Гинберг А.M. и др. Технология важнейших отраслей промышленности
Подождите немного. Документ загружается.
291
4. Развертки, которые делятся на цилиндрические и конические, а по
применению — на машинные и ручные.
5. Фрезы, которые в зависимости от назначения делятся на
цилиндрические, торцовые, дисковые, концевые, угловые, шпоночные и
фасонные.
6. Протяжки, которые по применению подразделяют на плоские для
обработки шпоночных пазов, цилиндрические, круглые, прямоугольные или с
другой формой поперечного сечения, протяжки для наружного протягивания.
7. Резьбонарезной инструмент для наружной резьбы — резьбовые резцы и
гребенки, круглые плашки (лерки), резьбонарезные головки (радиального и
тангенциального типа), плоские (клупповые) плашки, резьбовые фрезы
(дисковые и гребенчатые). Кроме того, к резьбо- обрабатывающему
инструменту относятся резьбонакатные плашки (роликовые и плоские), с
помощью которых наружную резьбу получают без снятия стружки;
для внутренней резьбы — резьбовые резцы и гребенки, метчики, резьбовые
концевые фрезы (для нарезания резьб в отверстиях больших диаметров).
8. Зуборезный инструмент, к которому относятся дисковые и пальцевые
зуборезные фрезы, червячные фрезы, долбяки, резцы, дисковые и реечные фрезы
для обработки конических зубчатых колес, шевера.
9. Абразивный инструмент: шлифовальные круги различной формы,
абразивные бруски, головки, сегменты.
Лезвийные инструменты, входящие в первые 8 групп, изготовляются из
различных материалов, рассмотренных в гл. 17.
Для изготовления абразивного инструмента используют различные
абразивные материалы в виде зерен с острыми гранями достаточно твердых,
чтобы резать металл, обладающих необходимой вязкостью, обеспечивающей
сопротивляемость скалывающим силам, возникающим в процессе резания.
Абразивные материалы делятся на естественные и искусственные. К
естественным относятся алмаз, корунд, гранат, кварц и др. Они находят малое
применение из-за неоднородности свойств, а алмаз — вследствие высокой
стоимости. Искусственными абразивными материалами являются
синтетический алмаз, электрокорунд, карбиды кремния и бора, оксид хрома,
эльбор (нитрид бора) и др.
Алмаз является самым твердым материалом, обладающим высокой
красностойкостью и износостойкостью. Однако он весьма хрупок. Его нельзя
применять при наличии больших вибраций и резких изменений сил резания.
Синтетические алмазы выпускаются разных марок, например АСО, АСП,
АСВ. Для оснащения режущих инструментов используют кристаллы алмаза
размером 1—2 мм. В операциях доводки твердых материалов (твердых
металлокерамических сплавов и др.) применяют алмазные порошки.
292
Абразивный инструмент изготовляют на основе из- мельченных абразивных
материалов, скрепляемых связуемым веществом (из керамики, вулканита или
бакелита).
Твердость абразивных зерен оценивается по минералогической шкале.
Качество обработанной поверхности (шероховатость) зависит от зернистости
абразивных материалов, т. е. от размера зерен. Обработка мелкозернистыми
кругами обеспечивает лучшее качество поверхности.
На технико-экономические характеристики обработки абразивным
инструментом влияет его твердость. Твердостью шлифовального круга
называется сопротивление связки к выкрашиванию абразивных зерен. По
стандартной шкале предусмотрены семь степеней твердости абразивного
инструмента (ГОСТ 3751— 47) — от мягкой (M) до чрезвычайно твердой (ЧТ).
Для конкретного процесса обработки следует выбирать оптимальную твердость.
Заниженная твердость приводит к ускоренному износу инструмента, а слишком
высокая — к ухудшению качества и к прекращению процесса резания из-за
засаливания поверхности инструмента.
Классификация технологических методов обработки заготовок на
металлорежущих станках со снятием стружки представлена на схеме (рис.
18.40).
Механообработку ведут на различных металлорежущих станках: токарных,
сверлильных, фрезерных и др.
В основу классификации металлорежущих станков в СССР положен
технологический принцип. На его основе разработана классификационная
схема, в которой все серийно выпускаемые ставки разделены на 10 групп,
каждая из которых включает 10 типов станков. В свою очередь все типы
станков подразделяются на 10 типоразмеров.
Каждому станку присваивается буквенно-цифровое обозначение, например
1Д62М. Первая цифра характеризует группу станков, цифра 1 означает
токарную группу станков, 2 — сверлильную, 3 — шлифовальную и т. д.; буква
после первой цифры означает, что станок по отношению к базовой модели
модернизирован, а последняя буква указывает на модификацию основной
модели. Цифры в середине обозначения показывают одну из основных
технических характеристик станка.
Отечественное станкостроение непрерывно увеличивает количество
выпускаемых металлорежущих станков и повышает их качество. На XXVI
съезде КПСС принято решение: в одиннадцатой пятилетке производительность
новых станков должна быть повышена в 1,3 — 1,6 раза, а их точность возрасти
на 20—30%.
Обработка наружных поверхностей тел вращения
Наружные поверхности заготовок валов, осей, втулок и т. п.,
представляющих тела вращения, обрабатывают на станках различных групп и
типов: токарных, револьверных, лобовых, карусельных, токарных автоматах и
др. Окончательная обработка наружных поверхностей выполняется на
293
шлифовальных и иных станках, предназначенных для чистовой обработки.
Детали, представляющие тела вращения, можно изготовлять непосредственно
из проката (прутков) или отдельных заготовок — отливок, поковок, штамповок
или заготовок, полученных резкой или разрубкой прутков.
Наружные поверхности обрабатывают на токарных и токарно-винторезных
станках, устанавливая заготовки в трех- или четырехкулачковых патронах или
центрах, проходными резцами (рис. 18.41, а). Перед установкой заготовок в
центрах их предварительно центруют с двух торцов. В крупносерийном
производстве центровку выполняют на специальных станках
комбинированными сверлами и получают отверстия для установки в них
центров станка.
Для повышения производительности труда осуществляют многорезцовое
обтачивание наружных поверхностей с продольной подачей без поперечного
врезания и реже с продольной подачей и поперечным врезанием.
На токарных станках обрабатывают торцовые поверхности заготовок
подрезными резцами. При этом суппорт станка с резцом осуществляет
поперечную подачу S
n
к центру или от центра заготовки.
Наружные поверхности в виде канавки обрабатывают прорезными резцами с
поперечной подачей S
n
.
Основными частями токарно-винторезного станка (рис. 18.42) являются
станина 3, устанавливаемая на двух тумбах — передней 2 и задней 1;
передняя
бабка 5, предназначенная для установки заготовки и сообщения ей главного
рабочего (вращательного) движения. В передней бабке расположены коробка
скоростей и шпиндель. Шпиндель станка пустотелый и монтируется в
подшипниках. Коробка подач 4, в которой установлены механизмы,
передающие движения к ходовому валику и ходовому винту. Механизм фартука
9 преобразует вращение ходового винта или ходового валика в поступательное
движение каретки 6. Суппорт 8 передает резцу, установленному в
резцедержателе 7, продольную или поперечную подачу. В задней бабке 10
устанавливается задний центр для поддержания заготовки (при обработке в
центрах) или отдельные инструменты — сверла, развертки и др.
Норма времени, потребная для выполнения процесса обработки заготовки,
является одним из основных факторов, влияющих на себестоимость изделия.
Заработную штату, входящую в себестоимость единицы продукции,
рассчитывают исходя из значения штучно-калькуляционного времени C
шт.к
которое определяют по формуле
t
шт.к.
= t
шт.
+ Т
п.з.
/n
где t
шт.
— норма штучного времени, мин; Т
п.з.
— подготовительно-
заключительное время на партию, мин; n — количество обрабатываемых
заготовок в партии. Норма штучного времени рассчитывается по формуле
t
шт.
= t
о
+ t
всп.
+ t
обс.
+ t
пер
294
где t
о
— основное технологическое время, связанное непосредственно со
снятием стружки, мин; t
всп.
— неперекрываемое вспомогательное время,
затрачиваемое на установку и снятие заготовки со станка и на управление
станком, например время подвода резца к заготовке, включения подачи,
переключения рукояток частоты вращения и т. д., мин; t
обс.
— время
технологического и организационного обслуживания рабочего места, значение
которого составляет определенную часть оперативного времени t
осн
= t
о
+ t
исп.
,;
t
пep
— время перерывов на отдых, которое берется как часть оперативного
времени. Тогда
где a и b - нормы времени обслуживания и перерывов в процентах от нормы
оперативного времени.
Все элементы штучно-калькуляционного времени, за исключением
основного технологического времени, определяются по нормативам.
Основное технологическое время рассчитывается по формуле
где L — расчетная длина пути инструмента (или заготовки) в направлении
подачи, мм (см. рис. 18.41, a); S
m
— минутная подача инструмента, мм/мин, S
m
= S
0
n; S
0
— подача инструмента, мм/об; п — частота вращения заготовки,
об/мин; l — длина обработки по чертежу, мм (см. рис. 18:41,a); i — число
проходов, i = h/t; h — припуск на обработку, мм; t — глубина резания, мм; х —
размер перебега инструмента, мм; у — размер врезания, мм,
где φ — главный угол в плане резца.
Основное технологическое время можно уменьшать, в основном повышая
скорость резания
D, находящуюся в прямой зависимости от частоты вращения и
заготовки или инструмента, и подачу S, а также ведя обработку заготовки
одновременно несколькими инструментами.
Увеличение скорости резания ограничивается стойкостью инструмента Т,
зависящей or материала инструмента и заготовки, наличия искусственного
охлаждения инструмента (эмульсией, веретенным маслом и другими
охлаждающими средствами). Под стойкостью инструмента понимается
период времени его работы между двумя переточками. Для проходных резцов
из быстрорежущей стали принимают T = 60 мин; для резцов, оснащенных
пластинками из твердых сплавов, T = 90 мин.
Вспомогательное время можно сократить, применяя различные механизмы,
позволяющие автоматизировать процессы установки и снятия заготовок, а
295
также приемы управления станком (включение, подвод инструментов и др.),
например упоры и конечные выключатели, бункера для подачи штучных
заготовок, копиры, шаблоны (для единичного и мелкосерийного производств),
другие устройства, относящиеся к системе механического ввода программного
управления.
На лобовых станках, относящихся к группе токарных, обрабатываются
заготовки большой массы при отношении диаметра к их длине, равном 8—10. В
этих станках отсутствует задняя бабка. Заготовки закрепляются на шпинделе
станка с помощью чугунных планшайб, имеющих диаметр 800, 1000 и 1200 мм
и представляющих собой двухступенчатые диски с внутренней резьбой для
закрепления их на шпинделе станка Установка заготовок на лобовых станках
трудоемка, а размеры заготовок ограничиваются прочностью, жесткостью
шпинделя и других конструктивных элементов станка.
На карусельный станок, имеющий горизонтальный стол с планшайбой,
можно устанавливать заготовки большой массы. Предельные размеры планшайб
карусельных станков 0,8—25 м. Такие станки снабжены вертикальными и
лобовыми суппортами (от 2 до 10), что позволяет снижать трудоемкость
обработки заготовок, применяя одновременно несколько резцов.
Обтачивание наружных поверхностей можно осуществлять на специальных
многорезцовых станках, снабженных 2—4 суппортами, на которые можно
устанавливать по нескольку резцов. Суппорты могут осуществлять продольную
и поперечную подачи. Такие станки обладают повышенной прочностью,
жесткостью, имеют большую мощность. Они требуют сложной наладки
инструментов по эталонной детали или шаблонам.
Многорезцовые токарные станки применяют для обработки заготовок
гладких и ступенчатых валов в серийном и массовом производствах.
Эффективность применения их возрастает с увеличением объема выпуска
изделий (годовой программы).
Револьверные станки применяют в серийном и массовом производствах для
обработки заготовок с использованием большого числа режущих инструментов,
установленных на суппорте и револьверной головке. Револьверные головки
могут быть сменными, что позволяет хранить их с инструментами,
настроенными для обработки различных заготовок.
Револьверные станки обычно выпускаются двух типов: с круглой
револьверной головкой, имеющей горизонтальную ось вращения; с
многогранной (чаще шестигранной) револьверной головкой, имеющей
вертикальную ось вращения.
Последний тип станков снабжается одним или двумя суппортами, благодаря
чему их часто называют токарно- револьверными.
Режущие инструменты устанавливают и закрепляют в цилиндрических
гнездах револьверных головок, число которых равно от 6 (в шестигранных
головках) до 16 (в круглых головках)
296
В процессе обработки револьверную головку поворачивают, и
инструмент
поочередно вступает в работу. Иногда в одно гнездо головки устанавливают
державку, несущую несколько инструментов (рис. 18.43).
Предварительной наладкой револьверных станков и исключением замены
инструмента в процессе работы обеспечивают высокую производительность
труда.
Обработка на станках-автоматах и полуавтоматах
На полуавтоматических станках установка и снятие заготовок производятся
вручную, а на автоматах все процессы осуществляются без помощи рабочего.
Токарные автоматы бывают одно- и многошпиндельные (с расположением
шпинделей в горизонтальной или вертикальной плоскостях).
Одношпиндельные автоматы делятся на токарно-револьверные и токарные для
продольно-фасонного точения. Автоматы первого типа применяют для
обработки заготовок, длина которых не превышает шести диаметров. Автоматы
продольно-фасонного точения используются при обработке длинных деталей,
имеющих малую жесткость (преимущественно в приборостроительной,
радиоэлектронной и часовой отраслях промышленности).
Вследствие больших затрат времени на наладку, необходимости
проектирования и изготовления кулачков сложной конфигурации, управляющих
перемещением рабочих органов автоматов, автоматические станки применяют
лишь в серийном и массовом производствах.
Особенности мелкосерийного и серийного производства (большая
номенклатура изделий, частое изменение ее) требуют широкого внедрения
групповой обработки заготовок деталей (по методу С. П. Митрофанова),
создания переменно-поточных линий и специализированных участков с
групповым производством.
Групповая технология базируется на объединении заготовок деталей в
группы как по общности их конструкций, так и по общности технологии их
изготовления (операций, переходов), что позволяет изготовлять большинство
деталей высокопроизводительными методами, характерными для
крупносерийного и массового производств.
B механических цехах необходимо вводить комплексные и типовые
специализированные наладки, пригодные для последовательно-поэлементной
обработки поверхностей заготовок, отличающихся размерами и конфигурацией.
Основным направлением развития автоматизации механообработки является
оснащение станков программным управлением, сокращающим время их
наладки, предоставляющем возможность использования станков-автоматов в
мелкосерийном производстве (при не- прерывно изменяющейся номенклатуре
изделий).
Металлорежущие станки можно оснащать цикловым программным
управлением (ЦПУ) и числовым программным управлением (ЧПУ). В первом
случае станки имеют позиционную систему с упорами, отключающими
297
рабочие органы станка (суппорт, ползун и др.). Программа задается
расстановкой специальных стержней-штекеров в гнездах панели отдельного
пульта системы программного управления.
Более распространена и совершенна система с числовым программным
управлением. Здесь в закодированном виде на программоносителе, в качестве
которого используются перфорированные и магнитные ленты, записывается
практически неограниченное число команд управления рабочими органами
станка. Режущие инструменты настраивают на размер вне станка на
специальном приборе-стенде.
Производительность и точность при обработке можно повысить, оснастив
станки адаптивными, т. е. самонастраивающимися системами, позволяющими
автоматически корректировать режимы обработки и настройку станка при
изменениях условий обработки.
Адаптивные системы могут давать команды на под- наладку режущих
инструментов при изменении глубины резания, шероховатости, деформации
какой-либо детали станка при износе инструмента, изменении крутящего
момента и возникновении температурных деформаций. В результате этого
постоянно поддерживается оптимальный режим резания.
Для крупносерийного и массового производств создаются и внедряются
автоматические линии, которые комплектуются разными станками,
оснащенными системами программного управления (чаще станками с ЧПУ) и
автоматическими манипуляторами (промышленными роботами).
В настоящее время начинают осуществлять управление станками, линиями и
технологическими процессами непосредственно от электронно-вычислительных
машин (ЭВМ); этот способ имеет ряд преимуществ: большую надежность,
возможность корректирования управляющих программ, объединения
автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП)
и производством (АСУП).
Чистовая обработка наружных поверхностей тел вращении
Чистовую обработку как заключительный этап механообработки назначают
для повышения точности размеров деталей и уменьшения шероховатости их
поверхностей. К методам чистовой обработки наружных поверхностей
относятся шлифование, притирка, тонкое (алмазное) точение, сверхчистовая
доводка (суперфиниш), полирование и др.
Шлифование — наиболее распространенный метод обработки наружных
поверхностей, выполняется на круглошлифовальных и бесцентрово-
шлифовальных станках. (Иногда шлифование применяют вместо точения для
черновых операций со снятием припуска размером 0,5 мм и более.)
Круглошлифовальные станки бывают простые и универсальные, верхнюю
часть стола которых можно повернуть на угол до 6—8° для шлифования
конусных поверхностей.
298
Все рабочие органы круглошлифовальных станков монтируются на станине,
внутри которой часто размещается гидропривод, обеспечивающий продольное
перемещение стола. Шлифование на круглошлифовальных станках может
выполняться двумя методами: с продольной подачей S
np
заготовок, имеющих
большую длину, и с поперечной подачей S
n
шлифовального круга (при коротких
заготовках). При обоих методах шлифовальный круг и заготовка вращаются.
Скорость главного рабочего движения — вращение круга
V
к
< 30 м/с, круговая
подача заготовки
S
кр
=15-: -25 м/мин.
При шлифовании достигается 6-й квалитет точности (в отдельных случаях
5-й квалитет).
Основное технологическое время для шлифования с продольной подачей
подсчитывают по формуле
где L — длина хода стола, мм; S
пp
— продольная подача заготовки, мм/об; n
заг
— частота вращения заготовки, об/мин; i —число проходов, i = h/t; h —припуск
на шлифование, мм; t — глубина резания, мм; к = = 1,3... 1,8 — коэффициент,
зависящий от требуемой точности детали и шероховатости ее поверхностей.
Большое применение находит шлифование на бесцентрово-шлифовальных
станках, которое также выполняется с продольной или поперечной подачей.
Гладкие поверхности (валов, втулок) шлифуют с продольной подачей, а
заготовки ступенчатых деталей — с поперечной.
Притирка — процесс механической обработки металла абразивными
зернами с введением в притирающее вещество химического реагента
(стеариновой или олеиновой кислот), который способствует образованию
оксидной пленки иа поверхности заготовки, легко удаляемой абразивными
зернами. Обычно для притирки исполь
зуют предложенную акад. И. В.
Гребенщиковым пасту ГОИ, содержащую в качестве абразивного материала
оксид хрома.
Инструментом в этой операции является притир. Притиры бывают мягкие,
имеющие меньшую твердость, чем обрабатываемый материал, и твердые.
Чаще применяют мягкие притиры из чугуна, меди, твердых сортов дерева, в
рабочие поверхности которых внедряются (шаржируются) частицы
абразивного материала. В процессе притирки заготовка вращается, а притир
совершает возвратно-поступательное движение.
Тонкое (алмазное) точение выполняется алмазными (или
твердосплавными) резцами с большими скоростями резания, малыми
подачами и глубинами резания на специальных массивных станках, имеющих
повышенную жесткость. Шпиндель таких станков должен иметь биение, не
превышающее 0,002 — 0,005 мм. При тонком точении достигается 5—6-й
квалитеты точности.
299
Сверхчистовая доводка (суперфиниш) выполняется мелкозернистыми
абразивными брусками, осуществляющими обработку с небольшими силой
резания и скоростью резания (практически без нагрева обрабатываемой
поверхности). При этом заготовка вращается, а инструмент (бруски)
совершает колебательные движения вдоль оси заготовки. Амплитуда
колебаний брусков составляет 1,5 — 6 мм, а частота 250—1000 мин
-1
.
Одновременно рабочая головка с брусками поступательно перемещается по
обрабатываемой поверхности.
В процессе обработки срезается слой толщиной 0,005 мм (не больше
допуска на размер), поэтому особого припуска под суперфиниш не
назначается. Длительность процесса 30—50 с. Суперфиниш в основном
уменьшает шероховатость поверхности, но не повышает точность обработки и
не исправляет погрешности формы (конусность, огранку, овальность).
Полирование назначают для получения блеска поверхности (малой
шероховатости). Оно выполняется
с помощью мягких войлочных или фетровых кругов, на поверхность которых
наносятся мелкозернистые абразивные вещества (пасты). Полировальный круг
вращается, а заготовка перемещается рабочим органом станка или вручную.
Детали неответственного назначения, например крепеж, иногда полируют во
вращающихся барабанах (обычно деревянных), в которые вместе с заготовками
закладывается дробь, обрезки кожи, смачиваемые щелочами или кислотами.
Процесс длится 4—10 ч. При этом скругляются острые грани, удаляются
заусенцы, снимается окалина с закаленных заготовок и т. д.
Широкое распространение получают теперь методы чистовой обработки
наружных поверхностей без снятия стружки пластическим деформированием,
после проведения которых исходные объемы заготовок не изменяются. К таким
методам относятся обкатывание, алмазное выглаживание, вибронакатывание.
Обкатывание выполняется твердым роликом, установленным в оправке. В
зависимости от формы и размеров обрабатываемой поверхности ролику
сообщается продольная или поперечная подача. При обкатывании
поверхностный слой заготовки в местах контакта с инструментом пластически
деформируется, упрочняется. Имеющиеся на поверхности микронеровности
сглаживаются, но появляется наклеп материала. После обкатывания детали
нельзя подвергать нагреву выше температуры 200— 250°C.
Алмазное выглаживание производится алмазом, закрепленным в державке.
Его рабочей грани придается форма полусферы, цилиндра или конуса.
Операция выполняется на токарном станке. Заготовка, закрепленная в
шпинделе, вращается, а инструменту сообщается движение продольной подачи.
Алмаз, скользя по обрабатываемой поверхности (с прижимающей силой 50—
300 Н), выглаживает и упрочняет поверхность. Для уменьшения износа алмаза
следует применять смазку — веретенное масло. Алмазным выглаживанием
можно обрабатывать стальные (в том числе закаленные) заготовки и заготовки
из сплавов цветных металлов. Количество проходов не должно превышать двух.
300
Вибронакатывание — процесс упрочнения обрабатываемой поверхности
благодаря нанесению на нее канавок с малым поперечным сечением, в которых
размещается смазка и мелкие частицы, отделяемые при износе.
Инструменту (алмазу или закаленному шарику) сообщаются продольная подача
и дополнительное колебательное движение с малой амплитудой, направленные
к оси заготовки. Обрабатываемая заготовка вращается. Процесс можно
осуществлять на обычном токарно-винторез- ном станке.
Обработка внутренних поверхностей тел вращения
Обработка внутренних поверхностей — отверстий по сравнению с
обработкой наружных более трудоемка, часто требует применения нескольких
режущих инструментов и различных измерительных средств. Предварительная
обработка отверстий в сплошном материале выполняется, в основном,
спиральными сверлами.
Главное и вспомогательное рабочие движения при сверлении осуществляет
инструмент. Однако имеются станки, в которых главное рабочее движение
выполняет заготовка, а движение подачи — инструмент. Например, при
сверлении на токарном станке заготовка вращается, а сверло подастся; то же —
на револьверном станке. При сверлении отверстий небольших диаметров (до 15
мм) можно получить меньшую шероховатость, чем при получении отверстий
больших размеров. Достижимая точность при сверлении — 12-й квалитет.
Для получения точных отверстий, имеющих малую шероховатость,
применяют последовательную обработку различными инструментами: а —
сверлом, б — зенкером, в — черновой и
г — чистовой разверткой.
Зенкеры применяют для обработки уже полученных отверстий, обеспечивая
точность, соответствующую 11-му квалитету. Ими можно обрабатывать
отверстия как после сверления, так и отверстия, полученные в заготовках
литьем, ковкой. Зенкеры изготовляют цельные трехзубые диаметрами 12—35
мм и насадные четырехзубые диаметрами 25-100 мм.
Чистовые операции — калибрование отверстий выполняют развертками,
обеспечивающими точность по 5—7-му квалитетам. Развертки являются
самоцентрирующим инструментом, т. е. устанавливаются в шарнирном
приспособлении. Они состоят из рабочей и хвостовой частей. Рабочая часть
включает заборный (режущий) конус, калибрующую часть и обратный конус,
предохраняющий обработанную поверхность при выходе развертки из
отверстия.
Количество зубьев развертки z рассчитывают по формуле
где d — диаметр развертки.
Все указанные операции выполняют на токарных и револьверных станках, а
также на станках сверлильной группы, которые подразделяют на следующие
типы: вертикально-сверлильные (настольные, настенные и на колонке) для