Тех.маш.Ч

а)

б)

в)

Рис. 2.5. Три схемы обработки ступенчатого вала

На выбор той или иной схемы может влиять величина припусков на отдельных ступенях вала и соотношение размеров ступеней, таких как диаметр и длина. Схема, обеспечивающая минимальное основное время и наименьше число холостых ходов, будет являться наиболее выгодной.

На производстве существуют три основных способа обработки одной стороны ступенчатого вала:

1.Концентрированный метод работы с переустановкой резцов (смена позиций). Последовательно обрабатываются все ступени. Применяется в индивидуальном и мелкосерийном производстве на универсальных и ненастроенных станках;

2.Обработка ступеней в несколько установов. Сначала на настроенном станке вся партия обрабатывается на один диаметр, потом перенастраивается станок и производится обработка другого диаметра или шейки вала. В последний установ подрезаются торцы. Применяется в средне и крупносерийном производстве;

3.Многорезцовая токарная обработка в одну установку на станкахполуавтоматах, гидрокопировальных станках, станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах. Используется в серийном и массовом производстве.

31

4.2. Многорезцовая обработка валов

Принцип концентрации операций при токарной обработке осуществляется при обтачивании одновременно нескольких поверхностей вращения несколькими инструментами – резцами на многорезцовых станках. Такие станки-полуавтоматы широко применяются в серийном и массовом производстве. Обычно на многорезцовых станках имеются два суппорта – передний и зданий. Передний суппорт, имеющий продольное и поперечное движение, служит большей частью для продольного обтачивания заготовок – валов или других деталей (тел вращения). Задний суппорт, имеющий только поперечное движение, предназначен для подрезания торцов, прорезания канавок, фасонного обтачивания. Многоместные суппорты могут оснащаться большим количеством резцов, доходящим до 20 шт. Многорезцовые станки с большим расстоянием между центрами имеют два передних и два задних суппорта. Движение суппортов автоматизировано. Закончив обработку, суппорты возвращаются в исходное положение автоматически. Останавливается станок также автоматически, рабочий только устанавливает и снимает заготовки и пускает станок.

На рис. 2.6 (см. с. 31) изображены схемы обтачивания вала на однорезцовом (рис. 2.6, а) и многорезцовом (рис. 2.6, б) токарных станках. В первом случае длина пути суппорта с резцом равна l, во втором – резцы двигаются одновременно, каждый на своем участке, и длина пути суппорта и каждого резца равна l/3, так как на суппорте установлено 3 резца.

Основное время в первом случае tо 1 = l/sn; во втором случае tо2 = l/3sn, где l – длина обрабатываемой поверхности в мм, n – число оборотов шпинделя в мин, s – подача в мм/об.

Еще большая экономия времени получается при обработке на многорезцовых станках ступенчатых валов, так как одновременно с обтачиванием всех ступеней производится подрезание торцов или протачивание канавок с помощью заднего суппорта. Настройка резцов производится так, чтобы обработка всех участков вала заканчивалась одновременно. На рисунке (рис. 2.6, в) резцами 1 и 2 обрабатывается ступень вала А, резцом 3 – ступень Б, резцами 4 и 5 протачиваются канавки. В этом случае все резцы заканчивают обработку одновременно.

В этом случае основное время уменьшается по сравнению с работой на универсальном токарном станке благодаря сокращению длины пути резцов и их одновременной работе, вспомогательное время сокращается вследствие того, что исключается необходимость смены резцов, поворотов резцедержателя и добавочных перемещений суппорта. Основное время подсчитывается по резцу, который обтачивает наиболее длинную поверхность.

Многорезцовое обтачивание вала может выполняться различными способами. Первый способ – обтачивание только с продольной подачей (рис. 2.7, а, см. с.

32). В этом случае каждый резец устанавливается на определенный диаметр. По мере продольного движения суппорта резцы последовательно вступают в работу. Длины отдельных ступеней вала, которые получаются при обтачивании вала, определяются взаимным расположением резцов.

32

а)

б)

в)

Рис. 2.6. Схемы обработки многоступенчатого вала: а) на станке с одним резцом;

б) на многорезцовом станке с продольным суппортом; в) на многорезцовом станке с продольным и поперечным суппортами

Недостатки этого способа:

–конструкция задней бабки станка должна пропускать суппорт с резцами;

–резцы вступают в работу поочередно, радиальное усилие изменяется ступенчато и из-за упругих отжатий резцов на детали образуются ступени;

–длина рабочего хода суппорта равна длине всей детали.

Второй способ – обтачивание с врезанием и последующей продольной подачей (рис. 2.7, б, см. с. 32). При этом способе резцы 1, 2 и 3, расположенные, как в предыдущем примере, начинают обработку заготовки одновременно в различных точках, а не с конца вала последовательно один за другим, как при первом способе.

33

а)

б)

в)

Рис. 2.7. Три способа обработки вала на многорезцовом станке

Вначале суппорт перемещается в поперечном направлении (от специального копира или линейки), резцы врезаются на требуемую глубину, а затем суппорт движется в продольном направлении. Каждая ступень вала (l1, l2, l3) обтачивается одним резцом, вследствие чего суппорт передвигается на длину наиболее длинной ступени l1. Этот способ применим при условии, что весь припуск может быть снят каждым резцом за один рабочий ход.

Третий способ – обтачивание только с поперечной подачей (рис. 2.7, в). При этом методе каждым резцом обтачивается данная ступень вала путём поперечной подачи, причем ширина каждого резца соответствует ширине обрабатываемой ступени. Этот метод имеет ограниченное применение, он используется при обработке коротких цилиндрических, конических и фасонных шеек валов.

Для обработки ступенчатых валов широко используются одношпиндельные копировальные полуавтоматы. Схема обработки ступенчатого вала (рис. 2.8, см. с. 33) на копировальном полуавтомате следующая: резцом с продольного суппорта

34

обтачивается вал по копиру 2, а с поперечного суппорта формируется канавка. С поперечного суппорта выполняется и подрезка торцов. Обработка валов на этих станках имеет ряд преимуществ перед многорезцовым обтачиванием:

–время для технологической наладки средней сложности в 2…3 раза меньше времени соответствующей наладке станка с многорезцовой головкой;

–при чистовом точении обеспечивается точность, соответствующая 9-му квалитету, вместо 11-го при многорезцовом обтачивании;

–наблюдается малое влияние упругих сжатий системы, так как при продольном точении участвует в работе только один резец;

–повышается качество обработанной поверхности (отсутствуют уступы, характерные при обработке на станках с многорезцовой головкой);

–обработка ведётся на более высоких скоростях резания, так как при многорезцовом точении скорость резания занижается для повышения стойкости резцов.

s

v

s

Рис. 2.8. Схема обработки заготовки ступенчатого вала на копировальном полуавтомате:

1 – барабан; 2 – копир; 3 – щуп

На токарных копировальных полуавтоматах выполняется черновая и чистовая обработка валов. Эти станки применяются в серийном производстве, где они повышают производительность по сравнению с использованием обычных токарных станков с ручным управлением в 2 раза и более. При обточке валов с числом ступеней более четырех полуавтоматы работают эффективно при размере партии в

10…15 шт.

Вмассовом производстве и крупносерийной широко используются многошпиндельные многорезцовые полуавтоматы. При изготовлении мелких валов – длиной до 150…200 мм – применяются токарные автоматы.

Всерийном производстве весьма эффективно применение токарных станков с гидросуппортами, а также станков с программным управлением.

Токарная обработка валов в серийном производстве выполняется на станках с ЧПУ моделей 16К20Ф3, 16К20Т1.02, 1716ПФ30 и других, работающих по полу-

35

автоматическому циклу. Оснащенные шести и восьмипозиционными инструментальными головками с горизонтальной осью поворота или с магазином эти станки применяются для обработки заготовок со сложным ступенчатым и криволинейным профилем, включая нарезание резьбы.

Наличие в головке нескольких инструментов позволяет вести многопереходную обработку поверхностей, обеспечивая устойчиво квалитет точности IT10 и выше. Схема обтачивания вала на станке с ЧПУ приведена на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Схема обтачивания вала на станке с ЧПУ: а) чистовой рабочий ход; б) нарезание резьбы

4.3. Особенности обработки гладких и нежестких валов

В качестве заготовок под гладкие и нежесткие валы (соотношение длины и диаметра L/d>12) используется холоднотянутый калиброванный прокат 9–11 квалитетов точности. Высоколегированные стали не удаётся получить холодной прокаткой и в качестве заготовки используется менее точный горячекатаный прокат.

Обработка заготовок нежестких валов ведётся с использованием в схеме установки дополнительных неподвижных опор и подвижных люнетов. Подготовка к использованию неподвижного люнета осуществляется следующим образом: на середине заготовки протачивается шейка под люнет с минимальным биением, к которой подводятся кулачки люнета, установленного неподвижно на станине станка, после этого производится полная обработка заготовки с обоих концов.

36

Для особо длинных валов используется подвижный люнет, который располагается на суппорте токарного станка, выполняющем подачу, при этом опорные ролики люнета контактируют с обрабатываемой поверхностью. Подвижный люнет может передвигаться по детали двумя способами:

–по необработанной поверхности, перед резцом (при этом сохраняется соосность обрабатываемой и необрабатываемой поверхностей);

–по обработанной поверхности, после резца (получается более высокая точность диаметра, но остается след люнета на обработанной поверхности).

Также маршрут обработки нежестких валов может быть дополнен операциями промежуточной правки (если она допускается техническими требованиями).

Так как настойка люнета занимает много времени, то в серийном производстве стремятся вести обработку без люнетов с использованием адаптивных систем управления станком, изменяя режимы резания в ходе обработки. При использовании станков с ЧПУ повышение точности формы шеек нежесткой заготовки достигается путем предварительного искажения управляющей программы. Резец подается не по прямой, а по вогнутой линии, которая должна представлять собой зеркальное отражение выпуклой образующий обточенного вала. Выпуклая образующая возникает из-за упругой деформации вала.

5. ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ВАЛОВ

Черновая и получистовая обработка валов точением позволяет получать точность в пределах 10–12 квалитетов и шероховатость Rz = 10…80 мкм, что недостаточно для опорных шеек валов, посадочных диаметров под муфты, шестерни, уплотнительных буртов. Кроме этого, часто техническими требованиями задается определенная твердость поверхности обрабатываемой детали HRCэ, что в свою очередь определяет выбор методов чистовой обработки валов.

5.1. Тонкое точение валов

Чистовое точение валов применяется при обработке незакаленных сталей с твёрдостью поверхности менее HRCэ 40, а также цветных металлов и сплавов.

Чистовое точение позволяет получить точность 8–10 квалитета, параметр шероховатости Ra = 0,8…2,5 мкм. Как правило, чистовое точение проводится алмазными резцами или резцами, оснащенными твердым сплавом или керамикой при высоких скоростях резания (v=800…1000 м/мин) и малых подачах

(S0=0,03…0,08 мм).

Тонкое (алмазное) точение позволяет обеспечить точность 6–7 квалитета и параметр шероховатости Ra=0,1…0,6 мкм. Тонкое (алмазное) точение, как правило, применяется для отделочной обработки деталей из цветных металлов и сплавов (бронзы, латуни, алюминиевых сплавов и т.п.) и для деталей из высокопрочных чугунов и закаленных сталей.

37

5.2. Круглое шлифование валов

При наличии в технологическом процессе операций химико-термической обработки валов в качестве чистовых методов обработки используются операции шлифования. Шлифование является наиболее универсальным методом окончательной обработки валов и может осуществляться при установке заготовки в центрах с базированием в центровые отверстия или бесцентровой установке с базированием по обрабатываемой поверхности. На операциях шлифования в зависимости от кинематической схемы, характеристики шлифовального круга и режимных параметров обработки достигается точность размеров, соответствующая 6–7 квалитетам и шероховатость Ra = 0,32…2,5 мкм.

В технологических процессах изготовления деталей применяются следующие кинематические схемы обработки валов на операциях шлифования:

1. Круглое наружное врезное шлифование (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Схема круглого врезного шлифования в центрах

Данным способом обрабатываются короткие жёсткие валы с длиной обработки меньше ширины круга, закреплённые в центрах или патроне с поперечной подачей шлифовального круга. Наиболее производительным является врезное шлифование в автоматическом цикле, применяемое в серийном и массовом производстве с использованием станков с ЧПУ.

2. Круглое наружное шлифование с продольной подачей (рис. 2.11).

Данным способом обрабатываются длинные валы, закрепленные в центрах, с продольной подачей стола и поперечной дискретной подачей шлифовального круга, осуществляемой в конечных положениях хода стола.

Если длина обрабатываемой поверхности составляет 2–3 ширины шлифовального круга, то применяется многопроходное шлифование уступами (рис. 2.12).

38

Рис. 2.11. Схема круглого шлифования с продольной подачей

Рис. 2.12. Схема шлифования уступами (многопроходное шлифование)

Поперечная подача осуществляется на глубину равную 0,9 толщины снимаемого припуска с перекрытием смежных шлифуемых участков на 3…10 мм. Затем

спродольной подачей заготовка шлифуется в окончательный размер.

3.Торцевое шлифование с врезной подачей (рис. 2.13).

Данным способом обрабатываются на валах одновременно две сопряжённые поверхности относительно небольшой длины (цилиндр и торец, конус и торец).

39

Рис. 2.13. Схема торцевого шлифования

Ось шпинделя шлифовального круга располагается под углом к оси шлифуемой заготовки, и врезная поперечная подача круга осуществляется перпендикулярно его оси вращения.

4. Многокамниевое шлифование нескольких поверхностей (рис. 2.14). Данным способом обрабатываются одновременно несколько поверхностей за-

готовки, разнесённые одна от другой на определённые расстояния.

Рис. 2.14. Схема шлифования заготовки несколькими шлифовальными кругами

Каждая шлифовальная бабка станка работает независимо от другой, осуществляя поперечную подачу перпендикулярно оси вращения шлифовальных кругов.

40