Аксенов А. А. Технология конструкционных материалов

140

румента – резца (движение подачи). Движение подачи осуществляется параллельно оси вращения заготовки (продольная подача), перпендикулярно к оси вращения заготовки (поперечная подача), под углом к оси вращения заготовки (наклонная подача).

На токарных станках можно производить: обтачивание – обработка наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей; растачивание

– обработка внутренних цилиндрических поверхностей; подрезание – обработка плоских торцовых поверхностей; резка – разделение заготовки на части или отрезка готовой детали от заготовки; нарезание резьбы; сверление, зенкерование и развертывание.

Типы станков токарной группы. По технологическому назначению станки токарной группы делят на: токарно-винторезные, токарноревольверные, карусельные, многорезцовые одно- и многошпиндельные автоматы и др. По способу управления станки делят на станки с ручным управлением (универсальные), полуавтоматы и автоматы, с системами ЧПУ.

Токарно-винторезные станки (рис. 7.3, а) применяют в условиях единичного (мелкосерийного) производства для обработки заготовок небольших партий. Обработка сложных деталей требует применения большого числа режущих инструментов. Для сокращения потерь времени на смену инструмента применяется специальное устройство – револьверная головка (револьверный суппорт) токарно-револьверного станка (рис. 7.3, б). На этих станках обеспечивается автоматическое получение размеров диаметров и длин обрабатываемых поверхностей, а также можно вести параллельную (одновременную) обработку нескольких поверхностей заготовки разными инструментами. Это повышает производительность токарно-револьверных станков, которые используются при изготовлении партий одинаковых заготовок в серийном производстве.

Токарно-карусельные станки (рис. 7.3, в) предназначены для обработки тяжелых заготовок, у которых отношение длины (высоты) к диаметру заготовки составляет 0,3…0,5 (заготовки рабочих колес водяных и газовых турбин,

141

зубчатых колес, маховиков). Особенностью этих станков является наличие круглого стола-карусели с вертикальной осью вращения. Она бывает диаметром 0,5…21 м и служит для облегчения установки, выверки и закрепления тяжелых заготовок на станке. Данные станки используются в среднем и тяжелом машиностроении.

Рис. 7.3. Общие виды станков токарной группы

Многорезцовые токарные полуавтоматы (рис. 7.3, г) предназначены для обработки наружных поверхностей заготовок типа коленчатых валов, блоков зубчатых колес, шпинделей. Здесь одновременно обрабатываются несколько поверхностей заготовки.

142

На одношпиндельных токарно-револьверных станках (рис. 7.3, д) обрабатывают заготовки небольших размеров (диаметром 8…31 мм), но сложных форм. Автоматы работают по замкнутому технологическому циклу параллельной обработки поверхностей. Движения (резания, установочные, вспомогательные) рабочих органов автомата осуществляют от кулачкового распределительного вала. Автоматизация движений обеспечивает высокую производительность, поэтому автоматы используются для изготовления больших партий деталей.

Многошпиндельные автоматы параллельной обработки заготовок (рис. 7.3, е) используют в массовом производстве. На этих автоматах одновременно обрабатываются столько заготовок, сколько шпинделей имеет станок, и изготовляются детали одного типоразмера средней сложности формы. На многошпиндельных автоматах последовательной обработки (рис. 7.3, ж) также одновременно обрабатываются несколько заготовок, причем в каждой из позиций заготовки находятся на разных стадиях обработки. Автоматы имеют высокую производительность и используются в массовом производстве для изготовления сложных по конструкции деталей.

В настоящее время большинство токарных станков оснащается системами ЧПУ. Токарные станки с ЧПУ классифицируются по нескольким признакам: по технологическому назначению и типам обрабатываемых заготовок – на центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные, прутковые; по расположению направляющих станины – на горизонтальные, вертикальные и наклонные; по способам закрепления используемых инструментов – на суппорте, в револьверной головке, в инструментальном магазине; по положению оси вращения шпинделя – на горизонтальные и вертикальные.

Устройство токарно-винторезного станка. На основе токарно-

винторезных станков созданы конструкции всех остальных станков токарной группы, поэтому достаточно рассмотреть устройство и основные узлы токарновинторезного станка.

143

На рис. 7.4 приведен общий вид токарно-винторезного станка. Основными узлами станка являются следующие:

– станина 2 служит для монтажа узлов станка, устанавливается на передней 1 и задней 13 тумбах, которые крепятся к фундаменту. В передней тумбе смонтирован электродвигатель главного привода, а в задней – бак с насосной станцией для смазочно-охлаждающей жидкости. Основной частью станины являются направляющие, по которым перемещаются каретка суппорта и задняя бабка;

Рис. 7.4. Общий вид токарно-винторезного станка

– передняя бабка 6 (коробка скоростей) жестко закреплена на левом конце станины. В ней размещена коробка скоростей, главным элементом которой является шпиндель. Она служит для изменения частоты и направления вращения шпинделя, на котором устанавливаются приспособления (патроны и центры) для передачи крутящего момента обрабатываемой заготовке. На передней панели 5 размещены органы управления коробки скоростей. В данном случае на шпинделе установлен трехкулачковый патрон 7, предназначенный для крепления, в основном, круглых заготовок;

144

–коробка подач 3 крепится к лицевой стороне станины ниже коробки скоростей. Она служит для передачи вращения ходовому винту или ходовому валу для изменения частот вращения с целью получения необходимых подач;

–коробка сменных зубчатых колес (гитара) 4 устанавливается с левой торцевой стороны станины и служит для передачи движения от шпинделя к коробке подач и для наладки станка на нарезание различных типов резьб, т.е. для получения заданных шагов резьб;

–фартук 11 крепят к каретке суппорта. Он предназначен для преобразования вращательного движения в поступательное прямолинейное (продольное или поперечное) движение суппорта. В фартуке расположены устройства для выполнения поперечной или продольной подачи суппорта, движения для нарезания резьбы, а также ускоренного перемещения суппорта;

–суппорт 8 служит для сообщения резцу движения подач. Нижняя часть суппорта перемещается по направляющим станины и обеспечивает продольную подачу резца (продольный суппорт). Сверху расположена поперечная каретка, которая обеспечивает поперечную подачу резца (поперечный суппорт). На поперечной каретке расположен верхний поворотный суппорт 10, который может поворачиваться под любым углом к оси заготовки. На верхнем суппорте смонтирован 4-позиционный резцедержатель 9, служащий для установки и быстрой смены инструмента;

–задняя бабка 12 устанавливается с правой стороны станины и перемещается по ее направляющим. Она служит для поддержания заготовки при работе в центрах и закрепления в выдвижной пиноли сверл, зенкеров, разверток для обработки отверстий. Корпус задней бабки может смещаться в поперечном направлении относительно станины для обработки конических поверхностей в центрах.

Режущий инструмент и технологическая оснастка токарных станков. Многообразие видов поверхностей заготовок, обрабатываемых на станках токарной группы, привело к созданию большого числа токарных рез-

145

цов (рис. 7.5). Главным принципом классификации резцов является их технологическое назначение.

Различают резцы: проходные прямые (рис. 7.5, а), отогнутые (рис. 7.5, б), упорные (рис. 7.5, в) и широкие (рис. 7.5, г) – для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей; подрезные (рис. 7.5, д) – для подрезания торцов заготовки; отрезные (рис. 7.5, е) – для отрезания обработанной заготовки и для протачивания кольцевых канавок; расточные проходные (рис. 7.5, ж) и упорные (рис. 7.5, з) – для растачивания сквозных и глухих отверстий; фасонные стержневые (рис. 7.5, и), круглые (рис. 7.5, к) и призматические (рис. 7.5, л) – для обработки фасонных коротких поверхностей с длиной образующей линии до 30…40 мм; резьбовые – для нарезания наружных (рис. 7.5, м) и внутренних (рис. 7.5, н) резьб.

Рис. 7.5. Токарные резцы

146

По характеру обработки резцы делят на черновые, получистовые и чистовые, по направлению движения подачи – на правые и левые. Правые работают с подачей справа налево, левые – слева направо. По конструкции резцы делят на цельные, с приваренной или припаянной пластиной режущего материала, со сменными пластинами. Широко применяют резцы с многогранными неперетачиваемыми пластинами (рис. 7.5, о). Когда одна из режущих кромок пластины выходит из строя вследствие затупления, открепляют механический прижим и устанавливают в рабочее положение следующую режущую кромку. На рис. 7.5, п показаны типы сменных многогранных режущих пластин.

Установка и закрепление заготовки, обрабатываемой на токарном станке, зависят от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, характеристики заготовки (отношение длины заготовки к диаметру), точности обработки и других факторов.

На токарно-винторезных станках для закрепления заготовок широко используют трехкулачковые самоцентрирующие патроны (рис. 7.6, а). На корпусе 1 патрона расположены три радиальных паза, по которым перемещаются кулачки 2. Патроны применяют для закрепления заготовок при отношении их длины к диаметру ld <4. В автоматизированных станках и станках с ЧПУ ис-

пользуют патроны с механическим, пневматическим, гидравлическим и электрическим приводами кулачков.

147

Рис. 7.6. Приспособления для закрепления заготовок на токарных станках

Для закрепления заготовок с отношением ld =4…10 используют цен-

тры, для установки которых необходимо сделать центровые отверстия с одного или двух торцов заготовки (их делают специальным центровочным сверлом). Центры можно разделить на упорные (рис. 7.6, б), срезанные (рис. 7.6, в), шариковые (рис. 7.6, г). Упорные центры делают с твердосплавными наконечниками, что повышает их долговечность. Срезанные центры применяют при подрезании торцов заготовки, когда подрезной резец должен дойти почти до оси вращения заготовки. Шариковые центры используют при обтачивании конических поверхностей заготовки, обратные центры (рис. 7.6, д) – при обработке заготовок небольших диаметров. Вращающиеся центры (рис. 7.6, е) применяют при резании с большими сечениями срезаемого слоя металла, когда возникают большие составляющие силы резания, или при обработке на больших скоростях резания.

148

При установке заготовки в центрах для передачи на нее крутящего момента от шпинделя станка используют поводковый патрон (рис. 7.6, ж) и хомутик (рис. 7.6, з). Поводковый патрон представляет собой корпус, навинчиваемый на шпиндель станка. На торце патрона запрессован цилиндрический палец, передающий момент на хомутик, который закрепляют на заготовке болтом.

При отношении ld >10 для уменьшения деформации заготовки от сил резания применяют люнеты. Подвижный открытый люнет (рис. 7.6, и) устанавливают на продольном суппорте станка, неподвижный закрытый люнет (рис. 7.6, к) закрепляют на станине. Силы резания воспринимают опоры люнетов, что повышает точность обработки.

Для установки заготовок типа втулок, колец и стаканов применяют конические оправки (рис. 7.6, л), когда заготовка удерживается на оправке силой трения на сопряженных поверхностях; цанговые оправки (рис. 7.6, м) с разжимными элементами – цангами; упругие оправки с гидропластмассой, гофрированными втулками (рис. 7.6, н).

Обработка заготовок на токарных станках. Схемы основных видов об-

работки поверхностей, показанных на рис. 7.7, являются типовыми, так как их можно реализовать на универсальных токарных станках, полуавтоматах, автоматах и станках с ЧПУ. Обработка поверхностей осуществляется либо с продольным, либо с поперечным движением подачи (рис. 7.7, а). Формообразование поверхностей при обработке с продольным движением подачи осуществляется по методу следов, при обработке с поперечным движением подачи – в основном по методу копирования. Перемещения инструментов в направлении стрелок движения подачи зависят от типа станка, и управление ими осуществляется вручную на универсальных станках, от кулачков и копиров на полуавтоматах и автоматах или по управляющим командам программы системы ЧПУ.

149

Рис. 7.7. Типовые схемы обработки поверхностей заготовок на станках токарной группы

Наружные цилиндрические поверхности обтачивают прямыми (рис. 7.7, б) или отогнутыми проходными резцами. Гладкие валы обтачивают при установке заготовки в центрах. Ступенчатые валы обтачивают по схемам деления припуска на части или по схемам деления длины заготовки на части.

Для обработки нежестких валов рекомендуют использовать проходные резцы, у которых главный угол в плане ϕ=900. При обработке заготовок валов

такими резцами радиальная составляющая силы резания Py равна нулю, что

снижает деформирование заготовок в процессе обработки и повышает их точность. Наружные (рис. 7.7, в) и внутренние резьбы нарезают резьбовыми резцами, форма режущих кромок которых определяет профиль нарезаемых резьб.

Точение длинных пологих конусов (2α =8…100) производят при смещении в поперечном направлении корпуса задней бабки относительно ее основания (рис. 7.7, г) или с использованием специального приспособления – конус-