Методы и этапы механической обработки поверхности

Механическая обработка поверхности производится, в основном, резанием металла со снятием стружки лезвийным или абразивным инструментом, а также пла­стическим деформированием. Резание лезвийным инструментом осуществля­ется точением, фрезерованием, сверлением и другими методами. При абразив­ной обработке применяется шлифование, хонингование, суперфиниширование. Пластическое деформирование осуществляется обкаткой и раскаткой ролика­ми, дорнованием (калибровкой) отверстий шариками или оправками, дробест­руйной обработкой. Каждый метод имеет свои технологические возможности по обеспечению точности и шероховатости поверхности. В тоже время одина­ковые показатели можно получить различными методами. Например, тонкое точение обеспечивает 7-8 квалитет точности и шероховатость поверхности 0,2 - 1,2 мкм. Близкие показатели можно получить шлифованием.

Технологический процесс представляет собой совокупность операций, при выполнении которых, обработке подвергается одна или несколько поверхно­стей. В результате заготовка превращается в готовую деталь. Обработать каж­дую поверхность по требованиям чертежа за один технологический переход удается не всегда. Чтобы обеспечить эти требования, возникает необходимость разделить обработку на этапы с распределением по ним припуска. Так, в про­стейшем случае, все этапы выполняют на одном станке, выбирая режимы ре­зания, инструмент и приспособления так, чтобы обеспечить требования черте­жа. В более сложном случае изменяют метод обработки поверхности. Напри­мер, после точения, применяют шлифование или обкатку роликами. Таким образом, обработка одной поверхности тоже представляет собой дискретный процесс, который выполняется за несколько этапов. В самом сложном вариан­те обработка поверхности включает следующие этапы:

Черновой, на котором удаляется с поверхности заготовки основная часть при­пуска, обеспечивается точность обработки по 12-14 квалитету, а шерохова­тость поверхности составляет более 12,5 мкм.

Получистовой, на котором обработка поверхности выполняется с допусками по 10-11 квалитету, а ее шероховатость составляет 3,2 - 10 мкм. На первых двух этапах применяются, в основном, точение, строгание и фрезерование. Чистовой, на котором по точности имеем 7-9 квалитет, а по шероховатости -0,63 - 2,5 мкм. Здесь применяются точение, фрезерование, шлифование, раз­вертывание и протягивание.

Отделочный, (тонкая обработка) на котором за счет применения тонкого то­чения и растачивания хонингования, суперфиниширования, точность обработ­ки повышается до 5-6 квалитета, а шероховатость составляет менее 1 мкм.

Приведенный перечень этапов является ориентировочным. В технической и учебной литературе можно встретить другие варианты, которые могут отли­чаться по показателям точности и шероховатости. Однако эти отличия, как правило, несущественные.

На количество этапов оказывает влияние метод получения заготовок. Если заготовка получена точным литьем или холодной штамповкой с точностью по 12-14 квалитету с шероховатость поверхности не более 10 мкм, то необходи­мость чернового этапа обработки отпадает. Однако, в большинстве случаев процесс механической обработки состоит из нескольких этапов. Каждый этап выполняется соответствующим методом обработки и на соответствующем оборудовании. Например, черновой этап токарной обработки можно выпол­нять на старых изношенных станках, в то время как для чистового этапа тре­буются точные станки.

2) Вспомогательными отверстиями являются крепежные и другие мелкие отверстия, например, под пробки маслоуказателей, для подачи смазки, установки штифтов и пр. Эти отверстия обрабатываются на вертикально-сверлильных, радиально-сверлильных, горизонтально-расточных или агрегатных станках. При обработке отверстий используют различный инструмент, которым выполняют сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы, зенковку и цековку .

Отверстия в заготовках массой до 30 кг обычно обрабатывают на верти­кально-сверлильных станках. При большей массе заготовок используют радиально-сверлильные или горизонтально-расточные станки. При един-ом производстве сверление отверстий выполняют по разметке. В этом случае точность линейных размеров составляет 0,5 — 1мм.

Для уменьшения отклонения оси отверстия от заданного положения свер­ление выполняют за два или три перехода. При этом отверстие центруют или засверливают сверлом, диаметр которого в 2 - 3 раза меньше отверстия. Отверстия диаметром более 25 - 30 мм после сверления зенкеруют или растачивают.

Обработку торцов выполняют зенковками, фрезерованием или подрезными резцами с осевой подачей

Диаметр отверстий под резьбу делают на 0,04 ... 0,1 мм больше внутреннего диаметра резьбы, тем самым учитывают подъем витков, возникающий при на­резании. Рекомендуемые диаметры сверл под резьбы с различным шагом и диаметром приводятся в нормативных таблицах.

Перед нарезанием резьбы в отверстиях снимают фаску с помощью конических зенковок, резцов или сверл большого диаметра. Фаску снимают под углом 90° до наружного диаметра резьбы. Нарезание резьбы выполняют машинными метчиками.

Резьбу с шагом до 3 мм нарезают за один рабочий ход, резьбу с большим шагом нарезают комплектом метчиков за 2 - 3 рабочих хода. Резьбу нарезают с принудительной осевой подачей инструмента, равной шагу резьбы. Для пре­дохранения метчиков от поломки применяют динамометрические патроны, отрегулированные на допустимое предельное значение крутящего момента.

В условиях серийного производства мелкие отверстия сверлят с применением кондукторов. Направляющими элементами для инструмента в кондуктоpax являются кондукторные втулки. Точность расположения отверстий при обработке по кондукторам составляет 0,1 — 0,2 мм.

В серийном производстве вертикально-сверлильные станки оснащаются многошпиндельными переналаживаемыми головками с регулируемым межосевым расстоянием. В конструкции головки, представленной на рис. 2.34 передача крутящего момента от ведущего шпинделя к ведомым шпинделям с патронами для крепления сверл осуществляется карданными валами.

Для сокращения вспомогательного времени на смену инструмента используются вертикально-сверлильные станки с револьверной головкой .

В крупносерийном и массовом производстве обработку мелких отверстий выполняют на многошпиндельных агрегатных станках различной компоновки.

Билет №16

1) Типовые компоновки и выбор типа приводов главного движения и подач многоцелевых станков (ОЦ) для обработки корпусных деталей.

В ГПС наибольшее применение находят станки с высокой конц-ей переходов обр-ки, типа обр-щих центров (ОЦ). Сверлильно-фрез-расточные станки типа ОЦ обладают широкими технологич возможностями и вследствии интеграции обр-ки позволяют в 2-3 раза умен-ть число необх-го более простого оборуд-я, приспос-ний, выполнить обр-ку практически со всех сторон за один установ заг-ки. При этом осущ-ся практически все виды обр-ки со снятием стружки. Применяют след-ие типы ОЦ: 1. гориз-ый с крестовым поворотным столом, 2. вертик-ый с крест-м столом, 3. гориз-ый с подвижной стойкой и подвижным повор-м столом, 4. гор-ный с наклонноповоротным столом, 5. вертик-ый с подвижной стойкой и подвижным столом, 6. гориз-ый с вертик-м крестовым суппортом и гориз-но перемещ-ся суппортом, 7. гориз-й с крестовой стойкой и неподвиж-м столом-плитой, 8. вертик-й одностоячный с поперечиной и подвиж-м столом, 9. двухстоячный с поперечиной и подвижным столом.

Наличие вращ-го инстр-та и программное угловое вращ-е шпинделя позволяет обр-ть внецентровые отв-я, шпоночные пазы. Также имеется возм-ть при одноврем-м вращении шп-ля и перемещении инстр-та получать отв-я фигурной формы. Компоновки: (1). ОЦ- ИР500МФ4(ток-фрез-расточной. Используется позиционно-контурная система упр-ния. Инст-т: торцевые фрезы Æ до 100 мм, сверло- до 40 мм, метчик- до М20, расточный скалки, оправки (Æ отв-я до 160 мм). (2). Миницентр ИР200АМФ4. Прецизионный станок высокого тех уровня для обр-ки корпусных деталей (сверлит, растачивает, шлифует)

Многоцелевые станки оснащены УЧПУ и, устройством автоматической смены инструментов и предназначены для комплексной обработки за одну установку корпусных деталей и деталей типа тел вращения. Многоцелевые станки выпускают: с одним шпинделем и многопозиционным инструментальным магазином (вместимостью от 12 до 120 инструментов), при этом инструмент заменяется в шпинделе автоматически (по программе) за 5-6 секунд; с револьверной инструментальной головкой (число инструментов 5-8), при этом смена инструмента осуществляется поворотом револьверной головки; с револьверной головкой и инструментальным магазином, что позволяет в процессе резания заменять инструменты в неработающих шпинделях револьверной головки. На многоцелевых станках можно осуществлять сверление, рассверливание, зенкерование. нарезание резьбы, растачивание, фрезерование и другие виды обработки. Точность отверстий после растачивания соответствует б-7 квалитету. Существуют многоцелевые станки, у которых ось шпинделя устанавливается по программе горизонтально, вертикально или под любым углом к плоскости стола станка. Многоцелевые станки могут оснащаться приспособлениями- спутниками (ПС) для установки и закрепления заготовок, а также устройством смены ПС. Выпускают многоцелевые станки вертикальной и горизонтальной компоновки. Многоцелевые станки вертикальной компоновки предназначены для обработки заготовок с одной стороны, а при наличии многопозиционных и поворотных приспособлений - с нескольких сторон. Горизонтальные многоцелевые станки предназначены для обработки заготовок с 2-4х, а иногда и с 5ти сторон - шпиндельные головки имеют поворот вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Наиболее распространены компоновки горизонтальных многоцелевых станков с крестовым поворотным столом и шпиндельной бабкой, имеющей вертикальное перемещение. Для малых и средних многоцелевых станков применяют приводы с асинхронным электродвигателем и коробками скоростей. Привод подач состоит из высоко моментного электродвигателя постоянного тока с бесступенчатым регулированием. Электродвигатель через редуктор соединяется с парой винт-гайка качения В крупных станках вместо редуктора используют двухступенчатые коробки скоростей с электромагнитными муфтами.

Для определения координатных осей и их положений для каждого конкретного станка применяют правило трех пальцев правой руки,согласно которому согнутый средний палец отождествляется с осью Z, указательный — с осью Y, отогнутый в сторону большой палец — с осью X; концы этих пальцев указывают положительное направление осей.

Гаммы станков. Удачной можно считать такую компоновку станка, на основе которой возможно создание гаммы станков различного технологического назначения с большим числом заимствованных узлов. Базовой является трехкоординатная компоновка станка с поперечным ползуном , несущим шпиндельную головку. По такой схеме строят трехкоординатные вертикально-фрезерные станки ФП-7, ФП-17, ФП-27 и ФП-37 с ЧПУ с длиной ходов по координате X 1600—3000 мм и координате Y 650—1000 мм. Эти станки предназначены для обработки фасонных поверхностей с переменной глубиной по координате Z.

На основе базовой компоновки создана модификация трехкоординатного вертикально-фрезерного станка 2ФП-27 с двух-шпиндельной фрезерной головкой, позволяющей повысить производительность станка, причем управление перемещениями по координате Z каждого из шпиндельных узлов может осуществляться независимо.

Дальнейшее развитие гаммы станков идет по пути оснащения базовой компоновки магазином инструментов / (рис. 2.5, в), расположенным вдоль ползуна; по такой схеме строят станки ФП-27С, предназначенные для обработки заготовок последовательно несколькими инструментами. При этом вертикально-фрезерный станок превращается в многооперационный, на котором, помимо фрезерования, можно выполнять сверление, зен-керование, растачивание и другие операции.

Четырехкоординатная компоновка станка, предназначенного для обработки профильных малкованных (с переменным наклоном) поверхностей, достигается установкой поворотного устройства, управляемого по числовой программе и состоящего из передней и задней стоек. Повышенная жесткость станка и оптимальные габариты его при длине перемещения по координате X до 5 м достигаются в компоновке с неподвижным (по координате X) поворотным столом и подвижным (по координате X)

Сокращение вспомогательного времени достигается включением в состав станка двухпозиционного устройства автоматизированной загрузки заготовки на спутнике; при этом стол станка оснащается устройством приемки, фиксации и крепления спутника.

Вторая позиция для спутника устройства автоматизированной загрузки заготовок выводится в рабочее состояние поворотом на 180° внутренней части устройства вокруг оси 3; при этом спутник 2 опрокидывается в нижнее положение.

Компоновка бывает трех видов:

с крестовым столом и неподвижной колонной, несущей шпиндельную головку, которая перемещается по координате Z; такая компоновка распространена в бесконсольных фрезерных станках с длиной перемещения в поперечном направлении Y до 600 мм и продольном направлении X — до 2 м; в соответствии с ней строят станки МА-655;

портальная, с подвижным столом, перемещающимся на расстоянии до 10 м; эта компоновка применяется для станков ФП-9М, ВФ-ЗМ;

портальная, с подвижным порталом при длине хода по координате X 6 м и более; она применяется для станков ПФП-5,

Сравнив станок с четырехкоординатной компоновкой, где предусмотрены перемещающиеся сани и поворотный стол, со станками с портальной компоновкой, на которых можно осуществлять программируемый поворот фрезерной головки, можно определить их рациональные области применения.

2) Расчет сборочных размерных цепей методом максимума-минимума. Основные расчетные зависимости. Прямая и обратная задачи расчета размерных цепей.

Размерной цепью называется замкнутая цепь размеров (звеньев размерной цепи), связывающих ряд поверхностей деталей в машине или механизме.

При решении размерных цепей может возникнуть два вида задач:

1.Определить необходимые параметры составляющих звеньев, обеспечивающих заданные значения замыкающего звена.

2.По известным параметрам составляющих звеньев определить номинальное значение и пределы изменения замыкающего звена.

Первую задачу, необходимость решения которой возникает при конструировании машин и проектировании технологии, называют проектной (прямой). Задача (обратная), как правило, проверочная.

При решении размерной цепи методом «максимум-минимум» используют две основные формулы:

(1) Т∑=∑│оi│Тi, где i=1…n, Т∑ - предельное изменение размера замыкающего звена, Тi – допуск размера i-го звена, оi – передаточное отношение i-го составляющего звена, n – число составляющих звеньев РЦ. Эта формула выражает соотношение м.д. допусками составляющих звеньев и пределами изменения размера замыкающего звена. Вторая формула выражает положение верхнего и нижнего отклонения замыкающего звена относительно номинального размера:

2) ∆○∑= ∑ оi*∆○i, где i=1…n, ∆○i – координата середины поля допуска i-го звена, ∆○∑ - координата середины поля рассеивания значений замыкающего звена.

Вместо этой формулы можно использовать следующие формулы:

ВО∑=∑ВОр-∑НОs; НО∑=∑НОр-∑ВОs.

Р – увеличивающие звенья, s – уменьшающие звенья.

Для проектной задачи, когда заданы параметры лишь одного исходного звена РЦ, а число неизвестных параметров велико, существует много вариантов решений: метод подбора, метод равных допусков, метод единого квалитета.

Сущность метода равных допусков заключается в том, что на все составляющие звенья назначают равные допуски Тi=Т. Тогда для метода расчета на «max-min» Т=Т∑/n.

Если среди составляющих звеньев есть звенья с уже назначенными допусками (например, подшипник качения), то из допуска замыкающего звена исключают сумму допусков звеньев с назначенными ранее допусками:Т=(Т∑-∑Тст.i)/(n-nст.),

где i=1…nст., nст. – число звеньев с назначенными допусками. Иногда назначают на составляющие звенья одинаковые по величине допуски с одинаковым расположением относительно номинального размера (∆○i=∆○). ∆○=∆○∑/(np-ns).

Одинаковые отклонения для составляющих звеньев при условии бi=б м.б. определены по след. формуле: ∆○=∑∆○∑/(np-ns)–б*Т/2, где б – коэффициент относительного смещения составляющего звена.

Расчет размерных цепей – нахождение неизвестных параметров звеньев размерной цепи.

С помощью теории размерных цепей решают две основные задачи:

- Прямую - Обратную

Прямая задача – в большинстве случаев решается при конструировании.

Проектный расчет – известны параметры замыкающего звена, необходимо найти параметры составляющих звеньев.

Обратная задача – преимущественно решается при разработке технологических процессов изготовления и сборки изделий. Поверочный расчет – известны параметры составляющих звеньев, необходимо найти параметры замыкающего звена. Размерные цепи решаются методом, обеспечивающими полную и неполную взаимозаменяемость.

Расчет размерных цепей методом max-min, обеспечивающим полную взаимозаменяемость.

В дальнейшем используемые обозначения:

A_j (j = 1, 2, …, m-1) – номинальный размер произвольного звена размерной цепи. А₀ – номинальный размер замыкающего звена размерной цепи. TA_j, TA₀ – допуски описанных выше размеров.

A_j^max, A_j^min, A_jc – предельные и среднии размеры звеньев цепи.

ES(A_j), EJ(A_j), Ec(A_j) – предельные и среднее отклонение размеров размерной цепи.

m – полное число звеньев размерной цепи.

n – число увеличивающих звеньев.

p – число уменьшающих звеньев.

n + p = m – 1 – замыкающее звено.

1. Самым грубым размером в размерной цепи является замыкающий размер (т.к. его допуск равен сумме допусков составляющих звеньев). Поэтому, если к какому-либо размеру предъявляются высокие требования по точности, то нужно составить такую последовательность обработки, чтобы этот размер не был замыкающим, а был составляющим.

2. При конструировании необходимо соблюдать правило наикратчайшей размерной цепи, т.е. число звеньев в размерной цепи должно быть минимальным.