МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (г. Северодонецк)
ТЕКСТ ЛЕКЦИЙ
по дисциплине
"ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ"
для студентов специальности "Оборудование химических предприятий
и производств строительных материалов" (в 2-х частях)
Часть 1
Северодонецк 2008
Текст лекций по дисциплине "Технологические основы машиностроения"
для студентов специальности "Оборудование химических предприятий и про- изводств строительных материалов" (в 2-х частях). Часть 1 / Сост. И.М. Генки- на. – Северодонецк, ТИ, 2008 – 130 с.
Составитель: И.М. Генкина, ст. преподаватель
Ответственный за выпуск А.И. Барвин
УТВЕРЖДЕНО
на заседании кафедры оборудования химических производств, протокол № 7 от 19 марта 2009 г.
2
СОДЕРЖАНИЕ
I. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 II. Текст лекций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
Лекция 1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Лекция 2. Основы проектирования технологических процессов обработки деталей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Лекция 3. Основы базирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Лекция 4. Точность обработки деталей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Лекция 5. Качество поверхностей деталей машин . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Лекция 6. Выбор заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Лекция 7. Определение припусков на механическую обработку . . . . . 33 Лекция 8. Расчет размерных цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Лекция 9. Методы обработки основных поверхностей. Технологиче- ские основы типизации методов обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
Лекция 10. Обработка наружных цилиндрических поверхностей . . . . 52 Лекция 11. Обработка внутренних цилиндрических поверхностей (отверстий) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
Лекция 12. Методы обработки плоских поверхностей . . . . . . . . . . . . . . 91
Лекция 13. Методы обработки резьбовых поверхностей . . . . . . . . . . . . 106 Лекция 14. Обработка зубчатых поверхностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Лекция 15. Обработка шлицевых поверхностей и шпоночных пазов . . 123 Литература
130
3
I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Дисциплина "Технологические основы машиностроения" изучается сту-
дентами дневной и заочной формы обучения специальности 7.090220 "Обору- дование химических предприятий и производств строительных материалов" в 7 и 8 семестрах.
Часть 1 изучается студентами дневной и заочной формы обучения в 7 се-
местре.
Объем лекций в 7 семестре в соответствии с рабочим учебным планом
приведен в таблице 1.
Таблица 1
Форма Общий объем Объем лек-
Курс Семестр
обучения дисциплины, час. ций, час.
Дневная 144 42
4 7
Заочная 144 6
4
II. ТЕКСТ ЛЕКЦИЙ
Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ
Рассматриваемые вопросы: Задачи курса, его предмет и содержание.
Основные понятия. Изделие и его элементы. Технологический процесс и его структура.
1.1. Задачи курса, его предмет и содержание. Основные понятия.
Процесс создания любого оборудования разделяют на два этапа: проек-
тирование и изготовление. Первый этап завершается разработкой конструкции оборудования и представлением ее в чертежах, второй – реализацией разрабо- танной конструкции с помощью технологического процесса, т.е. изготовлением оборудования.
Любое оборудование является сложной системой. Технология машино-
строения изучает связи и закономерности в производственных процессах изго- товления оборудования.
Под производственным процессом понимают совокупность всех этапов,
которые проходят исходные продукты на пути их превращения в готовое обо- рудование. Этапы производственного процесса, на протяжении которых проис- ходит качественное изменение объекта производства, называют технологиче- скими процессами.
В зависимости от содержания, различают технологические процессы по-
лучения заготовок, изготовления деталей, сборки отдельных частей и оборудо- вания в целом и др.
В курсе « Технологические основы машиностроения» (ТОМ) изучаются
процессы механической обработки деталей машин и аппаратов, их сборки, во- просы выбора заготовок и методы их изготовления.
В курсе ТОМ рассматриваются вопросы взаимодействия станка, приспо-
собления, режущего инструмента и обрабатываемой детали. Основным вопро- сом является построение наиболее рациональных технологических процессов обработки деталей или сборки изделий.
Возможность построения рационального технологического процесса об-
работки или сборки должна быть предусмотрена при проектировании детали или узла. Конструктор должен представлять процесс изготовления проектируе- мого изделия и стремиться к обеспечению технологичности как отдельных де- талей, так и всего изделия в целом.
Под технологичностью конструкции понимаются свойства конструкции,
определяющие ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте. Другими словами, технологичная кон- струкция обеспечивает изготовление, ремонт и эксплуатацию изделия наибо- лее экономичными методами. Чем технологичней изделие, тем меньше трудо- емкость и себестоимость его изготовления, тем удобней его ремонт и эксплуа- тация.
5
1.2. Изделие и его элементы
Изделием в машиностроении называют любой предмет производства, из-
готовляемый на предприятии. Изделием может быть сложная машина, ее эле- мент в сборе (сборочная единица) и отдельная деталь.
Деталь - это изделие, изготовленное из однородного материала без при-
менения сборочных операций. Характерный признак детали - отсутствие разъ- емных и неразъемных соединений.
Сборочная единица - это изделие, составные части которого подлежат со-
единению (резьбовыми соединениями, сваркой, пайкой, склеиванием, крепеж- ными изделиями, по посадкам и т.д.). Сборочная единица может состоять из отдельных деталей, может включать в себя более мелкие сборочные единицы.
Примером детали может быть зубчатое колесо, изготовленное из цельной
заготовки (отливки или штамповки), но это же зубчатое колесо может быть сборочной единицей из нескольких деталей (ступицы, диска и венца), сварен- ных между собой.
1.3. Технологический процесс и его структура
На технологический процесс обработки или сборки разрабатывается тех-
нологическая документация. Правила по порядку разработки, оформления и комплектации технологической документации, применяемой при изготовлении и ремонте изделий, установлены комплексом государственных стандартов - ЕСТД (Единой Системой Технологической Документации).
Структура технологического процесса и названия его составных частей
регламентируются ГОСТ 3.1109-82 «Термины и определения основных поня- тий».
Технологический процесс - часть производственного процесса, содержа-
щая целенаправленные действия по изменению состояния предмета труда. Под производственным процессом понимают совокупность отдельных процессов, осуществляемых для получения готового изделия.
Технологический процесс обработки детали заключается в последова-
тельном изменении формы, размеров, свойств материала заготовки с целью по- лучения детали и представляет собой план обработки детали с указанием, какие поверхности надо обработать, в каком порядке и какими способами.
Технологический процесс состоит из технологических операций. Технологическая операция - законченная часть технологического процес-
са, выполняемая на одном рабочем месте. Технологическая операция охватыва- ет все последовательные действия рабочего и станка над деталью до перехода к обработке следующей детали.
Диапазон работ, входящих в состав операции, может быть очень широ-
ким. Например, операцию может составлять обработка всего лишь одного шпо- ночного паза вала на шпоночно-фрезерном станке. И в то же время обработка нескольких поверхностей сложной детали на многошпиндельном полуавтомате также будет являться операцией.
6
С тем чтобы иметь возможность представить структуру операции и
учесть затраты времени на ее выполнение, потребовалось расчленение опера- ции на отдельные части.
Элементами технологической операции являются установ, позиция и пе-
реход.
Установ - часть технологической операции, выполняемая при неизмен-
ном закреплении обрабатываемой заготовки или собираемой сборочной едини- цы.
Обработка ступенчатого вала в центрах с одного конца, а затем, после
переустановки вала в центрах, с другого конца, является одной операцией в два установа (рисунок 1.1). Обработка партии валов по аналогичной схеме являет- ся обработкой в две операции.
Рис.1.1. Обработка ступенчатого вала
Установленная и закрепленная заготовка может изменять свое положение
на станке относительно его рабочих органов с помощью перемещающих или поворотных устройств, занимая новую позицию.
Позиция - фиксированное положение, занимаемое неизменно закреплен-
ной обрабатываемой заготовкой совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования при выполнении опреде- ленной части операции.
Примером обработки в две позиции может служить фрезерование детали
на станке с поворотным устройством (рисунок 1.2).
Частью технологической операции является переход. Переходы могут
быть технологические и вспомогательные.
Технологический переход - законченная часть технологической опера-
ции, выполняемая одними и теми же средствами технического оснащения при постоянных режимах и установке. Технологический переход характеризуется постоянством инструмента, поверхности и режима. Например, последователь- ное точение поверхностей ступенчатого вала составляет два перехода, а вы- полнение этой операции двумя резцами одновременно - один переход (рисунок 1.3).
7
1, 2 - обрабатываемые поверхности; 3 - заготовка; 4 - фреза;
5 - поворотная часть приспособления.
Рис. 1.2. Фрезерование на станке с поворотным устройством
Рис. 1.3. Одновременная обработка двумя резцами
Вспомогательный переход - законченная часть технологической опера-
ции, состоящая из действий человека или оборудования, которые не сопровож- даются изменением свойств предмета, но необходимы для выполнения техно- логического перехода (закрепление и снятие заготовки, смена инструмента, подвод его к заготовке и т.п.).
Технологический переход разделяется на рабочие и вспомогательные хо-
ды.
Рабочий ход - законченная часть технологического перехода, состоящая
из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровож- даемого изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготов- ки.
8
Технологический переход может быть выполнен в результате удаления с
поверхности одного или нескольких слоев материала, снимаемых один за дру- гим одним и тем же инструментом. В первом случае говорят о переходе, вы- полняемом за один рабочий ход, во втором — за несколько рабочих ходов. Ра- бочий ход – это однократное относительное движение инструмента и заготов- ки, в результате которого с ее поверхности удаляется один слой материала. По- сле выполнения каждого рабочего хода на заготовке образуется новая поверх- ность. Однако переход будет завершен лишь по осуществлении всех рабочих ходов, необходимых для достижения требуемого результата. Например, пере- ход по обработке шейки вала шлифованием с продольной подачей осуществля- ется в результате выполнения нескольких рабочих ходов.
Рабочий ход часто называют проходом. Число рабочих ходов в одном
технологическом переходе выбирают, исходя из оптимальных условий обра- ботки, например, при съеме значительных слоев материала уменьшают глубину резания за счет нескольких проходов:
припуск на обработку Количество проходов = ---------------------------- . глубина резания
Вспомогательный ход - законченная часть технологического перехода,
состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, необходимая для подготовки рабочего хода (возвращение суппорта в исходное положение).
Лекция 2. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
Рассматриваемые вопросы:Последовательность проектирования тех-
нологических процессов. Исходные данные для проектирования технологиче- ского процесса. Типы машиностроительных производств.
2.1. Последовательность проектирования технологических процессов
Общие правила разработки технологических процессов определены
ГОСТ 14.301-83.
Разработка технологического процесса изготовления деталей должна
включать следующие основные этапы:
– анализ исходных данных; – определение типа производства; – определение класса детали и выбор в качестве аналога действующего
типового технологического процесса;
– выбор исходной заготовки и методов ее изготовления; – выбор технологических баз; – план обработки отдельных поверхностей;
9
наиболее выгодного для данных конкретных условий, обеспечивающий наи- большую производительность при наименьшей себестоимости обработки, тре- бует расчетов экономической эффективности и сравнения разных вариантов обработки.
2.2. Исходные данные для проектирования технологического процесса
Исходной информацией для проектирования технологического процесса
служат рабочие чертежи деталей, сборочные чертежи и объем годового выпус- ка изделий.
Технологический процесс механической обработки проектируют на ос-
нове рабочего чертежа детали. В рабочих чертежах и технических требованиях содержатся сведения о точности, параметрах шероховатости и другие требова- ния к изделию.
Для разработки технологического процесса обработки детали необходимо
предварительно изучить ее конструкцию и функции, выполняемые в узле, ме- ханизме, машине, проанализировать технологичность конструкции и прокон- тролировать чертеж. Рабочий чертеж детали должен иметь все данные, необхо- димые для исчерпывающего и однозначного понимания конструкции и требо- ваний к детали при ее изготовлении и контроле, и соответствовать действую- щим стандартам.
Анализ технологичности проводят по двум признакам: с одной стороны,
деталь должна быть технологична как объект изготовления; с другой стороны, должна обеспечивать технологичную и удобную сборку и демонтаж как со- ставная часть сборочной единицы или изделия.
Контроль чертежа должен включать проверку соответствия точности
размеров и параметров шероховатости, требований к взаимному расположению поверхностей, правильности простановки размеров и возможных ошибок кон- структора.
Однако выбор оптимального варианта технологического процесса зави-
сит в значительной степени от объема выпуска и производственных возможно- стей предприятия. При определении объема выпуска изделия необходимо учи- тывать процент запасных частей. Объем годового выпуска определяет тип про- изводства.
10
2.2. Типы машиностроительных производств Проектирование технологического процесса в значительной степени оп-
ределяется типом производства.
Тип производства – классификационная категория производства, выде-
ляемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий.
Объем выпуска изделий – количество изделий определенного наименова-
ния, типоразмера и исполнения, изготовленных предприятием или его подраз- делением в течение планируемого интервала времени.
Различают следующие типы производства: единичное, серийное и массовое.
Одной из основных характеристик типа производства является коэффи-
циент закрепления операций. Коэффициент закрепления операций – отношение числа всех различных технологических операций, выполненных в течение ме- сяца, к числу рабочих мест. Коэффициент закрепления операций характеризует частоту смены технологических операций в среднем за смену, среднее время выполнения одной операции, производительность работы. Применяется для расчета численности рабочих, роста производительности труда, трудоемкости, производственной структуры, занятости обслуживаемого персонала.
Единичное - производство, характеризуемое малым объемом выпуска
одинаковых изделий, повторное изготовление которых не предусматривается.
Единичное производство обычно имеет широкую номенклатуру изготов-
ляемых изделий.
Единичное производство характерно для ремонтных цехов, опытных за-
водов и предприятий, выпускающих сложное, уникальное оборудование (тур- бостроение, судостроение). Применяются универсальные станки, приспособ- ления и инструменты. Особенностью технологических процессов при единич- ном производстве является выполнение нескольких операций на одном станке, что требует переналадки станка. Поэтому основное технологическое время в общей структуре времени невелико. Рабочие должны иметь высокую квалифи- кацию. Коэффициент закрепления операций для единичного производства име- ет значения более 40.
Серийное - производство, характеризуемое изготовлением изделий пе-
риодически повторяемыми партиями (сериями).
Для серийного производства характерна ограниченная номенклатура из-
готовляемых изделий.
В зависимости от количества изделий в серии различают мелко-, средне-
и крупносерийное производство. Такое подразделение является условным и за- висит при одном и том же количестве изделий в серии от их сложности.
Коэффициент закрепления операций имеет значения: – для мелкосерийного производства – свыше 20 до 40 включительно; – для среднесерийного производства – свыше 10 до 20 включительно; – для крупносерийного производства – свыше 1 до 10 включительно. Технологический процесс в серийном производстве преимущественно
дифференцирован, т.е. технологические операции выполняются на разных
11
станках. Применяются как универсальные, так и специализированные станки, приспособления и инструменты.
Серийное производство значительно экономичнее, чем единичное и явля-
ется наиболее распространенным в машиностроении.
Массовое - производство, характеризуемое большим объемом выпуска
изделий, непрерывно изготовляемых в течение продолжительного времени.
Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой изделий. Коэффициент закрепления операций для массового производства прини-
мают равным единице.
В массовом производстве на одном рабочем месте выполняется одна не-
изменно повторяющаяся операция. Используются специальное оборудование, станки - автоматы, полуавтоматы и автоматические линии, а также специаль- ный режущий инструмент. Рабочая сила низкой квалификации при наличии высококвалифицированных настройщиков.
Себестоимость продукции при массовом производстве значительно ниже,
чем при единичном и серийном, но оно требует больших первоначальных капи- тальных затрат.
Производственные процессы делят на два вида: поточные и непоточные. Основными свойствами поточного производства являются его непрерыв-
ность и равномерность. Операции обработки закреплены за определенным обо- рудованием или рабочим местом, оборудование расположено в порядке выпол- нения операций. В поточном производстве заготовка по завершении первой операции без задержки передается на вторую операцию, далее – на третью и т.д., а изготовленная деталь сразу же подается на сборку.
При непоточном производстве детали могут пролеживать на рабочих
местах и промежуточных складах. Сборку изделия начинают при наличии на складах полного комплекта деталей.
Поточный вид организации производства присущ массовому производст-
ву, непоточный – единичному и мелкосерийному производствам.
Из рассмотренного выше видно, что тип производства в значительной
степени влияет на технологические процессы изготовления деталей и сборки изделий. При разной серийности для изготовления одной и той же детали вы- бираются разные заготовки, применяется разное оборудование, оснастка, меня- ется структура технологического процесса.
12
Лекция 3. ОСНОВЫ БАЗИРОВАНИЯ
Рассматриваемые вопросы: Поверхности и базы. Принцип постоянст-
ва баз. Принцип совмещения баз. Основные правила выбора баз.
3.1. Поверхности и базы
Базирование - придание заготовке требуемого положения в пространстве
относительно станка и режущего инструмента.
Приложение сил к заготовке для обеспечения постоянства ее положения,
достигнутого при базировании, называется закреплением.
Процесс базирования и закрепления заготовки называют установкой. При установке деталей для обработки на станках различают следующие
поверхности:
- обрабатываемые поверхности, с которых снимается слой металла;
- поверхности - базы, определяющие положение детали при обработке;
- поверхности, воспринимающие зажимные усилия;
- поверхности, от которых измеряют выдерживаемые размеры;
- необрабатываемые поверхности.
База - поверхность, сочетание поверхностей, ось или точка, принадлежа-
щие заготовке и используемые для базирования.
Различают базы технологические, сборочные, конструктивные. По ГОСТ 3.1109 - 82 технологической базой называется поверхность, со-
четание поверхностей, ось или точка, используемая для определения положе- ния заготовки в процессе изготовления.
Технологические базы разделяются на установочные и измерительные. Установочной базой называют поверхности заготовки, которыми она ус-
танавливается для обработки в определенном положении относительно станка и режущего инструмента.
Установочными базами могут быть плоские поверхности, наружные и
внутренние цилиндрические поверхности, конические поверхности, поверхно- сти центровых отверстий.
В качестве установочных баз могут использоваться обработанные и необ-
работанные поверхности. Необработанные поверхности называются черновыми базами и используются только на начальных операциях обработки. Обработан- ные поверхности называют чистовыми базами и используют в качестве баз для последующих операций.
Установочные базы могут быть основными и вспомогательными. Основной установочной базой называется поверхность детали, которая
служит для установки детали при обработке и сопрягается с другой деталью при сборке.
Примером основной установочной базы может служить посадочное от-
верстие зубчатого колеса. При обработке колесо базируется отверстием на оп- равке, благодаря чему обеспечивается совпадение осей посадочного отверстия и делительной окружности зубьев. При сборке поверхность отверстия сопряга-
13
ется с поверхностью вала. Совпадение установочных баз зубчатого колеса при обработке и сборке обеспечивает правильную работу его в собранном узле.
Вспомогательной установочной базой называют поверхность детали, ко-
торая служит только для установки ее при обработке.
Примером вспомогательной установочной базы являются центровые от-
верстия валов.
Измерительная база - поверхность, от которой при измерении произво-
дится отсчет размеров.
Сборочная база - поверхность, которая определяет положение данной де-
тали относительно других деталей в узле или изделии.
Конструктивная база - совокупность поверхностей, линий, точек, от ко-
торых задаются размеры и положение других деталей при разработке конст- рукций.
Исходными данными для выбора баз являются: чертеж детали со всеми
необходимыми требованиями, вид и точность заготовки, условия расположения и работы детали в машине.
При выборе технологических баз следует руководствоваться принципами
постоянства базы и совмещения баз.
3.2. Принцип постоянства базы
Наибольшая точность обработки достигается при обработке детали с од-
ной установки. Однако это не всегда возможно. Для достижения наибольшей точности необходимо все дальнейшие установки детали производить по той же базе. Каждая перемена базы увеличивает погрешность установки детали.
Принцип постоянства базы: для выполнения всех операций обработки де-
тали следует использовать одну и ту же установочную базу.
Для выполнения этого принципа часто создают базы, не имеющие конст-
рукторского назначения, например, центровые отверстия у валов.
3.3. Принцип совмещения баз
Для достижения наибольшей точности обработки необходимо стремиться
использовать одну и ту же поверхность в качестве различных баз.
Целесообразно в качестве измерительной базы использовать установоч-
ную базу, если это возможно. Еще более высокой точности обработки можно достигнуть, если совместить установочную, измерительную и сборочную базы.
Принцип совмещения баз: сборочная база является одновременно устано-
вочной и измерительной.
Решение вопроса о возможности использования установочной базы в ка-
честве измерительной зависит от того, какой размер детали должен быть точно выдержан и от какой поверхности при измерении может быть произведен от- счет размера.
14
На рисунке 3.1а точно выдерживается размер х,и отсчет этого размера
производится от поверхности А-А, которая в данном случае является одновре- менно измерительной и установочной базой.
Рис.3.1. Установочная и измерительная базы
На рисунке 3.1б точно выдерживается размер у,и отсчет его производит-
ся от поверхности В-В, которая в этом случае является измерительной базой; установочной базой по-прежнему является поверхность А-А. В последнем слу- чае точность размера у будет зависеть от точности размера, который связывает установочную и измерительную базы.
3.4. Основные правила выбора баз
1. Следует использовать принцип совмещения баз (при совмещении измери- тельной и установочной баз погрешность базирования равна нулю).
2. Следует соблюдать принцип постоянства базы, т.е. на всех основных опера- циях использовать в качестве технологических баз одни и те же поверхно- сти.
3. Когда постоянство установочных баз обеспечить невозможно, в качестве но- вой базы принимают поверхности наиболее чисто и точно обработанные.
4. Если у заготовки есть необрабатываемые поверхности, установив по кото- рым, можно с одной установки полностью обработать деталь, то их следует принимать за установочные базы.
5. За установочные базы следует принимать такие поверхности, которые не до- пускали бы деформации детали от сил закрепления и резания.
6. Базы должны обеспечивать хорошую устойчивость и надежность установки заготовки.
15
Лекция 4. ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
Рассматриваемые вопросы: Понятие точности. Факторы, влияющие
на точность обработки на металлорежущих станках. Связь погрешности обработки и допуска на размер.
4.1. Понятие точности
Точность - основная характеристика деталей и машин. Под точностью в
машиностроении понимается степень соответствия производимых изделий за- ранее установленному прототипу или образцу. В качестве образца принимает- ся деталь, заданная чертежом.
Точность детали, полученной в результате механической обработки, оп-
ределяется:
- отклонениями действительных размеров детали от требуемых;
- отклонениями от геометрической формы детали или ее элементов (от- клонения от прямолинейности, плоскостности, круглости, цилиндрич- ности и пр.);
- отклонениями поверхностей и осей детали от точного взаимного распо- ложения (отклонения от параллельности, перпендикулярности, соосно- сти, симметричности и пр.);
- шероховатостью поверхности.
Отклонения значений параметров реальной детали от детали, заданной
чертежом, характеризует величину погрешности.
4.2. Факторы, влияющие на точность обработки на металлоре- жущих станках
Общая погрешность выполняемого размера складывается из нескольких
составляющих. На точность обработки на металлорежущих станках влияют:
- неточность станка ;
ст
- погрешность установки ;
уст
- неточность инструмента и его износ ;
ин
- неточность установки инструмента ;
настр
- деформации деталей во время обработки, вызванные силами резания и закрепления
;
деф
- тепловые деформации ;
t
- деформации, вызванные внутренними напряжениями в материале де- тали ;
- погрешность измерения ;
изм
- ошибка исполнителя .
исп
Рассмотрим подробнее каждую из перечисленных погрешностей, опреде-
лим причины ее возникновения и степень влияния на окончательную точность детали.
16
Неточность станков
Точность станка в ненагруженном состоянии (геометрическая точность
станка) зависит главным образом от точности изготовления деталей станка и точности их сборки. Нормы точности станка всегда выше норм точности дета- лей, получаемых на этом станке. Нормы точности и методы проверки точности станков регламентируются стандартами. Вследствие износа в процессе экс- плуатации точность станка изменяется. Появляются такие отклонения как бие- ние шпинделя (износ подшипников), непрямолинейность направляющих, по которым перемещается каретка суппорта, смещение центров передней и задней бабки, повышенные вибрации и т.п. Это приводит к несоосности поверхностей, смещению осей, искажению геометрической формы, ухудшению параметров шероховатости поверхностей детали.
Погрешность установки
При установке детали на станке е? фактическое положение отличается от
требуемого. Отклонение положения установленной заготовки от требуемого называется погрешностью установки.
f ; ; , (4.1)
уст баз закр пр
где – погрешность базирования;
баз
– погрешность закрепления;
закр
– погрешность приспособления.
пр
Погрешность базирования возникает при несовпадении измеритель-
баз
ной и установочной баз заготовки. При совпадении измерительной и устано- вочной баз погрешность базирования равна нулю. Так, на рисунке 4.1 погреш- ность базирования размера L равна нулю, так как измерительная и установоч- ная базы совпадают:
= 0. Погрешность базирования размера К равна до-
баз L
пуску на размер, связывающий измерительную и установочную базы: = δ .
баз K
Рис. 4.1. Схема установки детали на плоскую поверхность
При несовпадении измерительной и установочной баз погрешность бази-
рования определяют путем расчета, исходя из геометрических элементов схемы установки (рисунок 4.2).
17
Погрешность базирования размера L при посадке детали на разжимную
оправку без зазора
D , (4.2)
базL 2
при посадке с зазором :
D . (4.3)
базL 2
Рис. 4.2. Схема установки детали на цилиндрическую оправку с зазором
Погрешность базирования для размеров, определяемых инструментом,
равна нулю. К таким размерам относятся размеры, определяемые только разме- ром инструмента: диаметром сверла, зенкера, развертки, шириной фрезы и т.п. Для размеров, определяющих взаимное положение поверхностей, обработан- ных с одной установки, погрешность базирования также равна нулю.
На погрешность базирования влияют погрешность формы и параметры
шероховатости базовой поверхности, поэтому в качестве баз следует выбирать наиболее точно обработанные поверхности.
Погрешность закрепления вызвана смещение измерительной базы по на-
правлению измеряемого размера под действием сил закрепления. На рисунке 4.1 погрешность закрепления размеров L и K
0, 0, так как из-
закр К закр L
мерительная база размеров перемещается под действием прижимной силы.
Погрешность закрепления определяется в основном деформациями в мес-
те контакта заготовки с установочными элементами. Контактные деформации зависят от величины прижимной силы Q:
y C Q, (4.4) n
где С и n - коэффициенты, зависящие от вида контакта, материала, шероховато- сти поверхности.
18
y
y
i
Q Q
i
Рис. 4.3. Зависимость контактных деформаций от прижимной силы
Необходимо отличать погрешность установки от неправильной схемы ус-
тановки. Сила закрепления должна надежно прижимать базовую поверхность заготовки к установочным элементам приспособления. Поворот или смещение заготовки при закреплении указывает на неправильную схему установки.
Погрешность приспособления определяется:
пр
- погрешностью изготовления и сборки самого приспособления;
- износом установочных элементов;
- погрешностью установки приспособления на станке.
Способы устранения или уменьшения этих погрешностей: -
при использовании одного приспособления его погрешность посто- янна и ее можно учесть при настройке. При использовании несколь- ких приспособлений-дублеров их погрешность будет входить в по- грешность установки;
- износ установочных элементов приспособлений периодически кон- тролируется и при достижении предельно допустимой величины их заменяют. Для уменьшения износа установочные элементы выполня- ют из закаленной стали, хромируют или наплавляют твердым спла- вом.
- погрешность установки самого приспособления на станке (перекосы, смещения) уменьшают путем установки фиксаторов, направляющих элементов и т.п. на столе станка.
Погрешности , , - величины векторные. Погрешность установки
баз закр пр
определяют как векторную сумму
2 2 2 . (4.5)
уст баз закр пр
Погрешность приспособления обычно значительно меньше, чем погреш-
ности базирования и закрепления. Поэтому с достаточной степенью точности погрешность установки можно определить, учитывая только погрешности ба- зирования и закрепления.
19
Степень точности инструмента и его износ
Инструмент, как и всякое другое изделие, имеет свою точность изготовле-
ния. Погрешности инструмента переносятся на обрабатываемую деталь. Раз- меры и точность стандартных инструментов регламентированы стандартами. Выбранный инструмент должен обеспечивать заданную точность обработки.
На точность обработки существенно влияет износ инструмента. Износ
инструмента характеризуется начальным износом u (приработкой режущей
н
кромки) и размерным износом. Приработка режущей кромки - это износ на первой 1000 м пути резания. Во время приработки режущей кромки износ идет более интенсивно, чем при установившемся режиме резания. Размерный износ характеризуется удельным износом
u за время пути резания в 1000 м. Величи-
o
на удельного износа для различных инструментов в зависимости от конкретных условий обработки приводится в справочных таблицах. Приняв по норматив- ным данным величину удельного износа
u для обработки партии деталей од-
o
ним инструментом без переточки, можно определить его размерный износ в
и
мкм:
L
u u, (4.6)
и н 1000 o
где L - длина пути резания, м.
Длину пути резания можно определить по скорости резания V, м/мин, и
стойкости инструмента Т, мин.:
L V T.
Неточность установки инструмента
Периодическая смена затупившегося инструмента вызывает необходи-
мость настройки станка на выполняемый размер. Однако невозможно обеспе- чить совершенно одинаковое положение инструмента для обработки другой партии деталей. Задача настройки или установки инструмента на размер - обес- печить выполнение размеров детали в пределах поля допуска.
Установка инструмента, рабочих элементов станка и установочных эле-
ментов приспособления в положение, обеспечивающее получение размера в поле допуска, называется размерной наладкой станка.
Процесс наладки состоит в том, чтобы обеспечить совпадение середины
поля мгновенного рассеяния с наладочным размером.
Наладка может производиться следующими методами: – методом пробных стружек и промеров; – методом пробных деталей; – по калибрам наладчика (с меньшими полями допусков); – статическая наладка (на неработающем станке) по эталону.
20
Деформации системы станок-приспособление-инструмент-деталь
Система станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД) - это замк-
нутая упругая система, в которой в процессе обработки действуют силы реза- ния, закрепления и силы тяжести. Эти силы вызывают деформации, влияющие на точность обработки.
Точность обработки зависит от жесткости системы. Под жесткостью уп-
ругой системы понимают ее способность оказывать сопротивление действию сил, стремящихся ее деформировать. При отсутствии достаточной жесткости под действием сил резания и других сил система деформируется, что приводит к искажению формы детали и получению ее неправильных размеров. С жестко- стью системы СПИД связано и явление вибрации. Системы, обладающие большой жесткостью, могут работать с более высокими режимами резания без появления вибраций, что обеспечивает большую производительность.
На рисунке 4.4 показана деформация вала под действием сил резания при
обработке на токарном станке в центрах без люнета. На рисунке 4.5 показано разложение силы резания на составляющие.
Рис. 4.4. Деформация вала при обработке на токарном станке
в центрах без люнета
На точность обработки преимущественно влияют те деформации систе-
мы, которые изменяют расстояние между режущей кромкой инструмента и об- рабатываемой поверхностью, т.е. деформации, направленные по нормали к об- рабатываемой поверхности. Поэтому в технологии машиностроения жестко- стью технологической системы принято называть отношение составляющей силы резания P
, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к
y
смещению у режущей кромки инструмента в том же направлении:
P
j y . (4.7)
y
21
P
y
P
x
P
z
Рис. 4.5. Разложение силы резания на составляющие
Величина деформации прямо пропорциональна силе P и обратно про-
y
порциональна жесткости системы:
P
y y . (4.8)
j
Введя понятие податливости системы как величины, обратной жесткости
1 j, получим:
y P. (4.9)
y
Погрешность, вызванная деформациями всех звеньев системы СПИД
y P . (4.10)
деф y ст пр ин дет
Высокая жесткость системы СПИД является одним из основных условий
обеспечения точности обработки.
Повышение жесткости технологической системы приводит к уменьше-
нию вибраций ее звеньев и, следовательно, позволяет повышать режимы реза- ния, не снижая точности обработки.
Тепловые деформации
На точность механической обработки деталей существенно влияют тем-
пературные деформации обрабатываемой детали, инструмента и деталей стан- ка, вызываемые их нагревом.
Тепловые деформации возникают из-за нагрева детали и инструмента в
зоне резания и нагрева станка теплом, образующимся при трении движущихся частей станка. Тепловые деформации особенно влияют на точность деталей при выполнении окончательных, чистовых операций.
При обработке с охлаждением детали и инструмента смазывающе-
охлаждающей жидкостью тепловые деформации всей системы СПИД значи- тельно уменьшаются.
22
Остаточные напряжения в материале заготовок
Внутренними или остаточными называют напряжения, существующие в
заготовке при отсутствии внешних нагрузок. Они полностью уравновешивают- ся, и их действие в заготовках внешне не проявляется
Причиной появления внутренних остаточных напряжений является не-
равномерное охлаждение заготовки при литье, ковке, штамповке, сварке.
Особенно характерны внутренние напряжения для крупных, нежестких и
толстостенных заготовок.
С течением времени внутренние напряжения в заготовке выравниваются.
При снятии поверхностного слоя материала (особенно при черновых операци- ях, где снимается значительный слой) происходит нарушение равновесия внут- ренних напряжений и деталь деформируется из-за их перераспределения. Это особенно проявляется при обработке крупных литых заготовок.
Для снятия внутренних напряжений заготовок применяют медленное ох-
лаждение (например, вместе с печью) и термообработку (отжиг, отпуск, старе- ние естественное или искусственное). Термообработку применяют и после чер- новой обработки перед чистовыми операциями. На чистовых операциях уменьшаются деформации, полученные на черновых операциях. Чистовые опе- рации, на которых снимается очень небольшой слой металла, исправляют фор- му детали и придают ей окончательные размеры.
Погрешность измерения
На погрешность измерения влияют точность мерительного инструмента
и качество поверхности детали. Если поверхность детали имеет большую ше- роховатость, то при контроле размера детали измерение производят по верши- нам или впадинам микронеровностей, что может существенно повлиять на по- казания при измерении. Чтобы достичь заданной точности размеров детали и установить при контроле, действительно ли получен заданный размер, необхо- димо обеспечить при обработке надлежащий класс шероховатости поверхно- сти. Степень точности размера и параметры шероховатости поверхности связа- ны между собой. Параметр шероховатости Rz для размеров 5 - 10 квалитетов точности не должен превышать 25 % величины поля допуска на обрабатывае- мый размер. Для размеров, выполняемых по 11 и более грубым квалитетам, па- раметр шероховатости не должен превышать 12,5 % от величины поля допуска.
Суммарную погрешность обработки трудно определить теоретически из-
за различного характера и направленности перечисленных погрешностей. Одни погрешности дают увеличение размеров, другие - уменьшение; некоторые по- грешности компенсируют друг друга, другие, наоборот, накладываются и уве- личивают общую погрешность. Путем расчета определить влияние каждого из перечисленных факторов при их совместном действии затруднительно. Поэто- му, общую погрешность обработки представляют как алгебраическую сумму погрешностей, учитывая те погрешности, которые действуют в направлении обрабатываемого размера
23
. (4.11)
общ i
В справочной литературе приводятся таблицы достижения определенной
точности различными методами обработки и инструментами, т.е. приводится величина технологического допуска на выполняемый размер. Общая по- грешность обработки должна находиться в пределах поля допуска на выпол- няемый размер
. (4.12)
общ i
Таблицы составляются на основании опытных данных для различных ме-
тодов обработки. Этими таблицами пользуются при проектировании техноло- гических процессов.
Лекция 5. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рассматриваемые вопросы: Понятие о качестве поверхности. Качест-
во поверхностей заготовок. Факторы, влияющие на качество поверхности при механической обработке. Параметры для нормирования шероховатости. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин
5.1. Понятие о качестве поверхности
Под качеством поверхности детали (заготовки) понимают состояние ее
поверхностного слоя как результат воздействия на него одного или нескольких последовательно применяемых технологических методов обработки.
Качество обработанной поверхности характеризуется двумя основными
признаками:
- шероховатостью поверхности;
- физико-механическими свойствами поверхностного слоя.
Качество поверхности оказывает значительное влияние на эксплуатаци-
онные свойства деталей машин, поэтому требования к качеству поверхности устанавливаются исходя из назначения данной поверхности.
Задача конструктора при проектировании детали - установить параметры
шероховатости поверхности, исходя из назначения детали и условий ее работы.
Задача технолога - обеспечить получение заданной шероховатости по-
верхности в процессе изготовления детали наиболее экономичными методами.
5.2. Качество поверхностей заготовок
На шероховатость поверхностей заготовок в процессе их получения
влияют различные факторы. Заготовки из проката имеют следы шероховато- стей прокатных валков. У горячештампованных заготовок на поверхности ос- таются следы окалины и воспроизводятся поверхностные неровности штампов. Шероховатость поверхностей отливок зависит от шероховатости стенок литей- ных форм, величины зерен формовочной смеси, плотности ее набивки.
24
Поверхностный слой заготовок по своей структуре, химическому составу
и механическим свойствам отличается от аналогичных параметров основного материала, поэтому его называют дефектным. Глубина дефектного поверхност- ного слоя зависит от способа изготовления заготовок.
Поверхностный слой заготовок, полученных горячими методами обра-
ботки, имеет обезуглероженную зону.
В таблице 5.1 приведены параметры шероховатости и глубина обезугле-
роженного слоя для заготовок, полученных разными способами.
Таблица 5.1
Шероховатость поверхности заготовок и глубина обезуглероженного слоя
Величина неровностей, Глубина обезуглеро-
Вид заготовки
мкм женного слоя, мкм
Прокат до 150 до 150
Штампованные заготов- ки до 500 до 200
Отливки до 1500 до 300
Поковки до 4000 до 1000
5.3. Факторы, влияющие на качество поверхности при
механической обработке
Факторы, влияющие на шероховатость поверхности
а) метод обработки
Каждому методу обработки (точению, фрезерованию, строганию, шлифо-
ванию и т.п.) свойственен определенный диапазон высот микронеровностей, а также форма и схема расположения штрихов от режущего инструмента на об- рабатываемой поверхности, определяемые кинематикой движения инструмента относительно заготовки (параллельные, кругообразные, пересекающиеся, по спирали и т.д.). В ответственных сопряжениях направление неровностей может быть указано в технических требованиях, например, для трущихся пар направ- ляющих соединений.
Шероховатость поверхности зависит и от геометрических параметров ре-
жущего инструмента. Например, при точении изменение в обычных пределах переднего угла γ и заднего угла α (рисунок 10а) оказывает незначительное влияние на шероховатость поверхности.
25
Рис. 5.1. Геометрические параметры режущего инструмента
С уменьшением угла в плане φ и вспомогательного угла в плане φ (рису-
1
нок 5.1б) шероховатость заметно уменьшается. На инструментах с широкой режущей кромкой (рисунок 5.1в) шероховатость обрабатываемой поверхности определяется в основном шероховатостью режущего лезвия на участке 1-2. Этот эффект особенно заметен в начальный период работы инструмента, пока микронеровности лезвия не сгладились. С уменьшением радиуса r скругления вершины резца (рисунок 5.1г) шероховатость резко возрастает.
б) режим резания (скорость резания V, подача S и глубина резания t)
Влияние скорости резания на шероховатость обработанной поверхности
иллюстрируется на рисунке 5.2а. Наибольшего значения высота микронеровно- стей достигает при скоростях резания 20 - 25 м/мин. Зона увеличенной шерохо- ватости связана с образованием нароста на режущей кромке инструмента. С увеличением скорости резания наростообразование прекращается, стружка от- деляется режущим инструментом более плавно без вырывания частиц из ме- талла, что приводит к уменьшению высоты неровностей.
Рис.5.2. Зависимость шероховатости от скорости резания (а) и подачи (б)
26
Влияние подачи на шероховатость поверхности зависит от метода обра-
ботки и инструмента. Из рисунка 5.2б видно, что увеличение подачи приводит к ухудшению параметров шероховатости поверхности в разной степени. При точении стандартными резцами с углом в плане 45° и малым радиусом закруг- ления при вершине резца подача существенно влияет на шероховатость по- верхности (кривая 1). При точении резцами с широкой режущей кромкой (кри- вая 2) шероховатость поверхности не зависит от подачи, что позволяет повы- сить производительность отделочных операций. При сверлении, зенкеровании, торцевом и цилиндрическом фрезеровании изменение подачи слабо влияет на шероховатость (кривая 3).
Глубина резания не оказывает заметного влияния на шероховатость по-
верхности, если жесткость технологической системы достаточно велика.
в) свойства материала заготовок
На шероховатость поверхности влияют механические свойства, химиче-
ский состав и структура материала заготовок. При обработке заготовок из мяг- кой низкоуглеродистой стали получается поверхность с большей шероховато- стью, чем при обработке заготовок из твердых сталей с большим содержанием углерода. Заготовки из сталей с мелкозернистой или пластинчатой структурой обрабатываются лучше заготовок из сталей с крупнозернистой структурой.
г) жесткость системы СПИД и ее вибрации
На шероховатость поверхности влияет жесткость технологической систе-
мы. В частности, при различных способах закрепления заготовки при обработке наблюдается увеличение высоты неровностей на участках с меньшей жестко- стью. Так, при консольном закреплении вала шероховатость поверхности ухудшается на свободном конце вала, при закреплении в центрах длинных ва- лов шероховатость увеличивается на среднем участке вала.
Рис. 5.3. Влияние жесткости системы на шероховатость поверхности
27
Вибрации элементов технологической системы изменяют положение ре-
жущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности, созда- вая на ней выступы и впадины, величина и форма которых зависит от частоты и амплитуды колебаний.
д) применение и правильный подбор смазочно-охлаждающей жидкости
Соответствующим выбором смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ)
можно уменьшить шероховатость поверхности и повысить стойкость инстру- мента. По сравнению с обработкой без применения СОЖ высота микронеров- ностей при правильном выборе СОЖ может быть уменьшена на 25 - 40%.
Факторы, влияющие на глубину дефектного слоя Физико-механические свойства поверхностного слоя деталей машин из-
меняются в процессе обработки под влиянием совместного действия силовых и тепловых факторов. Под действием сил резания в поверхностном слое при пла- стической деформации возникает наклеп, наблюдается искажение кристалличе- ской решетки. Поверхностный слой 1 на рисунке 5.4 выделен условно. В дейст- вительности граница между поверхностным слоем 1 и сердцевиной 2 размыта.
Рис.5.4. Изменение твердости по глубине поверхностного слоя
В средней части поверхностного слоя условно показана граница (пунк-
тирная линия), разделяющая поверхностный слой на две части. Часть слоя, рас- положенная ближе к поверхности, имеет самую высокую твердость. В слое, расположенном ближе к сердцевине, твердость резко снижается и остается по- стоянной в сердцевине.
Поверхностный слой всегда имеет напряжения, отличные от напряжений
в сердцевине материала детали.
28
Степень наклепа и глубина проникновения пластической деформации за-
висит от методов обработки и режимов резания. При повышении подачи и уве- личении глубины резания пластические деформации увеличиваются, что при- водит к увеличению толщины дефектного слоя. Повышение скорости резания (характерное для чистовых операций с малыми силами резания) приводит к уменьшению толщины дефектного слоя.
Из таблицы 5.2 видно, что после черновых операций точения, растачива-
ния, фрезерования, сверления глубина деформированного поверхностного слоя значительна и составляет от 0,15 до 0,5 мм. После чистовых операций точения. растачивания глубина деформированного поверхностного слоя невелика – до 0,05 мм, а после окончательного шлифования глубина этого слоя составляет не более 0,03 мм.
Таблица 5.2
Глубина деформированного поверхностного слоя
Метод обработки Глубина слоя, мкм
Точение:
черновое чистовое 120-60
30-20
Растачивание:
черновое чистовое 50-20 25-10
Шлифование
предварительное чистовое 20
15-5
Сверление, зенкерование 70-20
Развертывание 25-5
5.4. Основные параметры шероховатости
Для количественной оценки шероховатости поверхности используют не-
сколько параметров, основными из которых являются среднее арифметическое отклонение профиля Ra и высота неровностей профиля по десяти точкам Rz. Одну и ту же шероховатость поверхности можно охарактеризовать и парамет- ром Rz и параметром Ra, однако их численные значения для одной и той же по- верхности будут различны, так как параметр Ra характеризует среднюю высоту всех неровностей профиля, а Rz - среднюю высоту наибольших неровностей. Примерное соотношение между значениями этих параметров
Rz 4 Ra. (5.1)
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra - среднее арифметиче-
ское из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины:
29
1 n
Ra y , (5.2)
n i
i 1
где n - число выбранных точек профиля на базовой длине; y
- отклонение профиля, т.е. расстояние между любой точкой профиля и
i
средней линией.
Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz - сумма средних абсо-
лютных значений высот пяти наибольших выступов и пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:
1 5 5 5
Rz y y , (5.3)
pi vi
i 1 i 1
где y - высота i-того наибольшего выступа профиля;
pi
y - глубина i-той наибольшей впадины профиля.
vi
Для оценки параметров шероховатости используют значения из числен-
ного ряда предпочтительного применения, установленного ГОСТ 2789-73: 400; 200; 100; 50; 25; 12,5; 6,3; 3,2; 1,6; 0,8; 0,4; 0,2; 0,1; 0,05; 0,025;0,012.
В конструкторской практике параметр Ra является предпочтительным.
5.5. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства
деталей машин
Основная причина выхода из строя узлов машин - это износ и дефекты
поверхностей сопряженных деталей.
Износостойкость подвижных соединений в значительной степени зависит
от качества поверхности. Износ трущихся поверхностей характеризуется при- работкой поверхностей, во время которой стираются выступающие гребешки микронеровностей. После приработки в течение периода службы происходит медленный износ поверхностей. При большой высоте микронеровностей зазор у сопрягаемых деталей увеличивается быстрее и сокращается запас на износ.
В неподвижных соединениях при запрессовке происходит смятие высту-
пов микронеровностей. При этом изменяются размеры сопрягаемых деталей, что приводит к уменьшению натяга в посадках и снижению надежности соеди- нения.
Микронеровности являются концентраторами напряжений и приводят к
снижению прочности деталей.
При работе в агрессивных средах из-за скопления агрессивных веществ
во впадинах микронеровностей уменьшается сопротивление коррозии.
30
Лекция 6. ВЫБОР ЗАГОТОВОК
Рассматриваемые вопросы:Виды и способы получения заготовок. За-
готовки для типовых деталей.
Заготовка – это предмет производства, из которого изменением формы и
размеров, свойств материала и шероховатости поверхности изготавливают де- таль.
Выбрать заготовку – значит определить ее рациональный вид, опреде-
ляющий конфигурацию заготовки, метод ее получения, размеры, припуски на обработку.
При выборе заготовки учитывают форму, размеры и массу детали, мате-
риал, масштаб производства, периодичность повторения, размеры припусков на обработку и точность размеров.
Конфигурация заготовки вытекает из конструкции детали и определяется
ее размерами и материалом, а также условиями работы детали.
Метод получения заготовки определяется назначением и конструкцией
детали, материалом и объемом выпуска.
Материал заготовки обычно задается конструктором на рабочем чертеже.
Конструктор назначает технические требования, предъявляемые к детали, и может задавать метод изготовления заготовки. Технолог при разработке техно- логического процесса обработки детали обязан проверить обоснованность при- нятых конструктором решений. От правильности выбора заготовки зависят трудоемкость и себестоимость обработки. При изготовлении заготовки, макси- мально приближающейся по форме и размерам к готовой детали, значительная часть трудоемкости относится на долю изготовления заготовки и меньшая часть – на механическую обработку. И, наоборот, при изготовлении заготовок простой формы с большими припусками основная доля трудоемкости прихо- дится на механическую обработку.
6.1.
Виды и способы получения заготовок
Заготовки деталей получают литьем, обработкой давлением (ковкой,
штамповкой), резкой листового, сортового и фасонного проката, а также ком- бинированными способами.
Литые заготовки получают разными методами литья. Метод литья в пес-
чаные формы применяют для заготовок любых масс, конфигураций и габари- тов. В общем объеме производства всех видов отливок он составляет 80%. Ме- тод отличается технологической универсальностью и дешевизной, но для него характерны большие припуски на механическую обработку.
Литьем в оболочковые формы получают заготовки сложной конфигура-
ции с минимальными припусками, при этом часть поверхностей может не под- вергаться механической обработке. Отличается малым расходом формовочных материалов, но формы дороже в изготовлении.
31
Литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления сложных,
точных заготовок их труднообрабатываемых сплавов с высокой температурой плавления. Самый трудоемкий метод литья.
Литье в металлические формы (кокиль) позволяет многократно использо-
вать форму.
Литье под давлением позволяет получать высокоточные заготовки с хо-
рошей шероховатостью поверхности. Этим методом производят сложные тон- костенные отливки из цветных металлов.
Методом центробежного литья получают заготовки тел вращения. При-
меняют для литья из титановых сплавов.
К методам получения заготовок обработкой давлением относят ковку, го-
рячую и холодную объемную штамповку, прокат.
Для получения заготовок деталей единичного и мелкосерийного произ-
водства применяют способ свободной ковки на ковочных молотах или гидрав- лических прессах. Ковкой на молоте или прессе получают заготовки самых разнообразных деталей: от мелких до крупногабаритных. Заготовки, получае- мые этим способом, характеризуются сравнительно грубым приближением к форме готовой детали и требуют больших затрат на последующую механиче- скую обработку.
Для большего приближения формы заготовки к форме готовой детали и
уменьшения расхода материала в мелкосерийном производстве применяют подкладные штампы.
В серийном и массовом производствах заготовки изготовляют в закрытых
штампах. Для получения заготовок высадкой из пруткового материала приме- няют штамповку на горизонтально-ковочных машинах.
В современном машиностроении применяют штампосварные и штампо-
литые заготовки. Эти виды заготовок позволяют получать сложную конфигура- цию, которая обычно получается в результате литья. Заготовку делят на про- стейшие части, получаемые штамповкой или литьем, а затем сваривают. Этот вид заготовок снижает трудоемкость, металлоемкость и себестоимость изделия.
6.2.
Заготовки для типовых деталей
Рассмотрим вопрос выбора заготовок для типовых деталей.
1. Корпусные детали
Для корпусных деталей, отличающихся большим разнообразием конст-
руктивных форм, размеров, материалов, наиболее распространено получение заготовок методом литья и сварки. Крупные заготовки получают литьем в пес- чаные формы ручной и машинной формовки, оболочковые формы, кокильным литьем. Часто отливками являются части заготовок, которые затем сваривают. Части заготовок могут быть получены штамповкой или гибкой с последующей сваркой.
32
Заготовки мелких корпусных деталей (массой до 100 кг) получают лить-
ем под давлением (заготовки из цветных металлов и сплавов) и литьем по вы- плавляемым моделям.
Механическая обработка корпусных заготовок сводится в основном к об-
работке плоскостей и отверстий.
2. Заготовки для валов
В технологии машиностроения в понятие валы включают собственно ва-
лы, а также оси, пальцы, штоки и другие детали, образованные наружными по- верхностями вращения при значительном преобладании длины над диаметром. Валы могут иметь шпоночные пазы, лыски, шлицевые и зубчатые поверхности, осевые и радиальные отверстия.
Валы в основном изготавливают из сталей. Для гладких валов небольшо-
го диаметра и для ступенчатых валов с небольшой разницей диаметров исполь- зуют круглый прокат. Заготовки ступенчатых валов с большой разницей диа- метров и коленчатых валов получают методом свободной ковки, ковки с ис- пользованием подкладных и закрытых штампов. Заготовки небольших валов можно получать на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Литьем получа- ют заготовки для тяжелых и коленчатых валов.
3. Детали типа зубчатых колес и шкивов
Для заготовок небольшого диаметра (до 60 - 80 мм) с небольшой разни-
цей диаметров венца и ступицы возможно использование калиброванного прутка. Заготовки большого диаметра получают свободной ковкой, штампов- кой. Крупные заготовки получают литьем. Возможно получение заготовок по частям (ступицы, обода или венца, диска) с последующей сваркой.
Лекция 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИПУСКОВ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ
ОБРАБОТКУ
Рассматриваемые вопросы:Припуски на обработку деталей. Опытно-
статистический метод. Расчетно-аналитический метод определения припус- ков. Основы технического нормирования.
7.1. Припуски на обработку деталей
Заготовки, предназначенные для механической обработки, имеют при-
пуск на обработку.
Припуском называется слой материала, удаляемый в процессе механиче-
ской обработки заготовки для достижения требуемой точности и качества об- работанной поверхности детали.
Припуски разделяются на промежуточные и общие.
Промежуточный припуск – слой материала, удаляемый при выполнении
одного технологического перехода.
33
Общий припуск – слой материала, необходимый для выполнения всех
технологических переходов при обработке данной поверхности. Общий при- пуск равен сумме всех промежуточных припусков для данной поверхности. Общий припуск можно определить как разность размеров заготовки и готовой детали.
Величину припуска можно определить двумя методами:
- опытно-статистическим;
- расчетно-аналитическим.
При использовании опытно-статистического метода общие и промежу-
точные припуски назначаются по таблицам, которые составлены на основе обобщения и систематизации производственных данных передовых заводов. Недостатком этого метода является назначение припусков без учета конкрет- ных условий обработки, в предположении наихудших условий и в повышении запаса надежности. В связи с этим припуски, назначаемые по опытно- статистическому методу, как правило завышены, так как они ориентированы на то, чтобы избежать возможного брака при любых условиях обработки.
Опытно-статистический метод определения припусков используют в ос-
новном в единичном и мелкосерийном производствах, так как этот метод дает завышенные величины припусков, однако сокращает время на расчет припус- ков.
В крупносерийном и массовом производствах используют расчетно-
аналитический метод определения припусков, который позволяет рассчитать минимальный промежуточный припуск, обеспечивает экономию материала, способствует повышению технологической культуры производства.
7.2. Расчетно-аналитический метод определения припусков
Расчетно-аналитический метод базируется на анализе производственных
погрешностей, возникающих при конкретных условиях обработки. Согласно этому методу промежуточный припуск должен быть таким, чтобы при его сня- тии устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя, по- лученные на предшествующих технологических переходах, а также погрешно- сти установки обрабатываемой заготовки на выполняемом переходе.
Величина назначаемого припуска зависит от размера поврежденного по-
верхностного слоя, т.е. от толщины корки для литых поверхностей, от глубины обезуглероженного слоя для проката, от величины поверхностных микроне- ровностей, а также от неизбежных технологических погрешностей, возникаю- щих при установке и обработке заготовки.
На каждой технологической операции достигается определенная шерохо-
ватость поверхности, поэтому при расчете припусков характеристикой микро- неровностей является высота неровностей профиля Rz.
Глубина дефектного поверхностного слоя зависит от способа изготовле-
ния заготовок. При обработке целесообразно удалить дефектный слой, кото- рый характеризуется обезуглероженной зоной, снижающей прочность металла. Кроме этого, в поверхностном слое наблюдается зона наклепа. При обработке
34
целесообразно удалить обезуглероженную зону и верхнюю часть наклепанного слоя, в котором наблюдаются изменения структуры металла.
Технологические погрешности обработки вызывают отклонения геомет-
рической формы и расположения обрабатываемых поверхностей ( овальность, конусность, изогнутость, отклонения от параллельности, перпендикулярности и др.). Эти отклонения также необходимо учитывать при расчете припуска.
Наряду с перечисленными отклонениями в процессе обработки возника-
ют погрешности установки заготовки, которые также должны быть компенси- рованы соответствующим увеличением припуска.
Расчет промежуточных припусков производится по всем последователь-
но выполняемым технологическим переходам обработки данной поверхности. Общий припуск определяется суммированием промежуточных припусков. Рас- четной величиной является минимальный припуск на обработку, достаточный для устранения на выполняемом переходе погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя, полученных на предшествующем переходе, и компенса- ции погрешностей, возникающих на выполняемом переходе. Промежуточные размеры по переходам и размер заготовки рассчитывают с использованием ми- нимального припуска.
Минимальный промежуточный припуск
z f Rz T ; ; ; , (7.1)
i min i 1 i 1 i 1 yi
где Rz - высота микронеровностей поверхности, полученная на предшест-
i-1
вующем переходе; Т
- глубина дефектного поверхностного слоя, полученная на предше-
i-1
ствующем переходе;
- суммарные отклонения расположения поверхностей (пространст-
i 1
венные отклонения), полученные на предшествующем переходе;
- погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.
yi
При односторонней обработке (например, фрезерование плоской поверх-
ности) векторы и параллельны и формула для расчета припусков имеет
i 1 yi
вид
z Rz T (7.2)
i min i 1 i 1 i 1 yi
При обработке наружных и внутренних цилиндрических поверхностей
векторы и могут принимать любое направление, поэтому формула (7.1)
i 1 yi
принимает вид:
2 z 2 Rz T 2 2 . (7.3)
i min i 1 i 1 i 1 yi
Суммарную величину пространственных отклонений определяют как
векторную сумму пространственных отклонений поверхностей в зависимости от конструкции детали и способа получения заготовки. Пространственные от- клонения учитывают при черновой и получистовой обработке, при чистовой обработке они становятся столь малыми, что ими пренебрегают при расчетах.
35
При расчете погрешности установки учитывают погрешности базирова-
ния и закрепления, которые определяются исходя из конкретной схемы базиро- вания и закрепления детали.
Расчет минимальных промежуточных припусков выполняется для всех
переходов обработки заданной поверхности в порядке, обратном ходу техноло- гического процесса, т.е. от последнего перехода к начальному (или от детали к заготовке)
7.3. Основы технического нормирования
Под техническим нормированием понимается установление нормы вре-
мени на выполнение определенной работы или нормы выработки в штуках в единицу времени.
Разработка технологического процесса обычно завершается установлени-
ем технических норм времени для каждой операции.
Техническую норму времени определяют на основе расчета режимов ре-
зания с учетом производственных возможностей оборудования.
Величина затраты времени является одним из критериев для оценки каче-
ства технологического процесса.
Техническая норма времени - время, устанавливаемое на выполнение
данной операции при определенных организационно-технических условиях. На основе технической нормы времени определяется оплата труда, себестоимость продукции, производится планирование производства, т.е. рассчитывается не- обходимое количество станков, инструмента, рабочих.
Норма штучного времени при выполнении станочных работ
t = t + t + t + t , (7.4)
шт o всп обсл отд
где t – основное или технологическое время;
o
t – вспомогательное время;
всп
t – время обслуживания рабочего места;
обсл
t – время перерывов на отдых и физические потребности.
отд
Сумма основного и вспомогательного времени составляет оперативное
время. Основное время – время, в течение которого происходит процесс снятия стружки, однако в основное время входит время на врезание и перебег инстру- мента, время на обратный ход инструмента. Вспомогательное время определя- ется по нормативам и включает в себя время на управление станком, на уста- новку, закрепление, снятие детали и инструмента, на перемещение инструмен- та, на измерение детали. Время на обслуживание рабочего места и время на от- дых и физические потребности определяется в процентах от оперативного вре- мени в зависимости от типа и размера станка и типа производства.
Уменьшение нормы штучного времени возможно за счет уменьшения ве-
личины оперативного времени. Основное время можно сократить за счет при- менения высокопроизводительных режущих инструментов и режимов резания, уменьшения припусков на обработку, а также числа рабочих ходов и переходов
36
Лекция 8. РАСЧЕТ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ
Рассматриваемые вопросы:Уравнение размерной цепи. Метод полной
взаимозаменяемости. Вероятностный метод.
8.1. Уравнение размерной цепи
Для достижения требуемой точности машины и ее отдельных деталей не-
обходимо правильно установить размеры и допускаемые отклонения размеров для отдельных деталей и их взаимного расположения. Эта задача требует рас- чета размерных цепей.
Размерной цепью называется замкнутая цепь взаимно связанных разме-
ров, определяющих взаимное положение поверхностей и осей детали или дета- лей.
Различают следующие виды размерных цепей:
– размерные цепи с линейными размерами и параллельными звеньями;
– размерные цепи с линейными размерами и непараллельными звеньями;
– размерные цепи с угловыми размерами;
– пространственные размерные цепи.
Элементы детали или узла, образующие размерную цепь, называют
звеньями размерной цепи.
Звено размерной цепи - это размер, определяющий расстояние между по-
верхностями или осями.
Исходное или замыкающее звено - это размер, связывающий поверхности
или оси, расстояние между которыми необходимо обеспечить. Исходным это звено называется тогда, когда с него начинается построение размерной цепи, замыкающим - когда оно при построении размерной цепи получается послед- ним. Все остальные звенья в размерной цепи называются составляющими.
Изменение величины составляющего звена оказывает влияние на вели-
чину замыкающего звена. Составляющее звено называется увеличивающим, если с его увеличением увеличивается замыкающее звено. Составляющее звено называется уменьшающим, если с его увеличением замыкающее звено умень- шается.
37
А
1
А
2
а
А А
1
А
2
б
Рис.8.1. Размерная цепь с параллельными звеньями
а –ось; б –схема размерной цепи: А – уменьшающее звено, А – увеличивающее звено, А
1 2
– замыкающее звено
Каждое из составляющих звеньев размерной цепи может изменяться в
пределах своего допуска. Эти изменения составляющих размеров влекут за со- бой изменение величины замыкающего звена. Для определения величины за- мыкающего звена используют уравнение размерной цепи:
k 1
A A , (8.1)
i i
i 1
где k - общее число звеньев в размерной цепи;
- передаточное отношение;
i
А - замыкающее звено;
А - составляющее звено.
i
Для линейных цепей с параллельными звеньями передаточное отношение
для увеличивающих составляющих звеньев равно 1, для уменьшающих состав- ляющих звеньев – равно минус 1, т.е. уравнение (8.1) для линейной размерной цепи с параллельными звеньями можно представить в виде
38
m ? n ?
A A A , (8.2)
i i
i 1 i 1
?
где A - увеличивающее составляющее звено;
i
m - число увеличивающих составляющих звеньев;
?
A - уменьшающее составляющее звено;
i
n - число уменьшающих составляющих звеньев.
Определим предельные размеры замыкающего звена А для размерной
цепи на рисунке 8.1. Наибольший предельный размер А и наименьший пре-
max
дельный размер А будут соответственно равны:
min
А А А , (8.3)
max 2max 1min
А А А . (8.4)
min 2min 1max
При вычитании уравнения (8.4) из уравнения (8.5) получим:
А А ( А А ) ( А А ) (8.5)
max min 2max 2min 1max 1min
или
. (8.6)
2 1
Мы получили уравнение допусков для размерной цепи. Таким образом,
допуск замыкающего звена равен сумме допусков составляющих звеньев:
k 1
, (8.7)
i
i 1
где - допуск замыкающего звена;
- допуск составляющего звена.
i
Приведенное уравнение допусков (8.7) является основным уравнением
размерного анализа, из которого вытекают два основных правила.
1. В качестве замыкающего звена в размерной цепи надо выбирать са- мое грубое ( с точки зрения эксплуатации) по точности звено, чтобы для него можно было назначить суммарный допуск всей размерной цепи.
Это правило основано на том, что на замыкающем звене, как на послед-
нем по процессу изготовления, накапливаются погрешности предшествующей обработки всех составляющих звеньев.
2. Для облегчения решения размерной цепинеобходимо проектировать размерные цепи с наименьшим числом звеньев.
Это правило называют правилом короткой размерной цепи. Это объясня-
ется тем, что при большом количестве звеньев на замыкающем звене получает- ся такой большой допуск, что ни на одно из звеньев размерной цепи нельзя его назначить.
При решении размерных цепей возникают две задачи: прямая и обратная.
При прямой задаче по допускам составляющих звеньев находят допуск замы-
39
кающего звена. При обратной задаче по допуску замыкающего звена опреде- ляют допуски составляющих звеньев.
При решении размерной цепи по уравнениям (8.2) и (8.7) определяются
номинальный размер и допуск замыкающего звена. Однако для полного пред- ставления о точности замыкающего звена необходимо определить положение допуска замыкающего звена относительно его номинального размера. Для это- го используют один из двух методов расчета размерных цепей:
- метод полной взаимозаменяемости;
- вероятностный метод.
8.2. Метод полной взаимозаменяемости
Метод полной взаимозаменяемости сравнительно прост, однако дает
большой запас точности при определении допусков. При расчетах по этому ме- тоду используют предельные значения размеров А
и А , не учитывая ре-
i max i min
ального распределения размеров в пределах поля допуска.
Метод полной взаимозаменяемости включает в себя четыре способа рас-
чета замыкающего размера. Все четыре способа приводят к одному и тому же результату расчета (рисунок 8.2), а выбор способа зависит от того, каким обра- зом заданы размеры размерной цепи и в каком виде удобнее получить размер замыкающего звена. Как известно, размеры могут быть заданы одним из сле- дующих способов:
– в виде номинального размера, допуска и координаты середины поля до-
пуска;
– в виде предельных размеров: минимального и максимального; – в виде номинального размера с предельными отклонениями; – в виде среднего значения с симметричными отклонениями допуска. Им соответствуют четыре способа расчета замыкающего размера по ме-
тоду полной взаимозаменяемости:
- способ координат допусков;
- способ предельных значений;
- способ предельных отклонений;
- способ средних значений.
По способу координат допусков номинальное значение замыкающего
звена А рассчитывают по уравнению размерной цепи (8.2), а допуск замы-
кающего звена – по уравнению (8.7). Затем для определения положения до- пуска относительно размера замыкающего звена вычисляют координату сере- дины поля допуска:
m ? n ?
, (8.8)
0 0 i 0 i
i 1 i 1
где - координата середины поля допуска замыкающего звена;
? 0
- координаты середин полей допусков увеличивающих составляющих
0i
звеньев;
40
?
- координаты середин полей допусков уменьшающих составляющих
0i
звеньев.
Верхнее и нижнее отклонения размера замыкающего звена вычисляют по
формулам:
;
В 0 2
(8.9)
,
Н 0 2
где - верхнее отклонение размера замыкающего звена;
В
- нижнее отклонение размера замыкающего звена.
Н
/2
Δ 0 Δ Δ Δ В δ Δ δ Δ
/2
Δ Δ Н δ Δ
А ср Δ А Δ А mi Δ n А ma x Δ
Рис. 8.2. Связь размеров и допуска замыкающего звена, определенных
разными способами метода полной взаимозаменяемости
По способу предельных значений вычисляют предельные значения замы-
кающего размера:
m ? n ?
A A A ;
max i max i min
i 1 i 1
(8.10)
m ? n ?
A A A ,
min i min i max
i 1 i 1
где A и A - соответственно максимальное и минимальное предель-
max min
ные значения замыкающего звена;
? ?
A и A - соответственно максимальные и минимальные предель-
i max i min
ные значения увеличивающих составляющих звеньев;
? ?
A и A - соответственно максимальные и минимальные предель-
i max i min
ные значения уменьшающих составляющих звеньев.
Допуск замыкающего звена
41
A A (8.11)
max min.
Для определения замыкающего звена способом предельных отклонений
представим уравнения (8.10) в виде:
m ? ? n ? ?
A A A ; (8.12)
B i Bi i Hi
i 1 i 1
m ? ? n ? ?
A A A , (8.13)
H i Hi i Bi
i 1 i 1
? ?
где и - соответственно верхнее и нижнее отклонения увеличиваю-
Bi Hi
щих составляющих звеньев;
? ?
и - соответственно верхнее и нижнее отклонения уменьшаю-
Bi Hi
щих составляющих звеньев.
Вычтя из уравнений (8.12) и (8.13) уравнение размерной цепи (8.2), полу-
чим:
m ? n ?
;
B Bi Hi
i 1 i 1
(8.14)
m ? n ?
.
H Hi Bi
i 1 i 1
По способу средних значений определяется среднее значение замыкаю-
щего звена A по уравнению размерной цепи:
ср
m ? n ?
А А А , (8.15)
ср icp icp
i 1 i 1
? ?
где A и A - соответственно средние значения увеличивающих и умень-
icp icp
шающих составляющих звеньев.
Допуск замыкающего звена определяется по уравнению допусков (8.7).
Предельные значения замыкающего звена
A A . (8.16)
cp 2
8.3. Вероятностный метод
Основными положениями этого метода являются:
– отклонения размеров составляющих звеньев являются случайными ве- личинами, т.е. изменяются в соответствии с определенным законом рас- пределения;
42
– сочетание отклонений составляющих размеров в размерной цепи - яв- ление случайного характера, причем маловероятно, чтобы в одной цепи оказались размеры с предельными значениями. Исследованиями точности размеров, получаемых при различных спосо-
бах обработки, установлено, что рассеяние их погрешностей соответствует тео- ретическим законам распределения или их сочетанию. При хорошо отлаженном производстве и автоматическом способе достижения заданных размеров на точность обработки влияет большое число случайных факторов, которые явля- ются взаимонезависимыми - среди них нет доминирующих. В этом случае рас- пределение погрешностей размеров партии деталей подчиняется закону Гаусса (закону нормального распределения).
Закон нормального распределения выражается уравнением:
1 x a 2
y f x e 2 2 , (8.17)
2
где у - плотность вероятности отклонения случайной величины (размера) от среднего значения
a ;
x - значение случайной величины; - среднее квадратичное отклонение; a - среднее значение случайной величины.
y
a x
Рис.8.3. Закон нормального распределения (кривая Гаусса)
Погрешность замыкающего звена является случайной величиной, пред-
ставляющей сумму случайных погрешностей составляющих звеньев. Погреш- ность замыкающего звена будет подчиняться закону нормального распределе- ния тем точнее, чем больше число составляющих звеньев размерной цепи.
43
При выполнении технологических размерных расчетов в качестве пара-
метров а и кривой Гаусса используют их статистические значения, полу- ченные при измерении размеров партии деталей:
n
x n
i i
a i 1 ; (8.18)
n
i
n х а 2 n
i i
i 1 ; (8.19)
n
i
где n - частота появления размера со значением x .
i i
Для практических целей удобнее использовать уравнение кривой Гаусса в
центрированном виде:
1 x 2
у e 2 2 . (8.20)
2
y
– σ + σ x
–3 σ +3 σ
Рис.8.4. Центрированная кривая закона нормального распределения
Параметр является мерой рассеяния случайной величины x . С удале-
нием значений x от а вероятность их уменьшается и становится настолько мала, что для практических расчетов поле рассеяния случайной величины x принимают равным
2t, (8.21)
44
x
где t – нормированный параметр распределения.
При значениях -3 t 3 99,73% значений x находится в пределах поля
рассеяния, равного , и только 0,27% значений выходит за его пределы.
Этот процент настолько мал, что значениями x, выходящими за пределы
, можно пренебречь и считать, что все значения x будут лежать в преде-
лах поля рассеяния.
Из теории вероятностей известно, что дисперсия суммы случайных сла-
гаемых равна сумме дисперсий этих слагаемых, т.е. дисперсию погрешностей размера замыкающего звена можно определить как
n
2 2 , (8.22)
i
i 1
где - среднее квадратичное отклонение размера замыкающего звена;
- средние квадратичные отклонения размеров составляющих звеньев.
i
Для предотвращения брака поле рассеяния размера должно находиться в
пределах его допуска, т.е.
2t , (8.23)
где - допуск размера.
Отсюда для замыкающего звена:
; (8.24)
2t
для составляющих звеньев:
i . (8.25)
i 2 t
i
Подставляя выражения (8.24) и (8.25) в (8.22), получим:
2 n 2
i . (8.26)
2 t 2 t
i 1 i
Отсюда
2 t 2 n i 2 t n i 2 . (8.27)
2 t t
i 1 i i 1 i
Для того, чтобы учесть при расчетах погрешностей замыкающего звена
любой закон распределения составляющих звеньев, вводят коэффициент отно- сительного рассеяния, характеризующий степень отличия закона распределения погрешностей i-того звена от закона Гаусса:
45
2 2 1
i ; (8.28)
i t 2
i i
С учетом (8.28) выражение (8.27) примет вид
t 2 . (8.29)
i i
Уравнение (8.29) является основным для расчета допусков размерных це-
пей по вероятностному методу.
При расчетах по вероятностному методу определяют номинал замыкаю-
щего звена, величину допуска замыкающего звена и координату середины поля допуска замыкающего звена. Координату середины поля допуска замыкающего звена определяют по формуле (8.8).
Лекция 9. Методы обработки основных поверхностей. Технологиче-
ские основы типизации методов обработки
Рассматриваемые вопросы: Основные обрабатываемые поверхности.
Типизация методов обработки. Классификация деталей. Металлорежущие станки. Главное движение резания и движение подачи.
9.1. Основные обрабатываемые поверхности
Основными обрабатываемыми поверхностями деталей машин являются
наружные и внутренние цилиндрические поверхности, плоские поверхности, резьбовые, шлицевые, зубчатые и фасонные поверхности.
Обработка этих видов поверхностей производится определенными спосо-
бами и методами обработки. Метод обработки зависит от конструкции детали, ее размеров, материала, требований к точности и шероховатости поверхности. В зависимости от метода обработки выбирается инструмент и станок.
9.2. Классификация деталей и типизация технологических процессов В целях сокращения вариантов обработки аналогичных деталей, а в ко-
нечном итоге, для стандартизации технологических процессов и технологиче- ского оборудования произведена технологическая классификация деталей. Под технологической классификацией понимают группировку деталей, близких по конструкции, размерам, весу и общности технологического процесса их изго- товления по классам.
Дальнейшим развитием технологической классификации является типи-
зация технологических процессов, т.е. создание типовых технологических про- цессов, охватывающих изготовление всех деталей данного класса. Типизация технологических процессов основывается на классификации деталей, объеди- ненным общим технологическим маршрутом и позволяет комплексно решать
46
все технологические вопросы при разработке технологических процессов для деталей данного класса.
Типизация технологических процессов вносит единообразие в техноло-
гию изготовления деталей данного класса, сокращает количество различных вариантов обработки с учетом вида производства, вносит порядок в разработку технологического процесса, сокращает сроки подготовки производства, повы- шает качество технологического процесса, позволяет применять оборудование и оснастку на базе типовых схем и унифицированных узлов.
Основоположником методики типизации технологических процессов и
классификации деталей по однотипности технологического процесса является проф. А.П. Соколовский. В качестве классификационных признаков принима- ются форма (конфигурация) и размеры детали, точность и качество обработки поверхностей, материал детали, объем выпуска и общую производственную об- становку (технический уровень производства и его возможности). Классифика- ция построена по схеме: класс – подкласс – группа – подгруппа – тип. Класс яв- ляется основой классификационного подразделения и представляет совокуп- ность деталей определенной конфигурации и объединенных общностью техно- логических задач. Тип представляет совокупность сходных деталей, для кото- рых в данных производственных условиях разрабатывается общий технологи- ческий процесс (маршрут). По классификации проф. А.П. Соколовского все де- тали сгруппированы в 15 классов: 1 – валы; 2 – втулки; 3 – диски; 4 - эксцен- триковые детали; 5 – крестовины; 6 – рычаги; 7 – плиты; 8 – шпонки; 9 – стой- ки; 10 – угольники; 11 – бабки; 12 – зубчатые колеса; 13 – фасонные кулачки; 14 – ходовые винты и червяки; 15 – мелкие крепежные детали.
Проф. Ф.С. Демьянюк рекомендует технологическую классификацию из 7
классов: 1- корпусные детали; 2 – круглые стержни; 3 – полые цилиндры; 4 – диски; 5 – некруглые стержни; 6 – небольшие детали сложной формы; 7 - кре- пежные детали.
Д.т.н. А.Я. Малкин предлагает классификацию на 5 классов: 1 – детали
вращения без отверстий по оси с отношение длины к диаметру от 2 до 20; 2 – детали с поверхностями вращения, имеющие сквозные отверстия по оси; 3 - де- тали с параллельными плоскостями, имеющие в них одно отверстие; 4 - короб- чатые детали; 5 – сложные детали с несколькими осями.
Не смотря на разное количество классов, во всех классификациях наблю-
даются общие классы: детали класса валов; детали класса втулок; корпусные детали и т.д.
Целью типизации является стандартизация технологического процесса
для того, чтобы изготовление сходных деталей осуществлялось с помощью об- щих, наиболее совершенных и эффективных методов. Типизация завершается созданием типового маршрута для группы деталей с общими конструктивными признаками. Типовые технологические маршруты являются исходным вспомо- гательным материалом при разработке технологического маршрута обработки конкретной детали.
47
9.3. Металлорежущие станки
Металлорежущим станком называют технологическую машину, на кото-
рой путем снятия стружки с заготовки получают деталь с заданными размера- ми, формой, взаимным расположением и шероховатостью поверхностей.
Станки могут быть классифицированы по разным признакам, приведем
основные из них.
По степени универсальности различают универсальные, специализиро-
ванные и специальные станки.
Универсальные станки (или станки общего назначения) используют для
обработки деталей широкой номенклатуры, ограниченной лишь предельными габаритами и набором инструмента.
Специализированные станки используют для обработки однотипных де-
талей в определенном диапазоне размеров.
Специальные станки применяют для обработки одной определенной де-
тали или нескольких однотипных деталей.
Специализированные и специальные станки применяют в основном в
крупносерийном и массовом производствах.
По степени точности обработки станки делят на пять классов: – нормальной точности (Н), к этому классу относят большинство универ-
сальных станков;
– повышенной точности (П); – высокой точности (В); – особо высокой точности (А); – особо точные станки (С). Для обеспечения точности работы станков классов В, А и С необходимо
поддерживать в производственных помещениях постоянные, автоматически ре- гулируемые значения температуры и влажности.
По степени автоматизации различают механизированные и автоматизи-
рованные станки (автоматы и полуавтоматы). Механизированный станок имеет одну автоматизированную операцию, например зажим заготовки или подачу инструмента. Автомат, осуществляя обработку, производит все рабочие и вспомогательные движения цикла технологической операции и повторяет их без участия рабочего, который при необходимости лишь контролирует процесс. Полуавтомат – станок, работающий в автоматическом цикле, для повторения которого требуется вмешательство рабочего.
По расположению шпинделя станки делятся на горизонтальные, верти-
кальные, наклонные и комбинированные.
В зависимости от массы различают легкие (до 1 т), средние ( до 10 т) и
тяжелые (свыше 10 т) станки, среди которых можно выделить особо тяжелые (более 100 т).
Совокупность всех типов и размеров выпускаемых станков называется
типажом. Для обозначения модели станка принята классификация, разработан- ная Экспериментальным научно-исследовательским институтом металлорежу- щих станков (ЭНИМС), в соответствии с которой все станки делят на 9 групп:
48
1 – токарные станки;
2 – сверлильные и расточные станки;
3 – шлифовальные, полировальные, доводочные, заточные станки;
4 –электрофизические и электрохимические станки;
5 – зубо- и резьбообрабатывающие станки;
6 – фрезерные станки;
7 – строгальные, долбежные, протяжные станки;
8 – разрезные станки;
9 – разные (балансировочные, правильные и др.) станки. Каждая группа, в свою очередь, подразделяется на 9 типов, характери-
зующих назначение станка, его компоновку и другие особенности.
В обозначении станка первая цифра означает группу станка, следующая
за ней буква обозначает различные исполнения базовой модели, далее цифрой обозначается тип станка в данной группе. Дальнейшие цифры обозначают ти- поразмер станка. Станки повышенной точности имеют в конце обозначения бу- кву "П".
Например, станок 1К62: 1 – станок относится к группе токарных, К – ис-
полнение базовой модели, 6 – тип станка - токарный, 2 – типоразмер; станок 1А730: 1 – станок относится к группе токарных, А – исполнение базовой моде- ли, 7 – тип станка - многорезцовый, 30 – типоразмер. Для обозначения специальных и специализированных станков каждому станко- строительному заводу присвоен буквенный индекс. Например, Московское станкостроительное ОАО "Красный пролетарий" имеет индекс МК, а завод "Московский рабочий" – индекс МР. Так, например, фрезерно-центровальный станок МР-71 выпускается заводом "Московский рабочий" и имеет порядко- вый номер модели 71.
49
Таблица 9.1
Обозначение моделей металлорежущих станков
Тип станка
Наименование Группа
1 2 3 4
Автоматы и полуавтоматы Токарно-
Токарные 1 одношпин- многошпин- револьвер- –
дельные дельные ные
Настольно- и вертикально- Полуавтоматы Координат-
Сверлильные и
2 одношпин- многошпин- но-
расточные
сверлильные дельные дельные расточные
Круглошли- Внутришли-
Шлифовальные, Специализи-
фовальные, фовальные, Обдирочно- шлифоваль-
полировальные, доводочные, за- рованные
3 бесцентро- координатно-
шлифоваль-
вошлифо- шлифоваль- ные
точные ные
вальные ные
Электрофизи-
ческие и элек-
Светолуче- Электрохи-
трохимические 4 – –
вые мические
Зубофрезер-
Зубодолбеж- ные для об-
Зуборезные
Зубо- и резьбо- ные для об- работки ци- Для нареза- ния червяч-
для обработ-
обрабатываю- 5 работки ци- линдриче-
ки кониче- ских колес
щие линдриче- ских колес и ных колес
ских колес шлицевых
валов
Вертикаль-
Фрезерные Продольные Копироваль-
но-
Фрезерные 6 непрерывно- одностоеч- ные и грави-
фрезерные,
го действия ные ровальные
консольные
Строгальные, Продольные
Поперечно-
долбежные, 7 одностоеч- двухстоеч- Долбежные
строгальные
протяжные ные ные
отрезные, оснащенные
гладким или Правильно-
Разрезные 8 токарным шлифоваль-
насеченным отрезные
резцом ным кругом
диском
Муфто- и Правильно- и
Пилонасека-
Разные 9 трубообраба- бесцентрово- –
тельные
тывающие обдирочные
50
Продолжение табл. 9.1
Тип станка
5 6 7 8 9
Многорезцо-
Токарные и Специализи- Разные то-
Карусельные вые и копи-
лоботокарные рованные карные
ровальные
Радиально- и Горизонталь-
Отделочно- Разные свер-
координатно- Расточные но-
расточные лильные
сверлильные сверлильные
Притироч-
Продольно- ные, полиро-
Плоскошли- Разные абра-
шлифоваль- Заточные вальные, хо-
фовальные зивные
ные нинговальные
доводочные
Электроэрро-
зионные, Анодно-
Электроис-
– ультразвуко- механические –
кровые
вые проши- отрезные
вочные
Зубоотделоч-
Для обработ- Зубо- и резь- Разные зубо-
Резьбофре- ные, прове-
ки торцов бошлифо- и резьбообра-
зерные рочные и об-
зубьев колес вальные батывающие
катные
Вертикально- Консольно-
Горизонталь-
фрезерные Продольные фрезерные Разные фре-
но-фрезерные
безконсоль- двухстоечные операцион- зерные
консольные
ные ные
Протяжные Протяжные вертикальные для
Разные стро-
горизонталь- протягивания –
гальные
ные внутреннего наружного
Отрезные с
Ленточно- Отрезные
дисковой пи- – –
пильные ножовочные
лой
Для испыта-
Делительные Балансиро-
ния инстру- – –
машины вочные
ментов
51
9.3. Главное движение резания и движение подачи
Процесс резания возможен только при непрерывном относительном пе-
ремещении заготовки и режущего инструмента. Эти движения выполняют и со- общают заготовке и инструменту исполнительные механизмы станков. При этом движения могут быть сообщены одновременно, последовательно, а также только одному из элементов – инструменту или заготовке.
Механизмы сообщают исполнительным органам станков только два про-
стейших движения – вращательное и прямолинейное поступательное. Различ- ные сочетания и количественные соотношения этих движений лежат в основе всех видов обработки материалов резанием.
Поступательное или вращательное движение, передаваемое заготовке или
инструменту в процессе резания и имеющее наибольшую скорость по сравне- нию со всеми другими движениями исполнительных органов, называют глав- ным движением резания или главным движением.
Поступательные или вращательные движения остальных органов станка,
также передаваемые заготовке или инструменту, определяют движение подачи, необходимое для обеспечения отделения срезаемого с заготовки слоя по всей обрабатываемой поверхности.
Так, при точении главным движением является вращение заготовки.
Движение подачи – это поступательное движение резца.
Лекция 10. Обработка наружных цилиндрических поверхностей
Рассматриваемые вопросы: Требования к наружным цилиндрическим
поверхностям.Сведения о токарных станках. Установка и обработка деталей на токарных станках.Режимы резания при токарной обработке. Методы чистовой отделочной обработки наружных цилиндрических поверхностей
10.1. Требования к наружным цилиндрическим поверхностям Обработка наружных цилиндрических поверхностей тел вращения в за-
висимости от требуемой точности и качества поверхности может включать в себя черновую и чистовую обработку. Обработку производят на различных станках токарной группы: токарно-винторезных, токарно-револьверных, мно- горезцовых, токарно-карусельных, одношпиндельных и многошпиндельных токарных полуавтоматах и автоматах.
К цилиндрическим поверхностям предъявляются следующие требования: – точность размера; – качество поверхности; – прямолинейность образующей; – цилиндричность; – круглость в любом сечении, перпендикулярном оси; – соосность.
52
Эти требования указываются на чертежах в виде допускаемых отклоне-
ний размеров, формы и расположения поверхностей, а также требований к ка- честву поверхности (шероховатости).
10.2. Сведения о токарных станках Черновая обработка наружных цилиндрических поверхностей чаще всего
производится обтачиванием на токарных станках. Общий вид токарного станка приведен на рисунке10.1.
1 – коробка подач; 2 – передняя (шпиндельная) бабка с коробкой скоростей; 3 –поперечные салазки; 4 – резцовая каретка; 5 – задняя бабка; 6 – направляющие; 7 –станина; 8 – ходовой винт; 9 – ходовой вал, 10 – фартук; 11 – суппорт
Рис.10.1. Токарно-винторезный станок
Все основные части станка смонтированы на станине 7 – массивном чу-
гунном основании. Верхняя часть станины имеет направляющие 6, по которым перемещаются подвижные части станка. Передняя бабка 2 – чугунная коробка, внутри которой расположен главный орган станка – шпиндель, представляю- щий собой полый вал, на правом конце которого крепится приспособление для зажима заготовки, например, патрон. Шпиндель получает вращение от двигате- ля станка через коробку скоростей – систему зубчатых колес, расположенных в передней бабке, позволяющих изменять число оборотов шпинделя. Суппорт 11 – устройство для закрепления резца и обеспечения движения подачи, т.е. пере- мещения резца в различных направлениях. Движение подачи суппорт получает
53
1 – нижние салазки суппорта; 2 – ходовой винт; 3 – поперечные салазки суппорта; 4 – пово- ротная плита; 5 – направляющие; 6 – резцедержатель; 7 – поворотная головка резцедержате- ля; 8 – винт для крепления резцов; 9 – рукоятка поворота резцедержателя; 10 – гайка; 11 – верхние салазки; 12 –направляющие; 13 и 14 – рукоятки; 15 – рукоятка продольного переме- щения суппорта
Рис.10.2. Суппорт токарного станка
Суппорт предназначен для перемещения во время обработки режущего
инструмента, закрепленного в резцедержателе. Он состоит из нижних салазок (продольного суппорта) 1, которые перемещаются по направляющим станины с помощью рукоятки 15 и обеспечивают перемещение резца вдоль заготовки. На нижних салазках по направляющим 12 перемещаются поперечные салазки (по- перечный суппорт) 3, которые обеспечивают перемещение резца перпендику- лярно оси вращения заготовки (детали). На поперечных салазках 3 расположена поворотная плита 4, которая закрепляется гайкой 10. По направляющим 5 пово- ротной плиты 4 перемещаются (с помощью рукоятки 13) верхние салазки 11, которые вместе с плитой 4 могут поворачиваться в горизонтальной плоскости
54
10.3. Установка и обработка деталей на токарных станках
При обработке цилиндрических поверхностей на токарных станках заго-
товка крепится в патроне или в центрах (рисунки 10.3 и 10.4) и получает вра- щательное движение. В патронах закрепляют заготовки коротких цилиндриче- ских деталей. Длинные заготовки закрепляются в центрах или в патроне с под- держкой центром. На деталь, установленную в центрах, для передачи враща- тельного движения надевается хомутик, вращаемый поводковой планшайбой. Чтобы заготовка большой длины не прогибалась под действием сил резания, применяются люнеты: подвижный (рисунок 10.5а), устанавливаемый на карет- ке суппорта и движущийся вместе с ней, и неподвижный (рисунок 10.5б), кре- пящийся на направляющих станины станка.
Рис.10.3. Способы закрепления заготовок на токарном станке
а – в патроне; б – в центрах
1 – заготовка; 2 и 3 – резцы
Рис.10.4. Установка заготовок в патроне с поджимным задним центром
55
а – подвижный; б – неподвижный: 1 – верхняя (откидная) часть; 2 – винты; 3 – болты; 4 – ку-
лачки или ролики; 5 – планка; 6 – болт с гайкой
Рис.10.5. Люнеты
Для наружного продольного чернового и чистового точения применяют
проходные резцы. Резцы для чернового точения снимают стружку большего се- чения, чем резцы для чистового точения.
Проходные резцы бывают прямые и отогнутые. По направлению подачи
различают проходные резцы левые и правые.
а – прямой; б – отогнутый; в– левый прямой
Рисунок 10.6. Резцы проходные
10.4. Режимы резания при токарной обработке
При токарной обработке различают (табл. 10.1): – черновое (или обдирочное) точение – с точностью обработки до IТ12 с
шероховатостью поверхности до Rа = 12,5 мкм;
– получистовое точение – до IТ11 и шероховатости до Rа = 3,2 мкм; – чистовое точение – до IТ8 и шероховатость до Rа = 1,6 мкм; – тонкое точение – до IТ8 и шероховатость до Rа = 0,4 мкм.
56
Таблица 10.1
Шероховатость поверхности и классы точности при обработке
наружных цилиндрических поверхностей
Шероховатость
Квалитет
Вид обработки поверхности,
точности
Ra, мкм
черновое 12 – 14 12,5 – 50
Наружное получистовое 11 – 13 3,2 – 25
точение чистовое 8 – 10 1,6 – 6,3
тонкое 7 – 8 0,4 – 1,6
При черновом обтачивании, как и при любой черновой обработке, сни-
мают до 70% припуска. При этом назначаются максимально возможные глуби- на резания и подача. Глубину резания определяют в основном припуском на обработку, который можно удалять за один рабочий ход. Глубина резания для черновой обработки равна 3 - 5 мм; для получистовой – 2 - 3 мм и чистовой – 0,5 - 1,0 мм.
Подача ограничивается силами, действующими в процессе резания, кото-
рые могут привести к поломке режущего инструмента и станка. Целесообразно работать с максимально возможной подачей. Обычно подачу назначают по таб- лицам справочников, составленным на основе специальных исследований и изучения опыта работы машиностроительных заводов. После выбора подачи из справочников ее корректируют по кинематическим данным станка, на котором ведут обработку. При этом выбирают ближайшую меньшую подачу. Для чер- новой обработки подача составляет 0,3-1,5 мм/об, для чистовой – 0,1- 0,4 мм/об.
На черновых операциях повышения производительности обработки до-
биваются увеличением глубины резания (уменьшением числа рабочих ходов), а также подачи. На чистовых операциях подача ограничивается заданной шероховатостью поверхности, поэтому сокращение основного времени воз- можно за счет увеличения скорости резания.
10.5. Методы чистовой отделочной обработки наружных
цилиндрических поверхностей
К отделочным методам обработки, выполняемым на токарных станках,
относится чистовое и тонкое точение. Станки, применяемые для тонкого точе- ния, должны отличаться высокой точностью и жесткостью, а обрабатываемые заготовки должны иметь равномерный припуск не более 0,2 – 0,5 мм на диа- метр. Для тонкого точения используют резцы на основе эльбора и алмазные резцы, поэтому тонкое точение называют алмазным точением. Метод алмазно- го точения сохраняет название и при замене алмазных резцов резцами из эльбо- ра или твердых сплавов, но с режимами резания характерными для алмазных резцов: высокой скорости резания, малой подаче и малой глубине резания.
57
Алмазными резцами обрабатывают в основном заготовки из цветных
сплавов, но при достаточно точной и жесткой конструкции станка производят и обработку стали, так как алмазы чувствительны к ударным нагрузкам. Дости- жимая точность алмазной обточки соответствует 5 – 7 квалитетам, шерохова- тость поверхности по Ra = 0,16 – 0,063 мкм. Алмазное точение выполняют при больших скоростях резания (свыше 100 до 1000 м/мин) и небольших подачах (0,03 – 0,1 мм/об).
Алмазные резцы состоят из стальной державки и закрепленного в ней с
помощью пайки или механического крепления алмазного кристалла весом от 0,5 до 1,2 карата (1 карат ~200 мг), который может перетачиваться до 6-15 раз. Стойкость алмазных резцов выше стойкости твердосплавных резцов в десятки раз.
а б
Рис.10.7. Алмазные резцы
а – резец; б – вставка с алмазом
Кроме чистового и тонкого точения для чистовой отделочной обработки
наружных цилиндрических поверхностей применяют и другие методы обработ- ки. К ним относятся шлифование, алмазное выглаживание, притирка, доводка, суперфиниширование и полирование.
Шлифование Шлифование является одним из основных видов механической обработки
и обеспечивает высокую размерную точность обработки, высокую точность формы, малую высоту шероховатости. При окончательной обработке деталей с малыми припусками шлифование является наиболее производительным и эф- фективным процессом.
Различают обдирочное, предварительное, окончательное и тонкое шли-
фование. При обдирочном шлифовании (без предварительной токарной опера- ции) снимается увеличенный припуск от 1 мм и более на диаметр. В отличие от токарной обработки обдирочное шлифование обеспечивает более высокую точность обработки (8-9 квалитета) и шероховатость поверхности Ra=2,5-5,0 мкм. Его целесообразно применять при наличии точных заготовок.
Предварительное шлифование выполняют после токарной обработки.
Предварительное шлифование часто выполняют до термической обработки как
58
промежуточную операцию перед окончательной обработкой. На операциях предварительного шлифования достигается точность 6-9 квалитета и шерохова- тость поверхности Ra = 1,2-2,5 мкм.
Окончательное шлифование дает возможность получить точность 5-6
квалитета и шероховатость поверхности Ra = 0,2-1,2 мкм.
Тонкое шлифование применяют для достижения шероховатости поверх-
ности Ra = 0,025-0,1 мкм. Тонкое шлифование осуществляют на прецезионных станках специальными кругами.
Для наружного шлифования применяют круглошлифовальные станки –
центровые и бесцентровые.
Для осуществления круглого наружного шлифования необходимы сле-
дующие движения:
– главное движение – вращение круга;
– круговая подача детали – вращение детали;
– продольная подача – возвратно-поступательное движение детали или
круга вдоль оси;
– поперечная подача – поперечное перемещение круга к детали (или де-
тали к кругу).
Рис. 10.8. Круглошлифовальный станок
На круглошлифовальных станках деталь устанавливается в центрах или
патроне и приводится во вращение шпинделем передней бабки. Снятие металла при обработке осуществляется вращающимся шлифовальным кругом. Скорость вращения детали при шлифовании в зависимости от ее диаметра составляет от 10 до 50 м/мин; скорость шлифовального круга составляет от 30 до 50 м/с.
Различают два способа круглого шлифования: – шлифование с продольной подачей (рис.10.9); – шлифование с поперечной подачей врезное или способом врезания
(рис.10.10).
59
Рис.10.9. Круглое шлифование с продольной подачей
Метод продольного шлифования более универсальный, чем метод врез-
ного шлифования. В процессе шлифования деталь совершает продольные дви- жения в обе стороны, поперечная подача шлифовального круга осуществляется по окончании каждого продольного движения (хода). При продольном шлифо- вании можно обрабатывать поверхности разной длины, круг изнашивается меньше, достигаются наименьшие параметры шероховатости и лучшее качест- во шлифуемой поверхности. Этот способ является наиболее распространенным.
При шлифовании способом врезания обрабатывается одновременно вся
шлифуемая поверхность. Шлифовальному кругу сообщается поперечная подача по направлению к оси детали. Этот метод более производительный, для его осуществления применяют более широкие круги и станки большей мощности. Врезное шлифование применяют при обработке коротких шеек.
Рис. 10.10. Круглое шлифование с поперечной подачей (способ врезания)
Шлифование наружных цилиндрических поверхностей выполняют и на
бесцентровошлифовальных станках (рис.10.11). При бесцентровом шлифова- нии деталь 2 не закрепляется в центрах, а свободно (без крепления) помещается между двумя шлифовальными кругами, из которых круг 1(большего диаметра) является шлифующим, а круг 3 – ведущим кругом, который вращает деталь и сообщает ей продольную подачу. Обрабатываемая деталь поддерживается опо- рой 4 со скосом, имеющей форму ножа. Благодаря скосу, направленному в сто- рону ведущего круга, деталь прижимается к этому кругу.
60
1 – шлифовальный круг; 2 – обрабатываемая деталь; 3 – ведущий круг; 4 – опорный нож
Рис.10.11. Бесцентровошлифовальный станок
1 – обрабатываемая деталь; 2 – шлифовальный круг; 3 – ведущий круг; 4 – опорный нож
Рис.10.12. Схема бесцентрового шлифования
При бесцентровом шлифовании обрабатываемая деталь 1 устанавливает-
ся на опорный нож 4 (рисунок 10.12) между шлифовальным 2 и ведущим 3 кру- гами. Шлифовальный круг вращается со скоростью
V 30 60 м/с, а ведущий
к
– со скоростью V 10 40 м/мин. Ведущий круг сообщает детали движение
в
круговой подачи. Применяется два метода шлифования: продольное и врезное. Продольная подача достигается за счет поворота оси ведущего круга на угол . При врезном шлифовании ведущий круг устанавливается горизонтально или под небольшим углом
0,5 ? . Обрабатываемая деталь вращается свободно,
без закрепления. Благодаря этому исключаются ее деформации при зажиме, что позволяет обрабатывать длинные и тонкие детали. Бесцентровое шлифование обеспечивает точность 5-6 квалитета.
61
Алмазное выглаживание Выглаживание заключается в пластическом деформировании обработан-
ной поверхности скользящим по ней инструментом с целью уменьшить или полностью сгладить неровности поверхности от предшествующей обработки. При этом уменьшение шероховатости поверхности детали сопровождается по- вышением твердости ее поверхностного слоя. После каждого оборота обраба- тываемой детали след от инструмента перемещается в осевом направлении на подачу. Так как ширина канавки от инструмента больше подачи, то происходит многократное перекрытие следов от инструмента.
Применяют также выглаживание с наложением на инструмент возвратно-
поступательных перемещений — вибровыглаживание. В результате на поверх- ности детали образуется синусоидальный след.
Алмазное выглаживание можно выполнять двумя способами: жестким и
упругим. При жестком выглаживании инструмент закрепляют на станке подоб- но резцу и во время обработки подают на заданную величину (3 - 7 мкм) в на- правлении детали. Жесткое выглаживание не получило широкого распростра- нения из-за высоких требований к биению обрабатываемой поверхности отно- сительно оси вращения, а также к жесткости системы СПИД.
Отличительной особенностью упругого выглаживания является обеспе-
чение постоянства заданной силы выглаживания независимо от погрешностей изготовления и установки детали. Применяемые конструкции приспособлений для упругого выглаживания должны позволять регулировать силу выглажива- ния в широких пределах.
Выглаживание производят инструментом со сферической рабочей частью
(рисунок 1.13). Инструмент для выглаживания представляет собой металличе- скую оправку с закрепленной в ней рабочей частью из природного и синтетиче- ского алмаза. Стойкость природных и синтетических кристаллов алмаза при- мерно одинакова.
1 – регулировочный винт; 2 – пружина; 3 – индикатор; 4 – наконечник с алмазом
Рис.10.13. Державки для выглаживания поверхностей
а – с цилиндрической пружиной; б– с пружинящим корпусом
62
В зависимости от твердости обрабатываемого материала выбирают необ-
ходимый радиус сферы выглаживающего инструмента. Для деталей из мягких сталей и цветных сплавов радиус сферы инструмента находится в пределах 2,5 - 3,5 мм, для деталей средней твердости – 1,5 - 2,5 мм, для деталей из высоко- прочных сталей – 1,0 - 1,5 мм. Шероховатость выглаженной поверхности без следов предшествующей обработки составляет Ra = 0,02 - 0,16 мкм.
Рабочий диапазон скоростей находится в пределах 16 - 120 м/мин. Даль-
нейшее увеличение скорости выглаживания приводит к росту шероховатости и при значениях 200 м/мин и более приводит к перегреву алмаза и повышенному его изнашиванию. При работе в этом диапазоне скоростей необходима обиль- ная подача СОЖ в зону выглаживания. При выглаживании заготовок из черных металлов и сплавов применяют индустриальное масло И-20А, а из цветных ме- таллов и сплавов – керосин. Используют также специальные составы СОЖ.
Притирка и доводка Доводку применяют для повышения точности и снижения шероховатости
обработанной поверхности. Эта отделочная операция обеспечивает точность геометрической формы обрабатываемой поверхности до 0,1 – 0,3 мкм с шеро- ховатостью Ra = 0,04 – 0,02 мкм. Доводка или притирка заключается в том, что съем металла с обработанной поверхности производится абразивными зернами, свободно распределенными в пасте или суспензии, при перемещении притира или доводника.
Притирка и доводка могут быть абразивной, химико-механической и
электрохимико-механической. При абразивной обработке используют абразив- ные инструменты, пасты и суспензии на основе абразивного материала, твер- дость которого значительно выше твердости обрабатываемого материала. При абразивной доводке абразивные зерна, находясь между деталью и притиром, вдавливаются в поверхность притира, твердость которого ниже обрабатывае- мой поверхности. При взаимном перемещении детали и притира абразивные зерна, закрепившись в поверхностном слое притира, снимают тончайшие стружки с обрабатываемой поверхности детали.
При химико-механической доводке под действием кислот, входящих в
состав паст, на поверхности детали образуется пленка из химических соедине- ний, которая удаляется абразивными зернами при перемещении притира.
Электрохимико-механическую обработку применяют в основном для от-
делки твердосплавного режущего инструмента и жаропрочных материалов.
Для доводки и притирки деталей применяют различные пасты, многие из
них изготовляют на предприятиях из карбида кремния и электрокорундов.
На результаты доводочных операций существенное влияние оказывают
притиры. Их изготовляют из стали, чугуна, меди, бронзы, твердых и вязких по- род дерева и др. Наиболее распространены притиры из чугуна. Они должны иметь плотную и однородную структуру в сечениях по всем направлениям. Твердость притиров НВ 190 – 230.
63
1 – обрабатываемая деталь; 2 – разрезная втулка; 3 – жимок; 4 – зажимной болт
Рис.10.14.
На токарных станках обрабатываемую заготовку обычно закрепляют в
цанге или патроне станка, а возвратно-поступательное движение притира осу- ществляют вручную (рисунки 10.14, 10.15). В процессе обработки притир плав- но перемещают вдоль вращающейся детали. Втулку смазывают доводочной пастой. При таком способе обработки обеспечивается геометрическая точность поверхности детали в пределах 0,5—2 мкм с шероховатостью поверхности по Ra 0,02-0,04 мкм.
1 – зажимной болт; 2 – жимок; 3 – разрезная втулка; 4 – обрабатываемая деталь
Рис.10.15. Притир для ручной обработки
В крупносерийном и массовом производстве притирка ведется на специ-
альных притирочных станках (рисунок 10.16). Между двумя вращающимися дисками 2 и 4 расположен сепараторный диск 3, который также имеет само- стоятельное вращательное движение. В радиальных гнездах сепараторного диска 3, расположенных под небольшим углом к радиусу диска, помещаются заготовки. Заготовки обрабатываются дисками 2 и 4, на которые нанесен мел- козернистый абразивный порошок в смеси с полирующей пастой. Сепаратор- ный диск 3, кроме вращательного движения, имеет поперечные перемещения, что обеспечивает сложное движение заготовок при обработке.
64
1 – станина; 2 и 4 – притирочные диски; 3 – сепараторный диск; 5 – колонна
Рис. 10.16. Общий вид и схема работы притирочного станка
а – схема притирочного станка; б – расположение обрабатываемых деталей
Суперфиниширование Суперфиниш представляет собой метод особо чистой доводки поверхно-
стей головкой с абразивными колеблющимися брусками (рисунок 10.17). Идея суперфиниша основана на так называемом принципе "неповторяющегося сле- да", заключающемся в том, что каждое зерно абразива не проходит дважды по одному и тому же пути (рисунок 10.18). Главное рабочее движение – колебание головки с абразивными брусками вдоль оси, ход брусков составляет 2-6 мм, а число двойных ходов в минуту 200-1000. Деталь при этом вращается, а головка имеет продольную подачу.
Рис.10.17. Схема суперфиниширования
65
1- деталь; 2 – абразивный брусок
Рис.10.18. Схема рабочих движений инструмента и обрабатываемой детали
при суперфинишировании
При суперфинишировании достигается шероховатость поверхности Ra =
0,012-0,1 мкм.
Полирование Обработку абразивной лентой (полирование) применяют в тех случаях,
когда к обрабатываемой поверхности не предъявляют высоких требований по точности размеров. В результате обработки улучшается только чистота поверх- ности, т.е. уменьшается шероховатость. Абразивной лентой можно полировать цилиндрические и фасонные поверхности. Абразивную ленту прижимают к об- рабатываемой поверхности различными способами.
В зависимости от зернистости ленты различают предварительное, окон-
чательное и чистовое полирование. При этом достигается шероховатость по- верхности:
на предварительном полировании – Ra = 0,16-0,63 мкм; на окончательном – Ra = 0,04-0,32 мкм; на чистовом – Ra = 0,02-0,08 мкм. Возможно полирование с помощью мягкого круга с нанесенным на него
мелкозернистным абразивным порошком, смешанным со смазкой, а также с помощью специальных полировальных кругов с графитовым наполнителем.
66
а
б
1 – обрабатываемая поверхность; 2 – абразивная лента; 3 – пружина; 4 – плунжер; 5 –
пластина; 6 – копирный кулачок; 7 – ползун; 8 – роликовое устройство для протягивания ленты; 9 – рычаги клещей; 10 – гидроцилиндр; 11 – колодки
Рис.10.19. Схемы полирования абразивной лентой
а – схема полирования кулачка; б –схема полирования цилиндрической поверхности
Лекция 11. Обработка внутренних цилиндрических поверхностей (отверстий)
Рассматриваемые вопросы: Виды обработки отверстий. Требования к
внутренним цилиндрическим поверхностям. Способы обработки отверстий.Обработка отверстий лезвийным инструментом. Сверление. Зенкерование. Развертывание. Растачивание. Протягивание. Обработка отверстий абра- зивным инструментом. Шлифование. Хонингование. Обработка отверстий без снятия стружки.
67
11.1. Виды обработки отверстий
Обработка отверстий (внутренних цилиндрических поверхностей) зани-
мает значительное место среди всех обрабатываемых поверхностей деталей.
Отверстия могут быть цилиндрические, конические, ступенчатые и фа-
сонные. Отверстия могут быть глухими (открытыми с одной стороны) и сквоз- ными. Обрабатывать отверстия можно со снятием и без снятия стружки. Обра- ботку со снятием стружки производят лезвийным и абразивным инструментом. К способам лезвийной обработки относится сверление, зенкерование, развер- тывание, растачивание, протягивание. Абразивным инструментом осуществля- ют шлифование и хонингование отверстий.
Обработка отверстий без снятия стружки производится калиброванием и
раскатыванием.
11.2. Требования к внутренним цилиндрическим поверхностям
Основной технологической задачей при обработке отверстий является
обеспечение концентричности (соосности) отверстия и наружных цилиндриче- ских поверхностей (у деталей вращения типа втулок); перпендикулярность тор- цов к оси отверстия; правильность цилиндрической формы отверстия.
Таблица 11.1
Шероховатость поверхности и квалитеты точности при лезвийной обработке
внутренних цилиндрических поверхностей
Протяги-
Зенкерование Развертывание Растачивание
вание
Метод Сверле- о е е е е
обработ- ки ние в о е атн ст о во ь н о е ч н о е н ко е в о е о во ст е н ко в о е о во ст
то то то
черно чи черно чи черно чи
о д н о кр н о р мал
Квалитет
9-13 12-13 11-13 8-10 10-11 7-9 5-6 11-13 8-10 5-7 10-11 6-9
точности
Шерохо-
ватость
6,3- 6,3- 0,8- 0,8- 0,4- 0,1- 1,6- 0,4- 0,2- 0,8- 0,2-
поверх- 1,6-25
25 25 6,3 12,5 6,3 3,2 25 6,3 3,2 12,5 6,3
ности Ra,
мкм
68
Таблица 11.2
Шероховатость поверхности и квалитеты точности при абразивной обработке
внутренних цилиндрических поверхностей
Шлифование Отделочные методы
Метод об-
предвари- Хонингова-
работки чистовое тонкое Притирка
тельное ние
Квалитет
8-9 6-7 5-6 5-6 4-5
точности
Шерохова-
тость по-
0,4-6,3 0,3-3,2 0,1-1,6 0,1-1,6 0,1-1,6
верхности
Ra, мкм
Таблица 11.3
Шероховатость поверхности и квалитеты точности при обработке давлением
внутренних цилиндрических поверхностей
Обработка давлением
Метод обработки
Раскатывание Калибрование Выглаживание
Квалитет точно-
8-10 6-8 5-6
сти
Шероховатость
поверхности Ra, 0,4-6,3 0,1-6,3 0,1-0,4
мкм
11.3. Способы обработки отверстий
Отверстия по их назначению и способам обработки можно разделить на
следующие виды:
– отверстия под крепежные детали (болты, винты, шпильки, заклепки).
Точность изготовления таких отверстий невысокая (не выше 11 квалитета). Та- кие отверстия обычно получают сверлением;
– ступенчатые и гладкие отверстия различной точности в деталях, пред-
ставляющих собой тела вращения. Их обрабатывают сверлением с последую- щим зенкерованием или развертыванием, растачиванием, шлифованием;
– ответственные отверстия в корпусных деталях точностью до 6-7 квали-
тета. Их обрабатывают растачиванием, шлифованием, хонингованием;
– профильные отверстия (например, со шпоночным пазом). Их обрабаты-
вают протягиванием и прошиванием.
11.4. Обработка отверстий лезвийным инструментом К способам лезвийной обработки относится сверление, зенкерование,
развертывание, растачивание, протягивание.
69
Сверление Наиболее распространенным методом получения отверстий в сплошном
материале является сверление. Движение резания при сверлении — вращатель- ное, движение подачи — поступательное.
Рис.11.1. Рабочие движения при сверлении
Сверло по сравнению с другими режущими инструментами работает в
довольно тяжелых условиях, так как при сверлении затрудняется отвод стружки и подвод смазочно-охлаждающей жидкости. В отличие от резца сверло являет- ся не однолезвийным, а многолезвийным режущим инструментом.
Наибольшее распространение получили спиральные сверла (рисунок
11.2а,б).
Рис.11.2. Разновидности сверл
а, б – спиральные; в – с прямыми канавками; г – перовое, д – ружейное; е – однокромочное;
ж –двукромочное; з – для кольцевого сверления; и– центровочное
70
Рис.11.3. Части и элементы спирального сверла
Спиральные сверла состоят из рабочей части, хвостовика и лапки. Рабо-
чая часть представляет собой цилиндрический стержень с двумя спиральными или винтовыми канавками, по которым выходит стружка при сверлении. Режу- щая часть сверла имеет переднюю и заднюю поверхность, две режущие кромки и перемычку. На цилиндрической части по винтовой линии проходят две лен- точки, которые центрируют и направляют сверло в отверстии, а также снижают трение сверла о стенки отверстия. Кроме того, для уменьшения трения на рабо- чей части сверла около хвостовика сделан обратный конус.
Перовые сверла (рисунок 11.2г) применяются сравнительно редко и пред-
ставляют собой круглый стержень, на конце которого оттянута плоская лопат- ка, имеющая две режущие кромки. Существуют сборные конструкции перовых сверл. Их применяют для грубого сверления.
Сверла глубокого сверления (рисунок 11.3д-ж) применяют для сверле-
ния глухих и сквозных отверстий в деталях большой длины. Это ружейные, од- нокромочные и двукромочные сверла с внутренним отводом стружки. Ружей- ные сверла применяют для сверления отверстий малых диаметров, однокро- мочные и двукромочные – для отверстий средних и больших диаметров.
71
Сверла кольцевого сверления (рисунок 11.2з) применяют для сверления
отверстий диаметром свыше 100 мм. Они представляют собой полую головку, в корпус которой вставляются резцы и направляющие шпонки.
Центровочными сверлами (рисунок 11.2и) обрабатывают центровые от-
верстия.
Рис. 11.4. Сверло с твердосплавной пластинкой
Изготавливают сверла, оснащенные пластинками из твердого сплава (ри-
сунок 11.4), которые обладают большей стойкостью и позволяют обрабатывать прочные материалы. Корпус таких сверл выполняется из инструментальных сталей.
Для сверления отверстий применяют универсальные сверлильные станки:
вертикально-сверлильные (рисунок 11.9а) и радиально-сверлильные (рисунок 11.9б). На рисунке 11.10 приведена схема последовательной обработки отвер- стия на одношпиндельном вертикально-сверлильном станке.
Сверление можно выполнять и на токарных станках, размещая инстру-
мент в пиноли задней бабки (рисунок 11.5) или в резцедержателе суппорта (ри- сунок 11.6).
Рис.11.5. Сверление на токарном станке
72
1– сверло; 2 и 3– прокладки
Рис. 11.6. Крепление сверла в резцедержателе
Сверление, зенкерование и развертывание можно выполнять и на токар-
но-револьверных станках. Токарно-револьверный станок (рисунок 11.7) отли- чается от токарного станка отсутствием задней бабки, на месте которой уста- новлена револьверная головка 5 с кареткой 6. Револьверная головка имеет раз- личные конструкции. Наиболее распространены револьверные головки с верти- кальной осью вращения и горизонтальной осью вращения (рисунок 11.8а,в). В шестигранных револьверных головках с вертикальной осью имеется 6 гнезд для установки инструмента. Головка с горизонтальной осью вращения обычно име- ет 12-16 отверстий для закрепления инструмента.
В массовом производстве применяют специальные многошпиндельные
сверлильные станки.
1 – коробка подач; 2 –передняя бабка; 3 – станина; 4 – передний суппорт; 5 – револьверная
головка; 6 – каретка
Рис.11.7. Токарно-револьверный станок
73
1 – шпиндельная бабка; 2 – станина; 3 – револьверная головка; 4 –поперечный суппорт
Рис.11.8. Токарно-револьверные станки с горизонтальной (а), наклонной (б) и
вертикальной (в) осями вращения револьверной головок
1 – винт; 2 –– стол; 3 – шпиндель; 4 – маховик; 1 – винт; 2 – колонна; 3, 4 – двигатели; 5 – коробка подач; 6 – электродвигатель; 5 – рукав; 6 – шпиндель; 7 – стол; 7 – коробка скоростей; 8 – рукоятка; 9 – колонна 8 – фундаментная плита
Рис.11.9. Сверлильные станки
а – вертикально-сверлильный; б– радиально-сверлильный
74
1 – быстросменный патрон; 2 – промежуточная втулка; 3 – винт; 4 – регулируемая втулка; 5 –
сегментная шпонка; 6 – гайка; 7 – винт
Рис.11.10. Схема последовательной обработки заготовки на одношпиндельном
сверлильном станке с быстросменным патроном
1 –
Рис.11.11. Многошпиндельный вертикально-сверлильный станок
Зенкерование Зенкеры служат для предварительной обработки литых, штампованных
или просверленных отверстий под последующее развертывание, растачивание или протягивание. При обеспечении требуемой точности отверстий и шерохо- ватости (см. таблицу 11.1) зенкерование может быть окончательной операцией. Зенкеры отличаются от спиральных сверл тем, что имеют не две, а три или че- тыре режущие кромки и не имеют перемычки.
75
Рис.11.12. Зенкеры
а – спиральный из быстрорежущей стали; б – спиральный с пластинками их твердого сплава;
в – насадной из быстрорежущей стали; г – насадной с пластинками из твердого сплава
Кроме зенкеров применяют зенковки для обработки фасок в отверстиях и
цековки (цилиндрические зенковки) для обработки гнезд под болты. Цековки имеют направляющие цапфы, которые обеспечивают соосность с обработан- ными отверстиями.
Рис.11.13. Зенковка и цековка
а – обработка фаски зенковкой; б– обработка цилиндрического углубления цековкой с на- правляющей частью; в – обработка торцовой поверхности цековкой с направляющей частью
Развертывание Развертывание применяют в тех случаях, когда необходимо получить
точность и качество поверхности выше, чем это может быть достигнуто зенке- ром. Развертка имеет больше режущих кромок, чем зенкер, поэтому при раз- вертывании уменьшается сечение стружки и повышается точность отверстия.
Развертки могут быть цилиндрические и конусные, с прямыми и винто-
выми канавками. Развертки с прямыми канавками применяют для обработки
76
гладких отверстий, с винтовыми канавками - для обработки отверстий, имею- щих пазы (например, шпоночные).
а
б в г
Рис. 11.14. Развертки
а– машинная развертка с коническим хвостовиком; б –насадная развертка; в – машинная
развертка со вставными ножами; г – насадная развертка с пластинками твердого сплава
На рисунке 11.15 показана последовательная обработка отверстия в
сплошном материале на вертикально-сверлильном станке. Инструменты на- правляются втулками кондуктора.
1 – сверление; 2 – зенкерование; 3 – черновое развертывание; 4 – чистовое развертывание
Рис. 11.15. Обработка отверстия в сплошном материале
77
В крупносерийном и массовом производстве широко применяются ком-
бинированные инструменты (рисунок 11.16).
Рис.11.16. Комбинированные инструменты
а – ступенчатое сверло; б – сверло-зенковка; в – ступенчатый зенкер; г – сверло-
зенковка; д– зенкер-зенковка; е – зенкер-цековка; ж – сверло-метчик
Растачивание Если диаметр отверстия превышает диаметр стандартных сверл и зенке-
ров, то такое отверстие получают растачиванием. Растачивание также приме- няют при обработке отверстий с неравномерным припуском и отверстий с вы- точками или канавками.
Рис.11.17. Типы отверстий, получаемых растачиванием
а – сквозное гладкое; б – с канавкой; в – с выточкой
78
Рис.11.18. Растачивание отверстия
Существуют два основных вида растачивания: – растачивание на станках токарной группы (при вращении заготовки); – растачивание на расточных станках (при вращении инструмента).
а б
Рис.11.19. Схемы растачивания на токарных станках
а –резцом, закрепленным в суппорте; б –резцом в консольной оправке
Рис.11.20. Схемы растачивания на расточных станках
а– консольными оправками; б – борштангами с одной опорой; в– борштангами с двумя
опорами
79
Растачивание производится специальными расточными резцами или рас-
точными блоками и головками. Наименьший диаметр растачиваемого отвер-
стия равен при обработке резцами 30 - 65 мм. Инструмент крепится в патронах, оправках или борштангах. Используются также расточные блоки и головки различных конструкций.
а б
Рис.11.21. Резцы расточные для обработки сквозных отверстий
а –с пластинками из твердого сплава; б – с пластинками из быстрорежущей стали
а б
Рис.11.22. Резцы расточные для установки в расточную головку или борштангу
а –с пластинками из твердого сплава; б – с пластинками из быстрорежущей стали
1 – винт; 2 – ползун; 3 – корпус
Рис.11.23. Расточной патрон для отверстий небольшого диаметра
80
1 – ползун; 2 – корпус; 3 и 5 – резцы; 4 – державка
Рис.11.24. Расточной патрон для обработки отверстий диаметром до 200 мм
Рис. 11. 25. Борштанга для растачивания отверстий
1 – верхняя часть; 2 – нижняя часть; 3 – регулировочный винт; 4 – полукольца; 5 – резцы; 6 –
бирка; 7 – пружина; 8 – подвижная шпонка; 9 – втулка; 10 – ось; 11 – установочная пробка
Рис. 11.26. Расточной блок
81
На расточных станках чаще всего обрабатывают корпусные детали с точ-
ными отверстиями.
Расточные станки подразделяются на горизонтально-расточные, коорди-
натно-расточные, алмазно-расточные и специальные.
1 – задняя стойка; 2 – стол; 3 – шпиндель; 4 – шпиндельная бабка; 5 – передняя стойка; 6 –
станина
Рис.11.27. Горизонтально-расточной станок
Растачивание цилиндрических отверстий резцом в отличие от сверления
и зенкерования позволяет получить лучшую прямолинейность оси отверстия и более высокую точность размеров.
Однако по шероховатости обработки и производительности растачивание
уступает развертыванию. Поэтому в общем виде последовательность обработки отверстий такова: сверление, рассверливание, зенкерование. растачивание, раз- вертывание. В зависимости от конкретных условий обработки из этой последо- вательности могут быть выбраны различные сочетания методов обработки.
Протягивание Протягивание занимает значительное место в металлообработке. Оно ус-
пешно заменяет некоторые виды обработки, такие как растачивание, зенкеро- вание, развертывание, фрезерование, строгание и долбление. К преимуществам протягивания относятся:
– высокая производительность за счет совмещения черновой и чистовой
обработки;
– высокая точность обработки и качество поверхности; – высокая стойкость инструмента; – простота наладки станков.
82
Рис.11.28. Схема работы протяжного инструмента
а– протяжка; б – прошивка
Протягивание осуществляется многолезвийным инструментом – протяж-
кой, которая протягивается через обрабатываемое отверстие. Прошиванием на- зывают аналогичную обработку более коротким инструментом – прошивкой. Протяжку протягивают через обрабатываемое отверстие, а прошивку– протал- кивают. Протяжки испытывают напряжения растяжения, а прошивка – напря- жение сжатия, поэтому их делают короче протяжек.
Протягивание применяется для обработки внутренних и наружных по-
верхностей. Внутреннее протягивание применяется для обработки различных отверстий: круглых (цилиндрических), квадратных, фасонных, с различными пазами. Протягивать можно отверстия Ø5..400 мм длиной до 10 м, однако чаще всего протягиванием получают отверстия Ø10…75 мм длиной до 2,5 - 3 диа- метров отверстия.
Протягивание осуществляют протяжками при различных относительных
перемещениях инструмента и заготовки и различных главных рабочих движе- ниях, которые могут быть вращательными и возвратно-поступательными.
Протягивание протяжками через неподвижную деталь (рисунок 11.29а)
производят на горизонтально-протяжных станках. Стоимость горизонтально- протяжного станка ниже, чем вертикально-протяжного, но занимаемая им пло- щадь цеха больше. На рисунке 11.29б протягивание осуществляется сверху вниз через неподвижную деталь на вертикально-протяжном станке. Вращатель- ное движение детали применяют при использования винтовых протяжек (рису- нок 11.29в), в этом случае возможно и вращательное движение протяжки. Вин- товыми протяжками применяют для обработки глубоких отверстий. Проталки- вание прошивки через неподвижную деталь (рисунок 11.29г) осуществляют на прессах или прошивных станках.
83
1 – деталь; 2 – протяжка; 3 – слои срезаемого металла; V p –рабочий ход
Рис.11.29. Виды протягивания
Протягивание может осуществляться несколькими способами (схемами
резания):
– профильная схема, при которой срезание припуска производится зубья-
ми, имеющими поперечный профиль, подобный профилю обрабатываемого от- верстия. Профильную схему резания применяют чаще всего для протягивания круглых отверстий и плоскостей;
– генераторная схема резания, которая заключается в том, что срезание
припуска производится зубьями, имеющими переменный профиль, постепенно переходящий к заданному профилю. Эту схему применяют при протягивании наружных и фасонных поверхностей;
– групповая (прогрессивная) схема резания, при которой металл срезается
не кольцевыми слоями по всему контуру, а разделяется на части так, что каж- дый зуб срезает металл только с части профиля, следующий за ним зуб снимает металл с другой части профиля и т. д., пока не будет снят металл со всего про- филя. Зубья одинакового диаметра, срезающие каждый свой участок профиля, образуют секцию. Число зубьев в секции от 2 до 5.
Инструмент для протягивания - протяжка, имеет замковую, направляю-
щую, режущую и калибрующую часть (рисунок 11.30а). Замковая часть (хво- стовик и шейка) служат для закрепления протяжки в зажимном приспособле- нии станка. Передняя направляющая часть служит для установки обрабатывае- мой детали на протяжку перед протягиванием. Задняя направляющая часть препятствует перекосу детали и повреждению обработанной поверхности в мо- мент выхода последних зубьев протяжки из отверстия. Режущая часть протяж- ки служит для срезания припуска. Зубья могут быть обдирочными, переходны- ми и чистовыми. Количество зубьев зависит от величины припуска, принятой подачи на зуб и схемы резания. Калибрующая часть состоит из небольшого
84
числа одинаковых зубьев, по форме и размерам совпадающих с готовым отвер- стием. Калибрующие зубья обеспечивают зачистку поверхности после режу- щих зубьев.
а
б
1 – хвостовик, 2 – шейка; 3 – переходный конус; 4 – передняя направляющая часть; 5 – ре-
жущая часть; 6 – калибрующая часть; 7 – задняя направляющая часть; 8 – опорная цапфа
Рис. 11.30. Основные части протяжки и прошивки
а– круглая протяжка; б – круглая прошивка
Круглые протяжки обычной конструкции имеют профильную схему ре-
зания. Каждый зуб срезает металл по всей окружности на глубину подачи на зуб. Последующий зуб имеет одинаковую форму с предыдущим, но больший диаметр.
а б в
Рис. 11.31. Прогрессивная протяжка
а – нечетные черновые зубья; б – четные черновые зубья; в – чистовые зубья
Протяжки с групповой (прогрессивной) схемой резания отличаются тем,
что четные и нечетные зубья имеют разную форму. Нечетные зубья имеют вы- кружки, а четные зубья – круглую форму. Такие протяжки более производи- тельны и обеспечивают высокую чистоту поверхности.
85
Протягивание осуществляют на горизонтально-протяжных и вертикаль-
но-протяжных станках.
Рис.11.32. Горизонтально-протяжной станок
На рисунке 11.32 приведен общий вид горизонтально-протяжного станка.
На станине 4 установлены основные узлы станка. Электродвигатель 1 и гидро- привод 3 приводят в движение шток 2. Наружный конец штока установлен на дополнительной опоре, перемещающейся вместе с ползуном 5. Конец штока снабжен зажимным приспособлением 6 для крепления протяжки 8, другой ко- нец которой поддерживается подвижным люнетом 9. Обрабатываемая заготов- ка 7 при протягивании упирается в торец станины.
11.5. Обработка отверстий абразивным инструментом Шлифование Внутреннее шлифование применяют главным образом при обработке
точных отверстий в закаленных деталях, а также в случаях, когда невозможно применить более производительные методы точной обработки отверстий.
Существуют две основные разновидности внутреннего шлифования: – шлифование отверстия во вращающейся заготовке; – шлифование отверстия в неподвижной заготовке. Первый способ применяют при шлифовании отверстий в небольших по
размерам заготовках, представляющих собой тела вращения; второй способ ис- пользуют при шлифовании отверстий в заготовках корпусных деталей.
В первом случае обрабатываемую заготовку зажимают в патроне и при-
водят во вращательное движение (рисунок 11.33а). Шлифовальный круг враща- ется в противоположную сторону с большей скоростью, совершает поступа- тельное движение (продольную подачу) и врезание (поперечную подачу).
Во втором случае (рисунок 11.33б) заготовка не вращается, а устанавли-
вается на столе станка, а шпиндель шлифовального круга, кроме вращательного движения, совершает планетарное движение по внутренней поверхности дета-
86
ли, со скоростью, соответствующей скорости вращения заготовки при шлифо- вании по первому способу.
Рис.11.33. Виды шлифования
а– с вращением обрабатываемой заготовки; б – с планетарным движением шлифовального круга
В обоих случаях осуществляется продольная подача шлифовального кру-
га вдоль оси шлифуемого отверстия: в первом случае – движением шпиндель- ной головки, во втором – движением стола.
Наиболее существенное отличие внутреннего шлифования от наружного
заключается в том, что обработка производится кругом малого диаметра. Обычно диаметр круга при внутреннем шлифовании составляет 0,7 – 0,9 диа- метра шлифуемого отверстия. Окружная скорость круга составляет от 10 м/с до 30 м/с. Деталь вращается со скоростью 1- – 50 м/мин.
1 – обрабатываемая деталь; 2 – шлифовальный круг
Рис.11.34. Схема обработки отверстия на внутришлифовальном станке
Существует третий способ внутреннего шлифования – бесцентровое
шлифование.
При бесцентровом шлифовании деталь, прошлифованная по наружному
диаметру, помещается между тремя роликами. Ролик 1 большого диаметра яв- ляется ведущим, он вращает деталь 2 и в то же время удерживает ее от возмож- ного вращения с большей скоростью шлифовального круга 3. Верхний нажим- ной ролик прижимает деталь к ведущему ролику 1 и нижнему поддерживаю-
87
щему ролику 4. Деталь, зажатая между тремя роликами, вращается со скоро- стью ведущего ролика 1. При смене деталей зажимной ролик 5 отходит вправо и, освобождая деталь, позволяет вставить вручную или автоматически новую деталь.
1 –ведущий ролик; 2 –деталь; 3 –шлифовальный круг; 4 – поддерживающий ролик; 5 – за-
жимной ролик
Рис.11.35. Схема бесцентрового шлифования
Бесцентровое шлифование позволяет получить высокую точность обра-
ботки и высокую концентричность внутренней и наружной поверхности. Бес- центровое шлифование применяется для шлифования колец подшипников ка- чения.
Хонингование
Хонингование - механическая доводка расточенного, развернутого или
прошлифованного отверстия специальной вращающейся головкой (хоном) с раздвижными абразивными брусками, имеющей, кроме того, возвратно- поступательное движение. Бруски раздвигаются с помощью механических, гидравлических или пневматических устройств. Хонингование производится с охлаждением.
Хонингование снижает отклонения формы, повышает размерную точ-
ность, уменьшает шероховатость поверхности, сохраняет микротвердость и структуру поверхностного слоя.
Простейшая конструкция хонинговальной головки приведена на рисунке
11.36. Головка состоит из корпуса 1, несущего режущие бруски, штанги 2 с ко- ническим хвостовиком, соединяющим головку со станком, и штока 3, который получает осевое перемещение от механизма подачи станка и раздвигает кону- сами 4 режущие бруски 5.
88
1 – корпус; 2 – штанга; 3 – шток; 4 – конус; 5 –режущий брусок
Рис. 11.35. Конструкция жесткозакрепленной хонинговальной головки
Хонинговальная головка (рисунок 11.36) представляет собой цилиндр 3,
вдоль образующих которого расположены абразивные бруски Б, укрепленные на планках 4 и соединенные попарно с радиальными стержнями 5, которые входят в соответствующие пазы головки. Внутри головки смонтирован двусто- ронний конический регулируемый стержень 1, при помощи которого радиаль- ные стержни вместе с абразивными брусками раздвигаются, регулируя диамет- ральный размер и компенсируя износ абразивных брусков. В процессе хонингования осуществляется три основных рабочих движения: ра- диальный разжим, вращение и возвратно-поступательное движение брусков.
Число режущих брусков в головке обычно принимают четным (2, 4, 6, 8).
Наиболее эффективно работают головки с большим числом брусков.
Кроме абразивных брусков, применяют алмазные бруски на металличе-
ской связке. Верхний алмазоносный слой имеет толщину 2 – 2,5 мм. Алмазным хонингованием достигается наибольшая эффективность из-за высокой стойко- сти алмазных брусков.
Хонингование практически вытеснило обработку отверстий притиркой,
так как притирка является малопроизводительным процессом.
89
Б – абразивные бруски; 1 – конический стержень; 2 – деталь; 3 –цилиндр; 4 – планка; 5 – ра-
диальный стержень; 6 – пружина
Рис.11.36. Конструкция хонинговальной головки
11.6. Обработка отверстий без снятия стружки
Обработка отверстий без снятия стружки заключается в калибровании их
проглаживающими прошивками или шариками, а также в раскатывании отвер- стий. Проглаживающие прошивки не имеют режущих зубьев, они уплотняют металл и калибруют отверстие.
Калибрование шариком заключается в продавливании стального закален-
ного шарика через отверстие, предварительно точно обработанное.
Раскатывание применяется для получения плотной и гладкой поверхно-
сти отверстия и производится стальными, закаленными и отшлифованными ро- ликами.
90
а б в
Рис.11.37. Схемы обработки отверстий без снятия стружки
а –проглаживающая прошивка; б – калибрование шариком; в – раскатывание ролика-
ми
Хонингование дает большую точность, чистоту и производительность,
поэтому вытесняет эти виды обработки.
Лекция 12. Методы обработки плоских поверхностей
Рассматриваемые вопросы:Основные виды обработки плоских поверх-
ностей. Строгание и долбление. Фрезерование. Протягивание. Шлифование.
12.1. Основные виды обработки плоских поверхностей
Обработка плоских торцовых поверхностей деталей, представляющих со-
бой тела вращения, производится точением, фрезерованием и шлифованием. Торцовое точение и фрезерование обеспечивают примерно одни и те же пара- метры шероховатости и точности (11-12 квалитет точности и параметр шерохо- ватости Ra = 12,5). Для торцовых поверхностей, требующих большей точности, например, при установке подшипников, требуется шлифование до 6-7 квалите- та точности и параметра шероховатости не хуже Ra = 3,2.
Обработка поверхностей различных деталей (например, корпусных) мо-
жет производиться следующими способами:
– строганием или долблением;
– фрезерованием;
– протягиванием;
– шлифованием.
91
12.2. Строгание и долбление плоских поверхностей
Строгание производится специальными резцами на строгальных станках
с прямолинейным движением резания. Строгальные резцы по форме сходны с токарными. Режущая часть выполняется из быстрорежущей стали или твердого сплава. Строгальные резцы бывают прямые и изогнутые (для уменьшения за- клинивания при резании).
Рис.12.1. Элементы резания при строгании
а б
Рис.12.2. Форма строгальных резцов
а –прямой; б –изогнутый
Строгание, как и точение, разделяется на черновое и чистовое. Чистовое
строгание производят с меньшей подачей или резцами с широким лезвием.
92
Рис. 12.3. Резец с широким лезвием для чистового строгания
При чистовой обработке поверхностей крупногабаритных деталей при-
меняют строгальные вращающиеся чашечные резцы.
1 – чашка; 2 – державка; 3 – гайка; 4 – шплинт; 5 – пружина; 6 – шайба; 7 – втулка
Рис.12.4. Чашечный вращающийся резец
Строгальные станки разделяются на продольно-строгальные и поперечно-
строгальные. У продольно-строгальных станков главное рабочее движение со- общается заготовке, а у поперечно-строгальных – резцу.
При строгании на продольно-строгальных станках стол с закрепленной на
нем деталью совершает возвратно-поступательное движение, подача в попе- речном направлении осуществляется перемещением резцового суппорта после каждого рабочего хода. Стружка снимается во время рабочего хода, холостой ход осуществляется со скоростью в 2-3 раза большей скорости рабочего хода. Тем не менее, потеря времени при холостых ходах делает строгание менее про- изводительным способом обработки, чем например, фрезерование.
Для увеличения производительности строгания используют многорезцо-
вые державки.
93
Рис.12.5. Использование многорезцовой державки
Продольно-строгальные станки могут быть одностоечные, двухстоечные
и портальные. Станки могут иметь один или несколько суппортов. На рисунке 12.6 приведен общий вид двухстоечного продольно-строгального станка с че- тырьмя суппортами.
1 – стол; 2 – верхние суппорты; 3 –траверса; 4 – стойки; 5 –станина; 6 – боковые суппорты
Рис.12.6. Продольно-строгальный станок
По станине 5 возвратно-поступательно может перемещаться стол 1, на
котором закрепляют заготовку. На стойках 4 размещены и могут перемещаться в вертикальном направлении (движение подачи) боковые суппорты 6 и травер- са 3. По траверсе, снабженной ходовым винтом, могут передвигаться в гори- зонтальном направлении верхние суппорты 2 (движение подачи). Салазки верхних суппортов 2 с резцедержателями можно перемещать в вертикальном, а салазки боковых суппортов 6 в горизонтальном направлениях. Кроме того, тра- версу 3 можно перемещать вертикально на стойках.
На поперечно-строгальных станках возвратно-поступательное движение
имеет резец. Обрабатываемая деталь, закрепленная на столе станка, получает поперечную подачу за счет перемещения стола в поперечном направлении по- сле каждого рабочего хода.
94
На рис.12.7 приведен общий вид поперечно-строгального станка. По на-
правляющим станины, закрепленной на фундаментной плите 1, движется воз- вратно-поступательно ползун 4, на переднем конце которого размещен суппорт 3. Стол 2 , связанный с поперечиной 5, может перемещаться по ней в горизон- тальном направлении, осуществляя движение подачи. Для установки резца по высоте суппорт с резцедержателем можно перемещать в вертикальном направ- лении. Для обработки наклонных поверхностей суппорт может быть повернут на требуемый угол.
1 –фундаментная плита; 2 – стол; 3 – суппорт; 4 – ползун; 5 – поперечина
Рис.12.7. Поперечно-строгальный станок
Долблением обрабатывают пазы или поверхности внутренних контуров в
виде квадрата и прямоугольника. Процессы строгания и долбления аналогичны.
Рис.12. 8. Схема долбления
95
Долбежные станки относятся к группе строгальных. Долбяк с закреплен-
ным в нем резцом совершает возвратно-поступательные движения в вертикаль- ной плоскости. Стол станка, на котором закрепляется обрабатываемая деталь, имеет движение подачи в горизонтальной плоскости в двух взаимно- перпендикулярных направлениях.
1 – станина; 2 – валик; 3 – рукоятка; 4 – стол; 5 – заготовка; 6 – зажим; 7 – долбежная голов- ка; 8 – колонна; 9 – вал; 10 – коробка, 11 – электродвигатель
Рис. 12.9. Общий вид долбежного станка
На рис.12.9 приведен общий вид долбежного станка. На станине 1 уста-
новлена колонна 8, внутри которой размещен электродвигатель привода 11. На направляющих колонны установлена долбежная головка 7, которая осуществ- ляет возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости. В нижней части долбежной головки укреплен резцедержатель с долбежным резцом. Для установки длины хода долбежной головки относительно заготовки 5, закреп- ленной на столе 4, имеется зажим 6. Стол снабжен механизмом продольного и поперечного перемещения, верхней части стола можно сообщить вращательное движение. Все движения стола осуществляют от механизма подачи посредст- вом вала 9, коробки 10 и валика 2.
Наиболее характерные виды работ, выполняемые на строгальных и дол-
бежных станках приведены на рисунке 12.10.
96
Рис.12.10. Виды обработки на строгальных и долбежных станках
а – строгание плоскости; б– строгание паза; в – строгание Т-образного паза; г – долб-
ление углового профиля; д – долбление прямоугольного отверстия
12.3. Фрезерование плоских поверхностей
В массовом и серийном производстве фрезерование более эффективно,
чем строгание и долбление. При фрезеровании поверхность обрабатывается не однолезвийным инструментом – резцом, а многолезвийным вращающимся ин- струментом – фрезой. Повышение производительности при фрезеровании дос- тигается также увеличением количества одновременно обрабатываемых загото- вок и работающих инструментов (параллельное, последовательное или непре- рывное фрезерование, фрезерование с маятниковой подачей).
Фреза – многозубый режущий инструмент, представляющий собой тело
вращения, на образующей поверхности которого (а иногда и на торце), имеются режущие зубья. Главное движение (движение резания) при фрезеровании – вращательное и его совершает фреза; движение подачи – прямолинейное и его может иметь заготовка или фреза.
Фрезами обрабатывают разные виды поверхностей, в том числе и плоские
(рисунок 12.11). Фрезы классифицируют по технологическим и конструктив- ным признакам. Одним из основных типов являются цилиндрические фрезы и торцовые фрезы. Если режущая часть фрезы имеет форму обработанной по- верхности, то такая фреза называется фасонной. Номенклатура фрез очень ши- рока. Существуют дисковые, концевые, угловые, отрезные и пр. фрезы. Фрезы могут быть цельные, составные, насадные, сборные со вставными пластинками из твердого сплава.
97
Рис.12. 11. Виды фрезерования
Плоские поверхности можно фрезеровать торцовыми и цилиндрическими
фрезами. Фрезерование торцовыми фрезами более производительно. Это объ- ясняется возможностью применения фрез большого диаметра.
Фрезерование цилиндрическими фрезами производится двумя способами:
встречного и попутного фрезерования. При встречном способе вращение фрезы направлено против подачи, при попутном способе направление вращения фре- зы совпадает с направлением подачи.
Рис.12.12. Схемы фрезерования
а –встречное; б – попутное
98
При встречном фрезеровании толщина срезаемого слоя постепенно уве-
личивается от нуля (при входе зуба в материал заготовки) до максимального значения а
.В процессе резания нагрузки на зуб фрезы возрастают плавно и
max
постепенно.
При попутном фрезеровании в момент входа зуба нагрузка резко возрас-
тает, наблюдается явление удара. Поэтому попутное фрезерование можно про- изводить на станках, обладающих достаточной жесткостью и виброустойчиво- стью. Конструкция фрезы должна выдерживать ударные нагрузки. Однако этот способ более производителен и обеспечивает более высокое качество поверх- ности.
Фрезерные станки разделяются на следующие виды:
– горизонтально-фрезерные;
– вертикально-фрезерные;
– универсально-фрезерные;
– продольно-фрезерные;
– карусельно-фрезерные;
– барабанно-фрезерные;
– специальные (шпоночно-фрезерные, резьбо-фрезерные, фрезерно-
центровальные)
Фрезерные станки первых трех видов являются станками общего назна-
чения и применяются во всех видах производства, остальные относятся к высо- копроизводительным и станки используются в серийном, крупносерийном и массовом производствах.
Горизонтально- и вертикально-фрезерные станки называются по распо-
ложению оси вращения фрезы. Вращение фрезы – это главное движение. Стол перемещается в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Универсальные станки, кроме этого, имеют поворотный стол или поворотную головку.
1 – коробка подач; 2 – станина; 3 – коробка скоростей; 4 – оправка; 5 – шпиндель; 6 – фрезы;
7 – хобот; 8 – серьга; 9 – стол; 10 – поворотная часть; 11 – салазки; 12 – консоль
Рис.12.13. Горизонтально-фрезерный станок
99
Продольно-фрезерные станки могут иметь несколько горизонтальных и
вертикальных шпинделей. Это одностоечные или двухстоечные станки боль- шого размера, с продольной подачей стола.
1 – станина; 2 – стол; 3, 5, 6, 7 – шпиндельные бабки; 4 – поперечина
Рис.12.14. Продольно-фрезерный станок
Карусельно-фрезерные станки имеют круглый вращающийся стол боль-
шого диаметра и 1 или 2 вертикальных шпинделя. На этих станках обрабаты- ваются плоские поверхности торцовыми фрезами. На станках, имеющих два шпинделя, совмещается черновая и чистовая обработка.
1 – фрезы; 2 –обрабатываемая деталь; 3 – стол станка; 4 – барабан
Рис.12.15. Обработка на фрезерных станках
а – карусельно-фрезерный станок с одним шпинделем; б – карусельно-фрезерный станок с двумя шпинделями; в – барабанно-фрезерный станок
Барабанно-фрезерные станки служат для обработки параллельных плос-
костей деталей одновременно с двух сторон, совмещая черновую и чистовую
100
обработку. Детали устанавливаются на вращающемся барабане. Фрезы (черно- вая и чистовая) размещаются на расположенных с двух сторон бабках.
12.4. Протягивание плоских поверхностей
Протягивание наружных плоских поверхностей благодаря высокой про-
изводительности и низкой себестоимости обработки находит широкое приме- нение в серийном и массовом производстве. При обработке наружных предва- рительно не обработанных поверхностей за один ход протяжки достигаются высокая точность и чистота поверхности. В процессе протягивания каждый ре- жущий зуб протяжки снимает слой металла, составляющий часть припуска, а калибрующие зубья зачищают поверхность, при этом они долго не теряют сво- ей режущей способности и формы.
При обработке плоских поверхностей применяют обычные и прогрессив-
ные протяжки (рис.12.16).
Рис.12.16. Схемы плоских протяжек
а– обычные; б, в, г – прогрессивные
У обычных протяжек каждый зуб снимает стружку по всей ширине обра-
батываемой поверхности. У прогрессивных протяжек режущие зубья делают переменной ширины, постепенно увеличивающейся, и каждый зуб срезает ме- талл не по всей ширине обрабатываемой поверхности, а полосой, причем ши- рина этих полос с каждым зубом увеличивается, и только калибрующие зубья зачищают обрабатываемую поверхность по всей ширине. При протягивании необработанных поверхностей отливок и поковок обычными плоскими про- тяжками их режущие кромки быстро тупятся и выкрашиваются. У прогрессив- ных протяжек зубья служат дольше.
При протягивании стали по прогрессивной схеме резания зубья протяжки
имеют криволинейную вогнутую спинку, сопрягающуюся со стружечной ка-
101
Рис.12.17. Форма зубьев протяжек
а – с криволинейной спинкой; б – с прямолинейной спинкой
Для обработки широких плоскостей устанавливают несколько протяжек
рядом.
Протяжки для наружного протягивания обычно выполняются сборными и
состоят из корпуса и рабочей части. На рисунке 12.18 показана наружная про- тяжка для горизонтально-протяжных станков общего назначения. Протяжка имеет корпус с хвостовиком для закрепления в патроне тяговой головки станка. В корпусе крепятся секции, которые можно менять по мере затупления.
Рис.12.18. Наружная сборная протяжка с хвостовой частью для работы на
горизонтально-протяжных станках
Протягивание наружных поверхностей может производиться на горизон-
тально-протяжных, вертикально-протяжных, карусельно-протяжных и протяж- ных станках непрерывного действия. На горизонтально-протяжных станках движение резания осуществляется деталью или протяжкой, на вертикально- протяжных станках движется протяжка. Вертикально-протяжные станки полу- чили широкое распространение ввиду своей компактности.
102
На рисунке 12.19 приведена схема вертикально-протяжного станка для
наружного протягивания. На станине 5 по направляющим перемещается под- вижная плита 3, на которой крепятся плоские протяжки 4. Подвижная плита перемещается возвратно-поступательно с разной скоростью, регулируемой гидроприводом. На передней части станины имеется стол 7, на котором уста- новлен суппорт 1, поперечно перемещающийся для установки глубины протя- гивания. На суппорте закрепляется обрабатываемая заготовка 2. Протяжки, опускаясь, обрабатывают заготовку и в конце останавливаются в нижнем поло- жении. Затем заготовку снимают и включают обратный ускоренный ход про- тяжки. После возвращения протяжек в исходное положение в суппорт устанав- ливают новую заготовку.
1 – суппорт; 2 – заготовка; 3 – подвижная плита; 4 – протяжки; 5 – станина; 6 – электропри- вод; 7 – стол
Рис.12.19. Вертикально-протяжной станок для наружного протягивания
12.5. Шлифование плоских поверхностей
Шлифование плоских поверхностей применяется как для обдирочной, так
и для черновой и чистовой обработки. Припуск для обдирочного шлифования принимается значительно меньший, чем для фрезерования или строгания. Об- дирочное шлифование применяют при наличии твердой корки или большой твердости обрабатываемого материала, что затрудняет фрезерование или стро- гание.
Черновое и чистовое шлифование позволяет получить высокую точность
и чистоту поверхности. Шлифование производится торцовой частью или пери- ферией круга. При шлифовании торцом круга применяют круги чашечной или тарельчатой формы (табл.12.). Шлифование торцом круга более производи- тельно, чем шлифование периферией, так как в процессе работы торцом круга большая площадь круга находится в соприкосновении с обрабатываемой по- верхностью.
103
При шлифовании периферией достигается более высокая точность, чем
при шлифовании торцом круга, поэтому шлифование периферией применяют для окончательной отделки точных деталей.
Таблица 12.
Типы шлифовальных кругов
Шлифование плоских поверхностей осуществляют на плоскошлифоваль-
ных станках.
При шлифовании периферией круга на станках с горизонтальной осью
шпинделя стол станка может совершать возвратно-поступательное и враща-
104
При вращающемся движении стола (рисунок 12.20б) шлифовальный круг
совершает вращательное движение и одновременно возвратно-поступательное движение параллельно шлифуемой поверхности.
Шлифование торцом круга осуществляют на плоскошлифовальных стан-
ках с вертикальной осью шпинделя. Стол станка в зависимости от типа станка (продольного или карусельного типа) совершает возвратно-поступательное или вращательное движение (рисунок 12.20в и г).
Рис.12.20. Основные схемы шлифования плоскостей
а– периферией круга при возвратно-поступательном движении стола станка; б – периферией круга на вращающемся столе; в – торцом круга при возвратно-поступательном движении стола; г – торцом круга на вращающемся столе
105
Лекция 13. Методы обработки резьбовых поверхностей
Рассматриваемые вопросы:Основные виды резьб и методы их получе-
ния. Нарезание резьбы резцами. Резьбовые гребенки. Резьбонарезные головки. Нарезание резьбы плашками и метчиками. Фрезерование резьбы. Шлифование резьбы. Накатывание резьбы.
13.1. Основные виды резьб и методы их получения В машиностроении и аппаратостроении применяют цилиндрические
резьбы – крепежные и ходовые, а также конические резьбы. Основной крепеж- ной резьбой является метрическая резьба треугольного профиля с углом про- филя 60°. Ходовые резьбы изготовляют с прямоугольным и трапецеидальным профилем. Резьбы могут быть однозаходные и многозаходные. Резьба может быть на внутренней поверхности детали (внутренняя) и на наружной поверхно- сти детали (наружная).
Рис.13.1. Элементы резьбы
Рис.13.2. Виды резьб
а– треугольная; б – прямоугольная; в – трапецеидальная; г – упорная; д – круглая; е – двух и
трехзаходная
106
Наружную резьбу можно изготовить различными инструментами: резца-
ми, гребенками, плашками, самораскрывающимися резьбонарезными головка- ми, дисковыми и групповыми фрезами, шлифовальными кругами, накатным инструментом.
Для изготовления внутренней резьбы применяют резцы, метчики, раз-
движные метчики, групповые фрезы, накатные ролики.
Тот или иной метод нарезания резьбы применяется в зависимости от
профиля резьбы, материала изделия, объема производства и требуемой точно- сти.
Нарезание резьбы резцами на токарно-винторезных станках применяют
главным образом для точных и длинных резьб. При этом способе применяется простой инструмент – резец и достигается высокая точность. К недостаткам этого метода следует отнести низкую производительность и требующуюся вы- сокую квалификацию рабочего.
На токарно-револьверных станках и автоматах резьба нарезается пре-
имущественно плашками и резьбонарезными головками. При этом нарезание резьбы совмещают с обработкой на этом станке других поверхностей деталей.
Фрезерование резьбы целесообразно применять при достаточно больших
партиях деталей, так как этот метод высокопроизводителен.
Шлифование резьбы применяется для точных резьб на закаленных по-
верхностях, применяющихся для резьбонарезного и измерительного инстру- мента.
Накатывание резьбы применяется в крупносерийном и массовом произ-
водствах ввиду высокой производительности и достаточно высокой точности.
13.2. Нарезание резьбы резцами На токарных станках наиболее широко применяют способ нарезания
резьбы резцами.
Вершина резца при перемещении с постоянной подачей вдоль вращаю-
щейся заготовки оставляет на ее поверхности винтовую линию (рисунок 13.3). Наклон винтовой линии к плоскости, перпендикулярной к оси вращения дета- ли, зависит от частоты вращения заготовки и подачи резца и называется углом подъема винтовой линии. Расстояние между соседними винтовыми линиями, измеренное вдоль оси заготовки, называется шагом винтовой линии. При уг- лублении резца в поверхность заготовки вдоль винтовой линии образуется вин- товая поверхность – резьба, форма которой соответствует форме вершины рез- ца.
Резьбонарезные резцы бывают стержневые, призматические и круглые.
Их геометрические параметры не отличаются от геометрических параметров фасонных резцов. Стержневые резцы применяют для нарезания внутренней и наружной резьб. Наружную резьбу нарезают прямыми или отогнутыми рез- цами, а внутреннюю – изогнутым резцом в отверстиях малого диаметра и пря- мым резцом, установленным в оправку, в отверстиях большого диаметра.
107
Рис. 13.3. Схема нарезания наружной резьбы
а – схема движения инструмента и заготовки; б – нарезание резьбы резцом
Рис. 13.4. Резьбонарезные резцы
а – прямой; б – круглый; в – изогнутый
Нарезание резьбы резцами на токарных станках выполняют за несколько
рабочих ходов. После каждого рабочего хода резец отводят в исходное положе- ние, устанавливают требуемую глубину резания и повторяют рабочий ход. Число черновых рабочих ходов должно быть 3 - 6, а чистовых – 3.
Рис.13.5. Схемы установки резца при нарезании резьбы
108
Для повышения производительности труда вместо одного резца приме-
няют резьбовые гребенки, которые по конструкции подразделяют на стержне- вые, призматические и круглые.
Рис.13.6. Резьбовые гребенки
а– стержневая; б – призматическая; в – круглая
Нарезание резьбы гребенками является более производительным спосо-
бом обработки, так как зубья гребенки образуют ряд последовательно распо- ложенных резцов, работающих одновременно. При этом полный профиль резь- бы получают за один-два рабочих хода.
13.3. Нарезание резьбы плашками и метчиками Для нарезания наружной резьбы на винтах, болтах, шпильках и других
деталях применяют плашки. Участок детали, на котором необходимо нарезать резьбу плашкой, предварительно обрабатывают. Для образования захода резь- бы в начале нарезаемой поверхности снимают фаску, соответствующую высоте профиля резьбы.
Плашка имеет на внутренней стороне резьбу нарезаемого профиля. в
плашке в зависимости от ее размеров просверлено 3 – 8 отверстий, пересекаю- щих резьбу. На пересечении поверхностей образуются гребенки, режущая часть которых и нарезает резьбу. Калибрующие витки (5 – 6 витков) калибруют резь- бу по размеру и обеспечивают требуемую шероховатость поверхности. Плашку устанавливают в плашкодержатель (патрон), который закрепляют в пиноли задней бабки или в гнезде револьверной головки.
Рис.13.7. Резьбонарезная плашка
а– вид в плане; б – элементы резьбы плашки
109
Основной недостаток плашек – необходимость свинчивания их по окон-
чании нарезания, что вызывает значительные затраты времени и ухудшает ка- чество резьбы.
Нарезание резьбы самораскрывающимися резьбонарезными головками
значительно производительнее, чем нарезание плашками и не требует их об- ратного свинчивания благодаря автоматическому раскрыванию.
Резьбонарезные головки нормализованной конструкции изготавливаются
серийно с тангенциальным и радиальным расположением плашек, а также с круглыми плашками. В конце нарезания резьбы плашки или гребенки автома- тически расходятся и при обратном ходе не соприкасаются с резьбой.
Рис.13.8. Резьбонарезные винторезные головки
а – радиальная; б – тангенциальная; в– круглая
а б
1 – винт; 2 –гребенка; 3 – выточка; 4 – кулачок; 5 –пружина; 6 – корпус; 7 – обойма; 8 – штифт; 9 – кольцо; 10 – хвостовик; 11 – пружина; 12 – рукоятка; 13 – штифт
Рис.13.9. Винторезная головка для нарезания наружной резьбы
а –в рабочем положении; б – с открытыми гребенками
Наибольшее распространение получили головки с круглыми гребенками,
так как они допускают большее количество переточек и обладают большей стойкостью, чем радиальные и тангенциальные гребенки. Конструкция такой головки приведена на рисунке 13.9. Нарезание резьбы производится гребенка- ми 2, которые выточкой 3 установлены на кулачках 4 и закреплены винтом 1. Пружинами 5 кулачки 4 прижимаются к обойме 7. В рабочем положении резь- бонарезные гребенки сведены, так как кулачки своими выступами М упираются
110
Внутренние метрические резьбы нарезают метчиками. Обычно применя-
ют машинные метчики, что позволяет нарезать резьбу за один рабочий ход. Для нарезания резьбы в деталях из твердых и вязких материалов применяют ком- плекты, состоящие из двух или трех метчиков. В комплекте из двух метчиков первый (черновой) выполняет 75 % всей работы, а второй (чистовой) доводит резьбу до требуемого профиля. В комплекте из трех метчиков первый (черно- вой) выполняет 60 % всей работы, средний (получистовой) – 30 % и третий (чистовой) – 10 %. Метчики в комплекте различают по длине заборной части, наибольшая длина заборной части у чернового метчика.
Рис.13.10. Резьбонарезной метчик
Метчик представляет собой винт с резьбой требуемого профиля и про-
дольными стружечными канавками. На пересечениях канавок с витками резьбы образуются резьбовые гребенки. Резание выполняется режущей частью метчи- ка, высота режущих зубьев постепенно увеличивается. За режущей частью рас- положена калибрующая часть.
В отверстиях с прерывистой поверхностью (с пазом, канавкой) резьбу на-
резают метчиками с винтовыми канавками.
111
13.4. Фрезерование резьбы Фрезерование наружной и внутренней резьбы широко применяется в
производстве и осуществляется двумя способами: дисковыми фрезами и груп- повыми фрезами.
Фрезерование длинных резьб с большим шагом и крупным профилем
осуществляют дисковой фрезой. Профиль фрезы соответствует профилю резь- бы. Ось фрезы располагается под углом α к оси детали, равным углу наклона резьбы (рисунок 13.11а). Дисковые фрезы могут быть симметричными (рису- нок 13.11б) и несимметричными (рисунок 13.11в). При нарезании резьбы фреза вращается и имеет поступательное движение вдоль оси детали, причем пере- мещение за один оборот детали должно точно соответствовать шагу резьбы. Вращение детали происходит медленно в соответствии с подачей.
Рис.13.11. Фрезерование дисковой фрезой
а– смещение осей фрезы и детали; б – фреза симметричного профиля; в – фреза несиммет-
ричного профиля
Фрезерование коротких резьб с мелким шагом осуществляют на резьбо-
фрезерных станках групповыми (гребенчатыми) фрезами. Групповая фреза представляет собой как бы группу дисковых фрез, собранных на одну оправку. Длина фрезы обычно принимается на 2-5 мм больше длины фрезеруемой резь- бы. Групповая фреза для нарезания резьбы устанавливается параллельно оси детали.Предварительно производят врезание фрезы на глубину резьбы. Во вре- мя полного оборота детали групповая фреза перемещается на величину шага резьбы. Фрезерование происходит за 1,2 оборота детали; 0,2 оборота требуется для врезания и перекрытия места врезания.
Рис.13.12. Схемы фрезерования резьбы групповыми фрезами
а – наружной резьбы; б – внутренней резьбы
112
13.5. Шлифование резьбы Шлифование резьбы на резьбошлифовальных станках применяют для об-
работки резьбонарезного и резьбоизмерительного инструмента, накатных роли- ков, точных винтов и других деталей с точной резьбой. Шлифуют резьбу обычно после термообработки. Для шлифования применяют однониточные и многониточные круги (рисунок 13.13).
Рис.13.13. Абразивные круги для шлифования резьбы
а– однониточный; б– многониточный
Процесс шлифования резьбы однониточным и многониточным кругом
аналогичен фрезерованию соответственно дисковой или групповой фрезой.
Шлифование однониточным кругом 1 (рисунок 13.14) осуществляется
при продольном перемещении детали 2. Этот метод позволяет получить резьбу очень высокой точности.
Рис.13.14. Шлифование резьбы однониточным кругом
Многониточные круги применяют при шлифовании резьбы на деталях с
короткой нарезанной частью (обычно не более 40 мм). На рисунке 13.15 пока- заны схемы шлифования многониточным кругом. Ширина шлифовального кру- га должна быть больше длины шлифуемой резьбы на 2-4 шага. На круге дела- ется кольцевая резьба с требуемым шагом. Шлифование производится методом врезания при продольном перемещении детали. Если длина резьбы больше ши- рины многониточного круга, шлифование производится при продольном пере- мещении детали относительно круга (рисунок 13.15б). Все нитки резьбы детали последовательно шлифуются всеми нитками шлифовального круга. Шлифова- ние многониточным кругом более производительно, но точность резьбы, дости- гаемая этим методом, ниже, чем при работе однониточным кругом.
113
Рис.13.15. Шлифование резьбы многониточным кругом
а и б – схемы шлифования; I и II – соответственно начальное и конечное положения шлифо-
вального круга
13.6. Накатывание резьбы
Накатывание резьбы является производительным методом образования
резьбы без снятия стружки методом пластического деформирования.
Преимущества резьбонакатывания перед резьбонарезанием:
– улучшение физико-механических свойств поверхностного слоя металла; – экономия металла, так как диаметр заготовки под резьбу меньше диа-
метра получаемой резьбы;
– высокая точность и низкая шероховатость поверхности резьбы; – высокая производительность. Получение резьбы накатыванием осуществляется копированием профиля
накатного инструмента путем его вдавливания в металл заготовки. В качестве инструмента используют резьбонакатные ролики; резьбонакатные головки, ос- нащенные комплектом роликов; резьбонакатные плашки плоского типа.
На токарных, токарно-револьверных станках и резьбонакатных станках-
автоматах резьбы диаметром 5-25 мм накатывают одним роликом (рисунок 13.16). Резьбу накатывают при вращении заготовки 1 в патроне при поступа- тельном перемещении суппорта станка вместе с накатником 3, в котором нахо- дится накатной ролик 2.
1 –заготовка; 2 – накатной ролик; 3 – накатник
Рис.13.16. Накатывание резьбы роликом
114
Накатывание резьбы диаметром до 50 мм производят резьбонакатными
головками с тремя и более роликами. Ролики выполняют с кольцевой и винто- вой резьбой. Ролики с кольцевой резьбой устанавливают в головке под углом подъема винтовой линии накатываемой резьбы (рисунок 13.17). Головки могут быть самораскрывающимися.
Рис.13.17. Резьбонакатная головка
Для получения резьбы на внутренней поверхности применяют раскатники
(рисунок 13.18). Раскатник имеет заборную часть l с конической резьбой. Ка-
1
либрующая часть l выполнена с цилиндрической резьбой на длине 5-8 шагов
2
резьбы. По всей рабочей части раскатника выполняется огранка для уменьше- ния сил трения при обработке резьбы. В процессе работы раскатник вращается относительно детали и перемещается вдоль оси.
Рис.13.18. Раскатник для получения внутренней резьбы
Рис.13.19. Схема накатывания плоскими плашками
115
Резьбу можно накатывать и плоскими плашками. Одна плашка непод-
вижна, а другая совершает возвратно-поступательное движение. Рабочая по- верхность плашек имеет прямолинейную резьбу с профилем и углом подъема, соответствующими профилю и углу подъема накатываемой резьбы. Для нака- тывания резьбы плоскими плашками применяются специальные станки, имею- щие ползун, на котором крепится подвижная плашка.
Лекция 14. Методы обработки зубчатых поверхностей
Рассматриваемые вопросы:Основные виды зубчатых колес. Методы
получения зубчатых поверхностей. Метод копирования. Метод обкатки. Про- тягивание зубчатых поверхностей. Накатывание зубчатых поверхностей. Способы чистовой отделки зубчатых колес.
14.1. Основные виды зубчатых колес Зубчатые колеса делят на цилиндрические, конические и червячные. Наи-
более распространены цилиндрические зубчатые колеса. Они могут быть одно- венцовые и многовенцовые (блочные). Зубчатые колеса могут быть выполнены в виде дисков без ступицы (шестерни) и со ступицей. По форме зуба цилиндри- ческие зубчатые колеса делят на прямозубые, косозубые и шевронные.
Зубчатые поверхности получают двумя основными методами: методом
копирования и методом обкатки.
14.2. Метод копирования Метод копирования заключается в последовательном фрезеровании впа-
дин между зубьями фасонной дисковой или пальцевой модульной фрезой. Форма инструмента совпадает с профилем впадины зубчатого колеса. В про- цессе работы фреза переносит ("копирует") свой профиль на впадину зубьев. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один зуб при по- мощи делительного механизма и фреза формирует следующую впадину.
а б в
Рис.14.1. Методы получения зубчатых поверхностей
а, б –метод копирования; в –метод обкатки
116
Этот метод применяют в единичном и мелкосерийном производстве. Не-
достатками метода являются низкая производительность и низкая степень точ- ности обработки зуба.
Нарезание производят на горизонтально-, вертикально-фрезерных или
универсально-фрезерных станках. В качестве инструмента используют модуль- ные фрезы: дисковые – для нарезания колес малых и средних модулей; пальце- вые – для нарезания колес средних и крупных модулей и шевронных колес.
Рис.14.2. Нарезание зубьев дисковой модульной фрезой
Рис.14.3. Нарезание зубьев пальцевой модульной фрезой
а – прямозубого колеса; б – шевронного колеса
Для повышения производительности обработки обрабатывают одновре-
менно несколько зубчатых колес на одной оправке или размещают на шпин- дельной оправке несколько дисковых фрез. Не смотря на низкую производи- тельность, этот метод позволяет получить зубчатые поверхности при отсутст- вии специальных зубообрабатывающих станков. Черновое нарезание колес средних модулей можно производить не модульными, а угловыми фрезами.
а б
Рис.14.4. Нарезание колес дисковыми модульными фрезами
а –нескольких заготовок на одной оправке; б –тремя фрезами одновременно
117
Рис.14.5. Нарезание зубьев дисковыми угловыми фрезами
14.3. Метод обкатки В серийном и крупносерийном производствах зубья нарезают методом
обкатки. Метод обкатки заключается в том, что в процессе обработки воспро- изводится зацепление зубчатой пары, в которой одно зубчатое колесо является режущим инструментом, а другое – заготовкой.
Нарезание зубьев методом обкатки производится червячными фрезами на
зубофрезерных станках и долбяками на зубодолбежных. При обработке долб- лением получается более правильный профиль, чем при фрезеровании, но воз- никающие при долблении удары вредно отражаются на инструменте и станке. Метод долбления применяется главным образом для чистового нарезания зубь- ев. Метод фрезерования червячными двухзаходными и трехзаходными фреза- ми, как наиболее производительный, применяется для чернового нарезания. Фрезерование однозаходными фрезами применяется для чистового фрезерова- ния.
Зубонарезание червячными фрезами
1 – червячная фреза; 2 – заготовка
Рис.14.6. Схема нарезания зубьев червячной фрезой
Этот метод благодаря высокой производительности и достаточной точно-
сти получил наибольшее применение. Нарезание производится на зубофрезер- ных станках червячной фрезой. Червячная фреза представляет собой червяк,
118
Рис.14.7. Врезание червячной фрезы
а – осевое; б – радиальное
Нарезание зубьев долбяками Долбяк, являющийся режущим инструментом, имеет форму шестерни то-
го же модуля, что и нарезаемое зубчатое колесо. Долбяки изготовляются для наружного и внутреннего долбления ( для изготовления колес с внутренним за- цеплением). Долбяк представляет собой зубчатое колесо, на торце которого за- точкой образованы режущие кромки.
Рис.14.8. Долбяк
Долбяк при обкатке совершает возвратно-поступательное движение, в ре-
зультате чего на заготовке нарезаются зубья. Быстроходные зубодолбежные станки с числом ходов долбяка 600-700 в минуту обладают высокой произво- дительностью.
119
а б
Рис.14.9. Нарезание зубьев долбяками
а– черновое и чистовое долбление; б –одновременное долбление двух колес
14.4. Протягивание зубьев Обработка протягиванием впадин между двумя или несколькими зубьями
производится протяжкой с профилем, соответствующим профилю зубьев наре- заемого колеса. После каждого прохода протяжки заготовка поворачивается посредством делительного механизма стола. Таким способом нарезают зубья венцов больших размеров на вертикально-протяжных станках с круглым пово- ротным столом. При этом формируется достаточно точный профиль зубьев, но достичь высокой точности шага трудно из-за погрешностей в делительном ме- ханизме станка.
Для изготовления колес внутреннего зацепления применяют одновремен-
ное протягивание всех зубьев.
14.5. Накатывание зубчатых поверхностей Накатывание зубьев является более производительным, чем зубонареза-
ние. Зубья с модулем до 1 мм накатывают в холодном состоянии, а более 1 мм – горячим или комбинированным способом.
а б
Рис.14.10. Методы накатывания зубчатых колес
а –на токарном станке; б– на специальном станке
120
В холодном состоянии мелкомодульные колеса можно накатывать на то-
карных станках с продольной подачей. Схема такого накатывания показана на рисунке 14.10а. В переднем 1 и заднем 5 центрах устанавливается оправка, вращающаяся от шпинделя станка. На оправке устанавливаются заготовки 4 и делительное зубчатое колесо 2, находящееся в начале процесса в зацеплении с двумя или тремя накатниками, закрепленными на суппорте станка. По выходе из зацепления с делительным колесом 2 накатники приводятся во вращение зубьями накатанной части заготовки. Для образования симметричного профиля накатывание производят сначала в одном, а затем в обратном направлении с ускоренным вращением шпинделя. Накатники 3 и 6 представляют собой зубча- тое колесо с модулем, равным модулю накатываемого колеса. Каждый накат- ник имеет заборную часть для постепенного образования накатываемых зубьев.
При горячем накатывании заготовки нагревают токами высокой частоты
до 1000-1200°С за 20-30 с до накатывания зубьев. Накатывание производится двумя накатниками. Горячее накатывание производится как с продольной, так и с радиальной подачей. Схема накатывания с радиальной подачей показана на рисунке 14.10б. Накатники 2 вращаются на передвигающихся в поперечном на- правлении шпинделях 1. Накатываемая заготовка 3 закрепляется на оправке 4. Заготовка вращается под воздействием зубьев накатников. На обоих концах на- катников имеются реборды 5, способствующие лучшему заполнению формы зубьев.
14.6. Способы чистовой отделки зубчатых колес
Отделочные виды обработки зубчатых колес подразделяют на способы
обработки со снятием стружки – шевингование, шлифование, притирка и обра- ботку без снятия стружки – обкатывание.
Шевингование Шевингованием (от англ. глагола to shave – брить) называется процесс
чистовой отделки зубьев незакаленного зубчатого колеса, заключающийся в снятии (соскабливании) очень мелких волособразных стружек, благодаря чему исправляются профиль эвольвенты, ошибки шага, экцентриситет начальной ок- ружности. Шевингование производится круглым шевером, шевер-рейкой, ше- вер-червяком.
Рис.14.11. Шевер
121
Шевер представляет собой режущее зубчатое колесо с прорезанными на
боковых сторонах каждого зуба канавками, образующими режущие кромки. Шевер для обработки прямозубых колес имеет наклон зубьев до 15°, а для об- работки косозубых колес применяют прямозубые шевера.
Рис.14.12. Схема шевингования
Шевингование производят на специальном станке. Шевер 4, установлен-
ный под углом к оси обрабатываемого колеса 5, получает принудительное вра- щение, вызывая вращение обрабатываемого колеса, свободно установленного в центрах на оправке 6. Столу 8 сообщают продольную подачу, а в конце хода – продольную (вертикальную) подачу.
Шлифование Шлифование зубьев производят методом копирования и методом обкат-
ки. Станки, работающие по методу копирования, производят шлифование фа- сонным кругом, профиль которого соответствует впадине зубьев, аналогично дисковой модульной фрезе. Круг шлифует две стороны двух соседних зубьев.
При шлифовании по методу имеет место значительный износ круга. По
сравнению с методом обкатки, этот метод дает меньшую точность.
а б
Рис.14.13. Схемы шлифования зубчатых колес
а –метод обкатки; б –метод копирования
122
Метод обкатки менее производителен, но дает большую точность. Шли-
фование методом обкатки заключается в том, что в процессе шлифования вос- производится зубчатое зацепление пары рейка – зубчатое колесо, в котором ин- струментом является рейка. Шлифование производится двумя кругами 1, рас- положенными под углом друг к другу и образующими профиль зуба вообра- жаемой рейки 2, находящейся в зацеплении с заготовкой 3. Круги или заготовка совершают возвратно-поступательное движение перпендикулярно оси заготов- ки. Кроме того, шлифуемое колесо имеет возвратно-поступательное движение вдоль своей оси, что обеспечивает шлифование зуба по всей длине.
Обкатывание и притирка Обкатывание незакаленных зубчатых колес производят в масляной среде
без абразивного порошка в паре с одним или несколькими закаленными коле- сами-эталонами, изготовленными с высокой точностью. В результате давления зубьев колес-эталонов на поверхности обрабатываемых зубьев сглаживаются неровности на обрабатываемых поверхностях. Профиль и шаг зубьев при этом не исправляется. Обкатывание применяют для колес невысокой точности вме- сто термообработки.
Притирку зубьев зубчатых колес производят после их термообработки на
специальных станках с чугунными зубчатыми колесами-притирами. Притиры смазывают смесью мелкого абразивного порошка с маслом.
Лекция 15. Методы обработки шлицевых поверхностей и шпоночных
пазов
Рассматриваемые вопросы:Основные виды пазов. Основные способы
обработки пазов. Обработка шпоночных пазов. Обработка шлицевых поверх- ностей. Обработка фасонных пазов.
15.1. Основные виды пазов и способы их обработки Пазы могут быть шпоночные, шлицевые, прямоугольные, Т-образные,
типа "ласточкин хвост". Основными методами получения пазов является фрезе- рование и протягивание. Реже используют строгание и долбление.
15.2. Обработка шпоночных пазов Шпоночные пазы изготовляются для призматических и сегментных шпо-
нок. Шпоночные канавки для призматических шпонок могут быть закрытыми с двух сторон (глухие), закрытыми с одной стороны и сквозными.
Шпоночные канавки на валах выполняются фрезерованием дисковыми
или концевыми (пальцевыми) фрезами на горизонтально- или вертикально- фрезерных станках общего назначения или специальных шпоночно-фрезерных станках.
123
Открытые пазы под призматические шпонки и пазы под сегментные
шпонки обрабатывают дисковой фрезой, а закрытые пазы под призматические шпонки получают концевыми фрезами.
При фрезеровании концевой фрезой возможна обработка за один проход,
когда фреза при вертикальной подаче проходит на полную глубину канавки, а затем включается продольная подача для фрезерования канавки на полную длину. В этом случае возможны неточности размера по ширине канавки, так как фреза работает в основном периферической частью и идет ее интенсивный износ.
Рис.15.1. Методы фрезерования шпоночных канавок валов
а – дисковой фрезой с продольной подачей; б – концевой фрезой с продольной подачей; в –
концевой фрезой с маятниковой подачей; г – дисковой фрезой с вертикальной подачей
Наиболее рациональным является метод получения точных шпоночных
канавок концевой фрезой с маятниковой подачей. При этом способе фреза вре- зается на 0,1-0,3 мм и фрезерует канавку на всю длину, после чего опять вреза- ется на ту же глубину и фрезерует канавку на всю длину в обратном направле- нии. Отсюда и название метода – "маятниковая подача".
Шпоночные пазы в отверстиях втулок обрабатывают в единичном и мел-
косерийном производствах долблением, а в крупносерийном – протягиванием.
124
1 – заготовка; 2 – протяжка; 3 – прокладка; 4 – направляющий палец
Рис.15.2. Обработка шпоночной канавки в отверстии протягиванием
При протягивании заготовка 1 насаживается на направляющий палец 4,
внутри которого имеется паз для направления протяжки 2. Когда канавка про- тягивается за 2-3 прохода, под протяжку помещают прокладку 3.
15.3. Обработка шлицевых поверхностей Шлицевые соединения применяют для посадок с натягом или зазором де-
талей различного назначения (зубчатых колес, шкивов, втулок и др.) на валах. По сравнению со шпоночными шлицевые соединения имеют ряд преимуществ: лучшее центрирование и направление, более высокая прочность.
Применяют прямоугольную, эвольвентную и треугольную форму шли-
цев. Наибольшее применение находят прямоугольные шлицевые соединения. Центрирование шлицевого вала и втулки осуществляют тремя способами: по боковым поверхностям шлицев, по внутреннему диаметру и по наружному диаметру.
Рис.15.3. Виды шлицевых соединений
а – прямоугольные; б – эвольвентные; в – треугольные
125
Шлицевые поверхности на валах получают в основном фрезерованием.
Реже применяют строгание и накатывание.
Фрезерование пазов осуществляют дисковыми или специальными фреза-
ми, но более точным и производительным методом является фрезерование чер- вячной фрезой методом обкатки.
Рис.15.4. Способы фрезерования шлицев валов
а – шлицевой дисковой фрезой; б – двумя фрезами; в – двумя фасонными фрезами; г– шли-
цевой червячной фрезой
В зависимости от способа центрирования требуется обработка шлифова-
нием наружного или внутреннего диаметра и боковых поверхностей шлицев. Шлифование наружного диаметра осуществляется на обычных круглошлифо- вальных станках.
Рис.15.5. Шлифование шлицев валов
а – фасонным кругом; б – в две операции; в – тремя кругами
126
При центрировании по внутреннему диаметру наиболее производителен
метод шлифования фасонным кругом или одновременное шлифование не- сколькими кругами.
Рис.15.6. Протягивание шлицев двумя блочными протяжками
Обработка шлицевых отверстий осуществляется протягиванием. После
протягивания получается достаточная точность и шероховатость поверхности и шлифование не требуется. Только после термообработки при центрировании по внутреннему диаметру шлифуется внутренняя поверхность шлицев.
1 – корпус; 2 – накатной ролик; 3 – обрабатываемая деталь; 4 – сегмент
Рис.15.7. Накатывание шлицев накатной головкой
Накатывание шлицев без нагрева осуществляется роликами, имеющими
профиль впадины шлицев. Вращающиеся на осях ролики (диаметром 100 мм) по одному на каждый шлиц расположены радиально в сегментах 4 массивного корпуса 1 накатной головки. При передвижении головки по детали 3 свободно вращающиеся ролики 3, вдавливаясь в поверхность вала, образуют на ней шли- цы. Все шлицы накатываются одновременно.
127
Для протягивания сквозных шлицев на валах применяют специальные
протяжки с профилем впадины. Каждый шлиц протягивается поочередно с применением делительного устройства на горизонтально-протяжных станках.
При помощи специального приспособления, выводящего протяжку из за-
цепления со шлицем в конце рабочего хода (например, копира), можно протя- гивать и несквозные шлицы (рис.15.6).
15.4. Обработка фасонных пазов
Станочные Т-образные пазы фрезеруют за две операции: дисковой фре-
зой и грибковой фрезой. Угловые пазы (ласточкин хвост) после фрезерования дисковой фрезой обрабатывают угловой фрезой на вертикально-фрезерном станке с поворотной головкой.
Рис. 15.8. Схемы фрезерования пазов
а – паза под сегментную шпонку; б – проушины концевой фрезой; в – Т-образного паза гриб- ковой фрезой; г – паза типа ласточкина хвоста угловой фрезой
128
Литература
1. М.Е. Егоров, В.И. Дементьев, В.И. Дмитриев. Технология машинострое-
ния. – М.: Высшая школа, 1976. – 534 с.
2. Технология машиностроения. В 2 т. Т.1. Основы технологии машино-
строения. Под ред. А.М. Дальского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 564 с.
3. Технология машиностроения. В 2 т. Т.2. Основы технологии машино-
строения. Под ред. А.М. Дальского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 564 с.
4. И.М. Колесов. Основы технологии машиностроения. – М.: Высшая шко-
ла, 2001. – 591 с.
5. Данилевский В.В. Технология машиностроения. – М.: Высшая школа,
1967. – 587 с.
6. Технология машиностроения. В 2 кн. Кн.1. Основы технологии машино-
строения. Под ред. С.Л. Мурашкина. –М.: Высш. шк., 2005. – 278 с.
7. Технология машиностроения. В 2 кн. Кн.2. Производство деталей машин.
Под ред. С.Л. Мурашкина. –М.: Высш. шк., 2005. – 295 с.
8. Методические указания к выполнению индивидуальных заданий по курсу
" Технологические основы машиностроения" для студентов специально- сти 7.090220 / Сост. И.М. Генкина – Северодонецк, СТИ, 2000. – 40 с.
9. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу
"Технологические основы машиностроения" для студентов специально- сти 7.090220 / Сост. И.М. Генкина, В.В. Иванченко, Ю.Н. Штонда. – Се- веродонецк, СТИ, 2000. – 43 с.
129
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Текст лекций по дисциплине
"Технологические основы машиностроения"
для студентов специальности "Оборудование химических предприятий и
производств строительных материалов" (в 2-х частях). Часть 1.
Составитель: Ирина Михайловна Генкина Техн. редактор И.М.Генкина Оригинал-макет И.М.Генкина Підписано до друку________________ Формат 60х84
1 / . Папір типограф. Гарнітура Times.
16
Друк офсетний. Умов. друк. арк. 2,24. Облік. видавн. арк._____ Тираж ______екз. Вид. №______. Замовл. №______. Ціна договірна. Видавництво технологічного інституту (м. Сєвєродонецьк) СНУ імені Володимира Даля Адреса видавництва: м. Сєвєродонецьк, просп. Радянський, 59, а Телефон 8 (06452) 4-40-48, факс 8 (06452) 2-89-78
130
Технологические основы машиностроения
Рефераты по промышленности и производству » Технологические основы машиностроения
Другие работы по теме:
Этика Аристотеля 2
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования <<Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарёва>>
Причины инфляции 3
Выделяют внутренние и внешние причины инфляции. Внутренние причины. К внутренним причинам относятся: а) деформация экономики, проявляющаяся в значительном отставании отраслей, производящих предметы потребления, от отраслей, производящих средства производства (тяжелой промышленности, особенно военного машиностроения);
Влияние машиностроительного предприятия на окружающую среду
Из большого объёма промышленных выбросов, попадающих в окружающую среду, на машиностроение приходится лишь незначительная его часть — 1-2%. Однако на машиностроительных предприятиях имеются основные и обеспечивающие технологические процессы и производства с весьма высоким уровнем загрязнения окружающей среды.
Платина 3
Цветная металлургия Области применения цветных металлов быстро расширяются, особенно в новейших отраслях машиностроения: в начале XX в. получали всего лишь 15 видов цветных металлов, а в настоящее время — более 70.
Теплоэнергетика
Определение внутреннего КПД газотурбинной установки с регенерацией теплоты по заданным параметрам. Расчет теоретической мощности привода компрессора при изотермическом, адиабатном и политропном сжатии. Себестоимость теплоты, вырабатываемой в котельной.
Техпроцесс изготовления зубчатого колеса
Содержание. 1. Введение. Понятия: «технология машиностроения» и «технологический процесс». 2. Виды и среда применения зубчатых колес из пластмасс.
Общие правила технологического процесса
НТГПК Общие правила технологического процесса. 2000 Сущность типизации технологических процессов. Развитие технологии машиностроения на отдельных этапах характеризовалась до недавнего прошлого глубокой индивидуализацией, как конструктивных форм деталей машин, так и методов их изготовление, что заставляло решать в процессе производства ряд весьма сложных технологических задач.
Конструирование корпуса вулканизационного котла
Федеральное агентство по образованию Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ Кафедра “Технологические машины и оборудование” Семестровая работа
Динамический расчет токарно-винторезного станка 16Б04А
Министерство Образования Российской Федерации Тольяттинский Государственный Университет Кафедра “Технология машиностроения” Экзаменационная работа по дисциплине
Машиностроение, его отрасли
Машиностроение - комплексная отрасль, которая определяет темп научно-технических процессов во всем народном хозяйстве, а все, потому что машиностроение занимается обеспечением всех остальных отраслей автомобилями, оборудованием, всяческими приборами.
Гос. экзамен билеты. Машиностроение
Министерство образования и науки Республики Казахстан Машиностроительный факультет Кафедра «Технология машиностроения» Тема: Билеты государственного экзамена
Расчет настройки токарно затыловочного станка модели 96
Министерство образования и наук Украины Сумский государственный университет Кафедра «Технология машиностроения, станки и инструменты» Расчет настройки токарно – затыловочного станка модели 96
Современное транспортное машиностроение стран зарубежной Европы: тенденции развития и внутрирегиональные различия
Транспортное машиностроение занимает одно из ведущих мест в структуре машиностроительного комплекса стран зарубежной Европы. На его долю приходится 25% (1995 г.) от общего объема производства.
Проектирование технологий и изготовления изделий машиностроения
Классификация и кодирование изделий машиностроения и технологических процессов. Комплекс автоматизированного вариантного проектирования.
Керування точністю обробки
Керування точністю процесу обробки заготовок за вихідними даними. Керування пружними переміщеннями елементів технологічної системи для усунення систематичних та змінних систематичних похибок, які викликають похибки геометричної форми заготовок.
Нормирование точности допуски и посадки
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ»
Технология механической обработки вала
Министерство образования и науки Украины ПГАСА Кафедра Эксплуатации и ремонта машин РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА по дисциплине “Технологические основы машиностроения "
Технологический процесс изготовления детали Валик терморегулятора
Введение Машиностроение является ведущей и важнейшей отраслью промышленности. Область применения продукции машиностроения огромна. Станкостроение является фундаментом машиностроительной индустрии. Решающую роль в изготовлении продукции играют совершенствование технологии, технологического оборудования, а также автоматизация производства.
Технологический процесс изготовления детали "Валик терморегулятора"
Служебное назначение детали, технологический чертеж детали. Выбор и обоснование схем базирования и установки. Выбор оборудования, инструмента и оснастки. Расчет координат опорных точек траектории движения режущего инструмента. Назначение режимов резания.
Дальского А. М. 2-е изд, перераб. Идоп
Список литературы по курсу "Технология конструкционных материалов по кафедре "Сварочное производство и материпаловедение"
Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительного производства». Составители А. М. Носов, Т. М. Черникова. Кемерово, 1996. 32 с. (специальность 552900)
Теоретические основы электротехники методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительного производства». Составители А. М. Носов, Т. М. Черникова. Кемерово, 1996. 32 с. (специальность 552900)
Темы ов при изучении дисциплины «Материаловедение» по направлениям
Гарифуллин Ф. А. Лекции по материаловедению Учебное пособие. Казань. Идел Пресс, 2002г. 624с
Методические указания к выполнению домашних заданий по специальности «Технологические процессы и производства» для студентов дневной формы обучения
Выполнение домашнего задания позволит ознакомиться, как с действующими оборудованием, технологическими приемами и методами работы современных горно-металлургических предприятий, так и с предлагаемыми, в источниках научно-технической информации основными направлениями развитии отрасли
Темы ов по дисциплине "Технологические процессы микроэлектроники" Очистка поверхности подложек гис (виды загрязнений, способы очистки и контроля)
Сравнительная характеристика разновидностей процессов ионного нанесения пленок
Там битту
В соответствии с образовательным стандартом РФ номинальное количество страниц пояснительной записки и графической части дипломного проекта по специальности 120100 (Технология машиностроения) должно быть соответственно 100 стр., 10 листов формата А1 (594 Х 841) (Без приложений)
работа
Направление подготовки магистра: 15040068 (551800) – «Технологические машины и оборудование»
Курс 4 Семестр 8 Часов в неделю 3 работа не предусмотрена
Сд ф. 5 «Системы автоматизированного проектирования технологических процессов автоматизированного производства»
Характеристика карамели
2 вопрос Карамель— вид продукции с высоким содержанием сахара. При выработке карамели используются патока и фруктово-ягодные начинки. Карамель выпускается как без начинки (леденцовая), так и с начинками. Последнюю производят на высокопроизводительных линиях как отечественных (ВЗ-ШВС1 «Прогресс», производительность— 1000 кгчас).
Расчет размерной цепи
Министерство Общего и Профессионального Образования РФ Московская Государственная Академия Приборостроения и Информатики Кафедра: "Технологической Информатики и Технологии Машиностроения"
Совет Министров СССР на 3 августа 1982 года
План Введение 1 Заместители Председателя Совета Министров СССР 2 Министры СССР (общесоюзные министерства) 3 Министры СССР (союзно-республиканские министерства)
Пространственная структура среднего машиностроения России
Машиностроительный сектор без преувеличения называют основой промышленного производства любой страны. Важность его стабильного развития для экономики определяется, тем фактом, что на протяжении нескольких столетий сектор остается единственным поставщиком капитальных ресурсов на предприятия прочих отраслей.
АПК и машиностроение
Три звена АПК, сельскохозяйственные угодия, отрасли машиностроения, центры размещения.
Машиностроение
(география машиностроения, классификация отраслей) С точки зрения особенностей размещения производства и степени расчленения технологического процесса отрасли машиностроения классифицируются следующим образом:
Тамбов
Тамбов, центр Тамбовской области расположен в центральной части Окско-Донской (Тамбовской) равнины, на левом берегу р. Цна (бассейн Волги), при впадении в неe р. Студенец, в 480 км к юго-востоку от Москвы.
Йошкар-Ола
Город Йошкар-Ола входит в состав Республики Марий Эл, субъекта Российской Федерации и является городом республиканского значения.