19 квалитетов (01–17). Точные квалитеты (01–1)

назначаются весьма редко, главным образом при изготовлении плоско-

параллельных концевых мер длины. Квалитеты 1–4 применяются для изго-

товления рабочих и контрольных калибров. Обычные детали машин изготав-

ливают по 4–12-му квалитетам. По грубым квалит

етам (13–17) задаются

допуски на свободные (неответственные или несопрягаемые) поверхности.

Геометрическая точность поверхности. Поверхность, отделяющая

деталь от окружающей среды, называется

реальной поверхностью. Эта по-

верхность образуется при обработке и в отличие от номинальной поверхнос-

ти (поверхности, указанной на чертеже) имеет неровности различной формы

и высоты.

Различают следующие погрешности геометрической точности: макро-

геометрия (погрешности формы), волнистость и микрогеометрия (шерохова-

тость).

Погрешности формы рассматривают на больших участках реальной

поверхности (отношение шага неровностей к их высоте − более 1000). Под

этим показателем понимается конусообразность, овальность, неплоскост-

ность обработанной поверхности. Эти параметры должны укладываться в

требования соответствующих стандартов России или в требования чертежа.

Шероховатость поверхности – совокупность неровностей, образующих

рельеф поверхности (отношение шага неровностей к их высоте − менее 50) и

рассматриваемых в пределах определенного ее участка (базовой длины).

Волнистость занимает промежуточное положение между погреш-

ностью формы и шероховатостью.

Физико-механическое состояние обработанной поверхности.

Поверхностные слои детали после механической обработки пластически

деформированы, поэтому физическое состояние этих слоев в основном

характеризуется деформационными изменениями в них. Следствием этих

изменений является деформационное упрочнение (наклеп) поверхности и

степень деформации отдельных зерен.

Количество деталей, выпускаемых в единицу времени, называется

производительностью обработки и рассчитывается по формуле

Q = 1

шт

Штучное время Т

шт

складывается из основного технологического Т

подготовительно-заключительного

п-з

времени и времени на организацион-

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.1. Обработка заготовок на металлорежущих станках



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -295-

ное и техническое обслуживание рабочего места Т

орг.тех

Основное технологическое время, т. е. время, затрачиваемое непосред-

ственно на обработку поверхности (детали)

= Т

+ Т

х.х

Машинное время Т

, – это время, затрачиваемое на снятие стружки;

рассчитывается по формуле

= L

(nS

t),

где

L – длина обработки, мм; n – частота вращения, об/мин; S

– подача

на оборот, мм/об;

t – глубина резания, мм.

Вспомогательное время Т

затрачивается на перемещение режущего

инструмента с рабочей подачей: подвод, врезание, прохождение участков, не

требующих снятия стружки, перебег (гарантированный отвод инструмента).

Время холостых ходов Т

х.х

затрачивается на быстрый подвод-отвод

режущего инструмента в зону обработки.

Металлорежущие станки можно классифицировать по отдельным приз-

накам или по комплексу признаков.

По технологическому назначению различают станки токарной, фрезер-

ной, сверлильной и других групп.

По степени универсальности различают станки универсальные, широ-

кого назначения, специализированные и специальные. Универсальные станки

предназначены для выполнения разнообразных работ по обработке различ-

ных заготовок, станки широкого назначения − для выполнения определен-

ного перечня, специализированные станки − для обработки заготовок одного

наименования, но разных размеров (например, обработка зубчатого венца на

зубофрезерном станке). На специальных станках выполняют один вид работ

на конкретной заготовке. Изменение любого размера заготовки требует

модернизации ст

анка.

По степени автоматизации различают станки с ручным управлением,

полуавтоматы, автоматы, станки с программным управлением.

Автомат –

станок, для возобновления цикла обработки которого не требуется непосред-

ственное участие человека. Если для возобновления цикла обработки нужно

только нажать кнопку «Пуск», то формально это станок-полуавтомат.

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.2. Общие сведения о металлорежущих станках



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -296-

По числу главных рабочих органов различают одно- и многошпиндель-

ные станки, одно- и многопозиционные станки и т. д.

По точности различают пять классов точности станков: Н – нормаль-

ный, П – повышенный, В – высокий, А – особо высокой точности, С – особо

точные станки.

В российском машиностроении принята Единая система условных

обозначений станков, в соответствии с которой каждому станку присваива-

ется определенный шифр. Первые две цифры шифра указывают группу и тип

станка. Буква на втором или третьем мест

е позволяет различить станки

одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками. Третья

или четвертая цифры показывают условный типоразмер станка. Последняя

буква обозначает различные модификации станков одной базовой модели.

Все металлорежущие станки разбиты на 10 групп, а каждая группа, как

правило, – на 10 типов. В представленной ниже классификации номер и

название группы указ

аны курсивом, номер (от 0 до 9) и название типа

указаны в скобках.

Группа 0 – резервная.

Группа 1 – токарные станки

(0 – специализированные автоматы и полу-

автоматы; 1 – одношпиндельные автоматы и полуавтоматы; 2 – многошпин-

дельные автоматы и полуавтоматы; 3 – револьверные; 4 – сверлильно-отрез-

ные; 5 – карусельные; 6 – токарные и лобовые; 7 – многорезцовые; 8 –

специализированные; 9 – разные токарные).

Группа 2 – сверлильные и расточные станки (0 – резервный; 1 – верти-

кально-сверлильные; 2 – одношпиндельные полуавтоматы; 3 – многошпин-

дельные полуавтоматы; 4 – координатно-расточные; 5 – радиально-сверлиль-

ные; 6 – горизонтально-расточные; 7 – алмазно-расточные; 8 – горизонталь-

но-сверлильные; 9 – разные сверлильные).

Группа 3 – шлифовальные и доводочные станки (0 – резервный; 1 –

круглошлифовальные; 2 – внутришлифовальные; 3 – обдирочные шлифо-

вальные; 4 – специализированные шлифовальные; 5 – резервный; 6 – заточ-

ные; 7 – плоскошлифовальные; 8 – притирочные и полировочные; 9 – разные,

работающие абразивом).

Группа 4 – комбинированные станки.

Группа 5 – зубо- и резьбообрабатывающие станки

(0 – резьбонарез-

ные; 1 – зубострогальные для цилиндрических колес; 2 – зуборезные для

конических колес; 3 – зубофрезерные; 4 – для нарезания червячных пар; 5 –

для обработки торцов зубьев; 6 – резьбофрезерные; 7 – зубоотделочные и

поверочные; 8 – зубо- и резьбошлифовальные; 9 – разные зубо- и резьбо-

обрабатывающие станки).

Группа 6 – фрезерные станки (0 – резервный; 1 – вертикальные кон-

сольные; 2 – непрерывного действия; 3 – резервный; 4 – копировальные и

гравировальные; 5 – вертикальные бесконсольные; 6 – продольные; 7 – кон-

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.2. Общие сведения о металлорежущих станках



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -297-

сольные широкоуниверсальные; 8 – горизонтальные консольные; 9 – разные

фрезерные).

Группа 7 – строгальные, долбежные, протяжные (0 – резервный; 1 –

продольно-строгальные одностоечные; 2 – продольно-строгальные двух-

стоечные; 3 – поперечно-строгальные; 4 – долбежные; 5 – протяжные гори-

зонтальные; 6 – резервный; 7 – протяжные вертикальные; 8 – резервный; 9 –

разные строгальные).

Группа 8 – разрезные станки (0 – резервный; 1 – разрезные, работаю-

щие резцом; 2 – разрезные, работающие абразивным кругом; 3 – разрезные,

работающие гладким диском; 4 – правильно-отрезные; 5 – пилы ленточные; 6

– пилы дисковые; 7 – пилы ножовочные).

Группа 9 – разные станки (1 – опиловочные; 2 – пилонасекательные; 3

– правильно- и бесцентрово-обдирочные; 4 – балансировочные; 5 – для

испытания сверл и шлифовальных кругов; 6 – делительные машины).

Условный типоразмер станка обычно показывает наибольший размер

обрабатываемой заготовки. Например, универсальный токарно-винторезный

станок модели 16К20: высота центров, т. е. расстояние от оси вращения

заготовки до направляющих, − 200 мм; вертикально-сверлильный станок

модели 2Н135: наибольший диаметр сверления – 35 мм.

Привод металлорежущего станка – это совокупность механизмов,

обеспечивающих заданные законы движения исполнительных органов стан-

ка. Различают механические, электрические, гидравлические и пневматичес-

кие механизмы привода. Элементами механического привода станков явля-

ются валы, оси, зубчатые колеса, шкивы, муфты и т. д. На кинематических

схемах все они имеют определенное условное обозначение (табл. 10.2

По назначению механизмы привода делятся на двигатели и механизмы

для передачи преобразования, реверсирования и регулирования скорости

движения.

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.2. Общие сведения о металлорежущих станках



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -298-

Таблица 10.2

Условные обозначения основных элементов кинематических схем

станков

Наименование Обозначение

Вал, ось, стержень

Конец шпинделя для центровых работ

Передача «винт – гайка»

Подшипник:

без уточнения типа

радиальный качения

радиальный скольжения

Соединение двух валов:

жесткое

телескопическое

эластичное

Патрон:

трехкулачковый

четырех- или шестикулачковый

Муфта:

кулачковая односторонняя

фрикционная односторонняя

фрикционная электромагнитная

Соединение детали с валом:

неподвижное

свободное для вращения

с помощью вытяжной шпонки

подвижное вдоль оси

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.2. Общие сведения о металлорежущих станках



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -299-

Передающие механизмы

(передачи) передают движение от одного эле-

мента к другому. Различают ременные, цепные, зубчатые и червячные передачи.

Ременная передача состоит из ведущего вала (с шкивом диаметром d

ведомого вала (с шкивом диаметром

) и ремня (плоского или клинового).

Ее передаточное отношение

i = (n

)η

= (d

)η

где

, n

– частота вращения ведущего и ведомого валов

соответственно; η

– коэффициент проскальзывания ремня относительно

поверхности шки-вов, η

= 0,9–0,96.

Цепная передача состоит из ведущего вала с звездочкой z

, ведомого

вала с звездочкой

и цепи. Ее передаточное отношение

i = n

= z

/ z

Зубчатые передачи, цилиндрическая и коническая, состоят из веду-

щего вала с шестерней

, ведомого вала с шестерней z

. Ее передаточное

отношение

i = n

= z

/ z

Червячная передача состоит из ведущего вала с червяком, имеющим К

заходов, и ведомого вала с червячным колесом, имеющим

z зубьев. Ее

передаточное отношение

i = n

= K

Механизмы для преобразования движения. Для преобразования

вращательного движения в поступательное в основном применяют реечную и

винтовую передачи.

Реечная передача состоит из зубчатого колеса, имеющего z зубьев, и

зубчатой рейки. Если модуль реечного зацепления

m, то за один оборот

колеса рейка переместится на величину

S = πnmz.

Винтовая передача состоит из вращающегося ходового винта,

имеющего шаг

t, и ходовой гайки. За один оборот ходового винта, имеющего

k заходов, гайка переместится в осевом направлении на величину S = tk.

Механизмы для регулирования скорости движения. Ступенчатое

изменение скорости производится за счет применения двух-, трех- и четырех-

скоростных асинхронных электродвигателей или за счет применения набора

зубчатых колес (редукторов).

Движение ведущего вала редуктора, вращающегося с постоянной

частотой

, передается на ведомый вал через две пары зубчатых колес (z

)

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.2. Общие сведения о металлорежущих станках



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -300-

и (z

). Дистанционное включение нужной пары производится фрикцион-

ными электромагнитными муфтами. Следовательно,

= n

) или n

= n

К редукторам с механическим переключением передач относится

редуктор с использованием блока шестерен. Блок прямозубых зубчатых

колес (

, z

) перемещается по шпонке или шлицам ведущего вала. На

ведомом валу закреплены колеса

, z

. В зависимости от положения блока

прямозубых зубчатых колес частота вращения ведомого вала

= n

) = n

Бесступенчатое изменение скорости возможно за счет применения ва-

риаторов, в которых шкивы закреплены соответственно на ведомом и веду-

щем валах. Ролики закреплены на общей оси. При повороте оси роликов на

угол ±φ обеспечивается плавное изменение частоты вращения ведомого вала.

Реверсивные механизмы. Изменение направления вращения всего

привода возможно за счет переключения фаз асинхронного электродвига-

теля, изменения полярности подключения электродвигателя постоянного

тока или применения зубчатых механизмов. В механизме с цилиндрическими

зубчатыми колесами реверсирование движения осуществляется перемеще-

нием по шлицам ведомого вала кулачковой муфты. Для передачи движения с

ведущего вала на ведомый вал применяется паразитное зубч

атое колесо.

Делительные механизмы. Для поворота на заданный угол заготовки

или элемента станка (деления), применяются шаговые электродвигатели,

оптические или механические делительные головки. Достаточно часто при-

меняется так называемый мальтийский крест, в котором непрерывное вра-

щательное движение водила, закрепленного на ведущем валу, преобразуется

(через специальный палец − цевку) в прерывистое вращательное движение

одного направления (мальтийского крест

а). При равномерном мальтийском

кресте угол его поворота за один оборот водила равен 360°/

z, где z – число

пазов на мальтийском кресте.

Под кинематической схемой металлорежущего станка понимают услов-

ное изображение всех механизмов и передач, которые передают движение от

привода к исполнительным органам станка.

Кинематическая цепь главного движения. Привод главного движе-

ния станка модели 1А616 (рис. 10.9

) состоит из коробки скоростей, смонти-