среднее ПрОФессИОнАЛЬнОе ОБрАЗОВАнИе

В. Ю. НоВИКоВ, А. И. ИльЯНКоВ

ТЕХНологИЯ

мАшИНоСТроЕНИЯ

УЧЕБНИК

В ДВУХ ЧАСТЯХ

Часть 2

рекомендовано

Федеральным государственным учреждением

«Федеральный институт развития образования»

в качестве учебника для использования

в учебном процессе образовательных учреждений,

реализующих программы среднего профессионального

образования по специальности 151901 «Технология машиностроения»

регистрационный номер рецензии 439 от 28 ноября 2010 г. ФГУ «ФИрО»

2-е издание, переработанное УДК 621(075.32) ББК 34.4я723 Н731 Рецензент — преподаватель ГБОУ г. Москвы «Политехнический колледж № 8 имени дважды Героя Советского Союза И. Ф. Павлова», канд. техн. наук Н. М. Твердынин Новиков В. Ю.

Н731 Технология машиностроения : в 2 ч. — Ч. 2 : учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / В. Ю. Новиков, А.И. Ильянков. — 2-е изд., перераб. — М. : Издательский центр «Академия», 2012. — 432 с.

ISBN 978-5-7695-8245- Рассматривается многообразие методов обработки заготовок при изготовлении деталей машин, изложены принципы и методики построения технологических процессов изготовления деталей, основы современной технологии сборки машин и сборочных единиц, приведены обоснование экономической выгоды автоматизации технологических процессов, реализуемых в условиях мелкосерийного и массового производства, и рекомендации по наладке различных типов станков с ЧПУ, в том числе в условиях автоматизированного производства.

Учебник может быть использован при изучении общепрофессиональной дисциплины «Технология машиностроения» в соответствии с ФГОС СПО для специальности 151901 «Технология машиностроения».

Для студентов учреждений среднего профессионального образования.

Может быть полезен студентам высших учебных заведений и специалистам промышленных предприятий.

УДК 621(075.32) ББК 34.4я Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается © Новиков В. Ю., Ильянков А. И., © Образовательно-издательский центр «Академия», ISBN 978-5-7695-8245-5 (ч. 2) ISBN 978-5-7695-8244-8 © Оформление. Издательский центр «Академия», Уважаемый читатель!

Данный учебник предназначен для изучения предмета «Технология машиностроения» и является частью учебно-методического комплекта по специальности «Технология машиностроения».

Учебно-методический комплект по специальности — это основная и дополнительная литература, позволяющая освоить специальность, получить профильные базовые знания. Комплект состоит из модулей, сформированных в соответствии с учебным планом, каждый из которых включает в себя учебник и дополняющие его учебные издания — лабораторный практикум, курсовое проектирование, плакаты, справочники и многое другое. Модуль полностью обеспечивает изучение каждой дисциплины, входящей в учебную программу. Все учебно-методические комплекты разработаны на основе единого подхода к структуре изложения учебного материала.

Важно отметить, что разработанные модули дисциплин, входящие в учебно-методический комплект, имеют самостоятельную ценность и могут быть использованы при выстраивании учебнометодического обеспечения образовательных программ обучения по смежным специальностям.

Учебно-методический комплект разработан в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования.

Предисловие Во второй части учебника «Технология машинострое­ ния» на конкретных примерах сборки узлов и изготовле­ ния деталей показано использование метода разработки технологического процесса изготовления машины, изло­ женного в первой части, для решения практических за­ дач.

Метод представляет собой общий подход к разработке технологии изготовления любых машин и деталей и позво­ ляет при подготовке специалистов отойти от разделения технологии по отраслям, поскольку содержание техноло­ гии изготовления изделий определяется не их отраслевой принадлежностью, а зависит от служебного назначения изделий, требований к их точности и количественного вы­ Разработку технологического процесса изготовления любой машины следует начинать с анализа норм точности и технических требований.

Далее в определенной последовательности и с учетом количественного выпуска нужно разработать технологиче­ ский процесс сборки машины и ее узлов. Технология из­ готовления каждой детали машины предусматривает стро­ го определенную последовательность с учетом общих по­ ложений и правил, что обеспечивает согласованность ре­ шений, принимаемых на различных этапах разработки технологического процесса.

Главы, посвященные разработке технологических про­ цессов изготовления корпусных деталей, валов, деталей зубчатых передач, изложены по единому плану в соответ­ ствии с методом разработки технологического процесса изготовления детали и применительно к особенностям кон­ струкции и количественному выпуску.

В учебнике описаны пути и средства автоматизации производственных процессов как в массовом, так и в мел­ косерийном производстве с применением гибких произ­ водственных систем (ГПС), отражена прогрессивная тех­ нология отечественных и зарубежных машиностроитель­ ных предприятий.

К началу изучения курса «Технология машинострое­ ния» студенты должны знать устройство и эксплуатацион­ ные характеристики основных типов металлорежущих станков, в том числе — станков с числовым программным управлением (ЧПУ), а также технологические возможно­ сти различных методов обработки материалов, типы и экс­ плуатационные возможности режущих инструментов.

1.1. обработка наружных Поверхностей Метод обработки — это условное название процесса обра­ ботки поверхности, используемого в технологическом процессе изготовления детали. Это название указывает на специфичность цели, с которой производится обработка. Общее представление о методе обработки дают применяемые для обработки станок и ре­ жущий инструмент. Каждый метод обработки имеет определен­ ные возможности и ограничения. Выбирая тот или иной метод об­ работки конкретной поверхности заготовки, прежде всего, обра­ щают внимание на требования, предъявляемые к готовой детали и условиям производства:

точность обработки поверхности;

шероховатость поверхности;

время обработки поверхности (производительность);

допускаемая величина припуска на обработку и др.

Общие сведения. Поверхности тел вращения представляют со­ бой наиболее распространенный вид обрабатываемых поверхно­ стей заготовок, торцы которых подрезают или фрезеруют, а если по технологическому процессу намечена дальнейшая обработка заготовок в центрах, центрируют.

Обработка на токарных станках. При токарной обработке за­ готовку можно установить:

самоцентрирующих патронах и цангах;

самоцентрирующих патронах с использованием зад­ оправках, устанавливаемых в центрах;

специальных зажимных приспособлениях и др.

При установке заготовки 4 в центрах 1 и 5 (рис. 1.1, а) исполь­ зуют центровые отверстия, обработанные на предыдущих опера­ циях. Для передачи крутящего момента от шпинделя станка к за­ готовке применяют поводковое устройство, которое может состо­ ять из поводка 2 и хомутика 3, закрепляемого на конце заготовки.

При установке заготовки 4 (рис. 1.1, б) в самоцентрирующем патроне 7 ее свободный конец целесообразно поддерживать зад­ ним центром 8. При продольной подаче Sпрод резец 6 снимает при­ пуск А на радиус заготовки.

При обработке длинных заготовок 4, установленных в центрах 1 и 6, резцом 7 с продольной подачей Sпрод (рис. 1.2) для уменьше­ ния прогиба заготовки от сил резания Ррез применяют люнет 5, ко­ торый поддерживает заготовку, ограничивая ее прогиб. Передача Рис. 1.1. Схемы установки заготовки на токарном станке:

а — в центрах; б — в самоцентрирующем патроне Рис. 1.2. Схема использования люнета при обтачивании крутящего момента от шпинделя станка к заготовке осуществляет­ ся при помощи поводка 2 и хомутика 3. Кулачки подвижного лю­ нета устанавливают по ранее обработанной (прошлифованной) поверхности А заготовки, а корпус люнета или закрепляют непо­ движно в определенном месте на суппорте станка, или люнет пе­ ремещается, находясь во время снятия припуска напротив резца.

Черновую обработку наружных поверхностей выполняют как на обычных, так и на многорезцовых станках (в зависимости от вида производства).

Уменьшение машинного времени может быть достигнуто в ре­ зультате применения трех основных технологических приемов:

деления длины обработки;

деления длины наибольшей ступени;

деления величины припуска.

Так, при обработке наружной поверхности трехступенчатого вала (рис. 1.3, а) на универсальном токарном станке расчетная дли­ на l рабочего хода составит сумму длин этих ступеней (l + l + l), к которой следует прибавить длину, необходимую для врезания и перебега резца.

На многорезцовом токарном станке, снабженном соответству­ ющей технологической оснасткой (многорезцовая державка и не­ Рис. 1.3. Схемы обработки наружной поверхности ступенчатого вала:

а — на универсальном токарном станке; б — на многорезцовом токарном станке;

в — за несколько рабочих ходов; г — с применением нескольких резцов сколько резцов), можно произвести эту же работу с уменьшением длины рабочего хода примерно в 3 раза, так как каждый резец при этом будет обрабатывать только свою ступень (рис. 1.3, б). Это со­ ответственно позволяет уменьшить примерно в 3 раза основное время обработки. Чем больше частей, на которые разделена длина обработки (в зависимости от числа резцов, одновременно участву­ ющих в работе), тем больше сокращается основное время. Поми­ мо сокращения основного времени этот метод обработки позволя­ ет сократить время вспомогательных приемов, так как при этом отпадает необходимость настройки резца на обработку каждой ступени вала (резцы устанавливают в многорезцовой державке станка с перепадами, определяемыми разностью радиусов цилин­ дрических поверхностей обтачиваемых ступеней).

Заготовку ступенчатого вала можно обрабатывать по наружной поверхности с бльшим припуском по условиям, определяемым стойкостью резца и мощностью универсального токарного станка, за несколько рабочих ходов (в случае, показанном на рис. 1.3, в, — за три рабочих хода с глубиной резания t1, t2 и t3).

При обработке на том же станке с применением нескольких резцов число рабочих ходов может быть сокращено до одного.

Так, установка трех резцов (рис. 1.3, г) дает возможность снять весь припуск за один рабочий ход при весьма незначительном увеличении его длины (l + a).

В случаях, когда весь припуск может быть снят за один проход при максимальной нагрузке на резец, применение метода деления припуска позволяет разгрузить каждый из работающих резцов, пересмотреть режимы резания и уменьшить машинное время.

Наибольший удельный вес в обработке наружных поверхно­ стей вращения занимает обработка на станках токарно­ револьверной группы, которые составляют 25 … 50 % общего ста­ ночного парка машиностроительного предприятия.

Обработка на токарно-револьверных станках применяется преимущественно при изготовлении деталей из пруткового мате­ риала. Эти станки снабжены револьверной головкой с вертикаль­ ной или горизонтальной осью поворота, имеющей 6 или 8 пози­ ций для закрепления на них различных инструментов, устанавли­ ваемых при наладке операции в строго определенное положение.

Кроме того, большинство типов револьверных станков содер­ жат суппорт, что позволяет совмещать отдельные переходы во времени.

На револьверных станках целесообразно обрабатывать корот­ кие валы или детали типа втулок, имеющие относительно слож­ Рис. 1.4 Схема наладки на токарно-револьверном станке ные очертания, что позволяет задействовать все позиции револь­ верной головки с максимальной концентрацией операции. Кроме обтачивания производят нарезание наружной резьбы.

На рис. 1.4 приведен пример наладки операции для обработки штучной заготовки А на револьверном станке с вертикальной осью поворота револьверной головки В в направлении d. Заготов­ ка, обработанная с одной стороны (поверхности С, D, K) на преды­ дущей операции, закреплена в приспособлении 10, вращающемся с угловой скоростью w. Операция состоит из следующих основных переходов.

1. Обтачивание плоской поверхности е резцом 8.

2. Обработка цилиндрической поверхности f резцом 9.

3. Зацентровка под сверление коротким сверлом 1.

4. Сверление сквозного отверстия c и a сверлом 7.

5. Растачивание отверстий c и a резцом 6.

6. Зенкерование цилиндрической поверхности c зенкером 5.

7. Развертывание цилиндрической поверхности c разверткой 4.

8. Растачивание поверхности b резцом 3, используя ручной по­ перечный суппорт 2.

9. Обработка фаски d резцом 10.

По точности обработка на револьверном станке при сверлении, зенкеровании и развертывании отверстий сравнима с обработкой на токарных станках, а при обтачивании и растачивании точность ниже на 1 — 2 квалитета по сравнению с токарными станками.

Точность взаимного положения торцевых поверхностей зави­ сит от точности и очередности настройки упоров, которые автома­ тически отключают продольную подачу. При настройке упоров необходимо соблюдать принцип совмещения баз. Упор, определя­ ющий положение конкретной обрабатываемой поверхности, сле­ дует настраивать от поверхности, с которой обрабатываемая по­ верхность связана операционным размером.

На рис. 1.5 показан пример очередности настройки упоров с соблюдением принципа совмещения баз, при котором погреш­ ность взаимного положения торцевых поверхностей будет мини­ мальной.

После настройки упора, определяющего положение торцевой поверхности А (величина выдвижения прутка 2), следует настраи­ вать упоры для резцов 1 (размер К) и 5 (размер М). Упор для резца (размер С) настраивают после настройки упора для резца 1, а упор для резца 4 (размер В) настраивают после настройки упора для резца 3. Отступление от принципа совмещения баз приведет к по­ явлению в указанных размерах дополнительной погрешности от несовмещения баз.

Револьверные станки можно использовать более рационально, применив особые типы наладки: дублированную наладку, двой­ ную или постоянную наладку.

При дублированной наладке в свободные гнезда револьверной головки вставляют второй комплект режущего инструмента. Этот Рис. 1.5. Схема очередности прием исключает холостые повороты головки для смены позиции и увеличивает вдвое время до переточки режущего инструмента.

При двойной наладке в гнездах револьверной головки устанав­ ливают режущий инструмент для обработки двух разных загото­ вок. Этот вариант целесообразен при изготовлении деталей не­ большими партиями.

При постоянной наладке за станком закрепляют несколько схо­ жих операций, чтобы при переходе к обработке другой заготовки требовалось заменить лишь некоторые резцы, не меняя саму дер­ жавку для резца.

Наиболее распространенным видом обработки наружных по­ верхностей тел вращения на токарных станках является обтачива­ ние при продольном перемещении суппорта с режущим инстру­ ментом (рис. 1.6, а).

Фасонное обтачивание, т. е. обработку поверхностей деталей со сложной конфигурацией (сферических, ступенчатых, кониче­ ских и др.), осуществляют при одновременном перемещении ре­ жущего инструмента в продольном и поперечном направлениях (рис. 1.6, б), а также при обработке фасонными резцами. Фасон­ ное обтачивание по копиру, контур которого соответствует конту­ ру обрабатываемой заготовки (рис. 1.6, в), значительно упрощает обработку заготовок.

Рис. 1.6. Схемы обработки наружных поверхностей тел вращения на а — обтачивание; б — фасонное обтачивание при одновременном перемещении инструмента в продольном и поперечном направлениях; в — фасонное обтачивание по копиру; г — нарезание резьбы Нарезание резьбы (рис. 1.6, г) также является весьма распро­ страненной операцией. На современных токарных станках можно нарезать метрические, дюймовые и другие резьбы, а также много­ заходные резьбы разных профилей.

Токарная обработка состоит из черновых (обдирочных) и чи­ стовых операций. В ряде случаев применяют также получистовую и отделочную (тонкую) обработку. При черновых операциях сни­ мают как можно бльшую часть припуска с приданием заготовке формы, приближающей к форме детали. Достигаемая при этом шероховатость поверхности не превышает Ra 2,5 мкм. Получисто­ вое точение позволяет повысить шероховатость обрабатываемой поверхности до Ra 2,5 … 1,25 мкм, при этом достигается более вы­ сокая точность обработки. При чистовых операциях заготовке придают окончательную форму с шероховатостью поверхности Ra 1,25 … 0,63 мкм. Тонкое точение может заменить шлифование, являясь, таким образом, отделочной операцией, и позволяет полу­ чить шероховатость обработанной поверхности Ra 1,25 … 0,63 мкм.

Простейшей формой фасонного обтачивания является обра­ ботка конической поверхности. Узкие конические поверхности, например фаски, обрабатывают путем установки резца с прямо­ линейной режущей кромкой на заданный угол. Конус можно об­ работать также при повороте верхних салазок суппорта на угол, равный половине угла при вершине конуса.

При небольшом значении угла при вершине конус можно об­ работать методом поперечного смещения задней бабки. Однако этот метод является приближенным, так как при смещении задней бабки вместе с ней смещается и заготовка, в результате чего ее длина проектируется на плоскость, проходящую через линию цен­ тров станка, с искажением.

В крупносерийном и массовом производстве широко применя­ ют различные токарные полуавтоматы и автоматы. Основными технологическими схемами обработки на этих станках являются:

параллельная — при обработке изделия в каждой по­ зиции участвует несколько инструментов, работающих одновременно: начало и окончание работы отдельных инструментов могут не совпадать, но необходимо, чтобы в течение некоторого времени все инструменты работа­ последовательная — в обработке изделия участвует несколько инструментов, вступающих в действие после­ довательно; следующий инструмент вступает в работу только после окончания работы предыдущего;

параллельно-последовательная — в обработке изде­ лия участвует несколько групп инструментов; в группах инструменты работают параллельно, а сами группы ин­ струментов — последовательно;

ротационная — в обработке изделия участвует один инструмент или группа инструментов при одновремен­ ном ротационном движении заготовок и инструментов;

каждая деталь обрабатывается инструментами, которые не участвуют в обработке других деталей;

непрерывная — в обработке изделия участвует один или несколько инструментов при непрерывной подаче Ротационная и непрерывная технологические схемы обработки существенно различаются между собой: при ротационных схемах имеет место отвод и подвод инструментов (возвратно­поступа­ тельное движение), в станках непрерывного действия направле­ ние транспортирования совпадает с движением подачи. При бла­ гоприятных условиях в станках непрерывного действия контакт инструмента с обрабатываемой деталью поддерживается непре­ рывно, что невозможно в станках ротационного типа.

На основе технологических признаков токарные полуавтоматы и автоматы подразделяют на следующие виды:

автоматы фасонно­отрезные и фасонно­продольного то­ токарно­револьверные автоматы;

токарные одношпиндельные автоматы;

токарные многошпиндельные автоматы и полуавтоматы;

копировальные автоматизированные станки.

Обработку на фасонно-отрезных автоматах применяют для обтачивания коротких фасонных заготовок, нарезания наруж­ ной резьбы, а также для сверления центрального отверстия. Об­ тачивание фасонных поверхностей и отрезку заготовки от прут­ ка производят режущим инструментом, закрепленным на попе­ речных суппортах, число которых составляет от двух до пяти.

С продольного суппорта сверлят отверстия и нарезают резьбу.

На рис. 1.7, а показаны типовые детали, обрабатываемые на фасонно­отрезных автоматах, а на рис. 1.7, б — технологическая схема обработки детали на станке, оснащенном дополнительным приспособлением для центрирования, сверления и развертывания.

Рис. 1.7. Схемы обтачивания фасонных поверхностей на фасонноотрезных автоматах:

а — обработка типовых деталей; б — обработка на станке, оснащенном дополнительным приспособлением для центрирования, сверления и развертывания Обработка на фасонно-токарных автоматах для продоль­ ного точения отличается от обработки на фасонно­отрезных авто­ матов тем, что на них обтачивают заготовку поперечно­ перемещающимися резцами при продольной рабочей подаче об­ рабатываемого прутка. Продольная подача осуществляется пере­ мещением шпиндельной бабки. На рис. 1.8 показаны типовые детали, обрабатываемые на автоматах фасонно­продольного точе­ ния.

Обработка на токарно-револьверных автоматах отличает­ ся от обработки на обычных токарно­револьверных станках тем, что все действия их рабочих органов полностью автоматизирова­ ны. Такие автоматы снабжены шестипозиционной револьверной головкой с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной оси вращения шпинделя, и тремя поперечными суппортами — пе­ редним, задним и верхним.

Рис. 1.8. Типовые детали, обрабатываемые на автоматах фасонно-продольного точения На рис. 1.9, а приведены типовые детали, обрабатываемые на токарно­револьверных автоматах, а на рис. 1.9, б — технологиче­ ская схема наладки станка для обработки детали (колпачка) из пруткового материала. Загрузочный этап I на рисунке не показан.

После подачи до упора и закрепления прутка инструментами, установленными в первых трех гнездах, производится рассверли­ вание заготовки, после чего инструментами, установленными в гнездах 4 и 5, производится обтачивание поверху и растачивание отверстия заготовки, а в гнездах 6 — 8 — то же, с нарезкой заго­ товки. Затем инструментами, установленными в гнездах 9 и 10, производится подрезка в размер с окончательным оформлением отверстия, а в гнезде 11 — отрезка с поддержкой от упора, разме­ щенного в гнезде 12. Движением револьверной головки и попе­ речных суппортов на револьверных автоматах управляет распре­ делительный вал с постоянными и сменными кулачками.

На револьверных автоматах можно производить обтачивание с продольной и поперечной подачами, нарезание резьбы, сверление отверстий и другие операции.

Многорезцовые токарные станки применяют для повышения производительности за счет совмещения переходов, т. е. за счет концентрации операций. Эти станки снабжены независимыми друг от друга суппортами, каждый из которых может нести не­ сколько резцов. Передний суппорт имеет только продольную по­ дачу, а задний суппорт — только поперечную.

Каждый из суппортов можно использовать различными спосо­ бами. Например, если продольный суппорт А используется по спо­ собу «деления припуска», то резцы 1, 2 и 3 (рис. 1.10) вступают в работу один за другим. Каждый резец устанавливают на заданный диаметр (d1, d2, d3), и каждый резец снимает определенную часть Рис. 1.9. Типовые детали (а) и этапы наладки (б) токарно-револьверного автомата для обработки детали из пруткового материала:

1 — 12 — номера гнезд; II — VIII — этапы наладки (b1, b2, b3) общего припуска на обработку при продольной подаче Sпрод.

Поперечный суппорт В используют для проточки узких кана­ вок или фасок. Обработку заготовки ведут, используя поперечную подачу Sпоп, фасонными резцами 5 и 6, профиль которых соответ­ ствует заданному профилю поверхности.

Рис. 1.10. Схема обработки на многорезцовом станке При наладке операции заготовка 8 установлена в центрах 7 и 4, а взаимное положение резцов определяется геометрией готовой детали. Длина Lр.х рабочего хода продольного суппорта равна сум­ ме длин обрабатываемых ступеней:

Из анализа схемы обработки очевидно, что данный способ це­ лесообразно применять при изготовлении деталей с постепенно уменьшающимися диаметрами ступеней, диаметры которых боль­ ше диаметров центров.

Токарные одношпиндельные полуавтоматы подразделяют на патронные и центровые. Между ними нет резких конструктив­ ных различий, так как центровые станки без особых изменений могут быть превращены в патронные, и наоборот. Во всех вариан­ тах одношпиндельные полуавтоматы имеют по два или три суп­ порта, но при обработке длинных деталей число суппортов может быть увеличено. Суппорты имеют поперечное, продольное и слож­ ное прямолинейное или криволинейное перемещение.

На патронных полуавтоматах иногда обрабатывают внутрен­ ние конусы и выточки, которые получают при одновременном или последовательно продольном и поперечном перемещениях режу­ щего инструмента. На таких станках обрабатывают детали диаме­ тром от 75 до 1 000 мм.

В крупносерийном и массовом производстве наиболее распро­ странены одношпиндельные многорезцовые центровые полуавто­ маты.

На рис. 1.11, а приведена технологическая схема обработки заго­ товки на центровом одношпиндельном полуавтомате. В державке продольного (верхнего) суппорта 1 установлены два проходных рез­ ца 2 и 6; резец 2, обтачивающий коническую поверхность А заготов­ ки, работает по копиру 7. На поперечном (нижнем) суппорте 4, име­ ющем радиальную подачу, установлены фасонные резцы 3 и 5.

На рис. 1.11, б приведена технологическая схема обработки в патроне наружного кольца конического роликоподшипника на од­ ношпиндельном полуавтомате.

Токарные многошпиндельные автоматы и полуавтоматы подразделяют на горизонтальные с вращающейся или неподвиж­ ной заготовкой и вертикальные непрерывного или последователь­ ного действия.

Рис. 1.11. Технологические схемы обработки на центровом (а) и патронном (б) одношпиндельных полуавтоматах Горизонтальные многошпиндельные полуавтоматы с вращением обрабатываемой заготовки широко распространены в промышлен­ ности; полуавтоматы с неподвижной обрабатываемой заготовкой и вращающимися режущими инструментами встречаются реже.

Вертикальные многошпиндельные полуавтоматы непрерывно­ го действия (ротационные) предназначены для обработки загото­ вок, установленных в центрах или закрепленных в патронах. На каждой позиции, кроме установочной, производят одну и ту же операцию. Режущие инструменты, установленные на всех суппор­ тах, налажены одинаково. Таким образом, станок представляет со­ бой как бы несколько одношпиндельных вертикальных многорез­ цовых полуавтоматов, шпиндели которых размещены на вращаю­ щейся карусели. Загрузка шпинделей суппортов происходит при непрерывно вращающемся столе, при этом все суппорты непре­ рывно продолжают работу, кроме суппорта, находящегося в загру­ зочной позиции, шпиндель которого не вращается.

Многошпиндельные вертикальные полуавтоматы последова­ тельного действия, изготавливаемые с шестью, восемью и более шпинделями, в основном предназначены для патронных работ.

Заготовки закрепляют в патронах шпинделей станка. На пяти позициях в последовательности выполнения технологических пе­ реходов одновременно обрабатывают пять заготовок, каждая из которых, перемещаясь из одной позиции в другую, проходит пол­ ный цикл обработки.

По окончании цикла обработки заготовка подходит к шестой позиции, т. е. оказывается в загрузочно­разгрузочной зоне, где вращение шпинделя прекращается, что дает возможность снять обработанную заготовку и установить в патрон новую.

На многошпиндельных полуавтоматах одновременно можно обрабатывать две различные или одинаковые заготовки с двух сторон. В этих случаях две позиции являются загрузочно­разгру­ зочными, а шпиндели переключаются через позицию (двойная ин­ дексация карусели).

На рис. 1.12 приведена технологическая схема обработки заго­ товки на вертикальном многошпиндельном шестипозиционном полуавтомате. На позиции I снимают готовую деталь и устанавли­ вают новую заготовку. На последующих позициях (II — VI) обраба­ тывают наружные и внутренние поверхности деталей.

На горизонтальных многошпиндельных токарных автоматах обрабатывают главным образом детали из прутков. При оснаще­ нии автоматов специальными загрузочными устройствами на них можно изготавливать детали из штучных заготовок.

Рис. 1.12. Технологическая схема обработки заготовки на вертикальном шестипозиционном полуавтомате Многошпиндельные автоматы чаще всего имеют четыре или шесть шпинделей, значительно реже — пять и восемь.

На рис. 1.13 приведены примеры обработки заготовок из прут­ ка на многошпиндельном автомате. На рис. 1.13, а показана об­ работка заготовки на четырехшпиндельном автомате параллель­ ным методом. Как видно из схемы, на каждом автомате все пере­ ходы операции повторяются и в конце цикла автомат изготовит одновременно четыре заготовки.

На рис. 1.13, б показана обработка заготовки на четырехшпин­ дельном автомате последовательным методом. Как видно из схе­ мы, на каждом шпинделе выполняют отдельные переходы и за весь цикл автомат обрабатывает одну заготовку.

Обработка заготовки на восьмишпиндельном автомате по параллельно­последовательному методу показана на рис. 1.13, в.

Из схемы видно, что на каждом шпинделе обеих параллельных Рис. 1.13. Примеры обработки заготовок из прутка на многошпиндельном автомате параллельным (а), последовательным (б) и параллельно-последовательным (в) методами:

I — VIII — номера позиций групп выполняется отдельный переход и в конце цикла автомат производит две заготовки одновременно.

При обработке на многошпиндельных автоматах стремятся к максимальному совмещению переходов и примерно одинаковой длительности обработки на всех позициях; это достигается расчле­ нением наиболее длительных переходов на ряд позиций с выбо­ ром соответствующей величины подачи, применением многоин­ струментных наладок, комбинированных инструментов и т. п.

На рис. 1.14 приведен пример наладки четырехшпиндельного автомата для изготовления фасонных гаек. В этой наладке матери­ ал подается до упора по длине на две гайки. Фасонные резцы на позициях I и III обтачивают гайки по профилю и одновременно протачивают начальную канавку под отрезной резец. На позициях II и IV гайки отрезают. Сверление производят комбинированными (ступенчатыми) сверлами.

Обработка на карусельных станках применяется при изго­ товлении крупногабаритных и тяжелых деталей типа дисков и колец. Заготовка базируется в горизонтальном положении, а в остальном операция выполняется так же, как на токарном или большом револьверном станке. Высокая жесткость карусельного станка позволяет снимать большой припуск за один проход резца.

Наличие нескольких суппортов и револьверной головки у кару­ сельных станков позволяет проектировать операции с высокой степенью концентрации (несколько основных переходов), что уменьшает число перестановок тяжелых крупногабаритных заго­ товок.

Рис. 1.14. Пример наладки четырехшпиндельного автомата для изготовления фасонных гаек Обработка на шлифовальных станках применяется при из­ готовлении деталей, материал заготовок для которых имеет высо­ кую твердость. Обработка производится абразивным инструмен­ том, режущим элементом которого являются мелкие частицы (зер­ на) абразивных материалов. При шлифовании получают высокую точность обработанных поверхностей и высокий класс чистоты поверхности (малую шероховатость). В зависимости от геометрии детали (протяженность поверхности, жесткость) применяют раз­ личные методы шлифования.

Шлифовальные абразивные круги состоят из мелких зерен абразивных материалов, сцементированных между собой связую­ щим веществом — связкой. Твердость абразивных материалов значительно выше твердости закаленной стали.

Материалы, применяемые для изготовления абразивного ин­ струмента, подразделяют на природные и искусственные. К при­ родным абразивам относятся алмаз, корунд, наждак, гранит, кварц, кремний, полевой шпат, пемза и др.

Для изготовления шлифовальных кругов в основном применя­ ют искусственные абразивные материалы, которые обладают бо­ лее высокими качествами по сравнению с естественными в отно­ шении однородности и чистоты и дешевле последних.

Шлифовальные круги изготавливают из следующих искус­ ственных абразивных материалов: нормального и белого электро­ корунда, черного и зеленого карбида кремния.

Электрокорунд — это кристаллический оксид алюминия (Al2O3), получаемый плавкой в электрических печах бокситовой руды. Белый электрокорунд содержит несколько больше оксида алюминия, его режущая способность выше, чем у нормального электрокорунда. Карбид кремния — это химическое соединение кремния и углерода, получаемое путем сплавления в электриче­ ских печах кварцевого песка с угольным порошком. Зеленый карбид кремния имеет бо`льшую твердость и вообще является более качественным абразивом по сравнению с черным карбидом крем­ ния. Для заточки твердосплавного инструмента применяют в основном зеленый карбид кремния.

Указанные абразивы в настоящее время получили преимуще­ ственное распространение в машиностроении.

Для стандартизованных шлифовальных кругов применяют шесть видов связок: керамическую, бакелитовую, вулканитовую, силикатную, глифталевую и металлическую. Наибольшее распро­ странение в машиностроении получила керамическая связка, ко­ торую приготавливают из огнеупорной глины, полевого шпата и кварца. Достоинства керамической связки — огне­ и водостой­ кость, бо`льшая производительность.

Бакелитовая (органическая) связка — синтетическая смола.

Круги на бакелитовой связке прочны и упруги, но плохо перено­ сят воздействие смазочно­охлаждающей жидкости (СОЖ).

Другой вид органической связки — вулканитовая связка, со­ стоящая из каучука и серы. Круги на вулканитовой связке прочны и водостойки, позволяют работать с большой скоростью враще­ ния, но сравнительно быстро засаливаются.

Силикатная связка предназначается для кругов, работающих без охлаждения, когда обрабатываемая поверхность не должна перегреваться. Эти круги водо­ и щелочестойки.

Глифталевая связка применяется для волокнистых упругих кругов при тонком и отделочном шлифовании деталей из закален­ ных сталей.

Металлическая связка бывает вольфрамокобальтовая, железо­ никелевая, медно­оловянная и применяется для кругов из алмаза.

Круги обладают большой износостойкостью и производительно­ стью и позволяют работать с высокими температурами.

Важнейшим параметром, определяющим режущие свойства шлифовального круга, является его зернистость (обозначаемая номером), т. е. размеры зерен (иначе крупность зерен) абразивных материалов, из которых состоит круг.

Твердость шлифовального круга характеризуется силой, кото­ рую нужно приложить к зерну, чтобы вырвать его из связки. Чем больше эта сила, тем тверже круг. Слишком мягкие круги быстро изнашиваются, если круг излишне тверд, он быстро забивается снимаемой стружкой и вследствие этого сильно нагревает обраба­ тываемую заготовку. Поэтому для шлифования твердой стали при­ меняют мягкие круги, так как их затупившиеся зерна легко выры­ ваются из связки, обнажая нижележащие зерна с острыми кром­ ками — круг как бы самозатачивается; наоборот, при шлифовании мягкой стали примеряются твердые круги, так как их стойкость больше. Для шлифования меди и латуни используют мягкие круп­ нозернистые круги, так как мелкозернистые круги быстро засали­ ваются. Согласно ГОСТ Р 52587—2006 «Инструмент абразивный.

Обозначения и методы измерения твердости» предусмотрены во­ семь классов твердости абразивных кругов, причем каждый класс подразделяется по степени твердости (табл. 1.1).

По форме абразивные круги бывают кольцевыми (рис. 1.15, а), чашечными коническими (рис. 1.15, б), чашечными цилиндриче­ скими (рис. 1.15, в), тарельчатыми (рис. 1.15, г) с коническим про­ таблица 1.1. обозначения кругов различной твердости Класс твердости круга Подразделения классов твердости филем (рис. 1.15, д) и прямого профиля (рис. 1.15, е). Для шлифо­ вания резьб применяют специальные профильные круги. Всего согласно ГОСТ Р 52781—2007 «Круги шлифовальные и заточные.

Технические условия» предусмотрено 22 типа абразивных кругов.

Шлифовальные круги подвергают правке для восстановления режущей способности, потерянной в результате засаливания и за­ тупления, для исправления геометрической формы изношенного круга и обеспечения правильного расположения рабочей поверх­ ности круга относительно оси его вращения после установки на шлифовальном станке.

Под правкой круга понимают процесс удаления с его поверх­ ности слоя изношенных абразивных зерен. Правку абразивных кругов производят техническими алмазами: алмазно­металли­ ческими карандашами или кристаллами алмаза, запаянными в стальные оправы; применяют также заменители алмазов: твердо­ сплавные диски, специальные абразивные диски, металлические диски и звездочки.

Рис. 1.15. Формы абразивных кругов (а — е) При круглом наружном шлифовании наружных поверхностей применяют разнообразные методы обработки:

шлифование методом продольной подачи;

глубинное шлифование;

шлифование методом врезания;

бесцентровое шлифование и др.

Так как при шлифовании снимают незначительный слой метал­ ла, то шлифуют поверхности обычно после их чистового обтачи­ вания. Величина назначаемого припуска под шлифование зависит от качества предшествующей механической обработки, например, точение под шлифование, и от искажения формы детали при тер­ мообработке, предшествующей шлифованию. В Приложении приведены рекомендуемые нормы припусков и параметры точно­ сти при обработке на круглошлифовальных станках.

При всех видах шлифования стремятся выбрать максимальную скорость абразивного круга (скорость резания), но ее ограничива­ ет прочность самого шлифовального круга. При простом шлифо­ вании скорость круга составляет 30…35 м/с, а при скоростном (круг особой прочности) — до 75 м/с.

Шлифование наружных цилиндрических поверхностей методом продольной подачи. При этом методе шлифования заго­ товку 6 чаще всего устанавливают (базируют) в центрах 1 и 7 (рис.

1.16). Крутящий момент Мкр от шпинделя 2 станка к заготовке мо­ жет передаваться через хомутик 4 и поводок 3. Заготовка вращает­ ся с круговой подачей wзаг. Ширину В шлифовального круга 5, вра­ щающегося с угловой скоростью wкр, выбирают меньше длины L Рис. 1.16. Схема шлифования с продольной подачей обрабатываемой поверхности. Шлифование ведут с малой глу­ биной резания (0,05…0,2 мм), а припуск на шлифование снима­ ют за несколько проходов, состоящих из рабочих и холостых хо­ дов (выглаживание). Продольную подачу Sпрод задают на один оборот заготовки в долях ширины В шлифовального круга (Sпрод = = (0,3 … 0,8)В).

Объем снимаемого материала за единицу времени зависит так­ же от скорости вращения заготовки, максимальная величина кото­ рой ограничивается засаливанием шлифовального круга. Обычно скорость вращения заготовки выбирают в пределах 15 … 60 м/мин с учетом глубины резания и подачи. При шлифовании толщина снимаемого слоя металла соизмерима с величиной деформации (прогиба) заготовки, которая силами резания отжимается от шли­ фовального круга. Поэтому при шлифовании различают рабочие и холостые ходы, при которых заготовку шлифуют без подачи на глубину. Расчетное время на шлифование умножается на коэффи­ циент доводки (1,2 … 1,5), который определяют как отношение об­ щего числа ходов к числу рабочих ходов.

Метод глубинного шлифования является разновидностью шлифования с продольной подачей. При глубинном шлифовании заготовка 1 также может устанавливаться в центрах (рис. 1.17).

Глубину h резания назначают до 0,3 мм с условием снятия припу­ ска на шлифование за один проход. Небольшую продольную по­ дачу Sпрод задают в долях ширины В абразивного круга 2 (Sпрод = = (0,1 … 0,15)В). Заготовка вращается с круговой подачей wзаг, а круг вращается с угловой скоростью wкр. При этом методе шлифо­ вания абразивный круг сильно изнашивается, поэтому переднюю кромку С шлифовального круга правят по специальному профи­ лю, чтобы замедлить изнашивание круга.

Шлифование наружных цилиндрических поверхностей методом врезания (поперечной подачи). При шлифовании этим методом заготовка 6 также может устанавливаться в центрах 1 и (рис. 1.18). Ширину В абразивного круга выбирают несколько Рис. 1.18. Схема шлифования методом врезания больше длины L обрабатываемой поверхности. Заготовка враща­ ется с круговой подачей wзаг, а абразивный круг вращается с угло­ вой скоростью wкр. Поперечная подача Sвр (врезание) на один обо­ рот заготовки 6 составляет 0,001…0,005 мм. Поперечная подача прекращается при снятии слоя металла на глубину припуска.

Для исключения копирования поверхностью детали мелких не­ ровностей шлифовального круга применяют небольшое продоль­ ное возвратно­поступательное относительное перемещение Sосц заготовки и шлифовального круга (осциллирующее движение).

Это движение исключает появление поперечных рисок на обрабо­ танной поверхности детали и улучшает качество обработанной по­ верхности.

Наружное круглое шлифование с продольной подачей приме­ няют для обработки заготовок значительной длины, шлифованием с поперечной подачей обрабатывают небольшие детали, где ши­ рина круга перекрывает длину обрабатываемой поверхности, шлифованием с глубинной подачей обрабатывают короткие, но жесткие детали.

На круглошлифовальных станках возможна обработка загото­ вок с конической поверхностью. При обработке пологого конуса верхняя часть стола станка может быть повернута на нужный угол к оси шпинделя шлифовального круга. Заготовки с большим углом конуса шлифуют при повернутой на заданную величину бабке шлифовального круга.

Угловое расположение круга рекомендуется при одновременном шлифовании шейки вала и торца. При такой технологической схе­ ме торец заготовки шлифуется периферией круга, что уменьшает контакт круга с заготовкой, обеспечивает улучшение качества об­ работанной поверхности и исключает возможность прижогов.

На рис. 1.19 приведена схема обработки заготовки 3 с угловым расположением шлифовального круга 1. Обрабатываемую заго­ товку зубчатого колеса устанавливают на оправке 2 в поводковом патроне 5 и базируют по отверстию и впадинам зубьев. Торцовый поджим зубьев к шарикам 4 обеспечивается штоком 6 пневмати­ ческого цилиндра 7.

При наружном бесцентровом шлифовании обрабатываемую заготовку, лежащую на направляющем ноже, пропускают между двумя абразивными кругами: шлифующим (рабочим) и ведущим.

Поворот оси ведущего круга на определенный угол в вертикаль­ ной плоскости обеспечивает перемещение обрабатываемой заго­ товки вдоль оси шлифующего круга при одновременном враще­ нии заготовки вокруг своей оси.

Применяют также метод бесцентрового шлифования с попе­ речной подачей шлифующего круга. В этом случае оси шлифую­ щего и ведущего круга строго горизонтальны.

Достоинством бесцентрового шлифования является его высо­ кая производительность, превышающая в несколько раз произво­ дительность центрового шлифования. Однако наряду с этим пере­ наладка бесцентрового станка для шлифования деталей других размеров требует значительного времени, поэтому бесцентровое шлифование выгодно применять в условиях крупносерийного производства. Кроме того, при наружном бесцентровом шлифова­ нии деталей с обработанным отверстием нельзя добиться концен­ тричности внешней поверхности к внутренней.

На рис. 1.20 дан общий вид бесцентрово­шлифовального станка.

При бесцентровом шлифовании обрабатываемую заготовку 2 уста­ Рис. 1.20. Общий вид бесцентрово-шлифовального станка навливают на опорном ноже 4 между двумя кругами — шлифую­ щим 1 и ведущим 3, вращающимися в одном направлении, но с раз­ ной частотой вращения. Скорость вращения обрабатываемой заго­ товки близка к скорости вращения ведущего круга. Скорость враще­ ния шлифующего круга составляет 30 … 40 м/с. Так как трение между ведущим кругом (повернутым на угол = 1 … 7°) и шлифуемой заго­ товкой больше, чем между заготовкой и шлифующим кругом, обра­ батываемая заготовка захватывается ведущим кругом.

На бесцентрово­шлифовальных станках шлифуют заготовки, имеющие цилиндрические и фасонные, а также короткие кониче­ ские поверхности.

На рис. 1.21 приведена схема обработки на бесцентрово­ шлифовальном станке гладких цилиндрических деталей с буртика­ ми: стержня клапана (рис. 1.21, а) и толкателя клапана (рис. 1.21, б).

Как правило, цилиндрические детали с буртиками шлифуют до упора 4, устанавливаемого с прижимом к центру обрабатываемой заготовки 2. Опорный торец заготовки должен быть чистым и без забоин.

В том случае, если заготовку (фасонную или ступенчатую) нель­ зя продвигать между кругами, применяют шлифование по методу врезания. Обрабатываемую заготовку кладут на опорный нож по­ сле отвода ведущего круга от шлифующего. Затем продвижением ведущего круга на заготовку ее прижимают к шлифующему кругу.

После шлифования ведущий круг отводят от заготовки, которую выталкивают.

Если шлифуемая заготовка может быть пропущена полностью между ведущим и шлифующим кругами (т. е. если она не имеет за­ плечиков и уступов), ее шлифуют с продольной подачей (напро­ Рис. 1.21. Схемы обработки на бесцентрово-шлифовальном станке гладких цилиндрических деталей с буртиком:

а — стержня клапана; б — толкателя клапана; 1 — поддерживающий конус; 2 — заготовка; 3, 5 — шлифовальные круги; 4 — упор ход). В этом случае легко осуществить автоматизацию станка, установив на нем автоматическое загрузочное устройство.

Создание абразивной промышленностью высокопрочных по­ ристых кругов на керамической связке, допускающих в процессе шлифования скорость вращения круга 50 м/с и более, способ­ ствовало внедрению в производство высокопроизводительного скоростного шлифования. При такой скорости вращения круга значительно уменьшаются глубина резания на одно зерно, а следо­ вательно, и изнашивание круга, повышается его стойкость и улуч­ шается шероховатость обработанной поверхности на один­два класса. При скоростном шлифовании повышается не только ско­ рость вращения заготовки до 50 м/с, но и продольная и попереч­ ная подачи.

Для скоростного шлифования применяют круги плоского пря­ мого профиля с той же твердостью, что и при обычном шлифова­ нии. Производительность повышается в 1,5 — 2 раза при одновре­ менном снижении расхода круга на деталь приблизительно на 40 %.

При обработке шлифованием возможно применение устройств, позволяющих измерять диаметральные размеры дорабатываемой детали непосредственно в процессе осуществления операции.

На рис. 1.22 приведена схема прибора для контроля диаметров валов в процессе шлифования. Измерительное устройство состоит из трех основных частей: масляного амортизатора 1, индикатор­ ной державки 4 и сменной скобы 7, устанавливаемой в держав­ ке 4. Наконечники 6 и 8 сменной скобы являются упорными; под­ вижный наконечник 5 воспринимает отклонения шлифуемой шейки изделия 9 и передает их индикатору 3. Нижний упорный наконечник 8 касается изделия не в диаметральной плоскости на­ конечника 5, а в точке, смещенной примерно на 15° в направлении вращения шлифуемого вала, что делает более надежной и устойчи­ вой посадку всей индикаторной скобы на изделие. Измерительное устройство закрепляется на кожухе 2 шлифовального круга 10.

Если вместо индикатора 3 или в дополнение к нему закрепить в скобе электроконтактный датчик, можно автоматизировать управ­ ление станком.

В последнее время все больше применяется обработка поверх­ ностей шлифованием абразивными лентами.

Достоинствами шлифования абразивными лентами являются:

уменьшение тепловыделения, что повышает стойкость абразивной ленты и почти полностью исключает коро­ бление обрабатываемых деталей;

более однородная поверхность абразивной ленты по сравнению с поверхностью шлифовального круга в ре­ зультате равномерного нанесения зерен с их вертикаль­ ным расположением на поверхности ленты методом осаждения в электростатическом поле;

повышенное число режущих зерен на единицу поверх­ ности по сравнению с шлифовальным кругом, что спо­ собствует повышению производительности;

отсутствие вибраций и ударной нагрузки, что обеспечи­ вает более высокое качество обработанной поверхности.

Рис. 1.22. Схема прибора для контроля диаметров валов в