/
Text
ТЕХНОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
(СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ)
2-е издание, переработанное и дополненное
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования РСФСР в качестве учебного пособия для высших технических учебных заведений
Моск в а «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1973
Т38
УДК 621.757
Технология машиностроения (специальная часть) М., «Машиностроение», 1973, 448 с.
Учебное пособие, составленное по программе специальной части курса технологии машиностроения, является продолжением теоретического курса «Основы технологии машиностроения».
В пособии рассмотрены технологические процессы сборки машин и изготовления деталей, указаны особенности достижения требуемой точности машин. Даны основные сведения по технологии изготовления деталей типа станин, рам, корпусов, валов, зубчатых колес, рычагов, шатунов.
। Учебное пособие предназначено для студентов машиностроительных вузов.
Табл. 42, ил. 234, список лит. 23 назв.
Авторы: | Б. Л. БЕСПАЛОВ |, Л. А. ГЛЕЙЗЕР, И. М. КОЛЕСОВ, Н. Г. ЛАТЫШЕВ, С. Н. СОЛОВЬЕВ, В. А. ТИМИРЯЗЕВ, Д. В. ЧАРНКО
Редактор инж. В. В. Ржави некий
Рецензент д-р техн, наук проф. В. С. Корсаков
3131—054
Т 038 (01) — 73
54—73
© Издательство «Машиностроение!, 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Специальная часть курса «Технология машиностроения» является продолжением «Основ технологии машиностроения», разработанных доктором техн, наук проф. Б. С. Балакшиным в учебнике того же названия.
В настоящем учебном пособии в соответствии с программой курса технологии машиностроения изложены технологические процессы сборки машин и изготовления типовых деталей. При составлении его авторы исходили из того положения, что сущность и содержание любого технологического процесса в машиностроении зависят в основном не от отраслевой направленности (автостроение, станкостроение, сельхозмашиностроение), а от служебного назначения деталей и серийности производства. Например, технология изготовления корпусных деталей, валов и зубчатых колес тех или иных- габаритов при той или иной конечной точности будет одинаковой в любой отрасли машиностроения, если серийность производства одинакова. Точно так же технология сборки узлов или механизмов любой машины должна быть построена на одних и тех же принципиальных основах, базирующихся па размерном анализе соответствия технических условий служебному назначению машины и ее узлов.
Приведенные в данном курсе методы анализа разработки процесса сборки на примерах агрегатного станка и шестеренчатого насоса являются общими и для других машин и механизмов, имеющих механические связи между своими звеньями.
Для изучения данного курса студенты должны знать устройство и эксплуатационные характеристики металлорежущих станков основных типов, а также конструкции и технологические * 3
возможности режущих инструментов, применяемых в машиностроении.
Большое значение имеет также изучение технологических процессов, применяемых на передовых машиностроительных заводах СССР и частично — на заводах зарубежных стран. Приведенный в книге всесторонний анализ описываемых технологических процессов покажет студентам, как аналитически подходить к выбору варианта технологического процесса с учетом конструктивных особенностей и технических требований, предъявляемых к машине или ее деталям, а также с учетом характера производства и экономической целесообразности.
Раздел первый
СБОРКА МАШИН
Глава I
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ МАШИНЫ
Труд многих людей, вкладываемый в изготовление машины, окажется рационально израсходованным только в том случае, если он будет направлен четкой, глубоко и правильно разработанной технологией. Поэтому на технолога, участвующего в разработке технологического процесса изготовления машины, ложится большая ответственность перед коллективом завода за построение технологического процесса, являющегося в конечном счете программой расходования ресурсов человеческого труда.
Разработка технологического процесса изготовления машины не должна сводиться к формальному установлению последовательности соединения отдельных деталей и узлов, последовательности обработки поверхностей деталей, выбору оборудования и режимов. Разработка технологического процесса изготовления машины требует творческого подхода. Только на основе творчества можно обеспечить согласованность всех этапов построения машины и достигнуть требуемого качества с наименьшими затратами труда.
Сборка является одним из заключительных этапов изготовления машины, в котором сходятся результаты всей предшествующей работы, проделанной конструкторами и технологами по созданию машины. Качество машины и трудоемкость сборки во многом зависят от того, как понято конструктором и воплощено в конструкции служебное Назначение машины, как установлены нормы точности, насколько удачно выбраны методы достижения требуемой точности машины и как отражены эти методы в технологии изготовления машины.
Технолог в не меньшей мере, чем конструктор, ответственен за создание качественной машины, и только общими усилиями конструктора и технолога возможно достижение требуемого качества. Участвуя вместе с конструктором в решении общей задачи, технолог, разрабатывающий технологический процесс сборки машины, должен: отчетливо представлять задачи, для решения которых создается машина; понимать связи, посредством которых машина должна выполнять предписанный ей процесс; обеспечить
5
с требуемой точностью все необходимые связи в машине соответствующим построением технологического процесса ее изготовления, предъявив требования сборки к технологии изготовления деталей и контролю их точности.
В построении технологического процесса изготовления машины сборке принадлежит ведущая роль. Технологические процессы изготовления деталей обычно оказываются подчиненными технологии сборки машины, поэтому разработка технологии начинается со сборочного процесса.
§ 1. Ознакомление со служебным назначением машины
Под служебным назначением машины понимается максимально уточненная и четко сформулированная задача, для решения которой предназначается машина. Формулировка служебного назначения машины должна отражать не только общую задачу, для решения которой создается машина, но и все дополнительные условия и требования, которые эту задачу количественно уточняют и конкретизируют.
Каждая машина создается для выполнения определенного технологического процесса, в результате осуществления которого должна быть получена продукция надлежащего качества. В связи с этим формулировка служебного назначения машины должна прежде всего содержать исчерпывающие данные о продукции, которую ей надлежит производить, — вид, качество, количество.
Другую группу данных по служебному назначению машины могут составлять показатели призводительности, которой должна обладать создаваемая машина. Требуемая производительность машины определяется в результате разработки технологического процесса изготовления продукции и проведения технико-экономических расчетов. К этой же группе данных могут быть отнесены требования к экономической эффективности, долговечности и надежности машины.
Формулировка служебного назначения машины должна вклю- • чать перечень условий, в которых машине предстоит работать и производить продукцию требуемого качества в необходимых количествах. Условия работы машин вытекают из описания технологического процесса изготовления продукции, для производства которой эта машина предназначена, и включают комплекс показателей с допустимыми отклонениями, характеризующими качество исходного продукта, потребляемой энергии, режимы работы машины и состояние окружающей среды. Формулировка служебного назначения машины также может содержать ряд дополнительных сведений, которые необходимо учесть при проектировании и изготовлении машин. В частности ими могут быть требования к внешнему виду, безопасности работы, удобству и простоте обслуживания и управления, уровню шума, коэффициенту полезного действия, степени механизации и автоматизации.
6
В качестве примера ниже дана формулировка служебного назначения агрегатного станка, показанного на рис. 1, а.
24-шпиндельный четырехпозиционный агрегатный станок мод. № 0000 предназначен для сверления, зенкования и нарезания резьбы М8 X 1,25, в восьми отверстиях шестерни № 9999. Операционный чертеж обрабатываемой детали показан на рис. 1, б.
Станок должен обеспечивать при сверлении отверстий 0 7+0’16 мм, резьбу по 2-му классу точности, точность радиального положения отверстий в пределах 0,1 мм, точность углового
Рис. 1. Двадцатичетырехшпиндельный вертикальный сверлильно-резьбонарезной агрегатный станок:
1 — вертикальная станина; 2 — силовая головка; 3 — шпиндельная коробка; 4 — инструмент; 5 — кондукторная плита; 6 — приспособление; 7 — основание
положения — в пределах 30', перпендикулярность осей отверстий относительно поверхности К. — в пределах 0,15 мм/100 мм. Такую точность должен обеспечивать станок при обработке деталей из поковки с предварительно обработанными торцами К, Г и центральным отверстием 0 81,5+0,02 мм при схеме базирования детали, показанной на рис. 1, б. Материал детали — сталь 12ХНЗ, твердость НВ 163—197, вес заготовки—1,95 кг. Температура заготовок 20°±$, температура воздуха в цехе, в котором предстоит работать станку, 20° ±4°. .Станок должен обрабатывать 150 деталей в час, требуемая долговечность станка — 8 лет.
Вот примерно уточнения, которые следовало бы сделать при формулировке служебного назначения вертикального сверлильнорезьбонарезного агрегатного станка.
7
Первоначально служебное назначение машины формулируется заказчиком при разработке технологического процесса изготовления продукции и уточняется при оформлении заказа на проектирование машины. Для конструктора формулировка служебного назначения машины является исходным документом, который впоследствии прилагается им к чертежам машины. Со стороны технолога, приступающего к проектированию технологии изготовления машины и являющегося лицом, ответственным за сдачу готовой машины заказчику, помимо изучения, требуется критическая оценка формулировки служебного назначения машины.
Необходимость именно в критической оценке объясняется важностью того, чтобы задачи, которые должны быть решены с помощью создаваемой машины, были определены правильно. Если ошибки или неточности, допущенные при конструировании и изготовлении машины, еще как-то устранимы, то ошибки в определении служебного назначения машины, в ее основном' замысле не поддаются исправлению и нередко ведут к неполноценности или негодности конструкции. На практике нередки случаи, когда уточнения служебного назначения машины на стадии проектирования технологического процесса требовали значительных конструктивных доработок, но способствовали повышению качества машины.
§ 2. Анализ соответствия технических условий и норм точности служебному назначению машины
Технические условия и нормы точности являются прямым следствием служебного назначения машины и результатом преобразования качественных и количественных показателей служебного назначения машины в показатели размерных связей ее исполнительных поверхностей. Так как технические условия и нормы точности являются отражением служебного назначения машины, то, приступая к разработке технологического процесса, необходимо глубоко понимать смысл тех требований, которые предъявляются к качеству изготовляемой машины, и иметь уверенность в том, что они разработаны правильно.
Разработка технических условий и норм точности на создаваемую машину является делом достаточно сложным. Нередки случаи, когда конструкторы пытаются уклоняться от обоснования задаваемых норм или задают технические условия в неявной форме, не выражая их цифрами. Технологам в таких случаях приходится уточнять и даже дополнять недостающие технические условия или переводить на язык цифр условия, заданные в неявной форме.
Разработке или проведению анализа соответствия технических условий и норм точности служебному назначению машины могут способствовать: теоретические исследования физической сущности явлений, сопутствующих работе машины; проведение экспериментов на опытных образцах, макетах или даже первых экземпля-и
i \
/
pax машины; изучение опыта эксплуатации машин типа, аналогичного подготовляемой к изготовлению; суждения логического характера на основании опыта, которым обладает технолог, выполняющий анализ.
Значительное количество показателей качества машины обеспечивается в процессе ее изготовления. Одним из важных показателей, обеспечение которого связано с наибольшими трудностями, является точность машины. На соответствие этого показателя служебному назначению машины следует обращать внимание в первую очередь.
Анализ соответствия норм точности и технических условий служебному назначению машины, также как и разработка их при конструировании предполагает решение прямой задачи.
Только идя от служебного назначения машины к техническим условиям и нормам точности, можно понять построение схемы их разработки и установить правильность и достаточность. Поэтому технолог, как и конструктор, должен владеть методом разработки норм точности и технических условий на машину.
Исходными данными для установления норм точности машины могут являться требования к качеству продукции, которую должна производить машина, производительности, долговечности машины. В конечном счете соблюдение этих требований зависит от точности формы, размеров, относительного положения и направления движения исполнительных поверхностей машины, т. е. от точности размерных связей исполнительных поверхностей.
Чтобы перейти от требований служебного назначения к параметрам размерной точности машины, следует:
1) выявить исполнительные поверхности машины;
2) выявить виды связей исполнительных поверхностей, посредством которых машина должна осуществлять процесс и производить продукцию;
3) осуществить переход в номиналах и допусках от параметров продукции и процесса к параметрам связей исполнительных поверхностей машины;
4) преобразовать в номиналах и допусках различного рода связи исполнительных поверхностей в размерные связи и установить нормы точности формы, размеров, относительного положения и направления движения исполнительных поверхностей машины.
Переход от параметров качества продукции и процесса к параметрам связей исполнительных поверхностей машины или преобразование этих связей могут быть осуществлены следующим путем. Если параметр у, отражающий служебное назначение машины или вид связи ее исполнительных поверхностей, находится в функциональной зависимости от ряда каких-то параметров xlt х2, • • •, то в общем виде эта зависимость может быть представлена в виде исходного уравнения:
У — f (*!• Х2....Хп)-
9
Для составления исходного уравнения рекомендуется Сначала разобраться в явлениях, возникающих в процессе работы машины, и оценить эти явления с качественной стороны. Качественная оценка явлений позволяет установить причины возникновения отклонений в процессе работы машины и выявить их структуру. Решение исходного уравнения сводится к установлению номинальных значений аргументов хх, х2, . . ., хп, удовлетворяющих номинальному значению функции у, заданному непосредственно служебным назначением машины или полученному в результате проведенных преобразований.
' Если отклонения величин xlt х2, . . хп носят случайный характер, то их следует ограничить допусками, исходя из допуска на функцию у, по формуле
“ ]/ S Cfe Ь, + 2 2 ('Й? М'
В этой формуле:
бу — допуск на функцию у;
бх — допуск на аргумент х;
i, j, I — номера аргументов;
ду
—---передаточное отношение, учитывающее степень влия-
ния отклонения аргумента х{ на отклонение функции у,
kxg — коэффициент, учитывающий закон рассеивания отклонений аргумента xt\
rxjX[ — коэффициент корреляционной связи аргументов с номерами j и I.
Функциональная связь координаты ДОу середины поля допуска функции с координатами До^ середин полей допусков аргументов вытекает из зависимости среднего значения функции от средних значений аргументов:
= /(х1,х2,
На основании этой зависимости можно установить средние допустимые значения аргументов х(, удовлетворяющие среднему допустимому значению у функции, заданному служебным назначением машины, а затем перейти к координатам середин полей допусков аргументов, определив по каждому из них отклонение его среднего допустимого -значения от номинала:
^°Х1 = xi Xi"
Если возможно, то удобнее среднее допустимое значение аргумента совмещать со значением номинала; при этом До = 0.
xi
Задача перехода от параметров служебного назначения машин к параметрам размерной связи ее исполнительных поверхностей сводится к установлению номинальных значений xt и значений До^, исходя соответственно из значений у. 6у и До^ , требуемых служебным назначением машины. Так как при п неизвестных аргументах обычно в наличии имеется лишь одно уравнение, дающее связь соответствующих величин, то подбор значений аргументов по значениям функции является единственным путем решения задачи. Подбор может дать бесконечно большое количество решений. Некоторого или даже значительного сокращения количества решений задачи можно достичь, если учитывать действующие нормы на значения аргументов (если таковые существуют), опыт решения подобных задач в прошлом, а также экономическую сторону дела.
В сложных случаях преобразования различного вида связей исполнительных поверхностей машины в размерные преобразования удобнее вести поэтапно, преобразуя в номиналах и допусках один вид связи в другой, постепенно подходя к размерным связям. Ниже на примере электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением от постоянных магнитов показан путь перехода в номиналах и допусках от параметров продукции к параметрам размерной связи исполнительных поверхностей машины.
Электродвигатель предназначен для создания вращательного движения с частотой вращения пв об/мин вала и вращающим моментом Мвр на валу. В соответствии со служебным назначением двигателя заданы допуски бЛв и бЛ1вр. Вращение вала электродвигателя является результатом кинематической связи между якорем и статором, а вращающий момент — динамической связи. Каждая из них осуществляется через электромагнитные связи. Переход от кинематической связи к электромагнитной может быть выполнен в номиналах с помощью исходного уравнения:
__ __ ЕабОЮ8
пв — ~ рф'м >
где Е — электродвижущая сила в обмотке якоря, определяется из соотношения
E~U — JR* — Д(/щ;
U — напряжение питания электродвигателя;
J — ток в обмотке якоря;
/?я — сопротивление обмотки якоря;
Л^/щ — падение напряжения на щетках;
2а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря;
2р — число пар полюсов электродвигателя;
Ф — магнитный поток в зазоре;
N — число проводников обмотки якоря.
11
Установив номинальные значения аргументов, исходя из заданного служебным назначением пв, и используя их в качестве исходных величин, можно продолжить преобразование связей и перейти, например, от установленного сопротивления /?я якоря к материалу и сечению проводников обмотки. Или, беря в качестве исходного, уравнение
МДС 4~ + Д’
где МДС — магнитодвижущая сила, lt — средняя силовая линия; р, — магнитная проницаемость железа;
5Ж — сечение железа; Д — воздушный зазор,
Служебное назначение бЬигателя
&--------- Д с *------Дя I
Размерные сбязи
Рис. 2. Схема преобразования связей в электродвигателе
можно, исходя из величины Ф, установить номинальный воздушный зазор Д между якорем и статором (рис. 2). Воздушный зазор является одним из параметров размерной связи исполнительных поверхностей электродвигателя.
Для создания требуемого вращающего момента на валу двигателя необходимо перейти от заданного служебным назначением двигателя момента к электромагнитному моменту М9м. Так как Л4,м — Л1вр, то на основании зависимости
М. =-•-£-МФ/ /И1эм — 2л у2*4'*'
12
можно подойти к значениям уже встречавшихся ранее аргументов с позиций обеспечения требуемой динамической связи исполнительных поверхностей двигателя.
Так как Л4ЭМ = -ф МФ, то, используя уже выбранные величины МиФ, можно установить номинальный диаметр Дя якоря и перейти, таким образом, к другому параметру размерной связи исполнительных поверхностей двигателя. Следуя и дальше тем же путем, можно установить необходимую активную и общую длину проводников обмотки якоря, размеры магнитов, диаметр статора, соосность якоря со статором и другие параметры электродвигателя, исходя из соответствующих величин.
Для установления норм точности двигателя необходимо перейти от допусков на параметры продукции двигателя к допускам на параметры размерной связи исполнительных поверхностей. Этот переход осуществляется на основе исходных уравнений, дающих преобразование в номиналах параметров одних видов связей в другие, и зависимости допуска функции от допусков аргументов, приведенной ранее. Например, чтобы перейти от допуска на частоту вращения якоря двигателя к допускам на параметры электромагнитной связи, необходимо, исходя из него, установить допуски на аргументы, учтя степень влияния отклонений аргументов на функцию соответствующими частными производными. Отсутствие в данном случае корреляционной связи между аргументами и выбор коэффициентов kt — I, предполагающий распределение отклонений аргументов по закону Гаусса при риске в 0,27%, приводит зависимость допуска на частоту вращения от допусков на параметры электромагнитных связей к следующему виду:
+ (w)1
Расчет средних допустимых значений аргументов должен быть выполнен по формуле
- __ (Z7—7₽я —А77щ)а.бО.ю8 рФ N ’
Идя тем же путем, можно рассчитать допуски на параметры всех видов связей и получить в конечном счете допуски на параметры размерной связи исполнительных поверхностей электродвигателя. В ряде случаев оказывается затруднительным составление строгих математических зависимостей, позволяющих осуществить переход от продукции и процесса к связям исполнительных поверхностей машины и преобразование связей. В таких случаях разработка норм точности базируется на эксперименте, опыте и логике. Встречаются и такие задачи, в которых переход от требований качества продукции к нормам точности машины может быть совершен на основе линейных зависимостей с применением теории размерных цепей.
13
Рассмотрим в качестве примера подход к разработке норм точности агрегатного станка, показанного на рис. 1. Исполнительными поверхностями агрегатного станка являются поверхности отверстий в шпинделях, в которых устанавливают режущие инструменты, базирующие поверхности приспособления, являющегося составной частью станка, и поверхности отверстий кондукторных втулок, ^направляющих сверла.
Выявим требования к геометрической точности станка, т. е. к размерным связям его исполнительных поверхностей, исходя из требуемой точности размеров и положения обрабатываемых отверстий при сверлении.
Чтобы агрегатный станок соответствовал служебному назначению, необходимо:
1) чтобы сверла, направляемые кондукторными втулками, обеспечивали диаметры отверстий с точностью 0,16 мм;
2) кондукторные втулки задавали правильное направление сверлам и обеспечивали радиальное положение отверстий в пределах 0,15 мм, угловое—в пределах до 30', перпендикулярность отверстий установочной базе детали — 0,15/100 мм;
3) сверла при входе во втулки не деформировались.
Погрешности любого выдерживаемого размера при обработке детали представляют собой сумму погрешностей установки (а»у) детали, статической (сос) и динамической (сод) настройки системы СПИД:
со = ©у + сос 4- ®д.
В связи с этим необходимо, исходя из допуска на выдерживаемый размер, ограничить допусками каждую из составляющих погрешность обработки так, чтобы
б Ss бу 4- 6С 4- 6Д:
В процессе изготовления станка в основном достигается точ: ность его статической настройки. Поэтому допуски на показатели геометрической точности станка следует устанавливать, исходя из 6С. Не касаясь динамики процесса обработки, проанализируем зависимость размеров и положения обрабатываемых отверстий от геометрической точности станка.
Диаметр обрабатываемого отверстия D0TB зависит не только от диаметра сверла DCB, но и от разбивки Дразб отверстия сверлом. Исследование причин разбивки отверстий показывает, что она находится в зависимости от зазора Д между сверлом и втулкой и, по утверждениям П. А. Короблева, приблизительно равна двойному зазору. Если допуск на диаметр обрабатываемого отверстия, равный 0,16 мм, разделить на три части и ограничить ими составляющие погрешность обработки отверстий следующим образом: 0,16 = 0 4-0,08 4-0,08, то исходной величиной для дальнейших расчетов будет 6С = 0,08 мм.
Так как роль разбивки отверстия весьма существенна, то в приближенном расчете можно пол у ченным\ допуском 60 ограни-14
чить величину разбивки отверстия сверлом. Тогда наибольший допустимый зазор Днб между сверлом и втулкой
Днб _ Дизб = «с = М8_ = 0>04 мм Л £ £
Так как зазор между сверлом и втулкой зависит от их диаметров, то далее можно установить наибольшие допустимые отклонения диаметров сверла Дсв, отверстия во втулке Двт, а также нормы износа сверла Дизн.св и втулки Дизн. вт, применив квадратичное суммирование отклонений:
ДНб "|/*Дсв 4" Двт "F Дизн. СВ + Дизн. вт'
Точность радиального и углового положения каждого из отверстий обеспечивается в процессе обработки через размерные цепи системы СПИД. На рис. 3 показаны размерные цепи А, р и у,
Ось отберстия В корпусе приспособления
Рис. 3. Схема размерных цепей системы СПИД агрегатного станка, при помощи которых достигается точность положения одного из обрабатываемых отверстий
при помощи которых достигается точность расстояния одного из обрабатываемых отверстий от базирующего отверстия, его перпендикулярность относительно установочной базы детали и относительное угловое положение пары обрабатываемых отверстий. Исходными звеньями этих размерных цепей являются выдерживаемое расстояние Лд и углы 0Д и уд. Допуски следует рассчитывать, исходя из соответствующих величин 6С, полученных в результате распределения допусков на параметры положения отверстий в детали между тремя составляющими погрешности обработки. Расчет должен определить: требуемую точность кондукторной плиты, точность базирования кондукторной плиты по приспособлению, точность базирующих элементов приспособления.
15
Чтобы сверла не деформировались при вхождении во втулки и чтобы уменьшить трение между ними, необходимо обеспечить соосность сверл с втулками. В общем случае соосность сверла и втулки может нарушаться по ряду причин, к числу которых следует отнести смещение Б (рис. 4) и поворот р оси вращения сверла относительно оси отверстия в кондукторной втулке, радиальное биение сверла, вызываемое смещением В и поворотом т] сверла
относительно оси его вращения, и непараллельность р направления подачи сверла оси отверстия в кондукторной втулке. Чтобы при наличии указанных отклонений полностью избежать деформации сверла, требуется при ограничении отклонений исходить из наименьшего допустимого зазора между сверлом и втулкой.
Однако обеспечить при изготовлений станка сумму всех отклонений в пределах наименьшего зазора затруднительно ввиду его малости (Днм = 0,013 мм). Поэтому приходится сознательно идти на деформацию сверла при вхождении во втулку, их повышенный износ и ограни-
Рис. 4. Схема отклонений положения и чить отклонения, приводящие направления подачи сверла относительно К несоосности сверла И втул-отверстия в кондукторной втулке ки, экономически приемлемыми допусками: 6Б = 0,02 мм, 6р = 0,02/150 мм, SB = 0,04 мм, 6П = 0,04/150 мм, — 0,03/150 мм.
С разработкой норм точности выясняются задачи, которые необходимо решить в процессе изготовления машины. Технолог должен уяснить смысл этих задач, чтобы строить технологический процесс со знанием дела. Для этого требуется проследить весь путь, приведший к заданным допускам: разобраться в сущности процесса, который должна выполнять машина, в связях между
исполнительными поверхностями машины, оценить правильность установленных норм с качественной и с количественной сторон. Глубокое понимание системы размерных связей в машине, уверенность в правильности построения этой системы и в целесообразности ее параметров могут быть достигнуты лишь в результате кропотливого анализа соответствия норм точности и технически^ условий служебному назначению машины. Такой анализ крайн^ необходим и, чем тщательнее он будет проведен технологом,"тем меньше
16
недочетов можно ожидать в спроектированном технологическом процессе.
Следующим шагом в разработке технологического процесса сборки машины является ознакомление с намечаемым выпуском машин в единицу времени (масштабом выпуска) и общим количеством машин, подлежащих выпуску по неизменным чертежам (величиной серии), так как выбор методов достижения требуемой точности тесно связан с количественным выпуском машин. Помимо этого, данные о масштабе выпуска и величине серии- будут необходимы и в дальнейшем для выбора видов оборудования, объема технологической оснастки, вида и формы организации технологического процесса сборки машины и его технико-экономической оценки.
§ 3. Выбор методов достижения требуемой точности машины. Корректировка рабочих чертежей
Выбору методов достижения требуемой точности машины обычно предшествует изучение ее рабочих чертежей. Изучение чертежей начинаётся с момента ознакомления с конструкцией машины и выявления ее исполнительных поверхностей и углубляется на протяжении дальнейших этапов проектирования технологического процесса сборки машины. В результате изучения чертежей выявляются состав, связь и взаимодействие всех сборочных единиц и деталей, составляющих машину.
Приступая к выбору методов достижения требуемой точности машины, прежде всего необходимо сформулировать задачи, которые требуется решить в процессе достижения ее точности. Эти задачи вытекают из требований к точности машины, и каждая из них дасается обеспечения точности одного из параметров размерной связи. При проведении конструктором точностных расчетов уже были избраны методы достижения требуемой точности каждого из параметров. Технологу необходимо вскрыть заложенные
в конструкцию машины методы достижения ее точности, оценить, удачен ли их выбор при заданном масштабе выпуска, проверить
правильность простановки размеров и допусков в чертежах машины и наличие компенсаторов, если достижение требуемой точ
ности каких-то параметров предполагается вести методом регули-
ровки или пригонки.
Для успешного выполнения этой работы необходимо изучить
конструкторские размерные цепи или выявить их, если схемы размерных цепей машины не будут приложены к чертежам. При выявлении размерных цепей необходимо иметь в виду, что от четкости формулировки задачи во многом будет зависеть правильность выявленной размерной цепи и ее соответствие поставленной
задаче, что поставленную задачу можно решить только единственной правильно построенной размерной 1шггъю, так-как размервд^ связи в машине между деталями и узлакЛ объективна, и ит^аж-
17
I / л «
дая размерная цепь дает решение только одной задачи. При решении прямой задачи первым должно быть выявлено исходное звено, отражающее сущность решаемой задачи. Обычно исходным звеном является расстояние или относительный поворот поверхностей (или их осей) деталей, относительное положение которых требуется обеспечить.
Составляющими звеньями размерной цепи могут быть или расстояния (относительные повороты) между поверхностями (их осями) деталей, образующими исходное звено, и основными базами этих деталей, или расстояния (относительные повороты) между поверхностями вспомогательных и основных баз деталей. Руководствуясь этим положением, для выявления размерной цепи следует идти от поверхностей (осей) деталей, образующих исходное звено, к основным базам (осям) этих деталей, от них к основным базам (осям) деталей, базирующих первые детали, учитывая отдельными звеньями несовпадение основных и вспомогательных баз (осей), если они возможны, и т. д. вплоть до вспомогательных баз базирующей детали сборочной единицы и образования замкнутого контура.
Требуемая точность машины в процессе ее сборки достигается через технологические размерные цепи. Совпадение технологической размерной цепи с конструкторской возможно лишь при достижении точности ее замыкающего звена одним из методов взаимозаменяемости. Применение других методов, использование в процессе сборки различных приспособлений и контрольных устройств, точность которых сказывается на результатах сборки, приводят к возникновению в процессе сборки размерных связей, отличающихся от тех, что действуют в работающей машине. Технолог, разрабатывающий технологический процесс сборки машины, должен не только отчетливо представлять размерные связи, возникающие при избранном им построении технологического процесса, но и сознательно направлять размерные связи, добиваясь большей точности и экономичности процесса сборки.
Избрание метода и средств достижения точности замыкающего звена в ряде случаев требуют изменения системы простановки размеров в рабочих чертежах деталей и назначения допусков с учетом размерных связей, возникающих в избранном варианте построения технологического процесса сборки машины при намеченной оснастке.
Поясним изложенное на примере технологического процесса сборки вертикального сверлильно-резьбонарезного агрегатного станка, показанного на рис. 1*.
Из сказанного ранее следует, что при сборке станка для достижения его точности необходимо решить в числе прочих задачи, указанные ниже. /
* Рассмотрен один из возможных вариантов достижения требуемой точности агрегатного станка.
18
Допускаемое
Задача отклонение
в мм
1. Обеспечить:
а) параллельность оси вращения шпинделя относительно оси отверстия в кондукторной втулке 0,02/150
б) отсутствие смещения осей ..................... 0,02
2. Обеспечить:
а) параллельность оси сверла относительно оси вращения шпинделя ................................ 0,04/150
б) отсутствие смещения осей ...................... 0,04
3. Обеспечить параллельность направления подачи сверла оси отверстия в кондукторной втулке . . . 0,03/150
4. Обеспечить установку кондукторной плиты на штыри приспособления и прилегание ее на бази-рующие платики приспособления............. —
Каждое из требований к точности соблюдается в работаю/цем станке через самостоятельную конструкторскую размерную цепь. Например, параллельность оси вращения одного из шпинделей оси отверстия в кондукторной втулке в одной из координатных плоскостей обеспечивается при помощи размерной цепи р, а отсутствие относительного смещения осей — при помощи размерной цепи Б (рис. 5). Соосность других шпинделей с кондукторными втулками плиты обеспечивается при помощи размерных цепей, параллельно связанных с размерными цепями р и Б. Для простоты изображения на рис. 5 из 24 шпинделей станка показаны лишь два.
Достичь требуемую точность замыкающих звеньев рд и Бд одним из методов взаимозаменяемости не представляется возможным, так как требования к их точности высоки, а размерные .цепи многозвенны. Однако возможен другой путь достижения соосности шпинделей с втулками. Воспользовавшись тем, что кондукторная плита подвешивается на четырех штангах, можно, регулируя ее положение в пределах зазоров между втулками плиты и штангами, добиться соосности одного из шпинделей с кондукторной втулкой в двух координатных плоскостях и другого шпинделя с его кондукторной втулкой в одной из координатных плоскостей, применив в качестве контрольных средств оправки с втулкой.
На рис. 5 показан лишь один из шпинделей, по которому выставляется кондукторная плита. Выбор способа достижения соосности приводит к возникновению ряда технологических задач, каждая из которых решается при помощи своей размерной цепи. Достижение соосности с применением калибров будет возможно теперь через размерные цепи т и В методом полной взаимозаменяемости, причем тд = рдиВд = Бд. Но к решению этой задачи можно подойти лишь после того, как будет обеспечена возможность вхождения оправки во втулку калибра через размерные цепи р и К- Замыкающие звенья этих размерных цепей рд = и /Сд = Bt. Их точность будет достигаться методом регулировки,
19
а компенсаторами будут зазоры между штангами и втулками плиты.
Выставка кондукторной плиты и подвеска ее на штангах выдвигают еще одну задачу: при соединении плиты со штангами не-
Рис. 5. Схемы конструкторских и технологических размерных цепей агрегатного станка
обходимо избежать деформации штанг из-за несоосности их концов с втулками плиты. Для одной из штанг, не базирующих кондукторную плиту в горизонтальной плоскости, эта задача может быть решена посредством размерной цепи М (рис. 5) методом полной или неполной взаимозаменяемости. Зазор между штангой и втулкой, в пределах которого можно допустить смещение Л4Д их 20
осей, должен быть рассчитан с учетом возможной несоосности Л14 = /С6 втулки со штангой, базирующей плиту.
Что касается других шпинделей станка и кондукторных втулок плиты, то обеспечить их соосность методом регулировки уже не представляется возможным. Приходится рассчитывать на метод полной или неполной взаимозаменяемости и применять их с учетом достигнутой соосности шпинделей и втулок, участвовавших в выставке плиты. На рис. 5 приведены технологические размерные цепи у и Н, посредством которых достигается соосность второго шпинделя с кондукторной втулкой. Для остальных шпинделей и втулок размерные цепи будут аналогичны.
Рис. 6. Кондукторная плита агрегатного станка:
1—4 —отверстия под штанги; 5—9 —отверстия под базирующие втулки плиты; 10—25 — отверстия под кондукторные втулки
Принятое построение технологического процесса и методы достижения соосности шпинделей и втулок требуют соответствующей простановки размеров в рабочих чертежах деталей станкам расчета допусков через технологические размерные цепи. Например, в чертежах кондукторных плит положение отверстий под втулки штанг, под кондукторные, втулки и втулки, базирующие плиту, обычно задаются в системе координат XOY (рис. 6).
Технологические размерные цепи, возникающие при сборке станка, указывают на то, что более короткий, а следовательно, более точный путь достижения требуемой соосности шпинделей с кондукторными втулками будет в том случае, если положение отверстий задать в нескольких системах координат, увязав их между собой. Первая система координат должна быть
связана с отверстиями 1 и 3, по которым плита базируется на штангах. Причем ее начало 0х должно быть совмещено с центром того отверстия, которое должно лишать плиту двух перемещений в горизонтальной плоскости, а ось 0LXt проходить через центр отверстия, лишающего плиту поворота вокруг Ох. Для лучшей ком-
21
пенсации погрешностей расстояния между этими отверстиями, конец штанги, входящей в отверстие 3, целесообразно сделать ромбического сечения.
В системе координат X1O1Y1 должно быть задано положение отверстий 2 и 4, а выполнить их придется по более широкому допуску, чем базирующие отверстия, для увеличения зазора между ними и штангами. В этой же системе координат должно быть задано положение двух отверстий под кондукторные втулки,
Рис. 7. Схемы размерных цепей, при помощи которых достигается параллельность направления подачи сверл осям отверстий в кондукторных втулках г-
по которым будет выставляться кондукторная плита (пусть это будут отверстия 12 и 24). Положение всех остальных отверстий под кондукторные втулки должно быть задано в системе координат X2O2Y2t построенной на отверстиях 12 и 24. В системе координат X2O2Y2 следует определить и положение отверстий под втулки, базирующие плиту, так как от него зависит точность положения обрабатываемых отверстий относительно центрального отверстия детали, используемого в качестве одной из технологических баз.
Задача, связанная с достижением параллельности направления подачи сверл осям отверстий в кондукторных втулках, сводится к обеспечению параллельности осей отверстий направляющим станины, задающим направление подачи.
Конструктивно эта задача решается при помощи размерной цепи £ (рис. 7). В этой размерной цепи наиболее существенные отклонения можно ожидать на звене £3, так как на его точность оказывает влияние выставка кондукторной плиты по отношению к шпинделям. Это обстоятельство является одной из главных причин того, что обеспечить требуемую точность £д методом неполной взаимозаменяемости можно лишь при значительном проценте риска. Отклонения £д, выходящие за пределы допуска, можно устранить лишь методом пригонки.
При выборе компенсирующего звена приходится учитывать, что использовать звенья £х и £2 в качестве компенсирующих физически невозможно,’ звено £3 также отпадает, потому что нельзя нарушать связь шпинделей с кондукторными втулками и нельзя трогать стык шпиндельной коробки с силовой головкой, 22
чтобы не нарушить правильность зацепления зубчатых колес, передающих вращательное движение и момент от силовой головки к шпинделям. Компенсирующим звеном можно избрать лишь звено и шабрением направляющих силовой головки устранить избыточную погрешность на замыкающем звене £д.
На практике при изготовлении агрегатных станков поступают несколько иначе и подходят к параллельности осей отверстий в кондукторных втулках направляющим станины, обеспечивая параллельность осей вращения шпинделей направляющим станины. В возникающей при этом размерной цепи х избыток погрешности ее замыкающего звена устраняется также за счет шабрения направляющих силовой голдвки, но требуемая параллельность отверстий в кондукторных втулках направляющих станины достигается уже с помощью размерной цепи е.
Правильная установка кондукторной плиты на приспособлении требует соосности ее втулок с базирующими штырями приспособления и параллельности платиков плиты плати кам приспособления, дающим ей установочную базу. Технологические размерные цепи П и при помощи которых решаются эти задачи, приведены на рис. 8. Конструкция станка допускает достижение точности замыкающего звена 77д регулировкой за счет перемещения в горизонтальной плоскости вертикальной станины. Требуемая параллельность достигается в настоящее время пригонкой путем дополнительной обработки основания вертикальной станины по указанию сборки.
Неизбежная разборка станка после выставки кондукторной плиты по приспособлению и подметки станины для дополнительной обработки сильно усложняют процесс сборки. Значительные упрощения для достижения точности £д внес бы метод регулировки с применением-подвижных компенсаторов. В качестве простейших компенсирующих устройств можно применить три домкрата, встроенные в стык станины и основания станка. Они позволили бы регулировать поворот станины вместе с кондукторной плитой в пространстве и избежать разборки станка и дополнительной обработки станины.
Один из возможных вариантов компенсирующих устройств дан на рис. 8, б. Незначительные конструктивные усовершенствования станка, которые может предложить технолог, разрабатывающий технологический процесс, не только существенно облегчили бы процесс сборки станка, но и предоставили бы возможность повысить его точность.
Технологические размерные цепи позволяют выявить логическую схему решения комплекса технологических задач, возникающих при достижении Требуемой точности того или иного параметра точности машины. В результате их расчета намечается не только требуемая простановка размеров и допусков в рабочих чертежах деталей машины, но и допуски на размеры деталей применяемой технологической оснастки. Например, технологические 23
размерные цепи т и В, при помощи которых достигается у агрегатного станка соосность шпинделей с кондукторными втулками (см. рис. 5), дают возможность определить требуемую точность контрольных устройств в результате расчетов, выполненных по следующей схеме. Исходя из допусков 6РД = и 6Бд = 6Вд,
Рис. 8. Схемы размерных цепей, при помощи которых обеспечивается установка кондукторной плиты на приспособлении, с подвижным компенсирующим устройством:
1 — вертикальная станина; 2 — резьбовое кольцо; 3 — гайка; 4 — основание станка
следует соответственно установить допуски 8%{ и 8Bl составляющих звеньев, в том числе и 6Т1 и 6В1. Последние должны быть взяты как допуски исходных звеньев рд и Кд при решении последующей задачи и распределены между составляющими звеньями р, и К, с учетом избранного метода достижения точности замыкающих звеньев.
Рассмотренные примеры выбора методов достижения требуемой точности машины, относящиеся к сборке агрегатных станков, не могут, конечно, охватить того многообразия задач, которые приходится решать технологу при разработке технологии сборки разнообразных видов м^шин. Однако, наряду с подходом к решению этих задач, примеры показывают, насколько важна вдум-24
чивая проработка размерных связей, имеющихся в машине и возникающих в проектируемом технологическом процессе. Правильное раскрытие этих связей и придание им нужного направления во многом предопределяют качество разработанной технологии.
§ 4. Разработка последовательности и выбор вида и формы организации процесса сборки машины ,
После того как изучена конструкция машины, выявлена взаимосвязь сборочных единиц и деталей в машине, установлены методы и средства достижения требуемой точности и произведена корректировка размеров и их допусков в чертежах, приступают к разработке последовательности сборки машины, используя результаты произведенного размерного анализа машины.
Последовательность общей сборки машины в основном определяется ее конструктивными особенностями и заложенными в конструкции методами получения требуемой точности машины. В меньшей мере на последовательность сборки машины оказывает влияние организация сборочного процесса. Общие указания о последовательности сборки машин состоят в следующем:
1) по чертежам машины и прилагаемой к ним спецификации необходимо выявить все составляющие машину узлы, подузлы, комплекты и отдельно входящие в нее детали;
2) общую сборку машины и сборку любой сборочной единицы следует начинать с установки на сборочном стенде или конвейере основной базирующей детали; в ряде случаев роль базирующей детали может выполнять комплект или даже более сложное соединение деталей;
3) смонтированные в первую очередь сборочные единицы и детали не должны мешать установке последующих деталей и сборочных единиц;
4) в первую очередь необходимо монтировать сборочные единицы и детали, выполняющие наиболее ответственные функции в работе машины;
5) при наличии параллельно связанных размерных цепей в машине сборку следует начинать с установки тех сборочных единиц и деталей, размеры или относительные повороты поверхностей которых являются общими звеньями и принадлежат большему количеству размерных цепей.
Из многочисленных вариантов возможной последовательности сборки машины лишь некоторые из них позволяют собрать машину заданного качества при наименьших затратах средств и труда. Нахождение такого варианта представляет довольно сложную задачу, успешному решению которой в значительной мере способствует проведение размерного анализа машины. Ниже, на примере агрегатного станка показано в пределах тех задач, что были рассмотрены в § 3, применение сделанных рекомендаций
25
и результатов размерного анализа к разработке последовательности общей сборки станка.
Конструктивные особенности вертикального агрегатного станка допускают его общую сборку параллельно в двух направлениях. В одном из них основание станка устанавливают на сборочном стенде и на нем монтируют поворотный стол, приспособление и другие сборочные единицы и механизмы, относящиеся к этой части станка. Параллельно с этим можно монтировать на вертикальной станине силовую головку, шпиндельную коробку и кондукторную плит^.
Из анализа рассмотренных ранее размерных цепей можно сделать вывод о том, что достижение параллельности осей кондукторных втулок направляющим силовой головки выгоднее вести через размерные цепи % и е, чем через размерную цепь £ (см. рис. 7). Поэтому сначала необходимо присоединить шпиндельную коробку к силовой головке и добиться параллельности осей, вращения шпинделей к ее направляющим. В противном случае следовало бы собрать силовую головку, шпиндельную коробку, кондукторную плиту и регулировкой положения последней сначала обеспечить соосность шпинделей с кондукторными втулками через размерные цепи р. и К. Если этого не сделать ранее, то выставка кондукторной плиты по шпинделю нарушила бы уже достигнутую параллельность кондукторных втулок относительно направляющих силовой головки. Второй вариант неудобен и тем, что при шабрении направляющих силовой головки пришлось бы иметь дело с более массивным’ узлом, а контроль параллельности по оправкам, установленным в кондукторных втулках, был бы менее точен из-за большей погрешности установки оправок в кондукторных втулках, чем в шпинделях, ввиду меньшей протяженности базирующих поверхностей. Таким образом, подвеска кондукторной плиты к шпиндельной коробке и регулировка ее положения должны следовать за обеспечением параллельности осей вращения шпинделей направляющим силовой головки.
После решения этих задач можно приступить к монтажу вертикальной станины с силовой головкой на основании станка. При этом через размерные цепи | и П должно быть достигнуто правильное базирование кондукторной плиты на приспособлении. Избранные методы решения этих задач требуют отражения в технологии сборки станка разметки по станине крепежных отверстий на основании станка, подметки станины для дополнительной обработки, демонтажа вертикальной станины, осуществления пригонки и окончательной сборки.
Последовательность сборки машины удобно изображать в виде схемы сборки. В курсе «Основы технологии машиностроения» [2] рассмотрены достаточно подробно различные варианты схем сборки, их преимущества и недостатки, а также принципы построения.
Документом, отражающим последовательность сборки, является также технологическая карта сборки. В отличие от схемы 26
сборки, весьма лаконично указывающей на последовательность сборки сборочных единиц и их монтажа в машину, технологическая карта сборки дает более широкие указания. Пригонка деталей, регулировка их положений, разметка по месту, обработка крепежных отверстий, контроль качества выполнения сборочных операций — все это должно найти отражение в технологической карте сборки. При этом последовательность выполнения сборочных переходов должна строго соответствовать последовательности, указанной в схеме сборки.
После определения последовательности сборки машины необходимо установить вид и форму организации сборочного процесса, ориентируясь на организацию, обеспечивающую наибольшую производительность труда и наименьшую себестоимость сборки машины. Этот вопрос следует решить на данном этапе разработки технологии сборки машины, так как от принятой формы сборки зависит решение последующих задач. Целесообразность выбора тех или иных вида и формы организации процесса сборки должна быть обоснована технико-экономическим расчетом. Такой расчет возможен лишь после того, как будут определены технологическая оснастка и оборудование сборочного цеха и проведено нормирование сборочных работ. Поэтому выбор вида и формы организации сборочного процесса на данном этапе его разработки следует считать предварительным, требующим уточнения в дальнейшем.’
§ 5. Выбор средств облегчения труда и увеличения его производительности
На сборку машины приходится 10—60% общей трудоемкости ее изготовления. Сборочные работы требуют значительной затраты физических сил сборщиков. Поэтому повышение производительности сборочных работ и облегчение труда сборщиков являются важнейшими задачами, которые приходится решать при разработке технологии сборки машины.
При выборе средств облегчения труда и повышения его производительности необходимо иметь в виду количество машин, подлежащих сборке в единицу времени и по неизменяемым чертежам, а также весь комплекс работ, которые необходимо выполнить при сборке машины: комплектование и транспортирование деталей и сборочных единиц к месту сборки, координирование их с заданной точностью, соединение, проверку достигнутой точности положения и движения монтируемых деталей, регулирование, пригонку, фиксацию относительных положений деталей и сборочных единиц, транспортирование самого собираемого объекта, испытания отдельных узлов и машин в целом, очистку, окраску.
При изготовлении машин единицами или в небольших количествах применяют главным образом универсальную технологическую оснастку и оборудование. С увеличением масштабов выпуска машин открывается экономически оправдываемая возмож-
27
ность использования специальных средств. Наконец, выпуск машин в больших количествах позволяет осуществить комплексную механизацию и автоматизацию сборочных работ, обеспечивающую наиболее высокую производительность и избавляющую рабочих-сборщиков от тяжелого и однообразного труда. При автоматизации сборочных работ особо ощутимо проявляется необходимость в комплексном подходе к решению этой задачи, так как автоматизация только отдельного вида работ часто не дает ожидаемого эффекта в целом.
При механизации и автоматизации доставки деталей и сборочных единиц к месту их монтажа в машину могут быть с успехом использованы конвейеры различных типов, оборудованные устройствами для адресования транспортируемых деталей со склада к рабочим местам в любые точки сборочного цеха. Такие конвейеры могут работать по «жесткой», неизменяемой на длительном отрезке времени программе, и «гибкой» программе, автоматически меняющейся в зависимости от характера монтируемых деталей и сборочных единиц на местах сборки. Конвейерами с устройствами для адресования деталей машин к рабочим местам можно оснащать сборочные цехи не только заводов массового, но и серийного и мелкосерийного производства.
При разработке технологического процесса сборки машины не меньшего внимания, чем транспортирование, должны заслуживать механизация и автоматизация других вспомогательных работ, например, комплектования деталей и сборочных единиц. Во многих случаях комплектовочные работы требуют больших затрат труда, а ошибки, допущенные при комплектовании деталей, вызывают затруднения и потери времени при сборке машин. От четкости комплектования и своевременной' отправки деталей на сборку во многом зависит бесперебойность сборочного процесса. Особо эффективной является механизация и автоматизация комплектовочных работ при изготовлении машин и механизмов широкой номенклатуры при сравнительно узкой номенклатуре деталей, из которых они собираются.
При установлении средств облегчения труда и повышения его производительности необходимо не только в полной мере использовать нормализованные и испытанные средства, обстоятельно описанные в работах [10, 12], но и изыскивать новые пути.
Наметка оснастки и оборудования, которые необходимо использовать при сборке машины, является предварительной, но она дает возможность приступить к нормированию сборочных работ и определению трудоемкости сборки любой сборочной единицы и машины в целом.
§ 6. Нормирование, определение трудоемкости сборки
Заключительным этапом разработки технологического процесса сборки машины является нормирование сборочных работ, определение трудоемкости сборки и необходимого количества рабочих 28
мест или позиций, которые должен пройти собираемый объект, и формирование операций из переходов. Нормирование и определение трудоемкости сборочных работ ведется по формулам, приведенным в «Основах технологии машиностроения» [2], и нормативам времен на слесарно-сборочные работы.
Нормативы времен на слесарно-сборочные работы содержат нормы основных технологических и вспомогательных времен выполнения наиболее распространенных сборочных переходов. Время обслуживания рабочего места, выделяемое рабочему для раскладки инструмента перед началом работы, очистки рабочего места, замены инструмента в процессе работы, передачи рабочего места сменщику, устанавливают в зависимости от вида сборочных работ в размере 2—6% от оперативного времени, представляющего собой сумму основного технологического и вспомогательного времени.
Перерывы для отдыха и удовлетворения естественных надобностей устанавливают в размере 4—6% оперативного времени. При конвейерной сборке рекомендуется устанавливать перерыв на 10 мин через каждые 1 ч 40 мин работы.
При сборке изделий партиями должны быть учтены с помощью нормативов затраты времени на подготовку сборочных работ для данной партии — так называемое подготовительно-заключительное время. При определении времени, затрачиваемого на операцию (трудоемкость операции), подготовительно-заключительное время относится к одному изделию и суммируется со штучным временем.
Суммирование трудоемкостей отдельных операций дает возможность найти трудоемкость сборки всего изделия, определить количество необходимых рабочих мест или позиций и потоков, необходимых для сборки одинаковых изделий, по формулам, данным в работе [2].
В результате разработки технологического процесса сборки машины при поточном производстве должна быть обеспечейа длительность операций, равная или кратная такту сборки машины. Упорядочение операций по времени является достаточно сложным делом и требует критической оценки всей предшествующей работы над проектом технологического процесса сборки машины.
Равенство или кратность времени операций такту сборки могут быть достигнуты путем частичных изменений последовательности сборки машины, частичной перекомплектовки операций из переходов, совмещения и расчленения операций, изыскания более производительных методов сборки, использования более производительного оборудования и технологической оснастки, а также корректирования режимов работы оборудования.
Все мероприятия по упорядочению операций по времени ни в коем случае не должны влиять на качество машины, производительность и удобство ее сборки. \
Л 29
§ 7. Пример разработки технологического процесса сборки узла машины
Так как разработка технологии сборки всей машины достаточно сложна, то для демонстрации практического использования методики разработки технологического процесса сборки взят узел машины — шестеренный масляный насос трактора (рис. 9). Общ-
Рис. 9. Общий вид шестеренного насоса трактора (объяснение позиций см. к рис. 12)
ность методики разработки технологии сборки машины, узла и любой другой сборочной единицы вполне допускает ее показ на более простом примере.
Служебное назначение насоса. Шестеренный насос предназначен для подачи смазки к трущимся поверхностям деталей трактора под давлением 600 кН/ма (6 кгс/см2) в объеме не менее 30 л/мин при частоте вращения зубчатых колес 2350 об/мин.
Произведем анализ достаточности и правильности технических условий, задаваемых чертежом, по производительности насоса, требуемой служебным назначением. Фактическая производительность насоса
Фф = Qrn—Qy—Qbc>
зо
где Qr — производительность насоса за один оборот зубчатых колес в л/об;
Qy — утечки масла в л/мин;
QBC — потери при всасывании в л/мин;
п — частота вращения зубчатых колес в об/мин.
При нагнетании возможны утечки масла трех видов:
Qy = Qyp Qy3 + QyT,
где Qyp — утечка из-за радиальных зазоров между зубьями и корпусом;
Qy3 — утечка из-за неплотности контакта зубьев;
QyT — утечка из-за торцовых зазоров между корпусом и зубчатыми колесами.
В соответствии с приведенными зависимостями расчет насоса и разработка норм точности должны быть проведены по следующей схеме. Исходя из требуемой производительности, следует установить геометрическую производительность, нормы утечки и потерь масла при всасывании. От геометрической производительности насоса следует перейти к размерам зубчатых колес, их модулю, ширине и параметрам зацепления. Нормы допустимых утечек и потерь при всасывании дают возможность ограничить допусками параметры, от которых зависят утечки и потери. В частности, исходя из установленной нормы утечки масла, следует установить нормы утечек Qyp, <?Уз и (?Ут, а исходя из них, определить наибольший допустимый радиальный зазор, боковой зазор между зубьями, торцовый зазор. Наименьшие допустимые зазоры должны быть установлены из условия отсутствия трения зубчатых колес о корпус и заклинивания их при нагреве во время работы.
Имея в виду схему расчета допусков, необходимо определить, соответствуют ли требования служебного назначения насоса предельные допустимые зазоры, заданные в чертежах. В табл. 1 даны величины возможных утечек масла, найденные по методике
Величины возможных утечек масла в шестеренном насосе
Таблица 1
Причина утечки масла Наибольшее допустимое отклонение зазора по чертежу в мм Возможная утечка мзсла в л/мин
Радиальные зазоры 0,15 0,44
Боковой зазор между зубьями зубчатых колес 0,45 4,49
Торцовый зазор между зубчатыми колесами и корпусом 0,12 1,8
Всего 6,73
31
расчета шестеренных насосов, предложенный Е. А. Рыбкиным и А. А. Усовым 414].
Потери при всасывании, одной из главных причин которых является разрежение во всасывающей камере насоса и неполное заполнение межзубовых впадин,
QBC = 4,83 л/мин.
Учитывая, что геометрическая производительность насоса при размерах зубчатых колес и корпуса, указанных в чертежах, будет Qrn = 0,01785-2350 = 41,95 л/мин, можно ожидать, что производительность насоса будет:
Сожид = 41,95 — 6,73 — 4,83 = 30,39 л/мин.
Следовательно, наибольшие допустимые зазоры установлены правильно.
Среди технических требований на насосы имеются следующие: в собранном насосе при прокручивании от руки зубчатые колеса должны вращаться плавно; собранный насос должен быть чистым; его зубчатые колеса должны работать плавно и бесшумно. Насос следует подвергнуть испытаниям на специальной установке в течение 3—4 мин.
Требования, касающиеся легкости и плавности, а также бесшумности зубчатых колес, заданы в неявной форме, поэтому формулировку первого из них следовало бы заменить следующей: «В окончательно собранном насосе приводной вал должен свободно провертываться от руки. Крутящий момент, требующийся для* поворота приводного вала, не должен превышать 10—15 кн-м (10—15 кгс/см)». Второе условие следует сформулировать так: «Уровень звукового давления (шума) при работе насоса под нагрузкой не должен превышать 85 дб».
В нормы точности на насос, заданные чертежом, следует внести еще одно уточнение: на зазор между корпусом и торцом ведомого зубчатого колеса привода следует установить допуск; учитывая, что для свободного вращения зубчатого колеса вполне достаточен зазор 0,1 мм, его следует ограничить пределами 0,1—0,5 мм.
Выяснив соответствие технических требований служебному назначению шестеренного насоса и откорректировав их, можно перейти к ознакомлению с намечаемым выпуском машин в единицу времени по неизменяемым чертежам. Допустим в нашем примере, что насос рассматриваемой конструкции следует изготовлять в количестве 100 000 в год, причем общий выпуск по неизменяемым чертежам намечен в 800 000 насосов.
Приступая к проведению размерного анализа, наметим\ наиболее важные задачи, которые необходимо решить в процессе изготовления насоса; такими задачами является обеспечение:
1) требуемого радиального зазора между зубчатыми колесами и корпусом;
32
2) зазора между корпусом и торцами зубчатых колес (торцового зазора);
3) требуемого бокового зазора между зубьями зубчатых колес;
4) требуемого зазора между торцом оси ведомого зубчатого колеса и крышкой корпуса;
5) зазора между корпусом и торцом ведомого зубчатого колеса;
6) плотности контакта зубьев зубчатого колеса;
7) легкости вращения зубчатых колес.
Первые пять задач могут быть решены при помощи размерных цепей Д, Б, В, Г иД (рис. 10). Плотность контакта зубьев зубчатых
колес зависит от относительного поворота образующих эвольвент-ных поверхностей зубьев в двух координатных плоскостях.
Размерные цепи, при помощи которых обеспечивается решение этой задачи, приведены ниже.
Для легкого вращения зубчатых колес необходимо:
а) чтобы между торцами колес, корпусом и крышкой был выдержан зазор не меньше толщины масляной пленки; для этого должны быть обеспечены с соответствующей точностью расстояние между торцами колес и дном корпуса и поворот торцов колес относительно дна корпуса; размерные цепи Б и у (рис. 11, а) дают решение этих задач в одной из координатных плоскостей;
б) чтобы были соблюдены требуемые зазоры в подшипниках, зависящие от диаметральных размеров отверстий втулок и валика (размерная цепь Е на рис. И, а) и от точности относительного сме
Рис. 10. Размерные цепи шестеренного насоса
щения и поворота осей отверстий
втулок в двух координатных плоскостях. Размерные цепи К и р, при помощи которых эти задачи могут быть решены в одной из координатных плоскостей, приведены на рис. 11,6.
Выявленные размерные цепи дают возможность вскрыть зало-
женные в конструкции методы достижения точности каждого из перечисленных параметров и оценить правильность простановки размеров и допусков на чертежах деталей насоса.
Например, радиальный зазор (см. рис. 10 и табл. 2).
Дд — —А1 + А 2 4- Аз -|~ Ад А^.
2 Б. Л. Беспалов и др.
33
Номинал замыкающего звена согласно чертежам деталей Ад = —48,75 4-О+О4-О+ 48,75 = 0.
Поле допуска замыкающего звена, если обеспечивать его точность по методу, полной взаимозаменяемости:
6ад = S 6А/ = 0,017 + 0,03 + 0,072 + 0,05 + 0,05 = 0,219 мм.
z==l 1
Рис. 11. Размерные цепи шестеренного насоса, определяющие легкость вращения шестерни
Допустимые значения звеньев цепи А
Таблица 2
Звено Номинал в мм Допуск дА^ в мм Координата середины поля допуска Д0А в мм Сущность допустимого отклонения
А] Аа 48,75 0 0,017 0,03 -0,008 0 Предельное допустимое
А3 0 0,072 0 значение биения поверхности выступов зубьев относительно отверстия Верхнее предельное
А, 0 0,05 0 значение зазора в подшипнике Предельное допустимое
Ав 48,75 0,05 0,1 значение биения наружной поверхности втулки относительно ее отверстия
34
Координата середины поля допуска замыкающего звена
ДоАд = — ЛоА1 + Лод2 + ДоАз + ДоА4 + Дод5;
А0ад = °>008 + 0 + 0 + 0 + 0’1 = °.108 мм-
Верхнее и нижнее предельные отклонения замыкающего звена:
ДАд = 0,108 + = 0,218 мм;
Даа' = 0,108 — = 0,002 мм,
в то время, как техническими условиями на насос зазор задан в пределах 0,07—0,15 мм (см. рис. 9).
Таким образом, при допусках на размеры деталей, заданных чертежами, рассчитывать на достижение требуемого радиального зазора методом полной взаимозаменяемости не приходится.
Проверим возможность достижения радиального зазора в требуемых пределах по методу неполной взаимозаменяемости при риске 0,27% (/ = 3) и при условии, что рассеивание погрешностей составляющих звеньев подчинено закону Гаусса = у). При этом целесообразно несколько уменьшить зазор в подшипниках, который обычно назначается для насосов среднего давления в пределах 0,002—0,003 диаметра вала. Для вала диаметром 15 мм можно считать допустимым зазор в подшипниках от 0,03 до 0,045 мм. Изменив в соответствии с этим значение 6' при достижении точ-з
ности радиального зазора по методу неполной взаимозаменяемости, можно ожидать погрешности Лд в пределах
/т — 1
= 3 ]/— 1 (0,0172 -И 0,ОЗ2 + 0,0452 + 0,052) = 0,09 мм, причем
ДХд = 0,108 + = 0,153 мм
И
ДХ“' = 0,108 — = 0,063 мм.
Итак, при условии, что допуск на зазор в подшипниках изменен, радиальный зазор в насосе можно обеспечить по методу неполной взаимозаменяемости при риске в 0,27%. При заданном масштабе выпуска такой риск вполне приемлем.
35
Таким образом, должны быть найдены методы решения каждой из сформулированных выше задач и, если это требуется, внесены соответствующие коррективы в чертежи деталей.
Кроме нахождения метода решения. каждой из возникших задач, размерный анализ помогает разобраться в последовательности, в которой следует производить сборку узла. Например, последовательность сборки насоса рассматриваемой конструкции существенно зависит от того, каким методом удастся обеспечить соосность отверстий подшипников скольжения валика. Проанализируем этот вопрос. Минимальный зазор в подшипниках, как было установлено выше, должен быть 0,03 мм, наименьшая допустимая толщина масляного слоя в любой точке касания валика не должна быть меньше 0,01 мм; следовательно, для компенсации несоосности отверстий втулок остается 0,03—0,01=0,02 мм.
Несоосность отверстий втулок слагается из относительного смещения и поворота их осей в двух координатных плоскостях (см. рис. 11). Даже если использовать полностью имеющийся в распоряжении зазор в подшипниках для компенсации погрешностей двух видов только в одной из координатных плоскостей, и то допуски замыкающих звеньев размерных цепей К и р получатся 6Кд = 0,01 мм и бцд = 0,01/45 мм.
Согласно допускам на размеры деталей, заданным в чертежах и приведенным ниже, погрешности замыкающих звеньев /<д и рд могут находиться в более широких пределах: = —Ki —
^2 + Кз ^4 И Рд = -------Pj--- р2 р3 + р4
Звено . ... Ki Кг К3 К4 Pi р2 Рз Р4
Поле допуска
в мм ... . 0,05 0,07 0,15 0,05 0,02/45 0,10/45 0,07/45 0,02/45
бкд == S бк,- = 0,05 + 0,07 4- 0,15 4- 0,05 = 0,32 мм;
i—1 т— 1 бцд = 2 = 0,02 4- 0,10 4- 0,07 4- 0,02 = 0,21/45 мм.
Ясно, что при таких пределах, в которых могут находиться ожидаемые погрешности Ад и рд, нельзя использовать ни один из методов взаимозаменяемости для обеспечения требуемого зазора в подшипниках. Нельзя пойти и на ужесточение допусков, так как оно должно быть очень значительным и сильно усложнит изготовление деталей.
Обеспечить соосность отверстий втулок методом регулирования, перемещая крышку относительно корпуса и штифтуя ее по достижении требуемого положения, также нельзя. Такой прием не компенсирует погрешности относительного поворота осей отверстий, которые, как показал расчет, могут быть значительными. Следовательно, возникшую задачу, даже при заданном масштабе выпуска, приходится решать методом пригонки. Наиболее целе-36
сообразно растачивание, дающее возможность не только получить необходимую точность размеров, формы и класс чистоты, но и повысить точность относительного положения отверстий.
Сборку насоса следует производить в следующем порядке. В окончательно обработанные корпус и крышку запрессовывают втулки подшипников, собирают корпус с крышкой, ставят контрольные штифты, фиксирующие положение крышки относительно корпуса, и окончательно обрабатывают втулки. После этого крышку отделяют от корпуса, в корпус устанавливают детали насоса и крышку снова ставят на место.
Более детально и наглядно последовательность сборки шестеренного насоса показана на рис. 12 (номера деталей на схеме соответствуют номерам деталей на рис. 9). На схеме указана не только сборка, но и частичная разборка, оказавшаяся необходимой
Рис. 12. Схема сборки шестеренного насоса
в процессе сборки насоса данной конструкции. Сборка комплекта 4, включающего детали 7 и 9, производится в механическом цехе, где обрабатывают зубчатые колеса. На схеме могли бы быть указаны также все операции дополнительной обработки деталей, выполняемые в сборочном цехе.
При разработке технологического процесса сборки любой сборочной единицы возникают задачи, от решения которых существенно зависит построение технологических процессов изготовления деталей. И именно на этом этапе разработки технологического процесса изготовления машины или узла очень важна взаимная увязка технологических процессов сборки изделия и механической обработки деталей. Например, принятие решения обеспечить соосность отверстий во втулках насоса методом пригонки требует выбора технологических баз, от которых можно производить окончательную обработку втулок, не нарушая точности других размеров корпуса и крышки. Значит, обработку отверстий во втулках следует вести от тех же технологических баз, что и обработку всех ответственных поверхностей корпуса. Это положение не должно быть упущено при разработке технологического процесса изготовления корпуса.
Для обработки корпуса должны быть выбраны такие технологические базы, которые можно использовать при совместной обработке отверстий во втулках корпуса и крышки. Удобнее всего 37
использовать поверхности бобышек (установочная технологическая база) и два отверстия в них (направляющая и опорная технологические базы), предназначенные для крепления к корпусу насоса стопорных пластин. Но для этого указанные поверхности должны быть достаточно точно обработаны, чтобы погрешности установки детали на операциях не превысили требуемых норм. Установить требуемую точность поверхностей технологических баз нетрудно, если вскрыть и проанализировать размерные цепи систем СПИД, на которых будет осуществляться обработка наиболее ответственных поверхностей корпуса насоса (отверстий под втулку подшипника и ось, гнезд под зубчатые колеса и торцовой поверхности).
Исходя из конструкции объекта сборки, масштаба его выпуска и количества собираемых объектов по неизменным чертежам, можно ориентировочно наметить форму и вид организации процесса сборки насоса. Сравнительно простая конструкция насоса, его малые габариты и небольшой вес и в то же время значительный масштаб выпуска указывают на то, что наиболее подходящей формой организации сборочного процесса является поточная сборка. Транспортировать собираемый объект с одного рабочего места на другое удобнее всего при помощи непрерывно движущегося конвейера.
При выборе средств облегчения труда сборщиков и повышения их производительности при заданных масштабах выпуска и серийности имеется возможность применить не только универсальную, но и специальную технологическую оснастку. Например, для запрессовки втулок подшипников в корпус и крышку лучше всего применять пневматический пресс [10] и [12].
Для напрессовки зубчатого колеса (рис. 12) на валик 4 необходимо предусмотреть приспособление, которое позволило бы обеспечить с необходимой точностью размер Да (см. рис. 10). Допуск на это звено должен быть установлен из условия требуемой точности Дд с учетом точности остальных составляющих звеньев ДР Чтобы при запрессовке не была испорчена цилиндрическая поверхность валика, зубчатое колесо перед запрессовкой необходимо нагреть. Поэтому в номенклатуру оборудования участка сборки насоса надо включить нагревательную установку с масляной ванной.
В табл. 3 дана технологическая карта сборки шестеренного насоса, являющаяся итогом всей проделанной работы по разработке технологического процесса сборки насоса. В отличие от схемы сборки в технологической карте сборки для удобства планирования и организации сборочного процесса сборка комплектов отделена от общей сборки насоса.
В таблице дано лишь краткое содержание операций без перечислений всех переходов, входящих в эту операцию. Например, операция 1 сборки подузла 1 предусматривает установку корпуса в приспособлении, установку крышки, установку шайб, наживле-ние болтов, выверку положения крышки относительно корпуса, 38
Технологическая карта сборки шестеренного насоса
____________________(см. рис. 9)____________________
Таблица 3
Номер операции Операции Инструмент Оборудование и приспособление Разряд рабочего Норма штучного времени в мин
режущий ! монтажный контрольноизмерительный
1 1 Запрессовать втулку 5 в кор- Сборка комплекта 1 I Пневматический 1 1 I 0,59
I пус 1 III пресс
Сборка комплекта 2
2 I Запрессовать втулку* 5 в I — I — ] Пневматический I 1 I 0,59
I крышку 12 I | I пресс | |
Сборка и разборка подузла 1
1 Присоединить к корпусу 1 — Приспособле- Четырехшп индель- 1 0,96
крышку 12 четырьмя винтами 10, поставив предварительно шайбы 11 ние для выверки положения крышки ный винтоверт
2 Просверлить в корпусе 1 Сверло Вертикально-свер- 1 1,98
два отверстия 0 7,8+°’2 мм 0 7,8 мм лильный станок; при-
под штифты 17 способление
3 Развернуть два отверстия Специальная Предельный Вертикально-свер- 1 0,46
0 8“о’о28 мм ПОД штифты 17 в корпусе 1 развертка калибр лильный станок; приспособление 0,32
4 Поставить два штифта 17 Молоток 1
5 Расточить втулки подшип- Алмазный ре- Предельный Алмазно-расточной 2 1,02
ников 0 15^o’Qg мм зец калибр станок; приспособление
6 Пометить крышку по кор- — — Четырехшпиндельный 1 1,10
пусу, разобрать подузел 1 винтоверт
Итого 5,84
Продолжение табл. 3
Номер операции Операции Инструмент Оборудование и приспособление Разряд рабочего Норма штучного времени в мин
режущий и монтажный контрольноизмерительный
Сборка комплекта 3
1 Установить валик 4 в при- — — Масляная ванна; при- 1 0,85
способление, поставить шпон- способление
ку 18, напрессовать зубчатое колесо 6
Общая сборка насоса
1 Запрессовать ось 8 в корпус 1 —• — Камера для охлаждения валика; приспособление 1 0,80
2 Поставить в корпус 1 ком- Молоток — — 1 1,16
плект 3, посадить ведомое зубчатое колесо 2 привода и зафиксировать его штифтом 3 Молоток 0,22
3 Посадить ведомое зубчатое колесо насоса 7 — — 1
4 Присоединить к корпусу 1 — — Четырехшпиндельный 1 0,96
крышку (комплект 2) четырьмя винтами 10, поставив шайбы 11 винтоверт Пневматический ключ
5 Поставить стопорные пла- — — 1 1,32
стины 14, прикрепив их к корпусу болтами 13 1,01
6 Установить прокладку 16 — — Пневматический ключ 1
и присоединить трубу прт-емника 15 винтами 19, поставив шайбы 20
Итого. . . 5,47
Общая трудоемкость сборки насоса . . . 13,34
довертывание болтов и съем детали. В соответствии с содержанием операции и определена норма штучного времени. Так как сборка насоса не прерывается сборкой других изделий и сборщикам не нужно знакомиться с технической документацией, получать полуфабрикаты, инструмент, то подготовительно-заключительное время в технологической карте не дано. Время обслуживания рабочего места и время перерывов учтено при нормировании в размере 6% от оперативного времени.
При заданной программе и двухсменной работе определим такт выпуска:
гр. Ф 4015-60 о .. ,
N ~ looooo ~2,41 мин/шт.
Количество рабочих, необходимое для выполнения заданной программы,
4 (T-ta)y'
При отсутствии совмещенных операций, при совмещении времени транспортирования собираемых насосов с оперативным временем и одном потоке
Я - ~ 5 Рабочих-
Чтобы примерно одинаково загрузить сборщиков работой, выполнение операций по сборке насоса можно распределить между ними так, как это дано в табл. 4.
Распределение работы между сборщиками
Таблица 4
Номер рабочего места Работа, выполняемая на каждом рабочем месте Трудоемкость в мин
1 Сборка комплектов 1 и 2, сборка подузла /,
операция № 1 2,14
2 Сборка подузла /, операции № 2—4 2,76
3 Сборка подузла' /, операции № 5 и 6, сборка
комплекта 3 2,87
4 Общая сборка насоса, операции № 1, 2 и 6 . . 2,97
5 Общая сборка насоса, операции № 3—5 .... 2,50
Некоторая перегрузка рабочих на 2, 3, 4 и 5-м рабочих местах может быть устранена повышением режимов работы оборудования, применяемого при сборке. Поэтому для достижения более полной равномерности загрузки сборщиков следует повысить режимы работы оборудования и наметить приспособления, способствующие увеличению производительности труда рабочих на этих местах.
41
Г л ачв a II МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МАШИН
б)
Рис. 13. Образование размера Лд в процессе сборки втулок
§ 1. Погрешности сборочных процессов
Погрешности на замыкающих звеньях размерных цепей машины возникают от разных причин. Большую роль играют погрешности самих деталей, поступающих на сборку. Погрешности формы, поворота и расстояния поверхностей деталей, неизбежно допускаемые в процессе изготовления, оказывают существенное влияние на определение действительных размеров в машине в результате ее сборки. Необходимо иметь в виду, что действительные значения составляющих звеньев размерных цепей образуются только в процессе сборки машины. Они выявляются в момент осуществления контакта сопрягаемых деталей и фиксации тем или иным путем достигнутого положения деталей.
Точность детали, находящейся вне машины, предопределяет пределы, в которых могут проявиться погрешности размеров детали при постановке ее в машину. При сборке же машины из многочисленных возможных действительных размеров деталей определяются их единственные значения, при которых рассматриваемая деталь и будет работать в машине. Следовательно, возникновение действи
тельных погрешностей звеньев, составляющих размерную цепь, необходимо отнести к моменту соединения деталей.
На рис. 13 дана схема образования действительного расстояния между торцами двух крайних деталей типа втулок, посаженных на вал без зазора. Как и все реальные детали, их поверхности имеют погрешности и формы, и поворота. На схеме показаны не-плоскостность и поворот торцов втулок, являющихся поверхностями сопряжения деталей. В обоих случаях, приведенных на рисунке, на валах установлены одни и те же детали. Только в случае, приведенном на рис. 13, б, средняя деталь повернута на валу относительно ее первоначального положения (рис. 13, а) на 180°. Поворот детали привел к смене точек контакта на торцах деталей и установлению новых действительных значений составляющих звеньев размерной цепи, что послужило причиной изменения замыкающего звена нд величину Д.
42
Помимо погрешностей самих деталей, при сборке машин возможны погрешности, причинами возникновения которых являются:
1) ошибки, допускаемые рабочими при ориентации и фиксации достигнутого положения монтируемых деталей;
2) погрешности установки калибров и измерительных средств, применяемых сборщиками в процессе сборки, погрешности регулирования, пригонок и контроля точности положения деталей в машине, достигнутого при сборке, а также собственные погрешности измерительных средств;
Рис. 14. Дефекты сборки зубчатого колеса с валом
3) относительные сдвиги деталей в промежутке времени между достижением ими требуемого положения и фиксацией достигнутого положения;
4) попадание грязи и стружки в стыки деталей;
5) образование задиров на поверхностях сопряжения деталей.
Собирая машину или узел вручную, о правильности ориентации и соединения деталей сборщик чаще судит на основе своих наблюдений и ощущений, но даже сборщики очень высокой квалификации не в состоянии уследить за всеми дефектами сборки, так как острота восприятия их человеком без специальных средств весьма ограничена.
Возьмем для примера простой случай. На вал требуется посадить зубчатое колесо по посадке до упора в торец шейки вала и закрепить стопорным винтом. Никаких средств контроля точности соединения подобного типа деталей не предусматривается. Во время соединений рассматриваемых деталей возможны следующие дефекты (рис. 14). (
43
1. Образование зазора между ступицей колеса и торцом вала, причиной которого может явиться недостаточность осевого усилия, приложенного к зубчатому колесу при посадке на вал; заедание зубчатого колеса вследствие образовавшихся задиров на поверхности вала или отверстия колеса (рис. 14, а), «отскок» колеса от торца вала при приложении к колесу ударной нагрузки; сдвиг колеса сверлом во время засверловки стопорного отверстия «по месту» (рис. 14, б), сдвиг колеса стопорным винтом из-за несоос-ности просверленного отверстия в вале с резьбой в ступице колеса или конуса винта с его резьбовой частью (рис. 14, в); попадание между торцами колеса и вала грязи или стружки.
2. Поворот зубчатого колеса на валу из-за задиров на поверхностях сопряжения вала и колеса (рис. 14, г) или под действием момента, создаваемого односторонним приложением сил стопорным винтом (рис. 14, д).
3. Возникновение радиального биения делительной окружности зубчатого колеса (рис. 14, е) из-за наложения эксцентрицитетов шейки вала относительно его опорных шеек и делительной окружности зубчатого колеса относительно его отверстия или односторонней выборки зазора между отверстием зубчатого колеса и шейкой вала.
Все перечисленные дефекты могут нарушить предписанную точность положения зубчатого колеса в машине и создать неблагоприятные условия для его работы. Конечно, обнаружение подобных дефектов не представляет сложности. Однако из-за недостатка времени, необходимого для проведения дополнительных контрольных операций, часто полагаются только на опыт сборщиков.
Немалую долю в общей сумме составляют погрешности сборки машин, вызываемые упругими деформациями деталей при фиксации их относительного положения. Затяжка винтов и гаек может деформировать собираемые детали, привести к смене баз деталей и нарушить точность их относительного положения, а также плотность соединения.
Кроме того, значительные нагрузки вызывают остаточные деформации (смятия) в точках контакта сопрягаемых деталей, что также оказывает влияние на точность соединения деталей.
Чтобы избежать существенного влияния перечисленных факторов, необходимо не только производить затяжку винтов и гаек в определенной последовательности, но и с требуемой силой, не превышающей, предела, за которым следует разрушение крепежных деталей или чрезмерная деформация стыков.
Для создания одинаковой и требуемой силы затяжки винтов и гаек используют различного рода ключи, винтоверты, гайковерты и другие приспособления, снабженные устройствами, ограничивающими прилагаемые крутящие моменты. Конструкции подобного рода слесарного инструмента и приспособлений достаточно широко описаны в работах [10], [12].
44
«
Инструменты и приспособления ограничивают прилагаемые при завинчивании моменты, но не учитывают колебаний моментов сопротивления в резьбовых парах. При постоянном крутящем моменте, прикладываемом к винту или гайке, и переменном моменте сопротивления в резьбе сила затяжки, создаваемая винтом или гайкой, строго говоря, не будет постоянной. Поэтому там, где требуется крепление детали с очень малым колебанием силы затяжки, инструменты, ограничивающие прикладываемый крутящий момент, оказываются непригодными. В этих случаях нужны приборы и устройства, непосредственно измеряющие и ограничивающие силу затяжки или позволяющие устанавливать крутящий момент в зависимости от требуемой силы затяжки и момента сопротивления, возникающего в конкретной резьбовой паре.
Достижение точности машин методами регулирования или пригонки сопровождается обычно контролем точности выполненных операций. Как и всякий контроль при помощи измерительных средств или калибров, контроль при сборке сопряжен с погрешностями установки измерительных средств или калибров, погрешностями их статической настройки. Погрешности, допускаемые при контроле, целиком переносятся на собираемый объект, снижая его точность.
Менее изученными, но несомненно имеющими значение, являются погрешности сборки, вызываемые относительным сдвигом деталей в промежутке времени между достижением ими требуемого положения и фиксацией достигнутого положения. • Причинами возникновения погрешностей такого рода являются:
а) удары, толчки и сотрясения, которым может подвергаться объект сборки во время транспортирования на рабочие места, где осуществляют фиксацию положения деталей, достигнутого на предшествующих операциях;
б) удары и толчки при установке объекта сборки в приспособление для сверления отверстий под штифты;
в) силы резания, возникающие при сверлении отверстий под штифты.
Разработке мер по ограничению погрешностей сборочных процессов может способствовать глубокий анализ причин возникновения погрешностей сборки, проводимый при разработке технологического процесса сборки машин и дающий возможность ограничить допусками погрешности сборочного процесса, как это было показано ранее — при выявлении погрешностей, возникающих при посадке зубчатого колеса на вал. Допуски на изготовление деталей машин следует назначать одновременно и в неразрывной связи с назначением допусков на сборку машины и ее сборочных единиц. Помимо этого, необходимо шире внедрять контроль качества сборки на операциях. Дополнительные затраты средств на введение контрольных операций в большинстве случаев окупаются сокращением брака сборки и времени, затрачиваемого на отладку и освоение изготовленных машин.
45
После сложных сборочных операций контроль качества их выполнения считается обязательным. В зависимости от сложности, ответственности собираемых узлов или машины, а также масштаба выпуска контролю можно подвергать все изделия цли на выборку определенное количество их.
Основными видами контроля качества машин при сборке являются наружный осмотр и оценка качества на основе ощущений, контроль точности машин и их узлов и испытания машин. Несмотря на несовершенство и субъективность оценки качества сборки машин и их узлов на основе ощущений, этот вид контроля необходим на протяжении всего процесса сборки изделий, поэтому играет чрезвычайно важную роль. Выявление царапин, забоин, коррозии, окалины и загрязненности поверхностей смонтированных деталей, контроль наличия прокладок шайб, проверка «качки» деталей, легкости хода, шума зубчатых колес должны выполнять не только контролеры на контрольных постах, но и сами сборщики при выполнении сборочных операций.
§ 2. Методы контроля точности машин и их узлов
Контроль, которому подвергают каждый узел и каждую изготовленную машину, имеет целью проверить соответствие точности формы, относительного положения и перемещения их исполнительных поверхностей установленным нормам. Эффективность всякого контроля тем выше, чем ближе удается получить результаты измерений контролируемых параметров к их действительным значениям. Степень приближения измеренного к действительному зависит от следующих факторов:
1) раскрытия смысла контролируемого параметра и явлений, порождающих возникновение погрешностей;
2) правильности раскрытия взаимосвязи различных параметров и умения выделить контролируемый параметр;
3) правильности выбора или разработку средств контроля;
4) техники осуществления контроля.
Правильная и четкая терминология раскрывает смысл контролируемого параметра. Основные термины, характеризующие отклонения формы, относительное положение и перемещение поверхностей деталей, сформулированы в ГОСТе 10356—63 «Отклонения формы и расположения поверхностей».
Однако для успешного осуществления контроля еще недостаточно представлять смысл контролируемого параметра. Необходимо видеть и учитывать ту взаимосвязь, в которой находится контролируемый параметр с другими параметрами точности машины. Например, точность определения расстояния между двумя плоскими поверхностями детали зависит от точности поворота и формы этих поверхностей. По этой причине в первую очередь необходимо контролировать форму, затем поворот и в последнюю очередь расстояние между плоскими поверхностями детали.
46
Согласно определению радиального биения (ГОСТ 10356—63) его причиной служит несовпадение оси контролируемой поверхности с осью вращения самой детали. Но это несовпадение склады-
вается из относительного смещения и поворота осей 1—1 и 2—2 в пространстве (рис. 15). Поэтому судить о радиальном биении какой-либо поверхности детали можно не вообще, а лишь применительно к сечению, в котором осуществляется контроль.
Чтобы получить при контроле наиболее полное
Рис. 15. Несоосность шеек вала в двух координатных плоскостях
представление о значении
контролируемого параметра, необходимо исключить, насколько это возможно, влияние погрешностей параметров взаимосвязанных с ним. Например, соосность переднего и заднего центров токарного станка обычно проверяют при помощи оправки,
закрепляемой в центрах. Перемещая вдоль по оправке расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и установленные на суппорте индикаторы судят о величине и направлении несоосности центров (рис. 16, а). Но анологичные показания могут дать индикаторы при повороте оси оправки относительно направ
47
ляющих станины при абсолютной соосности центров (рис. 16, б). Поэтому прежде чем приступать к проверке совпадения осей центров в передней и задней бабках токарного станка, необходимо обеспечить параллельность осей отверстий под центры в шпинделе и пиноли в более жестких пределах в сравнении с допустимой несоосностью центров.
Ряд проверок требует материализации геометрических представлений. Например: нельзя непосредственно измерить расстояние между осями двух отверстий в деталях машины, так как оси отверстий—воображаемые понятия и в природе их не существует, или измерить неплоскостность поверхности детали без материализации идеальной плоскости, проходящей через три выступающие точки контролируемой поверхности. Геометрические представления материализуют при помощи специальных деталей или устройств. Так, чтобы измерить расстояние между осями отверстий в корпусной детали, в отверстия вставляют оправки, измеряют расстояние между их образующими и делают соответствующий пересчет. Идеальную плоскость при определении неплоскостности поверхности детали воспроизводят при помощи контрольной плиты.
Так как все это связано с введением в измерительные размерные цепи дополнительных звеньев, обладающих погрешностями, то большое значение имеет собственная точность всех деталей и устройств, используемых при проверках, а также точность их установки. При всех этих условиях считается допустимой погрешность определения контролируемого параметра, не превышающая 10—20% его поля допуска. В соответствии с методикой проектирования контрольных устройств и приспособлений [2] ниже приводятся методы контроля точности наиболее часто встречаемых параметров машин.
Радиальное биение цилиндрической поверхности вращающейся детали проверяют по схеме, приведенной на рис. 17, а. О радиальном биении для данного сечения детали судят по разности показаний индикатора при повороте детали на 180°. Проверку производят в одной координатной плоскости. За начало отсчета обычно принимают одно из крайних показаний индикатора, найденное при повороте детали на 360°. Овальность и огранка контролируемой поверхности влияют на точность определения радиального биения, поэтому должны быть установлены ранее и учтены, если их значениями нельзя пренебречь.
Осевое перемещение вращающейся детали определяют как разность крайних показаний индикатора, расположенного точно по оси вращения детали (рис. 17, б). Если деталь полая, то осевое отверстие при контроле заглушается.
Торцовое биение вращающейся детали определяют по схеме, приведенной на рис. 17, в. Индикатор, установленный по торцу детали, на заданном радиусе, показывает сумму осевого перемещения, неплоскостности торца и его неперпендикулярности оси вращения детали; детали дается полный оборот.
48
Соосность цилиндрических поверхностей двух неподвижных деталей проверяют индикатором, установленным на одной из них (рис. 17, г) при помощи муфты; вращая муфту, обкатывают индика-
Рис. 17. Контроль точности различных параметров машины
тором вторую деталь. О несоосности судят по крайним показаниям индикатора при нахождении его в двух противоположных положениях в одной из плоскостей измерения. Так как в общем случае оси контролируемых поверхностей деталей скрещиваются в пространстве, то полученный результат измерения следует
считать действительным только для контролируемого сечения. На точность определения несоосности влияют погрешности формы поверхностей второй детали, а также точность базирования муфты на первой детали.
Совпадение оси вращения одной детали с осью цилиндрической поверхности другой детали может быть проверено при помощи индикатора, установленного на вращающейся детали (]5ис. 17, д). Вращая первую деталь, производят обкатку индикатором неподвижной детали. О несоосности судят по наибольшей разности показаний индикатора при его нахождении в противоположных положениях в одной из плоскостей измерения. Измерение действительно только для контролируемого сечения. Овальность и огранка неподвижной детали сказываются на результатах измерения.
Прямолинейность перемещения узла в заданном направлении проверяют при помощи индикатора и эталона, в качестве которого можно использовать линейку, угольник, оправку. Индикатор закрепляют на перемещаемом узле. Эталон предварительно выставляется по показаниям индикатора в крайних положениях узла (рис. 17, е).
Параллельность (перпендикулярность) перемещения узла заданному направлению проверяют индикатором по эталону, предварительно выставленному в заданном направлении (рис. 17, ж).
Перпендикулярность оси вращения детали плоскости (стола) может быть проверена индикатором, соединенным с вращающейся деталью приспособлением, обеспечивающим необходимый вылет индикатора (рис. 17, з). Деталь вместе с индикатором повертывают на 180°. В каждой из координатных плоскостей о неперпендику-лярности на диаметре вращения индикатора судят по разности его показаний. Точность определения неперпендикулярности зависит от осевого перемещения вращающейся детали и неплоскостности контролируемой поверхности.
Параллельность оси вращения детали плоскости (стола) проверяют индикатором, установленным на плоскости (стола) (рис. 17, и). Ось вращения детали материализуется оправкой, конструкция которой должна допускать регулирование ее положения в пространстве для совмещения оси оправки с осью вращения детали [2].
§ 3. Испытания машин
Целью испытания машин является проверка правильности работы и взаимодействия всех механизмов машины, проверка ее мощности, производительности и точности. Таким образом, испытания машины являются проверкой общего качества машины, полученного в результате всего производственного процесса ее изготовления.
В зависимости от вида, назначения и масштаба выпуска машины проходят испытания на холостом ходу (проверка работы 50
механизмов и паспортных данных) и в работе под нагрузкой, а также испытания на производительность, жесткость, мощность и точность.
Испытания на холостом ходу. При этом испытании проверяют все включения и переключения органов управления и механизмов машины, определяют правильность их взаимодействия и надежность блокировки, проверяют безотказность действия и точность работы автоматических устройств. Вместе с тем проверяют соблюдение норм правильности работы подшипников, зубчатых колес. Например, для станков после двухчасовой работы на холостом ходу при наибольшей частоте вращения шпинделя допускается разогрев подшипников скольжения до 60° С и подшипников качения до 70° С; в других механизмах станков температура подшипников не должна превышать 50° С. Шум зубчатых колес коробок скоростей, подач и других механизмов станка проверяется в тихом помещении в соответствии с ГОСТом и ТУ.
Испытания машины под нагрузкой должны выявить качество ее работы в производственных условиях, поэтому для машины создаются условия, близкие к условиям эксплуатации. Например, двигатель внутреннего сгорания устанавливают на специальную раму, а вал двигателя присоединяют к тормозному устройству, позволяющему создавать переменные нагрузки. К двигателю подключают системы охлаждения; масляную и топливную аппаратуру. При проведении испытаний определяют эксплуатационные характеристики двигателя, расход горючего, масла.
Под нагрузкой на определенных режимах, устанавливаемых техническими условиями или правилами, испытывают все машины.
Испытанию на производительность подвергают обычно не все машины, а лишь машины специального назначения и опытные образцы. В процессе испытания выявляют, достаточно ли полно отвечает изготовленная машина по производительности требованиям заказа, обеспечен ли выпуск на машине требуемого количества изделий в единицу времени, обладает ли машина требуемой скоростью.
Испытания на жесткость. На жесткость испытывают главным образом станки. В настоящее время нормы жесткости и методы испытания широкого круга станков стандартизированы.
Испытания на мощность. Этим испытаниям подвергают все машины, выпускаемые единичным порядком, и все или выборочно машины, изготовляемые серийно. Не испытывают на мощность машины простейшей конструкции, а также машины, заведомо обладающие большим запасом мощности. Испытание машины на мощность имеет целью определить ее к. п. д. при максимально допустимой нагрузке. Нагрузку машине создают при помощи специальных тормозных устройств, воспроизводящих максимальные силы и моменты, соответствующие тем, что возникают при эксплуатации машины.
51
Испытание на точность. На точность испытывают обычно машины, производящие, сортирующие и контролирующие продукцию (станки, прессы, сортировочные и контрольные машины). Контроль машин на точность должен дать заключительную оценку качеству машины — ее способности производить продукцию требуемого качества. Поэтому оценку точности машин при проведении испытаний дают по результатам ее действия: по точности обработанных деталей, по точности выполнения сортировки, контроля.
На машины распространенных типов таких как, например, токарные, фрезерные и другие станки, порядок проведения испытаний на точность, образцы обрабатываемых деталей и точность обработки образцов узаконены ГОСТами.
Для оригинальных машин программу и режимы испытаний разрабатывают в зависимости от их назначения, конструкции и требуемой точности.
Глава III ОСОБЕННОСТИ ДОСТИЖЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ ТОЧНОСТИ ТИПОВЫХ УЗЛОВ МАШИН
§ 1. Монтаж валов
Валы в машинах предназначены для базирования вращающихся деталей (втулок, зубчатых колес, маховиков, муфт), для базирования обрабатываемых деталей или инструмента (шпиндели станков), для передачи крутящего момента и для преобразования вращательного движения в поступательное (коленчатые, эксцентриковые и кривошипные валы).
Основными показателями качества монтажа вала в машине являются:
1) легкость вращения вала в подшипниках;
2) отсутствие вибраций во время вращения;
3) радиальное биение, не превышающее установленного предела;
4) осевое биение, находящееся в заданных пределах;
5) точность положения вала относительно основных баз корпуса, в котором смонтирован вал.
Степень точности монтажа валов различна и зависит от их служебного назначения. Характер опор валов создает различие в монтаже, поэтому целесообразно рассмотреть отдельно монтаж валов на опорах скольжения и монтаж валов на опорах качения.
Монтаж валов на опорах скольжения. Одним из основных условий, определяющих качество работы вала в машине на опорах скольжения, является обеспечение гарантированного зазора между опорными шейками вала и рабочими поверхностями втулок подшипников. Пределы зазора определяет служебное назначение вала. Например, если надо обеспечить более точное центрирова-52
ние вала и лучшую виброустойчивость, назначают менее свободные посадки. Если вал должен работать при больших угловых скоростях и сравнительно невысоком удельном давлении в подшипниках, выбирают более свободные посадки. Легкость вращения вала на опорах скольжения зависит от соблюдения гарантированного зазора между поверхностями сопряжения шеек вала и подшипников и сохранения его при вращении вала.
В общем случае при монтаже валов имеют место следующие виды погрешностей подшипников и опорных шеек вала, могущие привести к нарушению допустимого зазора;
1) погрешности формы поверхностей шеек вала и втулок в осевом и поперечном сечениях (конусность, бочкообразность, кор-сетность, овальность, огранка);
2) несоосность и скрещивание в пространстве осей отверстий втулок подшипников и осей опорных шеек вала.
В настоящее время еще нет достаточно обоснованной методики задания допусков на точность формы и относительного положения рабочих поверхностей подшипников и опорных шеек вала. Но несомненно, что ограничение допусками отклонений сопрягающихся поверхностей от правильной геометрической формы и правильного относительного положения в пространстве должно быть увязано с соблюдением зазора в требуемых пределах. При малых гарантированных зазорах в подшипниках совокупное действие перечисленных выше погрешностей повышает опасность заклинивания или появления тугого хода вала при вращении.
Говоря о радиальном биении вала, необходимо уточнять, биение какой из его поверхностей имеется в виду, так как каждая поверхность вала имеет свою ось. Основными причинами радиального биения поверхностей валов являются их несоосность с поверхностями опорных шеек и погрешности формы опорных шеек валов и отверстий подшипников в поперечном сечении.
При монтаже вала на двух опорах радиальное биение любой его поверхности необходимо рассматривать как результат биения вала относительно каждой опоры. Например, радиальное биение поверхности конического отверстия шпинделя станка (рис. 18, а) складывается из радиального биения этой поверхности относительно передней опоры шпинделя, выраженного размерной цепью А, и относительно задней опоры шпинделя, выраженного размерной цепью Б. В этих размерных цепях и — несоосности поверхности конического отверстия с опорными шейками вала, А 2 и Б2— несоосности опорных шеек шпинделя с отверстиями подшипников.
При совмещении составляющих радиального биения вала в одной плоскости его величина
8 = Дд -|- Бд.
Погрешности звеньев Д2 и Б2 зависят от расстояния между опорами шпинделя и от расположения сечения вала, в котором 53
рассматривается радиальное биение какой-либо его поверхности относительно опор. Если предположить, что в задней опоре несовпадение осей опорной шейки вала с осью отверстия равно 0, а в передней — величине а, то несовпадение оси вала с осью его вращения на
в)
Рис. 18. Размерные цепи, определяющие величину радиального биения конического отверстия шпинделя, установленного на опорах скольжения
переднем его конце будет равно 6 (рис. 18,6). Из подобия треугольников следует, что биение переднего конца вала увеличивается в <7Х раз:
b = a- = aql.<r
Наоборот, биение вала только в задней опоре передается на передний'конец уменьшенным в (?2 раз (рис. 18, в). Действительно,
Рассмотренные зависимости следует учитывать при назначении допусков введением соответствующих коэффициентов (передаточных отношений) в уравнения размерных цепей Л и Б:
ДА — Аг + Д 2?1»
54
Осевое перемещение валов, смонтированных на опорах скольжения, возникает из-за зазоров между торцами опор и вала или деталей, сидящих на нем, и из-за неперпендикулярности торцовых поверхностей опор и самого вала (или деталей, сидящих на нем) оси вращения вала.
У большинства машин требуемые зазоры между торцами опор и вала достигаются при сборке методом регулирования. В связи с этим для линейных размеров валов и деталей опор устанавливают довольно широкие допуски.
Что касается неперпендикулярности торцовых поверхностей оси вращения вала, то здесь необходимо учитывать следующие особенности:
1) осевое перемещение вала имеет место только в том случае, если каждая из соприкасающихся торцовых поверхностей имеет
отклонения от перпендикулярности; если же отклонение от перпендикулярности оси вращения шпинделя имеет только одна из соприкасающихся поверхностей, то вал не будет иметь осевого перемещения (рис. 19, а);
2) из погрешностей неперпендикулярности двух соприкасающихся торцовых поверхностей в образовании осевого перемещения вала участвует только меньшая по величине погрешность; так, в случаях, приведенных на рис. 19, б, вал, вращаясь, может иметь осевое смещение на в'еличину погрешностей ©i и ®4.
Неперпендикулярность соприкасающихся торцов вала и опор оси вращения вала нередко приводит к тугому ходу вала. Тугой ход вала и даже заклинивание могут произойти, если во время монтажа вала в подшипниках зазор между торцами вала и опор будет выбран при неперпендикулярности каждой пары сопрягающихся торцов, направленной в одну сторону (рйс. 19, в). г
Уменьшение осевого биения валов может быть достигнуто:
1) ужесточением допуска на неперпендикулярность одного торца относительно оси вращения вала в каждой из пар деталей соприкасающихся и вращающихся одна относительно другой; в каждой паре соприкасающихся торцов деталей ужесточение
55
допуска целесообразно производить для тех деталей, при обработке которых легче достичь более высокой точности;
2) сокращением количества пар соприкасающихся торцовых поверхностей.
Подшипники скольжения могут быть цельными и разъемными. В первом случае подшипник представляет собой цельную втулку, запрессованную в корпус, во втором случае каждая втулка состоит из двух частей — вкладышей. Запрессовка цельных втулок в корпус обычно сопровождается их деформацией. Собственные погрешности корпуса и втулок и деформации втулок создают необходимость исправления размеров, формы и относительного положения рабочих поверхностей втулок после их постановки в корпус.
Исправление указанных погрешностей может быть достигнуто развертыванием отверстий комбинированными развертками или тонким растачиванием. Для окончательной обработки отверстий втулок после запрессовки иногда применяют калибровку шариком или пуансоном. Обеспечивая точный размер, форму и высокий класс чистоты поверхностей отверстий, калибровка не исправляет погрешностей относительного положения отверстий втулок, вследствие чего ее применение довольно ограниченно.
Устранение всех видов погрешностей втулок может быть осуществлено шабрением. Шабрение втулок неразъемных подшипников чаще применяют в мелкосерийном и единичном производствах, а также при изготовлении тяжелых машин, имеющих подшипники больших размеров.
При шабрении специальными оправками на обрабатываемую поверхность наносят краску. Шабрение ведут до получения равномерного распределения краски на 80% обрабатываемой поверхности втулки. При повышенных требованиях к точности монтажа валов шабрение подшипников ведут по блеску (по блестящим точкам, появляющимся на поверхностях отверстий втулок при поворачивании' в них неокрашенной оправки).
При еще более высоких требованиях, предъявляемых к работе вала, в дополнение к шабрению производят притирку поверхностей сопряжения вала и втулок. Сначала отверстия притирают по специальному притиру — «ложному» валу, а заканчивают эту работу по рабочему валу.
Разъемные подшипники бывают с невзаимозаменяемыми и взаимозаменяемыми вкладышами. В первом случае антифрикционный слой подшипника обрабатывают после установки вкладышей в корпус одним из рассмотренных выше методов, исправляя тем самым погрешности изготовления и монтажа вкладышей. Если же вкладыши взаимозаменяемы, то на сборку они поступают окончательно обработанными, и качество монтажа играет решающую роль в достижении требуемой точности подшипника.
Для нормальной работы подшипника необходимо, чтобы его вкладыши полностью прилегали наружной поверхностью к осно-56
ванию и крышке подшипника. В противном случае под действием сил, нагружающих вал, вкладыш будет периодически изменять форму, из-за чего не только нарушится правильность контакта вала с подшипником, но может произойти и отслаивание антифрикционного слоя. При неправильном прилегании вкладыша к корпусу или крышке нарушается теплоотдача от вкладыша к корпусу, температура вкладышей повышается и создается опасность оплавления подшипников.
При установке невзаимозаменяемых вкладышей плотность их соприкосновения с основанием и крышкой достигается увеличенными натягами (0,05—0,1 мм). Посадочные гнезда под взаимозаменяемые вкладыши обрабатывают с повышенной точностью, а диаметральный натяг вкладышей создают меньшим, не отражающимся на точности их рабочих поверхностей. Для этого вкладыши подбирают по гнездам с таким расчетом, чтобы после прижатия к поверхностям гнезд их края выступали бы над плоскостью стыка крышки в пределах 0,05—0,1 мм. После затяжки болтов, крепящих крышку, за счет этих выступов создается прессовая посадка вкладышей в гнездах.
Если механическая обработка не в состоянии обеспечить жесткие допуски на нёперпендикулярность соприкасающихся торцов вала (или деталей, сидящих на нем) и деталей опор относительно оси вращения вала, то требуемая точность относительного поворота торцовых поверхностей достигается шабрением.
Монтаж валов на опорах качения. Задачи, которые решались при сборке валов на опорах скольжения пригонкой, не могут быть решены тем же методом при сборке валов на опорах качения. Подшипники качения пригонке не поддаются, и сборка валов на подшипниках качения производится методами взаимозаменяемости и регулирования.
Для легкого вращения вала на опорах качения в подшипниках должен быть обеспечен радиальный зазор определенной величины. Подшипники средних размеров изготовляют с радиальным зазором порядка 5—15 мкм. Подшипники качения соединяют с корпусом и валом обычно путем неподвижных посадок. Однако, если посадку обоих колец осуществлять с натягом, то вследствие расширения внутреннего кольца и сжатия наружного шарики или ролики могут быть защемлены. Поэтому правильный выбор и соблюдение намеченных посадок подшипника на вал и в корпус является чрезвычайно важным. Рекомендации по выбору посадок радиальных и радиально-упорных подшипников качения в зависимости от вида нагружения подшипников даны в ГОСТе 3325—55.
Значительные трудности при монтаже валов на опорах качения вызывает уменьшение радиального биения валов. В отличие от валов на опорах скольжения в образовании радиального биения участвует большее число звеньев: добавляется собственное биение подшипников — звенья Л2, Л3иБ2, £3в размерных цепях А и Б, приведенных на рис. 20, а.
57
Как и при опорах скольжения, расстояние между подшипниками, а также положение сечения вала относительно переднего и заднего подшипников, в котором определяется радиальное биение, влияют на радиальное биение вала в рассматриваемом сечении. Радиальное биение какой-либо поверхности вала можно уменьшить приданием определенного направления эксцентриситетам внутренних колец подшипников относительно эксцентриситетов поверхностей вала. Например, эксцентриситет кониче-
Рис. 20. Схема размерных цепей, определяющих величину радиального биения конического отверстия шпинделя, смонтированного на опорах качения
ского отверстия шпинделя относительно передней опорной шейки (звено Дх, рис. 20, б) можно гасить эксцентриситетом внутреннего кольца подшипника относительно беговой дорожки наружного кольца (звенья Д2 и А3), если направить эксцентриситеты в противоположном направлении в одной из плоскостей.
В общем случае для уменьшения радиального биения какой-либо поверхности вала методом регулирования для каждой из опор необходимо:
1) подобрать подшипники таким образом, чтобы эксцентриситеты отверстий внутренних колец по отношению к беговым дорожкам наружных колец были равны эксцентриситетам соответствующих опорных шеек вала по отношению к рассматриваемой поверхности или чтобы их разность была меньше установленного допуска на биение вала в каждой из опор;
58
2) смонтировать опоры и вал таким образом, ятобы эксцентриситеты взаимно уничтожали друг друга; для этого погрешности эксцентриситета следует расположить в каждой из опор в одной плоскости, но в различных направлениях.
Практическое определение эксцентриситета отверстия шарикового подшипника по отношению к беговой дорожке его наруж-
Рис. 21. Способы уменьшения радиального биения вала
кого кольца описано в работе [12, стр. 3681.
Если радиальное бие- . ние е вала в опорах устранить полностью не удается, то в каждой из опор надо стремиться расположить его по одну сторону от оси вращения вала. При этом желательно, чтобы биение вала в передней опоре было меньше, чем в задней. Это уменьшит радиальное биение конца вала (рис. 21, а и б). Наоборот, если требуется уменьшить радиальное биение середины вала, то радиальное биение вала в опорах необходимо направить в противоположные стороны от оси его вращения (рис. 21, в).
При монтаже валов на опорах качения необходимо следить и за тем, чтобы ось вращения вала не отклонялась от парал
лельности основным базам корпусной детали в двух коорди-
натных плоскостях за пределы установленных допусков.
Основными причинами та’ких отклонений могут быть:
1) отклонения от параллельности отверстий под опоры шпинделя в корпусной детали (рис. 22, а) основным базам;
2) эксцентричность поверхностей наружных колец подшипников качения (рис. 22, б);
3) суммарное отклонение под действием перечисленных факторов.
Чтобы совместить ось вращения шпинделя с требуемым ее положением Oi (рис. 23, а) при смещении оси отверстия Ог в корпусе, равном огаах, необходимо:
1) подобрать подшипник так, чтобы его наружное кольцо имело эксцентриситет ех (рис. 23, б), равный по величине ®шах;
59
2) подметить радиальную плоскость, в которой сошах располагается у корпусной детали, со стороны, противоположной наибольшему смещению оси отверстия;
3) найти у наружного кольца радиальную плоскость, в которой располагается наибольший эксцентриситет подметить эксцентриситет со стороны тонкой стенки;
Рис. 22. Поворот оси вращения вала относительно основных баз
корпуса
4) смонтировать подшипник так, чтобы ошибка эксцентриситета была направлена в сторону, противоположную сотах, т. е. чтобы совпали отметки на корпусе и наружном кольце подшипника (рис. 23, в).
При монтаже второй опоры все перечисленные операции повторяются.
Для правильной работы и надежного сопряжения подшипника с валом и корпусом имеет большое значение точность посадочных
Рис. 23. Уменьшение погрешности поворота оси вращения вала относительно основных баз корпуса
поверхностей вала и корпуса. Сажаемые на вал и в корпус кольца подшипника вследствие деформации копируют погрешности отверстия в корпусе или шейки вала в поперечном сечении. Эти деформации искажают форму беговых дорожек колец и приводят к неравномерности радиального зазора в подшипнике. Конусность посадочных поверхностей вала и корпуса влечет за собой неравномерный натяг колец подшипника.
Заплечики у вала и в отверстиях корпуса являются установочными базами для колец подшипников. Неперпендикулярность заплечиков относительно осей посадочных поверхностей вала и корпуса приводит к неправильному базированию колец подшипника и вызывает смещение шариков к краям беговых дорожек или точечный контакт роликов с поверхностями беговых дорожек, 60
а в конечном счете — ускоренный износ подшипников. Допускаемые отклонения от правильной геометрической формы посадочных поверхностей под подшипники качения определены ГОСТом 3325—55.
Сборка подшипника с валом наиболее успешно выполняется при использовании разности температур подшипника и вала. Для создания ее подшипник нагревают в электрической масляной ванне до 70—80° С. Нагретый подшипник устанавливают на вал и доводят до места при помощи оправки и молотка. Производить напрессовку подшипника, непосредственно ударяя по кольцу, нельзя, так как при этом может произойти перекос колец, разрушение шариков или канавок.
При установке подшипника в корпус для создания разности температур подшипник охлаждают при помощи сухого льда (твердой углекислоты), аммиака или жидкого воздуха или нагревают корпус в зоне монтажа подшипника электрическими приборами.
Сборка подшипника с валом и корпусом без создания разности температур требует приложения значительной силы. Необходимые усилия создают ручными, пневматическими и гидравлическими прессами, а направление подшипнику задают специальными приспособлениями [10], [12].
Монтаж конических роликовых подшипников осуществляют раздельно. Внутреннее кольцо с роликами и сепаратором напрессовывают на вал, а наружное кольцо — в корпус. Радиальный зазор в коническом роликоподшипнике регулируюх/при монтаже подшипника осевым смещением наружного кольца при помощи подвижных компенсирующих устройств (установочных гаек, регулировочных винтов) или неподвижных компенсаторов (проста-новочных колец, прокладок).
Регулирование радиального зазора в конических подшипниках является ответственной операцией. Неправильно установленный зазор часто служит основной причиной преждевременного износа подшипника. При недостаточном зазоре ролики защемляются кольцами и усиленно изнашиваются со стороны большего диаметра; при чрезмерно больших зазорах ролики воспринимают повышенные динамические нагрузки, их износ идет главным образом со стороны малого диаметра.
§ 2. Зубчатые передачи
Сборка цилиндрических зубчатых передач. Зубчатые колеса должны быть достаточно прочными для передачи без поломок требуемых окружных усилий, должны обладать кинематической точностью, плавностью и бесшумностью работы п не заклиниваться при разогреве.
Нарушение кинематической точности и плавности работы зубчатой передачи проявляется в несогласованности поворотов колес передачи, периодически или многократно повторяющихся за оборот
61
колеса. Это приводит к колебаниям скорости вращения зубчатых колес, вследствие чего возникают вибрации и шум при работе.
Кинематическая точность и плавность работы зубчатой передачи целиком зависят от точности зубчатых колес. Допуски на цилиндрические зубчатые колеса с модулем свыше 1 мм регламентируются ГОСТом 1643—56, согласно которому зубчатые колеса в соответствии с их служебным назначением подразделены на 11 степеней точности.
Чтобы при работе зубчатой передачи не происходило заклинивания колес вследствие их разогрева, между рабочими поверхностями зубьев должен быть гарантирован боковой зазор, наименьшее допустимое значение которого именуется гарантированным боковым зазором. Верхнюю границу бокового зазора следует устанавливать, исходя из допустимой величины мертвого хода колес, а также силы удара зубьев в момент включения и реверсирования вращения зубчатых колес.
Таким образом, допуск бс и координата середины поля допуска на боковой зазор AOf в зубчатой передаче определяются ее служебным назначением,- а соблюдение бокового зазора С в требуемых пределах при изготовлении зубчатой передачи зависит от толщины зубьев и относительного смещения делительных окружностей зубчатых колес (рис. 24). Поэтому, исходя из значений 8С и ДОс, устанавливают допуски и координаты середин полей допусков, ограничивающие толщину зубьев,— и Ао„ и ту часть бокового зазора, которая зависит от смещения делительных окружностей,— б2 и До,.
Допуск 6 2 и координату До, необходимо перевести в допуск и координату исходного звена Лд, разделив их величины на синус угла зацепления зубчатых колес.
Смещение делительных окружностей зубчатых колес Лд, в свою очередь, зависит от точности изготовления зубчатых колес, валов, подшипников и корпусной детали и является замыкающим звеном размерной цепи А (рис. 25). Следовательно, для обеспечения требуемого бокового зазора в зубчатой паре допуски на параметры, от которых зависит боковой зазор, следует назначать по схеме, приведенной на рис. 26.
Для правильной и долговечной работы зубчатой передачи важны величина и расположение пятна контакта на боковых поверхностях зубьев. Уменьшение пятна контакта приводит к концентрации нагрузки на отдельных участках поверхностей зубьев и к повышенному износу зубьев. Смещение пятна контакта зубьев к какому-нибудь краю боковой поверхности зуба влечет за собой одностороннее приложение нагрузки, повышенный износ и выкрашивание зубьев.
Величина пятна контакта зубьев зависит от точности изготовления их рабочих поверхностей. Нормы контакта зубьев цилиндрических колес регламентированы ГОСТом 1643—56.
62
Рис. 24. Составные части допуска на боковой зазор в зубчатом зацеплении
Служебное назначение зубчатой передачи
бг>
Рис. 26. Схема назначения допусков на звенья размерной йепи А
о
со
Рис. 25. Размерная цепь А, определяющая точность относительного смещения делительных окружностей зубчатых колес в редукторе
На правильность расположения пятна контакта влияет поворот образующих боковых поверхностей зубьев в двух координатных плоскостях. На рис. 27 даны размерные цепи аир, устанавливающие зависимость поворота образующих зубьев в двух
Оси отверстии
•Осишеек 1u2'?o 1и?-?п зибчатын
зубчатой колес цилиндров 1 и 2-го зубчатого
зубчатом колес колеса
Рис. 27. Схемы размерных цепей, определяющих точность относительного поворота образующих рабочих поверхностей зубьев цилиндрических колес в двух координатных плоскостях
координатных плоскостях от точности колес, валов, подшипников и корпуса, в котором монтируют зубчатые колеса.
Кинематическая точность и плавность работы зубчатой передачи, боковой зазор и точность поворота образующих боковых поверхностей зубьев при сборке зубчатых колес, как правило, достигаются методом полной или неполной взаимозаменяемости. 64
Однако для повышения точности отдельных звеньев размерных цепей, при помощи которых достигается точность относительного положения и зацепления зубчатых колес, при сборке иногда используют регулирование и пригонку. Например, регулированием подшипников (о чем было сказано выше в разделе, касающемся монтажа валов) добиваются уменьшения несоосности опорных шеек валов с отверстиями в корпусе под опоры валов, а также непараллельное™ осей первых по отношению к вторым, комбинированными развертками повышают соосность отверстий в корпусе.
Техника монтажа зубчатых колес, приспособления, применяемые при этом, и методы контроля качества сборки описаны в работе М. П. Новикова [12].
Сборка конических зубчатых передач. Одним из основных условий правильности зацепления конической зубчатой передачи, отличающим ее от цилиндрической, является совпадение вершин делительных конусов зубчатых колес. Допускается смещение вершины делительного конуса первого колеса относительно оси второго и вершины делительного конуса второго колеса относительно оси первого в пределах, установленных ГОСТом 1758—56. Соблюдение этого условия при сборке конических зубчатых колес обеспечивается двумя независимыми размерными цепями Б и В (рис. 28).
Довольно жесткие допуски замыкающих звеньев указанных размерных цепей и их многозвенность затрудняют при сборке конических зубчатых передач использование методов, взаимозаменяемости. Поэтому точность замыкающих звеньев Бд и Вд достигается чаще методом регулирования. При этом большие удобства для сборщиков создают конструкции зубчатых передач, в которых предусмотрены подвижные компенсаторы. Однако неизбежное усложнение конструкции с созданием подвижных компенсирующих устройств не всегда допускает их применение и заставляет использовать неподвижные компенсаторы в виде прокладок, простановочных колец.
Боковой зазор при регулировании положения зубчатых колес контролируют при помощи щупа или свинцовой пластинки, помещаемой между зубьями колес. О величине бокового зазора можно судить также по мертвому ходу одного из колес, измерять который можно при помощи индикатора и несложных приспособлений [12].
Правильность зацепления собранных конических зубчатых колес проверяют «на краску», для чего зубья одного колеса смазывают краской и им же провертывают второе колесо. При проверке без нагрузки наиболее желательными являются отпечатки краски на зубьях второго колеса, расположенные симметрично по высоте зубьев и смещенные к вершине конуса. При работе колес под нагрузкой пятно контакта перемещается от вершины конуса и располагается посредине зуба.
Правильность расположения пятна контакта на боковой поверхности зубьев зависит от соблюдения установленного угла
3 Б. Л. Беспалов и др. 65
между осями вращения зубчатых колес, положения осей вращения зубчатых колес в одной плоскости и точности самих зубчатых колес.
Сборка червячных передач. По назначению червячные передачи подразделяют на кинематические и силовые. ГОСТом 3675—56 установлены 12 степеней точности червячных передач. Кинематические передачи, от которых требуется создание точного передаточного отношения, изготовляют 3—-6-й степеней точности. Силовые передачи изготовляют 5—9-й степеней точности.
Рис. 28. Схемы размерных цепей, определяющих точность совпадения вершин делительных конусов конических зубчатых колес
Чтобы червячная передача могла выполнять свое служебное назначение, в процессе ее изготовления необходимо обеспечить кинематическую точность передачи, заданный боковой зазор в зацеплении червяка с колесом, совпадение средней плоскости колеса с осью червяка, требуемую точность углов скрещивания осей вращения червяка и колеса.
Методы обеспечения первых двух требований те же, что и при обеспечении аналогичных условий при изготовлении цилиндрических зубчатых передач.
Наиболее распространенным методом совмещения средней плоскости червячного колеса с осью червяка является метод 66
регулирования, при этом можно использовать и подвижные и неподвижные компенсаторы.
В конструкции узла, показанного на рис. 29, предусмотрено регулирование осевого положения червячного колеса относительно червяка изменением толщины одной из прокладок под фланцы. При выборе в качестве компенсатора правой прокладки задачу совмещения средней плоскости червячного колеса с осью червяка разрешит размерная цепь Д.
Рис. 29. Размерные цепи, определяющие совпадение средней плоскости червячного колеса с осью червяка
Вслед за решением этой задачи возникает необходимость регулировать зазор в подшипниках. Требуемый зазор создается перемещением наружного кольца подшипника левым фланцем и винтами. В образовавшийся зазор между корпусом и фланцем должна быть вставлена прокладка, толщину которой Ед определяет размерная цепь Е.
Требуемая точность угла скрещивания осей вращения червяка и колеса достигается обычно методом полной или неполной взаимозаменяемости. Однако и здесь регулированием положения наружных колец подшипников, приданием определенного направления эксцентриситету их наружных поверхностей можно повы-
* 67
сить точность угла скрещивания осей вращения червяка и колеса.
Правильность зацепления зубчатого кЬлеса с червяком проверяют по краске. Краску наносят на винтовую поверхность червяка и, поворачивая его, получают отпечатки на зубьях червячного колеса. При правильном зацеплении червяка краска должна покрывать поверхность зуба червячного колеса не менее чем на 50—70%, а пятно контакта должно располагаться по обе стороны осн симметрии зуба. При одностороннем расположении пятна контакта на поверхностях зубьев положение червячного колеса относительно червяка исправляют перемещением колеса в осевом направлении, а иногда и разворотом наружных колец подшипников червяка и вала червячного колеса для направления эксцентриситетов колец в нужную сторону.
При монтаже зубчатых колес применяют специальные инструменты и приспособления [12].
§ 3. Сборка деталей, соединяемых при помощи направляющих
При помощи направляющих соединяют детали машин, совершающие одна относительно другой возвратно-поступательные перемещения. К таким деталям относятся столы, суппорты, каретки, ползуны. Для соединения подобных деталей применяют прямоугольные, призматические или изготовленные в форме ласточкина хвоста направляющие.
Направляющие должны обеспечивать прямолинейность перемещения движущейся детали в двух координатных плоскостях порядка 0,005—0,05 мм на 1000 мм перемещения. Жесткие пределы, устанавливаемые на прямолинейность перемещения движущейся детали, заставляют предъявлять высокие требования к прямолинейности (0,002—0,05 мм), плоскостности (0,002—0,05 мм), параллельности (0,005—0,05 мм на длине 1000 мм) поверхностей направляющих обеих деталей.
Направляющие воспринимают собственный вес движущейся детали и нагрузку, прилагаемую к ней. По этой причине сопряжение обеих деталей по направляющим должно быть плотным и равномерным. Направляющие простых форм и сравнительно невысокой точности окончательно отделывают в механических цехах шлифованием, строганием и другими способами обработки. Что касается направляющих сложных форм или даже простых форм, но повышенной точности, то современное оборудование и способы обработки пока не обеспечивают требуемой для них точности; поэтому при сборке деталей поверхности направляющих приходится пришабривать или притирать. При этом отделке при сборке могут подвергаться направляющие одной более простой и легкой детали (если есть уверенность в достаточной точности другой), или обеих деталей (если такой уверенности нет).
68
Первый способ довольно широко распространен в станкостроении. Направляющие станин ряда станков с достаточно высокой точностью отделывают в процессе механической обработки, а направляющие сопрягаемых с ними деталей доводят при сборке
сначала по эталонным плитам, а затем по месту.
Рис. 30. Проверка по краске поверхностей деталей, соединяемых направляющими в виде ласточкиного хвоста при помощи шабровочных плит
В качестве примера, иллюстрирующего второй способ, можно привести шабрение обеих деталей, соединяемых при помощи направляющих типа ласточкина хвоста. Шабрение выполняют в следующем порядке. Сначала предварительно шабрят все сопрягаемые поверхности для удаления следов режущего инструмента. Затем по шабровочной плите шабрят поверхности основания, выполняющие роль установочной и направляющей баз для присоединяемой детали, отмеченные на рис. 30, а жирными линиями.
Рис. 31. Способы контроля точности направляющих типа - ласточкина хвоста
Достигнув необходимой точности относительного положения и плоскостности обрабатываемых'поверхностей, о чем судят по распределению пятен краски на. шабренных поверхностях, приступают к шабрению второй наклонной плоскости ласточкина хвоста, добиваясь получения правильного двугранного угла и положения к уже отшабренным поверхностям.
Выполнение шабрения именно в такой последовательности объясняется необходимостью создания в первую очередь надежных установочной и направляющей баз для самой шабровочной плиты, от которых можно будет обрабатывать и контролировать остальные поверхности направляющих.
Двугранный угол и положение второй наклонной плоскости направляющих проверяют или с помощью специального приспособления в виде каретки с прижимной планкой (рис. 31, а), или 69
ползуном с индикатором, или при помощи двух валиков и штан. генциркуля. В последнем случае, измерив расстояние А (рис. 31, б), вычисляют интересующий размер:
а — Ь 4- 2h ctg а;
4 = Л-2(4 + д:).
отсюда
b = A-d(l+ctg±).
Нижние плоскости направляющих детали, присоединяемой к основанию, предварительно шабрят по плоской шабровочной плите. Затем при помощи плиты, показанной на рис. 30, б, шабрят наклонную плоскость направляющих. Окончательно поверхности направляющих подвижной детали пришабривают по основанию.
После того как будет достигнута требуемая точность соединения спариваемых деталей, на поверхности направляющих основания, соприкасающиеся с клином, наносят краску. Обе'детали соединяют и вводят клин между ними. После нескольких возвратно-поступательных перемещений подвижной детали с клином его вынимают и шабрят по следам оставшейся на нем краски.
Качество шабрения поверхностей направляющих зависит от требований, предъявляемых к ним. Считается, что для получения плотного прилегания одной детали к другой достаточно иметь не менее шести пятен на площади 25 X 25 мм2, однако такое качество шабрения не приемлемо для поверхностей направляющих. Обычно шабрение направляющих доводят до получения 12—18 пятен в квадрате 25 x 25 мм2, а направляющих деталей приборов или станков очень высокой точности — до 25—28 пятен на той же площади.
Раздел второй ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТАНИН И РАМ
Глава I ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СТАНИНАМ И РАМАМ
§ 1. Служебное назначение станин и рам
Назначение станин и рам — координировать основные узлы и механизмы машины, а в некоторых случаях и направлять их движение.
Станины и рамы самых разнообразных машин, кроме нестационарных, являются как бы основанием для компоновки всей ма-
Рис. 32. Рама дизеля тепловоза
шины, а сами они устанавливаются на фундамент или непосредственно на пол цеха. Рамы нестационарных машин (транспортных, сельскохозяйственных, строительных) устанавливаются на ходовую часть (тележки или непосредственно на оси колес) и обычно называются шасси или корпусом. Несмотря на внешние отличия, рамы нестационарных машин имеют в основном те же конструктивные элементы, что и станины или рамы стационарных машин.
Например, сравнивая сварную раму нестационарного дизеля тепловоза (рис. 32) со сварной станиной стационарного много-
71
шпиндельного автомата (рис. 33), можно видеть, что у обеих имеются основные плоскости А, на которые устанавливают раму или станину, плоскости Б, к которым крепят различные узлы, и многочисленные, расположенные с разных сторон крепежные отверстия.
В дальнейшем изложении для упрощения применяется один термин — станина.
Рис. 33. Станина четырехшпиндельного автомата
§ 2. Конструктивные виды станин
При всем большом разнообразии конструкций станин, можно выделить два основных класса: а) станины, служебное назначение которых состоит только в координировании узлов и механизмов машины; к ним относятся, например, станины, показанные на рис. 32 и 33, и б) станины, в служебное назначение которых входит, кроме координирования, направление движения узлов машины, например станины токарных, строгальных, карусельных и других станков; к этому же классу относятся и станины, имеющие отверстия для направления (через подшипники) движения валов, например станины горизонтально-фрезерных станков.
У станин обоих классов всегда имеются следующие поверхности: основание — плоскость, которой она устанавливается на фундамент или на пол (основная база); привалочные плоскости, служащие для координирования смонтированных на станине узлов (вспомогательные базы); крепежные отверстия для болтов 72
и винтов, предназначенных как для крепления самой станины (например, к фундаменту), так и для прикрепления к ней сопряженных узлов и деталей.
У станин второго класса, кроме перечисленных поверхностей, имеются направляющие — поверхности, назначение которых — направлять движение узлов машины, и главные отверстия, предназначенные для направления движения валов и шпинделей.
§ 3. Технические условия на изготовление станин
Технические условия на изготовление станин устанавливают, исходя из их служебного назначения, причем некоторые пункты перечисленных ниже технических условий для той или иной станины можно исключать. Кроме того, допускаемые отклонения по
отдельным пунктам технических условий могут иметь различные числовые значения. Например, если какая-либо привалочная плоскость у станины предназначена для прикрепления крышки, то для такой плоскости можно не давать технических условий; если привалочная плоскость служит для прикрепления ответственного механизма, то технические условия для нее обязательны.
Как уже указывалось, основание станины служит для установки ее на фундамент или на пол цеха, поэтому для этой поверхности не следовало бы устанавливать никаких технических условий, ее можно было бы и не обрабатывать. Однако на практике в большинстве случаев на поверхность основания дано техническое условие: «Плоскостность — S мм на
Рис. 34. Деформация станины при закреплении на столе станка: а станина в момент установки; б — после обработки; в после открепления
1000 мм». Это объясняется тем, что основание такой станины многократно используют в качестве технологической базы при обработке на различных операциях. Таким образом, этот пункт технических условий вызван не служебным назначением станины, а технологией ее изготовления. Характер допускаемого отклонения от плоскостности, т. е. выпуклость (в сторону плюс) или вогнутость (в сторону минус) и его величина могут быть
установлены только опытным путем с учетом конструкции станины и технологического процесса ее обработки.
73
Например, для станины, показанной на рис. 34, а, необходимо обеспечить нахождение привалочных поверхностей А и Б в одной плоскости. Допустим, что это достигается на второй операции, после обработки основания на первой операции. Предусмотрено, что на второй операции станину устанавливают непосредственно на стол станка (строгального или фрезерного) и зажимают по концам (рис. 34, б). В этом случае вогнутость основания допустима,
а выпуклость нежелательна, так как при закреплении станина будет деформирована, а после открепления ее плоскости А и Б окажутся расположенными под углом (рис. 34, в). Предположим, что на первой операции невозможно обеспечить получение вогну-
тости (может получиться как выпуклость, так и вогнутость). Тогда следует рассчитать простым геометрическим построен ием допускаемую величину выпуклости основания, исходя из допускаемого отклонения от положения поверхностей А и Б в одной плоскости.
Типовые технические
условия на привалочные плоскости должны обеспечить плоскостность и правильность положения (поворот) данной прива-лочной плоскости относительно какой-либо другой поверхности, принятой за базу.
Отклонение от плоскостности привалочной плоскости в сторону плюс, т. е. выпуклость (рис. 35, а), может привести к погрешности
в координировании сопряженного узла, т. е. к невыполнению станиной ее основного служебного назначения. В этом случае следовало бы допускать только вогнутость, но так как в большинстве случаев при существующих методах обработки невозможно обеспечить именно вогнутость, а может получиться и выпуклость, то техническое условие надо сформулировать так: «Допускается отклонение от плоскостности плоскости А в пределах ±6 мм на 1000 мм, причем величину 6 следует определить, исходя из требуемой точности координирования сопряженного узла.
Техническое условие на плоскостность может быть предъявлено и по другим соображениям. На рис. 35, б показан случай, когда сопряженный узел крепят несколькими болтами. В этом случае неплоскостность привалочной плоскости как в сторону выпуклости, так и в сторону вогнутости, может вызывать недопустимую деформацию сопряженного узла при его закреплении на станине.
Технические условия на правильность относительного положения привалочных плоскостей целиком зависят от требований, предъявляемых к относительному положению сопряженных узлов.
74
Например, если на привалочных плоскостях А и Б смонтированы узлы, у которых на выходных валах находятся зубчатые колеса, то плоскость Б должна быть параллельна плоскости А (рис. 36, а) или перпендикулярна ей (рис. 36, б). Допускаемые отклонения от параллельности или перпендикулярности в этих случаях должны составлять лишь часть допускаемых отклонений от параллельности или перпендикулярности осей самих зубчатых колес, так как другая часть этой погрешности должна быть зарезервирована для узлов.
Типовыми техническими условиями на направляющие станин являются точность формы, точность относительного положения отдельных поверхностей направляющих, качество поверхности.
Рис. 36. Схема для обоснования технических условий на параллельность и перпендикулярность плоскости Б относительно плоскости А
Точность формы направляющих регламентируется как прямолинейность — для направляющих поступательного движения или как круглость — для направляющих вращательного движения. Установившийся на практике термин «прямолинейность» подчеркивает, что направляющая в первую очередь должна быть прямолинейна в направлении движения сопряженного узла, а отклонения от плоскостности в других направлениях имеют второстепенное значение.
Техническое условие на прямолинейность направляющих вызвано необходимостью обеспечить прямолинейную траекторию движения сопряженного узла, если его длина намного меньше длины станины (например, салазки суппорта токарного станка), или необходимостью повысить износостойкость станины, если длина сопряженного узла близка к длине станины (например, стол продольно-строгального станка). В последнем случае, если направляющие имеют местные отклонения от прямолинейности (рис. 37), траектория движения стола может быть прямолинейной, но износ обеих сопряженных поверхностей будет возрастать вследствие уменьшения площади контакта.
Допускаемое отклонение от прямолинейности зависит от необходимой точности траектории движения сопряженного узла и от класса машины. Например, для станин координатно-расточных 75
станков допуск на непрямолинейность направляющих составляет 4 мкм на 1000 мм, а для станины лесопильной рамы этот допуск в десятки раз больше. Кроме величины допуска, часто указывают и его знак: обычно + (выпуклость), что имеет целью удлинить срок службы станины, так как при износе будет образовываться вогнутость.
Рис. 37. Влияние волнистости направляющих на траекторию движения сопряженного узла
Под термином «круглость» для направляющих вращательного движения понимается соблюдение правильной окружности в различных сечениях, параллельных какой-либо торцовой плоскости, принятой за базу. Если эта торцовая плоскость является частью направляющих, то к ней предъявляется требование плоскост
А
Рис. 38. Профиль, в котором необходима параллельность плоскости Б и призмы В к призме А
ности.
Обоснования технического условия на круглость и принципы определения допускаемого отклонения аналогичны указанным для прямолинейных направляющих.
Техническое условие на точность относительного положения отдельных поверхностей направляющих сводится к требованию соблюдения параллельности, перпендикулярности или заданного угла между ними. Необходимо помнить, что понятие «параллельность направляющих» в технике часто не совпадает
с геометрическим понятием «параллельность плоскостей». Например, для направляющих станины токарного станка (рис. 38) считается правильной такая формулировка технического условия: «Плоскость Б должна быть параллельна призматической направляющей А; допускается отклонение б мм на 1000 мм» (в действительности эти плоскости пересекаются).
Технические условия на параллельность направляющих вызваны необходимостью обеспечить: а) параллельность перемещения двух различных узлов, например, если по призматической направляющей А перемещаются салазки суппорта, а по направляющей В — задняя бабка; б) равномерность зазора между перемещаемым узлом и станиной. На рисунке по направляющей Б скользит прижимная планка салазок; если Б не будет парал
76
а) $)
Рис. 39. Влияние перекоса оси резьбового отверстия на правильность соединения двух деталей (а) и способ проверки перпендикулярности оси шпильки базовой плоскости А (б)
лельна Л, то движение салазок будет происходить при неравномерном зазоре.
Требование перпендикулярности отдельных плоскостей направляющих (например, двух плоскостей Л) объясняется необходимостью сохранить равномерность зазора между трущимися поверхностями.
Технические условия на качество поверхности направляющих вызваны стремлением повысить их износостойкость и определяют: а) шероховатость поверхности (обычно 7—8-го классов чистоты, а для некоторых особо точных машин — до 12-го класса); б) твердость (обычно НВ 180—210 для чугунных направляющих, а для стальных закаленных — в зависимости от марки стали); в) характер штрихов на поверхности. Связь первых двух технических условий с износостойкостью общеизвестна. Прогрессивное направление в области изготовления станин заключается в дальнейшем повышении класса чистоты обработки и твердости поверхности. Что касается характера штрихов на поверхности, то, как показали исследования
ЭНИМСа, этот фактор также влияет на износостойкость поверхностей направляющих. Например, при обработке сопряженной детали шлифованием и при смазке веретенным маслом наименьший износ показали направляющие с беспорядочными штрихами, полученными после шабрения; износ направляющих с перекрестными штрихами после торцового шлифования оказался в 1,4 раза больше, а износ направляющих с продольными штрихами после периферийного шлифования был в 3 раза больше.
На крепежные отверстия станин технические условия обычно не задаются, так как эти отверстия мало влияют на выполнение станиной ее служебного назначения и, кроме того, при обработке на станках они получаются достаточно точными. Техническое условие необходимо лишь в одном случае. В мелкосерийном и единичном производстве некоторые резьбовые отверстия в станинах размечают по сопряженной детали, сверлят электродрелью и нарезают метчиками вручную. Делают это, как правило, в сборочном цехе. При таком способе обработки возможен перекос оси отверстия (рис. 39, а), в результате которого в стержне болта возникают напряжения изгиба. Эта погрешность особенно опасна потому, что в процессе сборки может быть не замечена, а когда
77
собранная машина поступит в эксплуатацию, то под рабочей нагрузкой болт может разорваться.
В описанном случае должно быть дано техническое условие: «Ось резьбового отверстия должна быть перпендикулярна к плоскости А; допускается отклонение 6 мм на 100 мм»; проверяют контрольным стержнем (рис. 39, б) со слегка конической резьбой и угольником.
Глава II
ЗАГОТОВКИ ДЛЯ СТАНИН
§ 1. Литые и сварные станины
Станины любого назначения могут быть сконструированы как литые или как сварные. Таким образом, уже в процессе конструирования предрешается вопрос о виде заготовки. Основанием для выбора одного из этих двух видов заготовок являются конструктивные и экономические расчеты.
При конструктивных расчетах учитывают вес, прочность и износостойкость станин. Вес сварных конструкций в 2—3 раза меньше веса литых чугунных при одинаковом назначении. Это объясняется тем, что механические свойства (особенно предел прочности при растяжении) листовой стали, применяемой в сварных конструкциях, примерно в 2,5 раза больше, чем у чугуна и по условиям технологии производства крупных чугунных отливок толщина стенок и ребер у литых деталей в 2—2,5 раза больше, чем у сварных. Износостойкость учитывается для станин с направляющими: она значительно больше у чугуна, чем у стали, имеющей склонность к образованию задиров на поверхностях скольжения. Применение же накладных направляющих из других материалов сильно усложняет конструкцию сварных станин.
При экономических расчетах, заключающихся в сравнении себестоимости станин, сконструированных по обоим вариантам, нельзя пользоваться укрупненными показателями, например себестоимостью тонны веса машины, обобщенным процентом накладных расходов, так как это может привести к грубой ошибке. Калькуляцию себестоимости необходимо производить дифференцированно по примерной схеме, приведенной в табл. 5. При рассмотрении этой схемы надо обратить внимание на следующие особенности: в первоначальных затратах основное значение имеет себестоимость модельного комплекта, доля которой в условиях единичного производства обычно значительно превышает все остальные затраты, а при мелкосерийном — составляет большую часть. В этих же условиях для сварной станины первоначальные затраты ниже.
При возрастании серийности производства значение себестоимости модельного комплекта снижается, а необходимость в сва-78
Таблица 5
Форма для сравнительного расчета себестоимости сварной и литой станин
Затраты Затраты в руб. на изготовление станин Примечание
литой сварной
Первоначальные:
модельный комплект .,. . . Нет Отнесены к 1 шт., ис-
специальные опоки . . . » ходя из общего числа
сварочные приспособления шаблоныдля фигурной резки Нет » . . . станин. . . шт.
Текущие:
исходный материал электроды Нет
ацетилен и кислород .... формовка, выбивка, очистка, обрубка » Нет
резка и обработка деталей . . механическая обработка ос- Нет . . . Заработная плата с накладными расходами со-
новных поверхностей . . . сварка Нет . . . ответствующего цеха
Всего. . .
Реализуемые отходы Себестоимость • ♦ • Вычитаются из суммы затрат
рочных приспособлениях увеличивается. Оба эти фактора отрицательно влияют на экономичность сварных станин при большой серийности производства.
Затраты на исходный материал (расплавленный чугун или листовую сталь) во всех случаях больше для литых станин. Это объясняется не только тем, что сварные конструкции значительно легче, но и тем, что расходы, связанные с получением тонны расплавленного чугуна с учетом расходов по ваграночному отделению литейного цеха, выше расходов на тонну листовой стали, получаемой с металлургического завода.
Существенное влияние на результат сравнительного расчета себестоимости могут оказать затраты на изготовление деталей сварной конструкции. Если в заготовительном цехе имеются мощные ножницы для листового металла, гибочные прессы, автоматические станки для ацетилено-кислородной резки, то эти затраты будут невелики. Если большинство операций по изготовлению деталей выполняется вручную, то даже при един чном производстве себестоимость сварной станины может оказаться выше литой.
Затраты на механическую обработку для литых деталей всегда больше, чем для сварных, потому что в первом случае припуски значительно больше.
79
Некоторое влияние на результаты сравнительного расчета себестоимости оказывают отходы: для литых станин отходы (литниковая система) оцениваются почти как штыковой чугун, а отходы, получаемые при раскрое листовой стали, малоценны.
§ 2. Изготовление литых заготовок станин
Литые станины делают из алюминия, стали и чугуна. Алюминиевые станины в машиностроении применяются крайне редко, исключительно для нестационарных (транспортируемых) машин, где их применение обосновано малым весом. Йх можно встретить в некоторых агрегатах оборудования самолетов, морских и речных судов. Стальные литые станины применяют лишь в исключительных случаях, когда они подвергаются чрезвычайно большим нагрузкам, особенно ударным, например в некоторых типах горизонтально-ковочных машин. <
Основное применение в машиностроении имеют чугунные литые станины, так как их редко приходится рассчитывать на прочность, а чаще их рассчитывают на жесткость (по служебному назначению). Для большинства типов станин без направляющих вполне удовлетворителен чугун среднего класса СЧ 15—32. Для станин, подверженных большим нагрузкам, где необходима повышенная прочность, экономически целесообразно применение модифицированных чугунов от СЧ 21—40 до СЧ 32—52. Назначая такой материал, конструктор может уменьшить вес станины. Для станин с направляющими для повышения их износостойкости целесообразно применение только модифицированных чугунов указанных выше марок, а в некоторых случаях — высокопрочных чугунов, например ВЧ 50—1,5.
Отливки станин относятся к категории средних и крупных, а их производство — к типу мелкосерийного или серийного и, как исключение, крупносерийного. В большинстве случаев отливки станин получают ручной формовкой по деревянной модели в1 парных окопах, а отливки особенно больших размеров — методами формовки в земле. По мере возрастания серийности производства становятся экономичными металлические модели.
Машинная формовка, экономичная при достаточной серийности производства, осуществляется в основном пескометами. Станины небольших размеров формуют на встряхивающих формовочных машинах.
Заливку, как правило, следует производить в сухие или подсушенные формы. Сырые формы допустимы лишь для неответственных станин небольших размеров. При заливке наиболее рационально располагать станину основанием вверх. В этом случае расположенные внизу формы привалочные плоскости или направляющие будут иметь более плотную структуру и меньше литейных пороков. Для станин с направляющими целесообразно закладывать в форму кокильные пластины (холодильники), со-80
ответствующие по конфигурации направляющим. Это повышает качество чугуна на направляющих и увеличивает его твердость на 20—30 единиц Бринеля.
При формовке сложных станин приходится устанавливать многочисленные стержни и удалять отъемные части модели. Здесь неизбежны смещения тех и других, приводящие к значительным погрешностям формы и размеров отливки. Учитывая эти погрешности, а также несовершенство методов формовки, следует назначать большие припуски на обработку, доходящие у крупных деталей до 20—25 мм на сторону. У станин средних размеров при серийном производстве, т. е. с применением более совершенной технологии литья, максимальный припуск составляет 8 мм.
Из-за описанных выше характерных особенностей таких отливок необходимо обеспечивать тщательную очистку их (в пескодробеструйных камерах) и обрубку.
В отливках станин, как правило, имеются значительные остаточные напряжения, вследствие которых вполне законченная, сданная на склад готовой продукции отливка деформируется иногда в продолжение нескольких суток. В связи с этим для ответственных станин предусматривают старение отливок — естественное в течение возможно более длительного срока или искусственное.
Искусственное старение производят нагревом в печах при определенном тепловом режиме, зависящем от химического состава чугуна и веса отливки. Например, для станин из чугуна СЧ 21—40 весом от 2 до 4 т применяют следующий тепловой режим: температура в печи при загрузке 200—230° С; скорость нагрева 80— 100° С в час до температуры 550° С; выдержка при этой температуре в течение 4—5 ч; остывание с печью в течение 6—8 ч до температуры 150°; выгрузка из печи. Для других марок чугуна и иного веса станины тепловой режим отличается от указанного, хотя и незначительно.
§ 3. Изготовление сварных заготовок .станин
Для сварных станин в .большинстве случаев применяют листовую сталь Ст.З, а для станин, подверженных большим нагрузкам, сталь Ст.5. Наиболее часто используют листы толщиной от 10 до 15 мм и только для отдельных утолщенных деталей до 25 мм. В некоторых сварных станинах тяжелых машин, например для гидравлических прессов большой мощности, применяют листовую сталь толщиной до 50 мм.
Сварные станины сваривают из большого числа отдельных деталей; например в станине, показанной на рис. 33, имеется около 200 деталей. Большинство деталей изготовлено из листовой стали, однако часто применяют и детали из прутка (бобышки) и труб. Все эти детали должны быть вырезаны из исходного материала, а некоторые — обработаны под сварку (гибка фигурных деталей,
81
механическая обработка кромок). Поэтому трудоемкость заготовки деталей для сварной станины бывает больше трудоемкости самой сварки. Наиболее производительна резка деталей из листа на пресс-ножницах, гильотинных и дисковых ножницах. Часто детали режут ручными ацетилено-кислородными резаками по разметке или на машинах с применением шаблонов.
Сборку станин под сварку в условиях единичного и мелкосерийного производства выполняют, как правило, посредством ручных универсальных приспособлений — струбцин, стяжек, клиньев. Применение сварочных приспособлений, ориентирующих соединяемые детали, экономично только при достаточной серийности производства. Детали соединяют главным образом ручной электродуговой сваркой, газовую сварку используют как исключение. Автоматическая сварка столь сложных деталей, как станины, находит применение в некоторых случаях лишь при достаточной серийности производства, так как наладка оборудования требует много времени и, как правило, связана с первоначальными затратами на специальные устройства для направления относительного движения автоматической сварочной головки.
В сварных станинах всегда возникают значительные остаточные напряжения, под действием которых уже по окончании сварки станина оказывается деформированной (особенно часто происходит скручивание вдоль продольной оси) до 3—5 мм на 1 пог. м. При последующей механической обработке деформации под действием остаточных напряжений могут еще возрасти. Поэтому для ответственных станин предусматривают термическую обработку в печах для снятия остаточных напряжений.
Глава III ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАНИН
§ 1. Технологические базы при обработке станин
Технологический маршрут обработки станин самых разнообразных типов и размеров начинается с обработки основания, так как при дальнейших операцих оно служит технологической базой.
Исходя из служебного назначения этой поверхности (установка на фундамент или пол цеха), ее вообще не следовало бы обрабатывать, но эта операция нужна для облегчения установок на следующих операциях.
На этой операции особое значение имеет выбор технологических баз как в случае обработки станины по разметке, так и в случае обработки настроенным инструментом.
82
У заготовки станины, показанной на рис. 40, независимо от того, литая она или сварная, физически существуют все размеры от А х до Л8. На рабочем чертеже такой станины будут указаны размеры Alt Л2, Л4 и Лб или Л3, так как все они необходимы для изготовления заготовки. Для обработки указанных на эскизе плоскостей достаточны только два размера, например Лг и Л4 или Ai и Л5.
При обработке по разметке возможны различные варианты разметки: рассмотрим два из них.
Вариант I — размечены размеры Ах (что равносильно выбору в качестве технологической базы на первой операции плоскости М) и Л4 (технологическая база на второй операции — плоскость основания). В этом варианте размер Л5 получается
как замыкающее звено технологической размерной цепи Л5 — Аг — Ав -|~ Аз Н“ А4.
Размер Ai получен на первой операции; допуск для него указан на рисунке; размер Л4 получен на второй операции, допуск такой же. Размеры Л3 и Л6 принадлежат заготовке. Полагая, что заготовка получена машинной формовкой по деревянной модели, принимаем для этих размеров допуски 6,0 и 2,0 мм. Таким образом, наибольшая возможная погрешность размера Лб
Рис. 40. Основные размеры заготовки станины (в скобках указаны размеры отливки)
<в6 = 1,0 4- 2,0 + 6,0 -f- 1,0 = 10,0 мм.
Производя квадратичное суммирование, т. е. допуская 0,27% риска, получим наибольшую возможную погрешность этого размера:
®6 = V 1,02 4- 2,02 4- 6,02 4- 1,02 6,5 мм.
Вариант II—размечены размеры Дх (технологическая база на первой операции — плоскость М) и А6 (технологическая база на второй операции — плоскость основания). Тогда замыкающим звеном является размер Д4:
' Д< = Д» — '414- — Аз-
На размер Д5, получаемый на второй операции, задан допуск 1,6 мм. Возможная наибольшая погрешность размера Д4
и, = 1,6 1,0 4- 2,0 4- 6,0 — 10,6 мм.
83
Столь большая погрешность означает, что при номинальной высоте платика Л4 = 5 мм он может быть полностью срезан и инструмент будет задевать черную поверхность К.
При обработке настроенным на размер инструментом возможны три варианта базирования на первой операции (на второй операции технологической базой может быть только плоскость основания).
Вариант I — базирование по плоскости Л. При таком базировании достигается наибольшая равномерность припуска по всей длине на плоскости Л при ее обработке на второй операции, что особенно ценно для станин с направляющими, поэтому такой способ базирования часто применяют на заводах.
На первой операции настройку инструмента производят на размер 606-1-1 (так называемый «настроечный» размер) с учетом номинального припуска, который, как показано на рисунке, равен 6 мм. Необходимо рассчитать предельные значения тех размеров, которые указаны на рабочем чертеже станины, т. е. Лъ Л 2 и Л4. Кроме того, при рассмотрении вариантов базирования большое значение имеет расчет предельных величин действительно снимаемого припуска. Задачи подобного рода проще решать, не прибегая к буквенным обозначениям, непосредственно в цифрах.
В результате первой операции будут получены размеры:
Л2нб = 607 — 587 — 10 = 10; Л2нм = 605 — 593 — 12 = 0;
Л1нб = 26 + 10 = 36; Л1ям = 24 + 0 = 24.
На второй операции при настроечном размере бОО^-о.з получим размеры:
= 600,8 — 539 — 0 = 7,8; Л4нм = 599,2 — 587 — 10 =
= 2,2;
действительный припуск
гнб = 12 — 2,2 = 9,8; zHM = 10 — 7,8 = 2,2.
Вариант // — базирование по плоскости К. Настроечный размер на первой операции 595±i. Получаем:
Л211б = 596 — 587 = 9; Л2нм = 594 — 593 = 1;
Л1нб — 26 -f- 9 = 35; Л1]1М = 24 —J— 1 = 25.
На второй операции настроечный размер бОО^о.в- Получаем:
Л4нб = 600,8 — 593 — 1 = 6,8; Л4нм - 599,2 — 587 — 9 = 3,2!
?нб = 12 — 3,2 = 8,8; zHM = 10 — 6,8 = 3,2.
Вариант III — базирование по плоскости М. Настроечный размер на первой операции 30+0,5. Получаем:
Л2нб = 30,5 — 24 = 6,5; Л2нн = 29,5 — 26 = 3,5;
Л5нб = 6,5 593 + 12 =* 611,5; Л5ни = 3,5 + 587 + 10 = 600,5.
84
На второй операции настроечный размер 600+o.s- Получаем:
Л4нб ~= 600,8 — 587 — 3,5 = 10,3; Л4нм = 599,2 — 593 —
— 6,5 = —0,3, действительный припуск
гнб = 12 + 0,3 = 12,3; zHM = 10 — 10,3 = —0,3.
Сравнивая рассмотренные варианты, можно сделать следующие выводы:
а) при вариантах I и II не может быть получен требуемый по чертежу размер Лх (толщина полки); он получается с весьма большими отклонениями, зависящими от погрешностей размеров отливки;
б) если соблюдение постоянства припуска по всей длине плоскости Л является основным требованием и принят вариант I базирования, глубина выемки А2 может оказаться равной нулю, поэтому ее номинальный размер должен "быть увеличен за счет размера Л8; ~~
в) при варианте II в сравнении с вариантами I и III достигается большая точность размера Л4; погрешность равна 3,6 мм, в то время как при варианте I она равна 5,6 мм, а при варианте III доходит до 10,6 мм; следовательно, вариант II предпочтителен, например, в том случае, если на плоскости Л находится сопряженный узел, у которого выступающие части близко подходят к плоскости К;
г) вариант III является единственным, обеспечивающим получение размера Лх с заданным допуском; при этом варианте получается наибольшая погрешность размера Д4, и его номинальный размер должен быть увеличен не менее, чем на Л мм. Кроме того, при выполнении второй операции может не хватить припуска на обработку (по расчету получилась отрицательная величина, что означает отсутствие, припуска), вследствие чего на поверхности Л необходимо предусмотреть увеличение припуска на 3— 4 мм, что крайне неэкономично.
Несколько отличается содержание первой операции для вертикальных станин (у них наибольшим габаритным размером является высота). В этом случае их основание не может служить технологической базой на последующих операциях ввиду неудобства, а иногда и невозможности установить станину на станке. Как правило, обработку вертикальных стйнин начинают с плоскостей, противолежащих наиболее ответственным привалочным плоскостям или направляющим. В подобных случаях все, что было сказано выше о базировании на первой операции, остается справедливым.
85
§ 2. Типовые технологические маршруты обработки станин
Маршруты обработки станин самых разнообразных конструкций сравнительно немногочисленны и могут быть сведены к шести вариантам, указанным в табл. 6. Варианты I, П и III предусмотрены для единичного и мелкосерийного производства, когда обрабатываемую станину на станок устанавливают без приспособлений, а обрабатывают по способу пробных проходов или по разметке. Варианты IV, V и VI применимы в условиях серийного производства, когда становятся экономичными приспособления для установки станины на станках, а обрабатывают настроенными на размер инструментами. Варианты I и IV применимы для ста
нин с невысокими техническими требованиями. Варианты II и V — для станин повышенной точности, а варианты III—VI — для особо точных станин прецизионных машин, главным образом металлорежущих станков некоторых типов.
Технологические маршруты обработки станин (в том числе и маршруты, приведенные в табл. 6) разрабатывают на основе следую-
Рис. 41. Последовательность раз- щих принципов:
метки отверстий 1. В условиях единичного и
мелкосерийного производства первой операцией надо назначать разметку заготовки, так как
по разметке не только устанавливают станину на стол станка (так называемая «выверка»), но и настраивают инструменты на требуемый размер. Разметку приходится повторять, во-первых, потому что после черновой обработки станина может покоробиться и разметочные риски станут неправильными, а во-вторых, потому что риски могут быть срезаны при обработке отдельных плоскостей станины. Например, если необходимо разметить (рис. 41) отверстие К на расстояниях А и Б от плоскостей Л и М, то делать это у заготовки бессмысленно, так как плоскость Н, на которой расположено отверстие /С, будет обработана до сверления этого отверстия и разметочные риски будут уничтожены.
2. Во всех случаях как при черновой, так и при чистовой и отделочной обработке, сначала надо обрабатывать основание, а потом привалочные плоскости и направляющие. Если этот принцип нарушить, то понизится точность обработки наиболее ответственных поверхностей — привалочных плоскостей или направляющих. Допустим, например, что по пятому варианту технологического маршрута чистовую обработку (операция № 5) начали с привалочных плоскостей или направляющих, а не
86
Типовые технологические маршруты механической обработки станин
Таблица 6
Содержание операций по обработке станин Номер операции при вариантах технологического маршрута
I и in IV V VI
Разметка заготовки 1 1 1 — — —
Повторная разметка .... 5; 7 6; 10; 12 7; 11; — — —
Обработка основания: черновая 2 2 14; 16 2 1 1 1
чистовая 2 7 8; 15 1 5 6; 11
Обработка верхних плоскостей или направляющих: черновая 3 3 3 2 2 -2
чистовая 3 8 9 3 6 7; 12
Черновая обработка плоскостей: на передней стенке .... 2 2 2 1 1 1
» задней стенке .... 3 3 3 2 2 2
Чистовая обработка плоскостей: на передней стенке .... 2 V 7 8 1 5 6
» задней стенке .... 3 8 9 3 6 7
Обработка торцов: черновая 4 9 4 Л 7 3
чистовая 4 9 10 4 7 8
Обработка главных отверстий: черновая 6 4 5 5 3 4
чистовая . 6 11 12 5 8 9; 13
Обработка крепежных отверстий: вверху 8 13 17 6 9 14
внизу 9 14 18 6 9 14
спереди 10 15 19 6 9 14
сзади 11 16 20 6 9 14
на торцах -. 12 17 21 7 10 15
Старение — 5 6; 13 — 4 5; 10
Термическая обработка направляющих — 18 22 — 11 16
Отделочная обработка: направляющих 19 23 12 17
главных отверстий .... — 20 24 — 13 18
Примечания: 1. У вертикальных станин их основание считать торцом, а плоскость, противоположную наиболее ответственным плоскостям или направляющим, считать основанием.
2. По мере надобности в маршрут включают слесарные операции по зачистке заусенцев и опиливанию острых кромок, а также операции по очистке детали и окраске.
87
с основания, т. е. на операцию № 5 станина поступила после черновой обработки и старения с заведомо большими погрешностями формы (неплоскостностью) основания. Если теперь установить станину на такое искаженное основание и закрепить ее для обработки привалочных плоскостей или направляющих, то она будет упруго деформирована силами закрепления. По окончании обработки и открепления станины привалочные плоскости или направляющие окажутся искривленными (неплоскостными или непрямолинейными) под действием сил упругости. Если в этой операции применить приспособления, устраняющие возможность деформации станины под действием сил закрепления, тогда другое соображение подтвердит нежелательность изменения типового маршрута, а именно, на следующей операции (операции № 6) должна производиться чистовая обработка основания; при этом станина будет установлена на чисто обработанные привалочные плоскости или направляющие. Как бы осторожно не производили установку, всегда возможно повреждение этих ответственных поверхностей.
3. Для станин с повышенными техническими требованиями необходимо чистовую обработку всех ответственных поверхностей выделять в отдельные операции после черновой обработки. Этот принцип имеет особое значение для станин и обосновывается следующими соображениями.
Во-первых, при черновой обработке вследствие съема больших припусков происходит перераспределение имевшихся в заготовке остаточных напряжений. Если в таком состоянии станины произвести за одйу операцию чистовую обработку сейчас же после черновой, то после снятия станины со станка перераспределенные остаточные напряжения вызовут ее деформации, т. е. искажение формы начисто обработанных поверхностей.
Во-вторых, в результате черновой обработки возникают собственные остаточные напряжения, даже если у заготовки их не было. Для устранения их необходимо произвести старение станины; для этого ее надо снять со станка, на котором выполнялась черновая обработка, что означает выделение чистовой обработки в отдельную операцию.
В-третьих, чистовая обработка, выделенная в отдельную операцию, может быть закреплена за наиболее точным из имеющихся в цехе станков, на котором черновая обработка не должна производиться.
В четвертых, чистовую обработку должен выполнять рабочий более высокой квалификации, которого нецелесообразно занимать менее ответственной черновой обработкой.
4. Обработку главных отверстий, если они есть у станины, следует производить после обработки основных привалочных плоскостей или направляющих. Этот принцип обоснован Тем, что в большинстве случаев проще, надежнее и точнее базировать станину по плоскостям для обработки отверстий, чем базировать 88
по отверстию для обработки плоскостей. В некоторых случаях этот принцип можно нарушить, исходя из сравнительного анализа простоты и точности базирования станины. Сказанное в равной мере относится к установке станины путем выверки и к установке при помощи приспособлений.
5. Обработку крепежных отверстий следует производить в самом конце технологического маршрута, перед отделочной обработкой, если она необходима. Это обусловлено, во-первых, тем, что поверхности, на которых расположены отверстия, должны быть обработаны до сверления, так как сверлить по черной поверхности, особенно литой, во всех случаях нежелательно из-за снижения режима резания, повышенного износа инструментов, большей вероятности увода сверла, во-вторых, при обработке крепежных отверстий наименее ответственных из всех обработанных поверхностей станины, вероятность брака практически равна нулю. Операции, на которых вероятность брака мала, экономично выполнять в конце технологического процесса для снижения общих потерь от брака. Количество сверлильных операций при единичном и мелкосерийном производстве равно количеству переустановок станины для обсверливания с разных сторон. При серийном производстве количество сверлильных операций может быть значительно сокращено путем применения поворотных приспособлений.
§ 3. Разметка станин
Разметка станин в условиях единичного и мелкосерийного производства является ответственной операцией. Как максимум, разметка имеет четыре цели: контроль заготовки; обеспечение правильной установки станины на первых .операциях механической обработки; определение положения режущих инструментов на заданный размер при выполнении первых операций; равномерное распределение припуска на обработку с учетом погрешностей формы и размеров, имеющихся у заготовки.
Для разметки станин применяют обычный комплект разметочных инструментов: рейсмасы, масштабные линейки, угольники, для измерения больших длин (более 1000 мм) — стальную рулетку.
Контроль заготовки предусматривают как цель разметки только в том случае, если заготовка не подвергалась контролю в заготовительном цехе. При разметке в механическом цехе контроль осуществляют попутно, в процессе достижения остальных целей.
Для обеспечения правильной установки станины на первых операциях, осуществляемых на продольно-строгальных или продольно-фрезерных станках, необходимы и достаточны три разметочные риски. Рисками fg и fe (рис. 42) станочник пользуется
8Э
при первой операции (обработка основания) для выверки рейсмасом положения станины по высоте. Риски be, ab и bYd необходимы на второй операции для достижения параллельности обрабатываемых плоскостей Л, М и Н направлению движения стола станка. Выверяют чертилкой, закрепленной на какой-либо части станка, например в суппорте продольно-строгального станка.
Разметочные риски, служащие для настройки режущих инструментов, следует наносить с учетом последовательности обработки так, чтобы они не могли быть срезаны на дальнейших переходах.
Рис. 42. Схема разметки станины
Наиболее сложна разметка, имеющая целью равномерное распределение припуска. Для пояснения методики такой разметки рассмотрим ту же станину. Станину для разметки произвольно устанавливают на три клина /, 2, 3. Сначала размечают плоскость основания с соблюдением толщины полки — размера Для этого подводят чертилку рейсмаса до касания с плоскостью К в точке над клином 3. Допустим, что расстояние от поверхности разметочной плиты до плоскости Л в этой точке оказалось Pv Затем рейсмас переносят в точку /, и, подбивая клин, уравнивают расстояния Р2 = Так достигается равенство толщин левой и правой полок на переднем торце станины. Далее, перенося рейсмасе к заднему торцу и подбивая клин 2, уравнивают расстояние Р4 = Pv Так достигается одинаковая по всей длине толщина правой полки. Затем переносят рейсмас на левую сторону и проверяют размер Р3. На этом размере полностью отразится искажение формы станины — извернутость вдоль оси, свойственная как литым, так и сварным заготовкам станин.
SO
Допустим, что отклонение размера Р3 от величины Pt составляет <ор. Это означает, что толщина левой полки по ее длине будет иметь отклонение <лр. На практике эта величина может составить несколько миллиметров, и толщина левой полки будет существенно отличаться от номинала. Так как устранить эту погрешность невозможно, целесообразно распределить ее равномерно на обе полки — левую и правую, для чего необходимо подбивать клинья 1 и 3, пока не будет достигнуто
р р р р &р — гг----------------2" •
Если теперь провести разметочную риску, соблюдая требуемый размер Дх в точке 3, то погрешность этого размера по длине обеих полок будет — . Такая разметка некачественна. Для уменьшения рассматриваемой погрешности надо в точке 3 взять размер Д1 + , тогда отклонение толщины обеих полок от
номинала составит только ~ , т. е. будет меньше в 4 раза.
Рассмотрим разметку в верхней части станины. По чертежу заданы размеры Д2, А3 и Д4. Если разметчик нанесет риску, например, по размеру Д4, а затем А3, то получится размер Аг — — А3 — Д4 — А6.
Имеющиеся у заготовки А3 отклонение со5 полностью отразится на размере А 2, и припуски на обработку плоскостей Л и Н будут отличаться на такую же величину. Чтобы вдвое уменьшить погрешность размера Д2 и неравномерность припусков, разметчик должен нанести риску не по размеру Д4, а по размеру Д4 ± ± . Для этого разметчик должен предварительно измерить
размер А3 на заготовке и определить знак и величину отклонения <о8.
Для уменьшения затрат времени на разметку обычно наносят риски не по всей длине заготовки, а только в виде коротких отрезков в начале и конце; также производят и накернивание.
На некоторых заводах принято'наносить контрольные риски на постоянном расстояния 10 мм от рабочих рисок; риски обычно не накернивают. Контрольные риски позволяют проверить, насколько точно рабочий-станочник выполнил обработку по разметке. Тем самым ответственность за правильность обработки возлагается на разметчика.
§ 4. Черновая обработка основания
Обработка основания является первой операцией. Так как выбор технологических баз на этой операции уже рассмотрен, остановимся на двух вопросах: установке и закреплении станины, выборе метода обработки.
91
Установку станины по разметке, когда необходимо регулиро. вать ее положение на столе станка в двух направлениях, произ* водят при помощи клиньев, «карликовых» домкратов (рис. 43, а) и клиновых башмаков (рис. 43, б), играющих роль опор. Как известно, для регулирования положения станины в вертикальном направлении необходимы и достаточны три основные опоры,
а)
Рис. 43. Приспособления
для установки станин по разметке на столе станка
которые должны быть расположены так, чтобы соединяющие их прямые линии образовали треугольник наибольшей площади. Эти основные опоры лучше всего расположить так: две вдоль передней стенки и одну на задней. В этом случае положение станины можно выверить двумя опорами, не переходя на другую сторону станка. Кроме трех основных опор, после их окончательного регулирования можно применить добавочные опоры тех же конструкций (для уменьшения деформации станины под дей
Рис. 44. Приспособления, применяемые при установке станин
ствием сил резания). Добавочные опоры играют роль подводимых опор. Каждая из указанных выше конструкций опор имеет свои недостатки: клин требует применения молотка, что может привести к повреждению стола станка; «карликовый» домкрат высотой 50—60 мм приподнимает станину над столом, уменьшая несколько жесткость системы; клиновой башмак одновременно с вертикальным подъемом станины производит и горизонтальное смещение ее, что иногда нежелательно.
Для выверки положения станины в горизонтальном направлении обычно применяют простое устройство — винтовой упор (рис. 44, а), -
92
Закрепление станины на столе в условиях единичного производства производят обычными прихватами. Для правильного закрепления прихваты должна быть расположены против основных и подводимых опор, чтобы не вызвать деформацию станины силами зажима. Количество прихватов должно быть достаточным, чтобы гарантировать неподвижность станины под действием сил резания при условии приложения силы 120—150 Н (12—15 кгс) на ключе при затягивании гаек прихватов вручную.
Силы трения, создаваемые зажимными силами, действуют на поверхностях контакта между опорами и станиной и между прихватами и станиной. Если силы трения, создаваемые прихватами, недостаточны, то смещение обрабатываемой станины под действием сил резания предотвращается применением упорных пластин (рис. 44, б). Упорные пластины сопротивляются сдвигу вдоль стола станка также вследствие сил трения, поэтому их количество необходимо рассчитывать.
В серийном производстве станину экономичнее устанавливать не по разметке, а с помощью специальных приспособлений, совмещающих в себе функции базирования и закрепления.
Типовая схема приспособления для установки станин, у которых длина значительно больше ширины, показана на рис. 45.
Такие приспособления располагают одно от другого на расстоянии, соответствующем длине станины: следовательно, они являются в некоторой степени универсальными, т. е. пригодными для установки станин разной длины, но одинаковой ширины.
Одно из пары приспособлений, установленное со стороны входа инструмента (рис. 45, а), имеет две постоянные опоры 1, а другое (рис. 45, б) — шарнирные опоры 2. В качестве упора, воспринимающего основную часть сил резания, служит винт 3 • Таким образом, станина относительно приспособления закреплена жестко, а не силами-трения. В связи с этим сами приспособления должны быть закреплены на столе станка достаточным количеством прихватов, чтобы они не могли сдвинуться под действием сил резания.
При возрастании серийности производства становятся экономичными приспособления с более совершенными зажимами, чем винтовые, — пневматическими, гидравлическими и электромеханическими. Граница экономичности перехода к этим зажимам приблизительно определяется следующим примерным расчетом. В приспособлении, показанном на рис. 45, необходимо при установке (снятии) станины затянуть и освободить семь болтов и гаек. По нормам времени на это требуется 2,1 мин. При средних затратах на 1 мин работы продольно-строгального или продольнофрезерного станка 4,5 коп. (включая зарплату рабочего и все накладные расходы) производственные затраты составляют около 10 коп. на одну станину. Увеличение себестоимости пневматического приспособления по сравнению с простым механическим составляет около 60 руб. Принимая обычный срок окупаемости 93
специального приспособления два года, найдем, что применение пневматического приспособления окажется экономичным, если масштаб выпуска превысит 300 станин в год. В этом примере принятые исходные величины могут существенно различаться, но методика расчета одинакова.
Вполне естественно, что если конструкция станины отличается от конструкции, для которой предназначено приспособление, показанное на рис. 45, то и конструкция приспособления будет иной. В частности, если в конструкции какой-либо станины
6)
Рис. 45. Схема типового приспособления для установки станин на станках
нет полок, то использование Г-образных прихватов станет или невозможным, или затруднительным. В таких случаях уже при конструировании станин желательно предусматривать поверхности, удобные для размещения зажимов, например окна в боковых или торцовых стенках.
Выбор метода черновой обработки плоскости основания зависит от ее контура (рис. 46), припуска и серийности производства. В принципе возможны фрезерование, строгание, торцовое обтачивание и обдирочное шлифование. Обоснованный выбор одного из этих методов может быть сделан лишь путем сравнительного расчета себестоимости обработки. Такой расчет требует много времени, и его во многих случаях можно избежать, пользуясь перечисленными ниже указаниями.
94
Обдирочное шлифование сегментными шлифовальными кругами на плоскошлифовальных станках с прямоугольным столом может быть экономичным лишь при обработке оснований, имеющих контур, показанный на рис. 46, виг. Очевидно, что шлифо-
1
Рис.
НОГО
(/) и обдирочного шлифования (2) при обработке основания
2 3 4 5 6 мм
Припуск
47. Сравнение машин-времени фрезерования
вание в этих случаях можно сравнивать только с фрезерованием. Для примера рассмотрим обработку основания станины длиной 2000 мм и шириной 500 мм. Сегментный шлифовальный круг имеет диаметр 800 мм; диаметр торцовой фрезы с зубьями из твердого сплава ВК8 600 мм. Принимая для шлифования ри = 10 м/мин и t = 0,1 мм/ход, а для фрезерования— режимы резания, рекомендуемые «Справочником по нормированию станочных работ», построим график машинного времени (рис 47). Подобного же вида графики получаются и при других размерах обрабатываемой плоскости.
Из этого графика можно видеть, что при малых припусках (до 4 мм) более производительно обдирочное шлифование. Если учесть, что расходы на электроэнергию при шлифовании приблизительно в 6 раз, а расходы на эксплуатацию инструмента в 2 раза больше, чем при фрезеровании, то приходим к выводу, что шлифование может быть экономичнее фрезерования только при снятии весьма малых припусков порядка 2—Змм. Столь малые припуски у заготовок станин могут встретиться
в одном частном случае—при так называемой «безразмерной» обработке (производственный термин — «как чисто»), т. е. если требуется лишь выровнять плоскость, не соблюдая размера. В этом частном случае при контурах основания по рис. 46, в и г обдирочное шлифование экономичнее всех остальных методов обработки.
95
Торцовое обтачивание на карусельных станках как метод черновой обработки можно принимать к рассмотрению только при контурах плоскости основания, показанных на рис. 46, д и е. Приближенно сравнение со строганием на продольно-строгальных станках и фрезерованием на продольно-фрезерных можно производить по сумме машинного времени Ти и вспомогательного времени на управление станком. Установочное вспомогательное время и минутная заработная плата одинаковы, а накладные расходы мало различаются для всех трех типов станков. Сравнение проведем на примере: D — В = 1000 мм, припуск 8 мм, материал станины чугун, НВ 200—220.
Торцовое обтачивание резцом, оснащенным пластинками из твердого сплава ВК8. Для случая, показанного на рис. 46, д,
т ___
J м — 1000 vs '
При v = 26 м/мин и s = 2 мм/об:
b в мм 40 60 100
Та в мин 2,6 3,6 6,0
Для случая, показанного на рис. 46, е,
т __ ^2яВ (&+0.2В) 1 м ~ 1000os
При v = 26 м/мин и s = 2 мм/об: b в мм 40 60 100
Ты в мин 21 23 26
Вспомогательное время 0,6—0,8 мин.
Строгание резцом, оснащенным пластинками из твердого сплава ВК8. Для обоих случаев (рис. 46, дне)
m ___В (В у) (ух -|~ Рр)
м 1000рхРр«
При vp = 26 м/мин; vx = 50 м/мин; s = 2 мм/дв. ход; у — — 200 мм; машинное время Тм = 35 мин; вспомогательное время 1 мин.
Фрезерование стандартной торцовой фрезой диаметром 350 мм с ножами из твердого сплава ВК8. Так как ширина обрабатываемой плоскости 1000 мм, то необходимы три4 прохода по ширине и три возврата стола. Для обоих случаев (см. рис. 46, д и е):
ТМ = 3-^±Х SM
При sM = 165 мм/мин и у = НО мм машинное время Тм == = 20 мин; вспомогательное время 2,5 мин.
Таким образом, можно сделать общий вывод: для обработки основания с контуром по рис. 46, д единственно экономично во всех случаях торцовое обтачивание; для контура (рис. 46, е) 96
торцовое обтачивание по экономичности почти одинаково с фрезерованием; строгание, безусловно, неэкономично.
По аналогии с только что рассмотренным примером можно заведомо утверждать, что для обработки оснований с контурами по рис. 46, в и г фрезерование экономичнее строгания. Исключение составляет обработка особенно тяжелых станин в единичном и мелкосерийном производстве. В этих условиях припуск может превышать 8 мм. Кроме того, качество поверхностного слоя у отливки обычно бывает очень низкое (твердые включения и другие пороки литья). В таких условиях фрезерование потребует не один, а два прохода по глубине; кроме того, дорогостоящий инструмент — торцовая фреза может выйти из .строя Таблица 7
вследствие выкрашивания Машинное время при строгании кромок у вставных ножей. И фрезеровании
Поэтому в тяжелом машиностроении, как правило, при- ь в мм меняют строгание. - SM в мм/мин т J м. стр в мин Гм. фр в мин
Для обработки оснований, имеющих контуры, наиболее 45 часто встречающиеся у ста-нин (см. рис. 46, а и б), 120 нельзя без сравнительного 180 расчета сделать выбор между . 450 375 285 240 180 3,2 4,3 6,4 8,5 12,7 4,6 5,5 7,3 8,7 11,6
строганием и фрезерованием.
Как видно из формул, машинное время для строгания прямо
пропорционально ширине обработки Ь. Для фрезерования машинное время лишь косвенно зависит от величины Ь, так как допускаемая минутная подача тем меньше, чем больше ширина фрезерования. Как пример, в табл. 7 приведен расчет значений машинного времени (приняты sM и режим строгания, рекомендуемые при глубине резания 8 мм).
Из таблицы видно, что до значения b < 120 производительнее строгание, а при b > 120 — фрезерование. При других исходных данных также имеется граничное значение Ь, обусловливающее выбор метода обработки.
При расчете машинного-времени в приведенном выше примере предусмотрена одновременная обработка обеих полос шириной b двумя резцами или двумя фрезами. Обычно так это и делается на заводах. При этом необходимо обеспечить совпадение обеих полос в одной плоскости. При строгании достигают это следующим образом. При наладке станка способом пробных проходов устанавливают требуемое положение резца во втором, более удаленном от рабочего, суппорте и прострагивают примерно половину ширины полосы, ближайшей к рабочему; затем второй суппорт отводят за пределы обрабатываемой поверхности.
После этого подводят резец первого суппорта до касания с только что обработанной поверхностью и прострагивают остав-
4 В. Л. Беспалов и др.
97
шуюся половину, при этом на. поверхности получается ступенька, так как суппорт под действием сил резания отжимается. Высоту ступеньки измеряют. Затем, не меняя положения резца, вторым проходом прострагивают полученную ступеньку. Так как теперь глубина резания ничтожна, то сила резания и соответствующее отжатие суппорта незначительны, и ступенька становится настолько малой, что не поддается измерению. Далее, опускают по нониусу первый суппорт на величину измеренной высоты ступеньки. После этого вторым суппортом прострагивают вторую полосу (первый суппорт, очевидно, не должен работать). На этом -наладка станка заканчивается.
Аналогично производят наладку двух фрез на продольнофрезерном станке. Разница заключается лишь в том, что пробные проходы производят не на половину ширины полосы, а на половину ее длины. При серийном производстве, когда, станину устанавливают в приспособлении, наладку двух фрез производят по габаритам, встроенным в приспособление. В условиях серийного производства обработку контуров, показанных на рис. 46, можно производить специальной фрезой большого диаметра, захватывающей обе полосы, вместо двух фрез малого диаметра. Это упрощает наладку и безусловно, гарантирует нахождение обеих полос в одной плоскости.
В большинстве случаев такое построение операции будет неправильным и приведет к снижению производительности, что объясняется следующим. На черновой обработке малые торцовые фрезы с пластинками из твердого сплава при правильном выборе режима резания полностью используют мощность привода фрезерной бабки, когда ширина полосы b 50 мм. Если же применить большую фрезу, то исходя из имеющейся мощности фрезерной бабки, назначают значительно меньшую минутную подачу, и машинное время возрастет. Таким образом, одна большая фреза может обеспечить производительность не меньшую, чем производительность двух малых фрез, только в том случае, если ширина полос и припуск малы, что редко встречается у таких деталей, как станины. Обоснованный выбор одного из этих двух способов фрезерования можно сделать лишь тщательным расчетом.
Как предусмотрено типовыми технологическими маршрутами (см. табл. 6), в операции черновой обработки основания должна выполняться и обработка привалочных плоскостей, расположенных на вертикальной стенке станины (ближайшей к рабочему). На продольно-строгальных станках такую обработку производят передним боковым суппортом, а на продольно-фрезерных — передней боковой фрезерной бабкой. В следующих операциях эти совместно обработанные плоскости будут служить направляющими технологическими базами. Если в конструкции станины нет таких плоскостей или они расположены неудобно, вполне целесообразно предусмотреть в конструкции станины технологические приливы А (см- рис. 37), которые следует обработать на 98
первой операции. Это не отразится на себестоимости станины, но значительно упростит' базирование на следующей операции.
На карусельных станках совмещенная обработка вертикальных плоскостей станин, показанных на рис. 46, д и е, физически невозможна. Если в конструкции станины имеются такие плоскости, то может оказаться более экономичным обрабатывать основание не на карусельном станке, а на продольно-фрезерном и даже на продольно-строгальном. Такое построение процесса должно быть обосновано расчетом.
§ 5. Чистовая обработка основания
После черновой обработки верхних привалочных плоскостей или направляющих и после старения выполняют чистовую обработку основания, которая несколько отличается от черновой обработки, хотя и имеет то же назначение — подготовку технологической базы. Рассмотрим эти отличия.
1. В мелкосерийном производстве, когда приспособления не применяются, станины обычно устанавливают не на клинья и домкраты, как при черновой обработке, а непосредственно на стол станка или на плоскопараллельные призмы (если базовые плоскости у станины находятся на разной высоте). Однако вследствие наличия в начерно обработанной станине остаточных напряжений базовые плоскости могут оказаться деформированными, и прилегание к поверхности стола станка во всех точках не достигается. Если, не приняв никаких мер, прижать станину к столу, то она будет упруго деформирована, и после открепления окончательно обработанное основание окажется неплоскостным. Во избежание этой погрешности необходимо проверить щупом прилегание базовых плоскостей к столу и. в местах наибольших зазоров разместить тонкие пластинки листовой стали (желательно, клинообразные с уклоном около 1 : 1000).
Конструкции применяемых установочных приспособлений аналогичны конструкции, показанной на рис. 45. Различны только опорные элементы, которые выбирают в зависимости от формы верхних плоскостей станины. Для станин, показанных на рис. 48, а, в, необходимы две постоянные опоры, располагаемые вдоль станины. Третья опора независимо от формы направляющих — плоская постоянная, а четвертая — плоская подводимая какой-либо из известных конструкций. Длину полуцилиндриче-ских опор (рис. 48, бив) следует рассчитывать, исходя из допускаемых контактных напряжений для линейного контакта.
2. При установке тяжелых станин большой, длины необходимо учитывать деформации под действием собственного веса. Например, станина Н-образного сечения шириной 800 мм, высотой 500 мм и длиной 3000 мм при толщине стенок 15—20 мм, будучи установлена на опоры, расположенные на ее концах, прогибается
7* 99
от собственного веса приблизительно на 0,08 мм. Станина такого же сечения, но длиной 5000 мм, прогибается на 0,6 мм. Для точных станин такие прогибы могут привести к недопустимым погрешностям формы. Схема возникновения этих погрешностей при обработке станины показана на рис. 49. На операции чистовой обработки основания (рис. 49, а) станина после установки на опоры деформируется от собственного веса на величину Д однако плоскость основания будет обработана прямолинейно. При установке станины вертикально (рис. 49, б) деформирующее действие веса прекратится, направляющие будут прямолинейны, а только что обработанное основание окажется выпуклым на величину f.
Рис. 48. Опорные элементы приспособлений для обработанных направляющих
При установке станины основанием вниз (рис. 49, в) для чистовой обработки направляющих она вновь прогнется на величину Д а выпуклость основания возрастет до 2/. Если теперь поставить станину вертикально (рис. 49, г), то и основание и направляющие окажутся выпуклыми на величину Д
Для станин вертикального типа рассмотренные погрешности явно Выражены. Для горизонтальных станин теоретически деформации от собственного веса не имеют значения: можно устранить непрямолинейность направляющих, если установить собранную машину на фундамент в таком же положении (рис. 49, в), в каком станина обрабатывалась на станке. Однако в действительности это не даст положительных результатов, во-первых, потому что опоры на фундаменте могут иметь другое расположение, чем опоры на станке, а во-вторых, потому что в собранной машине весовые нагрузки от смонтированных на станине узлов могут быть расположены иначе, чем при обработке на станке.
При изготовлении точных горизонтальных станин большой длины и вертикальных станин большой высоты принимают следующие меры для устранения деформаций от собственного веса в случаях установки станины на клиньях, домкратах или в приспособлениях: а) располагают опоры не на концах станины, а в точках наименьшего прогиба — примерно на расстоянии 0,2, 100
общей длины от концов; это не устраняет полностью деформацию, но существенно уменьшает ее; б) применяют в качестве разгрузочного устройства винтовой или гидравлический домкрат, помещаемый посредине между опорами.
Если для чистовой обработки основания станину устанавливают непосредственно на стол станка без опор, деформации от собственного веса теоретически не должно быть. Это было бы верно, если бы станина имела идеально прямолинейные базовые плоскости. В действительности станина поступает на чистовую обработку после черновой обработки и старения и всегда имеет погрешности формы, хотя и не поддающиеся расчету, но весьма значительные по величине.
Рис. 49. Деформации станины под действием собственного веса
Допустим, например, что станина имеет после предыдущей обработки выпуклость со стороны направляющих (рис 49, д). При установке на стол станка станина получит опору в точке наибольшей выпуклости, и ее концы прогнутся на величину f под действием половины веса станины. Прогиб происходит по закону прогиба консольной балки со сплошной нагрузкой. Если обработать в таком состоянии основание и поставить станину вертикально, то основание окажется вогнутым на величину f, а у направляющих восстановится имевшаяся ранее выпуклость. То же самое произойдет, если станина после предыдущей обработки имела вогнутость или была скручена вдоль продольной оси.
Для уменьшения деформаций от собственного веса на операции чистовой обработки основания применяют следующий проверенный на практике способ («вывешивание»). Станину устанавливают на четыре призмы точно одинаковой высоты (60—80 мм), с размерами в плане примерно 100X60 мм (рис. 50).
В точке 5, посредине между опорами 1 и 2 размещают винтовой домкрат и медленно поднимают станину до тех пор, пока не ослабнет одна из опор 1 или 2. Допустим, что такой оказалась опора 1. Ее вынимают и продолжают медленный подъем станины, пока не ослабнет опора 2; ее не вынимают. Затем на место выну-
101
той опоры 1 ставят опору большей высоты так, чтобы она плотно входила между станиной и столом станка. Для этого необходимо иметь набор призм разной высоты, с интервалами 0,01 мм. Домкрат из точки 5 удаляют и измеряют расстояние от стола станка до станины в точках 6 и 7, находящихся в середине длины станины. Допустим, что эти расстояния оказались he и Л7. Затем переносят домкрат в точку 8, приблизительно против центра тяжести станины, И вновь начинают медленный подъем станины до тех пор, пока не ослабнет любая из опор 1—4. Не трогая эти опоры, производят повторно измерения в точках 6 и 7. Допустим, что теперь получились размеры Zie и h?. Подбирают две призмы высотой
। ' "~т~г
. 1,2 3.U
2_______________________3
L3 *6 СЗ
.5 «а
£2____________.7 CJ
1 4
Рис. 50. Расположение опор при «вывешивании» станины
устанавливают их в точках 6 и 7. Домкрат убирают. В этот момент полный вес станины равномерно распределен на всех шести опорах. Следовательно, деформация станины от собственного веса посредине между опорами 1—2 и 6—7 или между опорами 6—7 и 3—4 будет в 16 раз меньше деформации при установке станины на опоры 1—4.
3: Некоторые отличия операции чистовой обработки от черновой имеются в способах закрепления станины. На операции чистовой обработки безусловно должна быть устранена возможность деформации станины под действием сил зажима, поэтому не следует возлагать на вертикальные зажимы функции восприятия сил резания. Крепление необходимо производить боковыми упорами и зажимами. Воспринимать силы резания должны упоры, показанные на рис. 44 или упоры 3 (см. рис. 45).
4. Выбор метода обработки (строгание, фрезерование, обдирочное шлифование и торцовое обтачивание) для чистовой обработки основания производится на основе таких же соображений и расчетов, как и для черновой обработки. Отличие заключается лишь в том, что имеется больше оснований выбрать строгание вместо фрезерования, так как чистовое строгание можно производить .широкими резцами, допускающими большие подачи (до 0,6 ширины резца на один двойной ход стола). Правда, при обработке широкими резцами глубина резания не должна превышать 1 мм, причем на последнем проходе она не более 0,05—0,1 мм, из-за чего необходимы два-три прохода. Если сравнить этот режим резания с черновым ($ = 2 мм/дв. ход, о — 24 м/мин), то машинное время чистовой обработки может оказаться в 3—3,5 раза меньше времени черновой обработки. При фрезеровании режим 102
чистовой обработки тоже дает меньшее машинное время, чем при черновой обработке, но разница гораздо меньше. Кроме того, необходимо учитывать, что достигаемая плоскостность обрабатываемой поверхности при строгании выше, чем при фрезеровании, так как жесткость суппорта продольно-строгального станка больше жесткости фрезерной головки продольно-фрезерного станка. Вследствие этого же погрешности формы, возникшие при черновой обработке, будут больше снижены при строгании, чем при фрезеровании. Количество тепла, выделяемого при фрезеровании, в несколько раз больше, чем при строгании, поэтому все температурные деформации в системе СПИД будут меньше при строгании.
§ 6. Черновая и чистовая обработка верхних привалочных плоскостей и направляющих
Операция производится при базировании по основанию и по вертикальным привалочным плоскостям или технологическим приливам, обработанным совмещенно с основанием. Способы установки (на опорах или непосредственно на столе станка) были уже рассмотрены. Выбор метода обработки верхних привалочных плоскостей ничем не отличается от выбора метода обработки основания. Существенные различия имеются в выборе метода обработки и способах построения операций черновой и чистовой обработки направляющих.
Для станин с круговыми направляющими единственно возможный метод — обработка на карусельных станках. Характерной особенностью обработки на карусельных станках по сравнению с. обработкой на строгальных и фрезерных станках является физическая невозможность использовать разметку профиля направляющих или габарит для настройки инструментов. Поэтому рабочему-карусельщику приходится создавать требуемый профиль направляющих путем последовательной, связанной с систематическими измерениями обработки отдельных поверхностей. На рис. 51 дана схема чистовой обработки круговых направляющих на карусельном станке (чертеж станины упрощен). Номера /—5 соответствуют последовательности обработки отдельных поверхностей. Одинаковые номера означают, что поверхности обрабатываются совмещенно обоими имеющимися на станке суппортами. Здесь же показаны резцедержавки и резцы, примененные на данной операции; их номера совпадают с номерами обрабатываемых поверхностей. Нумерация возникающих в процессе обработки размеров D и А также соответствуют последовательности обработки.
Для станин с прямолинейными направляющими возможны два метода обработки — строгание и фрезерование. Выбор одного из этих методов значительно сложнее, чем выбор метода обработки основания, потому что сложнее сами обрабатываемые поверхности.
103
Дл^ обоснованного выбора необходимо сравнить себестоимости обработки, а для расчета себестоимости надо подробно разработать
сравниваемые операции — строгальную и фрезерную.
Рассмотрим возможные варианты построения строгальной и фрезерной операций на примере обработки станины токарного станка 163 (рис. 52).
Строгание. В мелкосерийном производстве, когда установку станины производят по разметочным рискам, а приспособления
не применяют, весь профиль должен быть размечен на торцо* вой плоскости станины. Черновую обработку производят по этой разметке; последовательность переходов строгальной
513
Рис. 51. Схема обработки круговых направляющих на карусельном станке: / — первый суппорт; // — второй суппорт
операции не имеет существенного значения, ее определяют, исходя из того, чтобы было меньше смен резцов и пути холостых перемещений суппортов были минимальными. Везде, где это возможно, следует вести совмещенную обработку двумя-тремя суппортами, оставляя на чистовую обработку припуск по всему профилю 2—2,5 мм, причем второстепенные поверхности, как канавки и фаски, не обрабатывают.
Рассмотрим более подробно операцию чистового строгания. Хотя она и не дает конечной точности, так как технологическим маршрутом предусматривается отделочная обработка, но все размеры должны быть выдержаны достаточно точно, так как припуск на отделочную обработку (шлифование) поверхностей, обозначенных V7, должен быть в пределах 0,2—0,4 мм. Остальные поверхности обрабатывают под V4. Строгание по разметке с требуемой точностью неосуществимо, поэтому разметочные риски, 104
оставшиеся после черновой обработки, служат только для ориентировки при установке резцов.
Требуемую' точность можно получить, проведя строгание в определенной последовательности при систематическом измерении образующихся поверхностей. Последовательность переходов, обеспечивающая достижение размеров, указанных на рис. 52 (с учетом припуска), дана на рис. 53. Здесь римскими цифрами обозначены суппорты, арабскими — переходы и резцы, выполняющие соответствующие переходы. В первых двух переходах необходимо обработать плоскости, от которых будут производить последующие измерения, и в то же время «привязать» профиль к черновым поверхностям, т. е. выдержать размеры 20 и 90 (см.
Рис. 52. Профиль направляющих станины токарного станка 163: непрямолиней-ность направляющих 0,02/1000 и непараллельность 0,02/1000
рис. 52). Так как участки А и Б (рис. 53) должны находиться в одной плоскости, то совмещать обработку двумя суппортами нельзя, эти участки следует обрабатывать последовательно вторым суппортом. Далее необходимо обработать плоскости В и Г; последовательность безразлична, но если сначала обработать плоскость В, то не придется менять резец в первом суппорте.
Теперь можно приступить к обработке правой призмы. Если начать ее обработку раньше плоскостей В и Г, то было бы невозможно выдержать размеры 33 (см. рис. 52), определяющие высоту призмы и ее расстояние от плоскости Г (см. рис. 53). Только после окончания обработки правой призмы можно приступить к обработке левой направляющей. Эту обработку нельзя начинать с вертикальных плоскостей, так как размеры 514, 33 и 140 (см. рис. 52) связаны между собой: если, например, сначала обработать плоскость Д (рис. 53), выдержав размер 514 + 33 = = 547 (см. рис. 52), то при последующей обработке можно будет непосредственно получить только один из размеров (514 или 33), а другой размер образуется, как замыкающее звено имеющейся 105
здесь трехзвенной размерной цепи. Таким образом, обработку левой направляющей надо начинать с большей призмы. Напомним, что у токарного станка мод. 163, станину которого мы рассматриваем, большие призмы служат направляющими движения салазок,
Рис. 53. Схема чистовой обработки направляющих станины станка 163 на продольно-строгальном станке:
/ — передний боковой суппорт; // —• правый верхний суппорт; III — левый верхний суппорт
12 М J,ZJ/4 И 9
вследствие чего расстояние между ними (514) должно быть выдержано с большой точностью. Какую сторону левой призмы сбрабатывать сначала — безразлично, но измерение шаблоном £—III (рис. 54) значительно проще для рабочего, если начать обработку с правой стороны
Рис. 54. Комплект шаблонов для обработки станины
Везде, где это возможно и безопасно, следует совмещать обработку двумя или тремя суппортами. Наиболее безопасно совмещение, если резец одного из суппортов имеет свободный выход: например, в переходе 3 или 11 (см. рис. 53). Если резцы совместно работающих суппортов не имеют свободного выхода, как например, в переходе 13, то путь одного из резцов должен быть значительно больше пути другого резца. В этом случае 106
рабочий успеет за более длительное время работы первого резца выполнить все приемы, необходимые-для работы второго резца.
В некоторых случаях допустимо совмещение работы всех трех суппортов, несмотря на то, что ни один из резцов не имеет свободного выхода. Такой случай мы имеем в переходе 9. Здесь совмещение допустимо потому, что все три обрабатываемые канавки имеют одинаковую глубину. Рабочий установит три резца в требуемое исходное положение, пустит станок и включит одновременно подачи всех трех суппортов. При достижении заданной глубины канавки (по лимбу любого из трех суппортов) рабочий остановит станок.
Как уже было указано, строгание в рассматриваемых условиях связано с систематическими измерениями. Часть измерений может быть выполнена универсальными измерительными инструментами, например, в переходах /, 3, 9, 10 и др. Некоторые измерения могут быть сделаны только посредством специальных шаблонов. Характерная особенность проектирования строгальных операций заключается, в. том, что комплект специальных шаблонов неразрывно связан с последовательностью обработки. Такой комплект для рассматриваемой операции приведен на рис. 54. Имеющиеся на шаблонах обозначения показывают номер перехода и суппорта, выполняющего данный переход; жирными линиями выделены измерительные поверхности. Следует обратить внимание на шаблон для переходов 3—I и 4—III; он отличается выдвижным измерительным стержнем И. Такое устройство объясняется тем, что получить требуемый размер 35,1, рабочий может только пробными проходами на плоскости В (см. рис. 53). Если бы шаблон был сделан по типу шаблона для перехода 4—II, то он был бы бесполезен для рабочего.
При возрастании серийности производства может оказаться целесообразным применять для настройки резцов строгальные габариты. При решении вопроса о целесообразности применения габарита необходимо руководствоваться следующими соображениями :
1. Применение габарита лишь частично сокращает вспомогательное время на пробные проходы и измерения. Например, при обработке призм широкими фасонными резцами с вертикальной подачей (переходы 4, 5, 6, 7 и 8) габарит дает только правильное угловое положение резца, а для достижения .требуемой высоты призмы (33 мм) и ее расстояния от вертикальной плоскости (тоже 33 мм) габарит бесполезен. При помощи габарита можно правильно установить канавочные резцы в горизонтальном направлении (переходы 9 и 10), но требуемая глубина канавок-может быть получена только при измерении.
2. Применение габарита связано с добавочными затратами вспомогательного времени на регулирование положения габарита по высоте (в нашем примере — на получение первого размера 90 от черной поверхности заготовки) и на подведение стола станка
107
с габаритом к режущим кромкам резцов. Затрата времени на последнее довольно велика, так как остановить стол станка, обладающий большой инерцией, в нужном положении очень трудно. Можно было бы значительно ускорить доведение габарита до резцов, если делать габарит большой длины, но это значительно его удорожит.
3. Первоначальная стоимость габарита значительно больше стоимости комплекта специальных шаблонов.
Фрезерование направляющих выбранной нами для примера станины токарного станка мод. 163 возможно осуществить четырьмя способами.
1. Фрезерование стандартными фрезами за одну установку обрабатываемой станины. Построение операции' черновой обработки показано на рис. 55.1 Такой способ фрезерования связан с очень большими затратами вспомогательного времени на переустановку фрез и пробные проходы, необходимые для достижения требуемых размеров. Кроме того, количество переходов и равное ему количество рабочих ходов стола достаточно велико (в нашем примере — их семь). Несмотря на такое большое количество переходов, фаски остаются необработанными. В нашем примере предусмотрено применение торцецилиндрических фрез, чтобы использовать их как цилиндрические или как торцовые; как известно, фрезы этого типа изготовляют только из быстрорежущей стали, поэтому режим резания не производителен.
Применение торцовых фрез со вставными ножами из твердого сплава приводит к увеличению количества переходов и все же в некоторых переходах приходится применять фрезы из быстрорежущей стали.
Подробный расчет показывает, что в нашем примере штучное время фрезерования по этому способу больше и себестоимость выше, чем при строгании. Однако такой результат расчета нельзя обобщать: если бы профиль направляющих был проще, то рассматриваемый способ фрезерования дал бы лучшие экономические показатели, чем строгание, и, следовательно, его надо было бы применять в мелкосерийном производстве.
2. Фрезерование стандартными фрезами за несколько операций с переустановкой обрабатываемой станины. Последовательность технологических переходов и совмещение работы четырех фрезерных бабок лишь незначительно отличаются от последовательности обработки, показанной на рис. 55. Принципиальное отличие заключается в том, что все затраты времени на переустановку фрез и пробные проходы переходят из категории вспомогательного времени в категорию подготовительно-заключительного. Существенно возрастет вспомогательное время на установку обрабаты-
1 При разработке подобных операций надо учитывать возможность поворота фрезерных головок на требуемый угол: на некоторых продольно-фрезерных станках не все четыре головки поворотные, и угол поворота ограничен.
108
Wutm
Рис. 55. Схема фрезерования направляющих станины станка 163 со сменой инструментов:
а, б, в, г, д, е, ж — переходы; I—1V шпиндели
ваемой станины: установка будет повторяться столько раз, сколько запроектировано операций (в нашем примере семь раз). При выборе этого способа фрезерования надо учитывать, что он связан с увеличением объема незавершенного производства и с увеличением площади цеха, необходимой для хранения станин. Это объясняется тем, что рассматриваемый способ фрезерования может дать экономический эффект только при достаточно больших партиях обрабатываемых станин.
При фрезеровании по этому способу совершенно исключается установка станин по разметке, т. е. необходимы приспособления. Для настройки фрез на размер применяют габариты, причем, здесь их применение значительно эффективнее, чем при строгании,
Рис. 56. Схема фрезерования набором фрез направляющих станины станка 163
так как любая фреза может быть настроена по двум координатам, а резцы, как было сказано, могут быть настроены только по одной. Этот метод фрезерования экономичнее строгания при достаточной серийности производства.
3. Фрезерование специальными наборами фрез. Этот ' способ фрезерования осуществляется, как и два предыдущих, на продольно-фрезерном четырехшпиндельном станке. Обе горизонтальные фрезерные бабки приводят во вращение оправку, на которой собраны фрезы, необходимые для обработки требуемого профиля направляющих (рис. 56). Как видно из рисунка, необработанными остаются только четыре поверхности направляющих и две канавки. Таким образом, в нашем примере за две операции может быть обработан весь профиль. Затраты вспомогательного времени, не считая времени на установку обрабатываемой станины, пренебрежимо малы. Подготовительно-заключительное время незначительно. На первый взгляд этот способ фрезерования имеет существенные преимущества по сравнению с первым и вторым, однако имеется и много отрицательных сторон:
1. Набор, показанный на рис. 56, в основном составлен из специальных фрез; только четыре трехсторонние фрезы — стан-110
дартные, остальные, хотя по конструкции не отличаются от стандартных, являются специальными, потому что их размеры (диаметр, ширина) не совпадают со стандартными. Только при очень простом профиле направляющих удается составить набор из стандартных фрез. Из-за того, что набор фрез — специальный инструмент, его первоначальная стоимость велика; в нашем примере, по приблизительному расчету, стоимость одного набора около 500 руб. Следует учитывать, что для нормального хода производства необходимо изготовлять три комплекта специальных инструментов, что приводит к значительному возрастанию первоначальных затрат.
2. Заточка фрез, входящих в набор, гораздо сложнее, чем заточка одиночных фрез, так как, кроме заострения режущих кромок, приходится соблюдать требуемый диаметр. Если у какой-либо фрезы выкрашивается зуб, то при ее заточке приходится снимать увеличенный слой, а из-за необходимости соблюдения диаметров приходится снимать увеличенный слой и у других фрез набора. Сборку фрез на оправке после каждой заточки следует производить с соблюдением расстояния между ними, а так как толщина отдельных фрез непостоянна, то расстояния регулируют тонкими прокладками и контролируют специальным шаблоном. Все это значительно увеличивает стоимость заточки.
3. Из-за дороговизны набора фрез и большой стоимости заточек, эксплуатация набора фрез обходится очень дорого: в нашем примере 1 мин работы инструмента оценивается в 5,5 коп. Для сравнения укажем, что минутная зарплата рабочего на продольнофрезерном станке равна 1,3 коп.
4. Как правилЪ, набор нельзя составить полностью из фрез, оснащенных пластинками из твердого сплава. Если в наборе имеется хотя бы одна фреза из быстрорежущей стали, то режим резания устанавливают по этой фрезе. Но даже и при невысоком режиме резания набор фрез требует большой мощности из-за большой суммарной ширины обрабатываемой поверхности.
На основании проведенного анализа можно заключить, что фрезерование набором фрез может быть экономичным только при обработке направляющих простого профиля при большой серийности производства. Во многих случаях при мелкосерийном производстве наиболее экономично сочетание способов 1 и 3 при использовании простейших наборов фрез.
4. Фрезерование на специальных многошпиндельных продольнофрезерных станках. Такие станки производят на Горьковском заводе фрезерных станков (ГЗФС). Они отличаются от универсальных продольно-фрезерных станков тем, что фрезерные бабки расположены по обе стороны стоек и поперечины. Например, специальный станок мод ГФ-157/11 имеет две горизонтальные и две вертикальные фрезерные бабки спереди и столько же бабок сзади. На таком станке можно обрабатывать направляющие в основном стандартными фрезами, применяя, как исключение,
111
простейшие наборы фрез и специальные фрезы. На рис< 57 дана схема настройки станка для обработки направляющих избранной нами для примера станины. Весь профиль обрабатывается в основном стандартными фрезами; из девятнадцати фрез только пять специальных (на рисунке они помечены буквой Ф).
Фрезерование на специальных станках сочетает в себе все преимущества остальных трех способов и не имеёт их недостатков: 1) основные поверхности направляющих обрабатывают за одну
Рис. 57. Схема фрезерования направляющих станины станка 163 на восьмишпиндельном продольно-фрезерном станке:
а — первый ряд шпинделей; б —- второй ряд шпинделей
операцию при одной установке станины; если для сложного профиля и может потребоваться вторая операция, то только для второстепенных поверхностей (в нашем примере — для обработки канавок и фасок); 2) использование в основном стандартных фрез; 3) возможность применить форсированный режим резания, так как общая мощность восьми фрезерных головок велика (до 50— 60 кВт); 4) затраты вспомогательного времени, минимальны.
В условиях крупносерийного производства, когда специальный фрезерный станок используют на обработке станин одного типа, /г. е. не переналаживают, этот способ фрезерования наиболее экономичен. В некоторых случаях он может быть экономичным и в условиях среднесерийного производства, когда предусматривается переналадка станка на обработку разных деталей. Напри-112
мер, если план производства построен по принципу последовательного выпуска машин каждого типа, то годовое количество переналадок станка будет небольшим, и затраты подготовительнозаключительного времени, приходящиеся на единицу продукции, незначительны.
Есть некоторая разница в принципах выбора метода фрезерования по сравнению со строганием для черновой и для чистовой обработки направляющих. Для черновой обработки достаточен трлько экономический расчет. Для чистовой обработки, кроме экономического расчета необходимо учесть, что точность (прямолинейность) направляющих, обработанных фрезерованием, меньше
Рис. 58. Комбинированный строгально-фрезерный станок с программным управлением
точности направляющих, обработанных строганием. Причины этого были уже рассмотрены. Кроме того, обрабатываемая станина разогревается при фрезеровании значительно больше и температурными деформациями нельзя пренебречь, особенно при обработке длинных станин. Из-за меньшей точности на практике для чистовой обработки направляющих чаще применяют строгание, чем фрезерование.
Во многих случаях наиболее экономичной оказывается комбинация строгания и фрезерования. Например, обработку канавок и фасок, если ее нельзя совместить с обработкой других поверхностей и она выделена в особую операцию, всегда экономичнее производить строганием.
Большой интерес представляет изготовленный в ГДР заводом «Фриц Геккерт» комбинированный станок для совмещенного строгания и фрезерования направляющих (рис. 58, 59), У этого
113
станка имеются два строгальных суппорта и две фрезерные бабки. Бабки получают все необходимые перемещения как установочные, так и рабочие, по координатам V, Y, Z, R, W, от системы программ-
Рис. 59. Схема комбиниро-ванного строгально-фрезерного станка
ного управления. Также по программе производится перемещение стола по координате X. Программное управление всеми основными
Рис. 60. Пример обработки станины на комбинированном строгально-фрезерном станке
перемещениями значительно сокращает затраты вспомогательного времени на регулирование положения фрез, на измерения и координатные перемещения фрезерных бабок. Два строгальных суппорта, 114
имеющие только ручное управление, используют для обработки таких участков направляющих, которые нельзя обработать фрезами (например, призмы), а также канавок и фасок. Фрезерные бабки можно использовать для обработки отверстий в четырех стенках станины (передней, верхней и двух торцовых). Пример обработки на этом станке показан на рис. 60. Применение такого станка дает сокращение штучного времени на 30—40% по сравнению с обработкой на обычных продольно-фрезерных, продольнострогальных и радиально-сверлильных станках.
§ 7. Обработка торцовых плоскостей
Торцовые плоскости станин имеют различное назначение: для сопряженных узлов они являются привалочными плоскостями; у вертикальных станин они играют роль основания; у длинных станин, состоящих из нескольких секций, они служат для соединения смежных секций. Во всех случаях они должны быть перпендикулярны верхним привалочным плоскостям или направляющим, поэтому по этим поверхностям и надо базировать станину при обработке торцовых поверхностей. Если базировать по основанию, то погрешность требуемой перпендикулярности увеличится на величину погрешности параллельности верхних плоскостей основанию.
В принципе возможны следующие способы обработки:
Строгание на продольно-строгальном станке двумя боковыми суппортами или фрезерование на продольно-фрезерном станке двумя боковыми фрезерными бабками. Выбор одного из этих способов производится на основе таких же расчетов, какие были указаны при рассмотрении способов обработки основания. Оба эти способа весьма производительны и гарантируют высокую точность, вследствие совмещенной обработки обоих торцов без переустановки станины. Однако, если обрабатываемая станина имеет большую длину, приходится назначать эту обработку на станках со столом большой ширины—уникальных и очень дорогих, поэтому такая обработка экономична только для коротких станин.
Фрезерование на горизонтально-расточном станке. Большинство станков этого вида имеет поворотный стол с точной индексацией. Это позволяет обрабатывать оба торца последовательно и достаточно точно, используя поворот стола на 180°. Однако и этот способ связан с применением дорогостоящих крупных станков. Например, торцы станины длиной 3000 мм пришлось бы обрабатывать на горизонтально-расточном станке мод. 2654, используемом лишь в тяжелом машиностроении; Само по себе использование горизонтально-расточного станка не по назначению, для грубой фрезерной обработки, приводит к усиленному его износу и потере точности.
Фрезерование на торцефрезерном станке. У станков этого вида мощная фрезерная головка имеет движение подачи по соб-
115
ственным направляющим, а обрабатываемую деталь устанавли* вают на неподвижную плиту. Станок прост, стоимость его невелика. У торцефрезерного станка мод. ГВ-499 [22] имеется три шпинделя: на одном шпинделе установлена торцовая фреза большого диаметра (до 1000 мм), служащая для чистовой обработки; на двух других шпинделях установлены две фрезы малого диаметра для черновой обработки. Благодаря такому устройству станка торец обрабатывают за один проход окончательно при высокопроизводительном режиме резания. Существенный недостаток этого способа — необходимость переустановки обрабатываемой станины для обработки второго торца. Этот недостаток может быть устранен, если применить поворотный стол большого размера с точной индексацией.
§ 8. Особенности обработки составных станин
Станины большой длины конструируют из отдельных . секций, исходя из размеров станков, имеющихся на том или ином заводе, на которых можно обрабатывать эти секции. Иногда переход на составную станину диктуется возможностями литейного цеха, грузоподъемностью кранов, емкостью ковшей, наличным фондом опок. В таких случаях переход на составную станину, несмотря на большую себестоимость ее изготовления в сравнении с цельной, может оказаться экономически более целесообразным, чем приобретение или изготовление крупногабаритного оборудования и технологической оснастки.
Черновая обработка секций составной станины ничем не отличается от черновой обработки обычных станин. При чистовой обработке необходимо добиваться, чтобы направляющие после соединения секций представляли единое целое по всей длине составной станины. Отклонения от перпендикулярности плоскостей стыка (торцовых) вызывают перелом линии направляющих в двух плоскостях. Кроме того, необходимо обеспечить идентичность самих профилей у сопрягаемых секций, что особенно трудно, если профиль сложный.
Существует два способа достижения сравнительно высокой точности направляющих, хотя они не освобождают полностью от последующей пригонки.
1. Чистовую обработку секций выполняют строганием с обязательным применением габарита, причем резцы к габариту подводят с особой тщательностью. Обрабатываемую секцию устанавливают основанием непосредственно на стол строгального станка, не применяя клиньев или подкладок; габарит не регулируют в вертикальном направлении. Обработанные, таким образом секции устанавливают на монтажную плиту и пришабривают торцовые плоскости стыка секций при систематическом контроле прямолинейности направляющих у соединенных секций. Для 116
уменьшения трудоемкости такого шабрения надо конструировать плоскости стыка наименьшей площади.
2. Если станина состоит из трех и более секций, то обрабатывают среднюю секцию, как индивидуальную станину, любым способом. Затем, не прибегая к шабрению, обработанную среднюю секцию соединяют со смежной, с обязательной постановкой контрольных штифтов. Затем собранную пару секций устанавливают на строгальный станок так, чтобы средняя секция стояла своим основанием на столе станка. При этом основание второй необработанной секции, как правило, не прилегает к столу; под ее основанием размещают тонкие прокладки. После тщательной, выверки положения средней секции строгают вторую секцию, используя первую, как габарит. Далее, разбирают обработанные секции, соединяют среднюю секцию с третьей и обрабатывают последнюю таким же образом. В результате такой обработки основания отдельных секций не лягут в одной плоскости, но это не имеет значения, если составную станину устанавливают на фундамент.
§ 9. Обработка крепежных отверстий
Отверстия, расположенные в плоскости основания, на верхней части и на боковых стенках станины, обрабатывают на радиальносверлильных станках. Базирование обрабатываемой станины должно обеспечить перпендикулярность плоскости, на которой расположены отверстия, оси шпинделя радиально-сверлильного станка. Основной вопрос, требующий решения при проектировании этой операции — это вопрос о транспортировании обрабатываемой станины: ее надо передвигать вдоль, так как использовать дорогостоящие радиально-сверлильные станки с большим вылетом явно нецелесообразно, и 4 раза поворачивать вокруг продольной оси.
.Относительное продольное перемещение можно осуществить двумя способами: установив станину на тележку, перемещаемую по рельсовому пути, или применяя радиально-сверлильный станок на самоходной тележке, передвигающейся тоже по рельсовому пути (типа 2Д53). Оба эти способа связаны со значительным увеличением площади цеха, приходящейся на один радиальносверлильный станок. Во многих случаях наиболее рациональным будет расположить два или три небольших радиально-сверлильных станка настолько близко один от другого, чтобы зоны поворота их хоботов частично перекрывались. Рабочие поверхности основных плит рядом стоящих станков должны находиться в одной плоскости; это легко достигается в процессе установки станков на фундаменты. При таком техническом решении спаренные станки могут работать параллельно на сверлении одной станины или независимо на обработке любых деталей.
Четырехкратный поворот станины для обсверливания ее с четырех сторон, если производить его подъемным краном, тре-
117
бует большой затраты вспомогательного времени на ожидание крана, подъем и спуск, установку подкладок и выверку (если у станины с какой-либо стороны нет обработанной базовой плоскости). Поэтому даже при мелкосерийном производстве экономично применение поворотных приспособлений (рис. 61). Приспособления этого типа состоят из двух бабок 1 и 4, установленных на общей раме, обычно сварной. Бабка 1 имеет делительный механизм для поворота планшайбы 2 с угольником на 4X90°. Поворот выполняется электрическим, гидравлическим или пневматическим устройством. Бабка 4 может перемещаться по раме в. зависимости от длины обрабатываемой станины. Бабка 4 снабжена противовесом 5'для точного уравновешивания вращаемой
Рис. 61. Поворотное приспособление для станин
станины; приближенное уравновешивание производят подбором прокладок 3 различной толщины так, чтобы центр тяжести обрабатываемой станины находился примерно на оси вращения.
Отверстия на торцах станины, которые невозможно обработать на радиально-сверлильном станке, обрабатывают на горизонтально-расточных станках. Такое нерациональное использование дорогостоящего станка может быть оправдано, если отверстия сверлить за одну операцию с фрезерованием торца. Экономичнее обрабатывать эти отверстия посредством переносного радиальносверлильного станка (типа 2А592), хотя этот способ и связан с большой затратой вспомогательного времени на выверку положения станка относительно торца станины и на совмещение оси сверла с осью кондукторной втулки или с размеченным центром. Из-за отсутствия достаточно производительного и экономичного способа обработки отверстий на торцах, в условиях мелкосерийного производства применяют сверление вручную электроинструментом.
Требуемые расстояния осей отверстий от баз и между осями получают по разметке в единичном и мелкосерийном производстве, а в серийном — при помощи накладных кондукторов. Накладные кондукторы базируют на станине «по контуру», если расположение обрабатываемых отверстий не связано с какими-либо обработанными поверхностями станины, например, при обработке отверстий для крепления крышек (рис. 62). Кондукторы для сверления 118
отверстий, связанных с обработанными плоскостями, базируют по этим плоскостям (рис. 63).
Если связанные группы отверстий расположены на станине далеко одна от другой, общий накладной кондуктор может оказаться громоздким и настолько тяжелым, что для его установки потребуется подъемный кран. В таких случаях целесообразно делать отдельные кондукторы и соединять их при установке на станину стержнем, имеющим на концах по две втулки для фиксаторов. Для сокращения затрат на изготовление накладных кон-
дукторов применяют так называемые «зеркальные» кондукторы, приспособленные для сверления отверстий - как в станине, так и в сопряженной детали.
Большинство отверстий в станинах — резьбовые, т. е. требуют три технологических перехода — сверление, зенковку фаски и нарезание резьбы. Наиболее правильно следующее построение сверлильной операции: сначала по кондуктору просверлить все отверстия с одной стороны станины, затем снять накладной кондуктор, зенковать все отверстия и после этого нарезать в них резьбу. После окончания обработки всех отверстий повернуть станину и приступить к обработке отверстий с другой стороны. Так как в станинах обычно имеется много различных отверстий, для обработки которых необходимы разные инструменты, то обязательно применение быстросменных патронов, а для метчиков —
' 119
предохранительных патронов. Без применения этих простых устройств вспомогательное время существенно возрастает.
Обработка крепежных отверстий на высокопроизводительных специальных многошпиндельных агрегатных станках может быть экономичной только при большом масштабе выпуска станин. Экономические расчеты показывают, что большие первоначальные затраты на приобретение агрегатных станков окупаются только при 35 000—40 000, подлежащих обработке станин. Если, например, производственная программа равна 5000 станин в год, что для таких деталей, как станины, считается крупносерийным производством, то первоначальные затраты окупятся через 7—8 лет.
Рис. 63. Накладной кондуктор:
4 j и А г — размеры центров отверстий от баз
В последние годы появилась возможность обрабатывать крепежные отверстия в станинах на станках с программным управлением и автоматической сменой инструментов — так называемых «обрабатывающих центрах». Экономические расчеты показывают, что применение их целесообразно при небольшой серийности производства.
§ 10. Упрочнение и отделочная обработка направляющих
Методы упрочнения и отделочной обработки направляющих разработаны станкостроительными заводами и ЭНИМС. Наиболее проверены опытом следующие методы упрочнения чугунных прямолинейных направляющих [22].
Наклепывание шариками. Этот метод может быть осуществлен на продольно-строгальном станке особым инструментом — упроч-нителем (рис. 64). На периферии упрочнителя диаметром 200 мм 120
свободно в 2—4 ряда уложены в цилиндрические гнезда стальные шарики диаметром 7 мм по 40 шариков в ряду. Шарики выступают над цилиндрической поверхностью упрочнителя на 0,5 мм. Упроч-нитель вращается от отдельного электродвигателя с окружной скоростью 30 м/с. Если вращающийся упрочнитель приблизить к обрабатываемой поверхности на расстояние меньше 0,5 мм, шарики под действием центробежной силы будут наносить удары и тем самым создавать наклеп поверхности. Обрабатываемая станина поступательно движется со скоростью 10 м/мин; упрочнитель имеет поперечную подачу 0,1 мм на один ход. Чем ближе
Рис. 64. Шариковый упрочнитель
подвести упрочнитель к обрабатываемой поверхности, тем интенсивнее будет идти процесс. Вертикальное перемещение упрочнителя от момента касания шариков не должно превышать 0,1— 0,25 мм, иначе на обрабатываемой поверхности происходит отслаивание частиц металла.
В результате наклепывания шариками поверхность, обработанная по 5—6-му классам чистоты, приобретает чистоту 8—9-го классов; микротвердость повышается на 30—40%; глубина наклепанного слоя повышенной твердости составляет 0,4 мм.
Прикатывание роликом. Этот метод также осуществляется на продольно-строгальном станке.* Инструментом является стальной закаленный до твердости HRC 62—64 ролик, свободно вращающийся в державке. Ролик должен иметь достаточно большой диаметр, чтобы не вызывать повышенных местных напряжений. Направляющие перед прикатыванием должны быть точно обработаны строганием или шлифованием. Режим прикатывания: скорость продольного движения 40—50 м/мин, поперечная подача 1,5—2 мм на двойной ход. В результате прикатывания уменьшается шероховатость поверхности, твердость ее повышается на 20 единиц по Бринелю, структура поверхностного слоя делается
121
более плотной, вследствие чего износостойкость направляющих повышается.
Термическая обработка — поверхностная закалка с нагревом т. в. ч. Этот метод применим для чугуна марок СЧ 21-40, СЧ-28-48, а также для высокопрочных чугунов. Выполняется она на специальных установках, например типа ЛГЭ-100-51. Установка [22] имеет тележку для перемещения обрабатываемой станины со скоростью рабочего движения 80—200 мм/мин и колонну с траверсой, на которой расположены две каретки, несущие индукторы. Траверса может перемещаться вертикально, а каретки горизонтально, что делает установку достаточно универсальной для термической обработки станин различных типов. В зависимости от профиля направляющих конструируют специальный индуктор.
В результате закалки с нагревом т. в. ч. твердость поверхностного сдоя глубиной до 2,5 мм существенно повышается, например для чугуна СЧ 21-40 от начальной твердости НВ 170— 240 до HRC 45—52. Как следствие повышения твердости повышается износостойкость закаленных направляющих.
Отделочную обработку прямолинейных направляющих выполняют тремя основными методами: тонким строганием, шлифованием или шабрением, другие методы, как тонкое фрезерование; протягивание и притирка, испытывавшиеся в разное время на разных станкостроительных заводах и в научно-исследовательских институтах, не нашли широкого применения в промышленности и в нашем курсе не рассматриваются.
Тонкое строгание выполняют на обычных продольно-строгальных станках, находящихся в отличном состоянии: направляющие станка должны быть строго прямолинейны (не изношены), а вертикальные суппорты должны иметь высокую жесткость (клинья в их направляющих тщательно отрегулированы). При тонком строгании применяют резцы особой конструкции и геометрии и особый режим резания. Так называемые «широкие» резцы имеют режущее лезвие большой длины — до 60 мм, если они из твердого сплава, и до 100 мм, если они из быстрорежущей стали. Важнейшее условие — прямолинейность и острота режущей кромки. Это достигается для резцов с пластинками из твердого сплава шлифованием алмазными кругами, а для быстрорежущих резцов — доводкой на чугунных дисках, шаржированных абразивными микропорошками.
Геометрия резцов: передний угол при двойной заточке 4-6 и 4-10°; задний угол при двойной заточке 8 и 10°; боковые задние углы 2°; угол наклона главной режущей кромки 8°; допускаемые отклонения для всех углов 4-2°. Резец должен быть установлен так, чтобы режущая кромка была точно параллельна обрабатываемой плоскости. Даже незначительный перекос вызывает пилообразные шероховатости, воспринимаемые невооруженным глазом как блестящие полосы.
122
Припуск под тонкое строгание не должен превышать 1 мм. Припуск снимают за два или три прохода, причем последний проход, определяющий качество обрабатываемой поверхности, делают при глубине резания не более 0,05 мм. Поперечная подача на 1 дв. ход равна 0,4—0,6 длины режущей кромки резца.
Скорость резания для твердосплавных'резцов 15—25 м/мин; для быстрорежущих—не более 8 м/мин. Для некоторого уменьшения шероховатости поверхности и снижения износа резца применяют капельную смазку керосином.
Рис. 65. Четырехшпиндельный шлифовальный станок для обработки направляющих
При тонком строгании получают чистоту поверхности 7-го класса, прямолинейность и параллельность направляющих 0,02 мм на длине 1000 мм.
Шлифование торцом круга производят на специальных плоскошлифовальных станках мод. 3A530 с подвижным столом для станин длиной до 2000 мм и на станках мод. ЗА544 и 3547 с подвижной колонной для станин большой длины, соответственно 4000 и 7000 мм. На всех перечисленных станках имеется по две шлифовальные бабки, поворотные на ±90° (не считая третьей бабки, оснащенной сегментным кругом, которая для отделочной обработки не применяется). Шлифовать как торцом, так и периферией круга можно на станках завода «Фриц Геккерт», ГДР (рис. 65). У этих станков на поперечине находятся три шлифовальные бабки; две из них имеют горизонтальные шпиндели и презназначены для периферийного шлифования, третья имеет вертикальный шпиндель, который можно использовать для торцового и для периферийного шлифования. Кроме того, имеется четвертая шлифо-123
вальная бабка на стойке, используемая, как правило, для торцового шлифования вертикальных плоскостей. Такая компоновка станка позволяет шлифовать направляющие любого, даже, весьма сложного, профиля и, кроме того, шлифовать торцы станины бабкой с вертикальным шпинделем (на рис. 65 первая слева), применяя ее перемещение по поперечине. Станки этого типа дают повышенную точность, так как продольное движение имеет массивный жесткий стол, а не колонна, несущая шлифовальные бабки, и все поверхности обрабатываемой станины шлифуются за одну установку.
Обрабатываемую станину устанавливают, как правило, с выверкой индикатором, закрепленным на поперечине станка.Выверку необходимо делать в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Рис. 66. Установочное приспособление к станку для шлифования направляющих
Такой способ установки, хотя и связан с увеличением вспомогательного времени, оправдывается. Как бы точно ни были обработаны базовые поверхности, при установке станины неизбежны погрешности порядка нескольких сотых миллиметра вследствие неодинаковых контактных деформаций опор и попадания пыли между опорами и обрабатываемой станиной. Из-за этих погрешностей направляющие не будут точно параллельны траектории движения шлифовального круга, т. е. припуск под шлифование будет неравномерным, а это приведет к увеличению машинного времени и снижению точности обработки.
Для установки с выверкой применяют пару приспособлений (рис. 66), микрометрические винты которых позволяют перемещать станину в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
По техническим условиям допускается отклонение прямолинейности направляющих только в сторону плюса, т. е. в сторону выпуклости. Требуемая выпуклость достигается преднамеренным изгибанием станины после окончания ее выверки, для чего применяют стяжку, один конец которой находится в Т-образном пазу стола стапка, а другой связан с планкой, уложенной на какие-либо выступающие части станины. Изгиб контролируют индикатором.
Последовательность переходов /—5 шлифовальной операции (рис. 67) назначают, исходя йз тех же принципов, какие были указаны для операции чистового строгания: сначала надо отшли-124
фовать горизонтальную и вертикальную плоскости, чтобы создать измерительные базы, а затем шлифовать остальные плоскости в соответствии с последовательностью измерений. Кроме того, назначая последовательность переходов, стремятся к тому, чтобы было возможно меньше перестановок шлифовальных кругов и поворотов шлифовальных бабок.
Как видно из рисунка, все плоскости направляющих, включая и вертикальные, могут быть обработаны торцом чашечного круга. Для шлифования вертикальных плоскостей необходимо применять приспособление, закрепляемое на траверсе станка. Привод шли-
Рис. 67. Схема шлифования направляющих станины станка 163
фовального шпинделя этого приспособления — ременной передачей от шпинделя шлифовальной бабки, которую надо повернуть в горизонтальное положение. На установку приспособления тратится много времени. Шлифовать вертикальные плоскости периферией круга, применяя вместо конических чашечных кругов ЧК. (по ГОСТу 2424—67*) цилиндрические круги формы ЧЦ, опасно, так как при периферийном шлифовании стенки цилиндрического чашечного круга утоньшаются вследствие износа и правки, и круг может разорваться. Шлифование вертикальных плоскостей периферией круга допустимо, если применять сплошные круги формы ПП и ПВ, что предусмотрено, например, у станка, показанного на рис. 65.
Шлифование в большинстве случаев производят чашечными кругами КЧ 832—50С1, а для получения высшей точности и чистоты поверхности до 10-го класса производят заключительные переходы кругами из кубического нитрита бора марки КНБ зернистостью ВО 12—БО16,
125
Шаблоны, которые особенно необходимы при шлифовании приз* матических направляющих для контроля угла поворота шлифовальных бабок, принципиально не отличаются от указанных для чистового строгания (см. рис. 54), ио конструкция их должна быть иной. Шаблоны из листовой стали толщиной 8—10 мм, которыми контролируют обрабатываемые плоскости по просвету, недостаточно точны. На операциях шлифования направляющих целесообразно применять пространственные шаблоны большой толщины, так называемые «мостики», и производить контроль не по просвету, а по краске. Хотя пространственные шаблоны значительно дороже, а пользование ими требует больше времени, они способствуют повышению точности шлифования, что позволяет сократить затраты времени на пригонку сопряженных деталей при их сборке со станиной. В процессе шлифования необходимо проверять прямолинейность направляющих вследствие того, что износ- шлифовального круга и нагрев узлов станка могут привести к искажению прямолинейности. Проверку производят линейкой и уровнем (см. § 10). Обнаруженные погрешности исправляют добавочными проходам».
Шабрение — трудоемкий и утомительный для рабочего метод обработки, особенно шабрение таких деталей, как станины, у которых площадь обрабатываемых поверхностей обычно велика. Несмотря на то, что в калькуляции себестоимости шабрения отсутствуют многие накладные расходы (на оборудование, электроэнергию), все же себестоимость отделочной обработки направляющих шабрением больше себестоимости обработки другими методами. Вследствие этих отрицательных характеристик применение шабрения может быть оправдано только в особых случаях;
а) при обработке направляющих, расположенных на торцовой плоскости больших станин (стоек), как например, стойки горизонтально-расточных или зубофрезерных станков; габариты таких деталей не позволяют обрабатывать их на существующих шлифовальных станках, а тонкое строгание не дает необходимой точности;
б) при особо высокой точности по плоскостности и прямолинейности (допуск меньше 0,01/1000 мм); такую точность не дают ни тонкое строгание, ни шлифование;
в) для улучшения качества поверхности направляющих, обработанных методом тонкого строгания; в этом случае шабрение имеет целью изменить микрорельеф поверхности — устранить неблагоприятные продольные риски от широкого резца и создать беспорядочные штрихи на поверхности, благодаря которым улучшается смазываемость направляющих. Такое шабрение сравнительно нетрудоемко, так как снимаемый слой металла очень мал.
Шабрение в первых двух случаях производят с помощью универсальных шабровочных линеек, таких же, какие применяют при контроле станин (см. § 10). Если же профиль направляющих сложен, в частности, если он имеет призмы, то, кроме шабровоч-126
них линеек, необходимы шабровочные плйты — Дорогостоящий специальный инструмент. Например, для шабрения профиля, показанного на рис. 52, пришлось бы изготовить не менее трех шабровочных плит: для получения требуемого угла наклона правой призмы (рис. 68, а); для получения правильных углов, расстояния и параллельности левой призмы относительно правой (ри<5. 68, б); для получения правильных углов и параллельности малой призмы (рис. 68, в).
Шабровочные плиты желательно делать возможно короткими для уменьшения их стоимости и в то же время достаточно длинными, чтобы обеспечить их устойчивое (без перекосов) положение на направляющих. Так-как длина плит значительно меньше длины станины, то по плитам шабрят отдельные участки направ ляющих при систематическом контроле их прямолинейности.
Рис. 68. Комплект шабровочных плит для шабрения направляющих станины станка .163
Отделочную обработку круговых направляющих производят широкими резцами на том же карусельном станке, на котором выполнялась чистовая обработка. При повышенных требованиях к точности направляющих предусматривают после карусельной обработки шабрение по сопряженной детали, т. е. в процессе сборки. Применение шабровочных плит в данном случае теряет смысл, так как для обеспечения круглости направляющих шабровочная плита должна была бы перекрывать всю поверхность направляющих. Шабрение станин по сопряженной детали, а не по специальной плите, проще и требует меньших затрат.
В принципе для отделочной обработки круговых направляющих возможно шлифование с помощью шлифовального приспособления на карусельном станке. Такой метод отделочной обработки не может быть эффективным, так как точность формы направляющих предопределяется карусельным станком, а инструмент — шлифовальный круг — вследствие своего износа может дать только худшие результаты по сравнению с широким резцом. Если заключительной операцией является шабрение, то предшествующее шлифование существенно затруднит шабрение, так как поверхностный слой направляющих после шлифования будет шаржирован абразивной пылью.
127
§ 11. Контроль станин
Плоскостность привалочных плоскостей контролируют параболической контрольной линейкой (рис. 69) обычно «на краску». Если требуется определить величину погрешности, то проверка «на краску» исключается, и линейку устанавливают на концевые меры 1 одинаковой высоты, располагаемые в точках'наименьшего прогиба линейки. В правильно сконструированных линейках точки наименьшего прогиба находятся против ножек 2. Затем измеряют в нескольких точках расстояния h от проверяемой плоскости до линейки с помощью концевых мер, клинообразной масштабной линейки или индикатора на низкой стойке. Наибольшая
Рис. 69. Схема контроля плоскостности и прямолинейности параболической контрольной линейкой
разность измеренных величин Л и есть искомая погрешность. Такой способ контроля хорош для горизонтально расположенных привалочных плоскостей, но крайне неудобен для вертикальных, так как необходимо переустанавливать станину.
При контроле линейками надо учитывать, что они прогибаются под действием собственного веса на заметную величину, даже если опоры расположены в точках наименьшего прогиба. Например, линейка длиной 2000 мм прогибается на 10—15 мкм. Как известно, прогиб от собственного веса пропорционален расстоянию между опорами, взятому в 4--й степени. Для точных измерений не следует применять линейки свыше 2000 мм длиной, и, если длина проверяемой плоскости превышает 2000 мм, надо контролировать плоскостность оптическим методом.
Параллельность привалочных плоскостей. Параллельность близко расположенных привалочных плоскостей проверяют индикатором на стойке. Стойку устанавливают на плоскость, принятую за базу, а измерительный штифт индикатора приводят в соприкосновение с проверяемой плоскостью. Стойку передвигают в разных направлениях и отмечают показания индикатора. Отыскав точки, в которых разность показаний 6 имеет наибольшую величину, измеряют расстояние между ними L. Отношение является мерой искомой погрешности.
Если плоскости, параллельность которых надо проверить, расположены далеко одна от другой, контроль производят уровнем. Для этого прежде всего устанавливают станину на три клина; располагают уровень на плоскости, принятой за базу и, подбивая 128
клинья, добиваются ее горизонтальности. Затем переносят уровень на проверяемую плоскость. Смещение пузырька по шкале уровня дает непосредственно искомую погрешность. Очевидно, что если проверяемые плоскости расположены на вертикальной стенке станины, то ее надо установить в соответствующее положение.
Для контроля параллельности далеко расположенных плоскостей возможен также оптический метод контроля. Используя
его, освобождаются от необходимости выверять станину на горизонтальность посредством клиньев. Однако при оптическом методе необходима выверка положения ойтического. прибора. Обе указанные выверки требуют довольно много времени.
Рис. 70. Схема контроля перпендикулярности привалочных плоскостей
Перпендикулярность привалочных плоскостей. Простая про верка угольником на практике обычно не удается, так как мешаег какая-либо выступающая часть станины или же проверяемые плоскости слишком удалены одна от другой, поэтому приходится прибегать к контролю посредством рамочного уроЬня. При этом необходимо, как и при контроле параллельности, сначала установить станину на трех клиньях так, чтобы базовая плоскость была' горизонтальна. Затем рамочный уровень переносят на проверяемую плоскость (рис. 70). Смещение пузырька покажет искомую погрешность.
Твердость направляющих контролируют переносными приборами (ГОСТ 9030—64), незакаленные направляющие — по методу Бринеля приборами типа ТБП, а закаленные — по методу Роквелла приборами типа ТРП.
Прямолинейность направляющих проверяют контрольной линейкой (см. выше), уровнем, струной или автоколлиматором. При контроле уровнем с ценой деления 0,02/1000 мм (ГОСТ 9392—60) его сначала располагают вдоль направляющих на одном конце станины и, подбивая два клина, размещенные по длине станины, добиваются нулевого положения пузырька. Затем уровень располагают перпендикулярно направляющим и снова приводят пузырек в нулевое положение, подбивая третий клин. Достигнув таким образом горизонтальности начального участка направляющих, периодически перемещают уровень через 500 мм и огмечают показания пузырька в двух положениях уровня, вдоль направ-
5 Б. Л. Беспалов и др. 12i
ляющих и перпендикулярно им. Показания при продольном положении уровня свидетельствуют о непрямолинейности, а показа-
ния при перпендикулярном положении уровня характеризуют извернутость направляющих. Если проверяемые направляющие призматические, то для установки уровня необходим мостик, сидящий на проверяемых направляющих.
Уровнем можно проверить только отклонения прямолинейности в вертикальной плоскости.
Для проверки отклонений прямолинейности направляющих струной в горизонтальной плоскости (в плане) натягивают вдоль проверяемой плоскости проволоку диаметром 0,2—0,3 мм; натя-
жение проволоки производят при помощи двух струбцинок, расположенных на концах станины. Положение туго натянутой проволоки регулируют так, чтобы расстояние от нее до проверяемой плоскости было одинаковым на обоих концах станины, после этого измеряют это расстояние в разных точках по длине направляющих (через каждые 500 мм). Так как туго натянутая
Рис. 71. Автоколлиматор
проволока в горизонтальной плоскости является эталоном прямой линии, то колебания измеренных расстояний свидетельствуют об отклонении направляющих от прямолинейности. Измерить расстояние оу проволоки до проверяемой плоскости можно двумя способами: а) концевыми мерами (плитками); этот способ требует большой чувстви-
тельности руки контролера, так как проволока пружинит при введении плитки между нею и плоскостью; б) микроскопом с перекрестием и шкалой в окулярной части (микроскоп должен быть закреплен в вертикальном положении на мостике, скользящем по проверяемым плоскостям направляющих); этот способ точнее предыдущего, но требует затрат на изготовление мостика.
Сочетание контроля уровнем и струной дает полную характеристику отклонений от прямолинейности направляющих, но требует значительных затрат времени контролера.
Для контроля прямолинейности направляющих оптическим методом необходим автоколлиматор [1] с двумя перекрестиями (рис. 71); одно перекрестие с взаимно перпендикулярными шкалами находится в фокальной плоскости окуляра, а другое, без
шкалы, проецируется параллельным пучком света на зеркало, и его отражение попадает также в фокальную плоскость окуляра. Таким образом, глаз видит два совмещенных перекрестия (рис. 72).
130
Рис. 72. Совмещение перекрестий в поле зрения автоколлиматора:
1 — фокальное; 2 — отраженное
направляющих. Кон-
Автоколлиматор прочно закрепляют на одном конце станины, а на другом конце ставят на проверяемые направляющие мостик с зеркалом. Сам автоколлиматор желательно тоже закреплять на мостике для сокращения времени на выверку его положения относительно зеркала: необходимо, чтобы оптическая ось автоколлиматора была перпендикулярна зеркалу и проходила внутри его площади. После закрепления автоколлиматора с мостиком на станине, регулируют его положение так, чтобы оба перекрестия совместились в поле зрения окуляра. Затем передвигают мостик с зеркалом по направляющим через 500 мм и записывают смещение отраженного перекрестия по обеим шкалам. Измеренные смещения характеризуют отклонения прямолинейности направляющих. Таким образом, оптический метод контроля позволяет регистрировать отклонения прямолинейности направляющих в двух плоскостях, что неосуществимо при других методах контроля. Основной недостаток оптического метода — необходимость изготовления мостиков по профилю проверяемых направляющих.
Параллельность отдельных плоскостей
троль в большинстве случаев может быть выполнен универсальными измерителями —^микрометром или индикатором на стойке. Исключение составляют направляющие, в профиле которых имеются призмы, например, направляющие токарного станка мод. 163 (см. рис. 52). Как правило, призмы таких направляющих являются базовыми, а остальные плоскости должны быть им параллельны. В подобных случаях необходим мостик, скользящий по базовым призмам. На мостике закреплены в нужном количестве индикаторы, измерительные штифты которых касаются проверяемых плоскостей. Таким образом, одним прибором (мостиком с индикаторами) может быть проверена параллельность призмам всех плоскостей направляющих. .
Р а з д е л П1 ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Глава I ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КОРПУСНЫМ ДЕТАЛЯМ
§ 1. Служебное назначение и классификация корпусных деталей машин
Корпусные детали в большинстве случаев являются базовыми деталями, на которые монтируют отдельные сборочные единицы и детали, соединяемые между собой с требуемой точностью относительного положения. Корпусные детали должны обеспечить постоянство точности относительного положения деталей и механизмов как в статическом состоянии, так и в процессе эксплуатации машин, а также плавность их работы и отсутствие вибраций.
Конструктивная форма, размеры, точностные характеристики корпусных деталей, применяемые для них материалы в основном зависят от служебного назначения деталей и условий их работы.
Обычно сборку соответствующих сборочных единиц начинают с корпусных деталей. Например, сборку передней бабки токарного станка начинают с корпуса передней бабки, в котором собирают все детали этого узла—подшипники, шпиндель, валы, зубчатые колеса, муфты, рычаги, вилки, фиксаторы, детали смазочной системы, т. е. все детали механизмов привода шпинделя. Корпус передней бабки служит также резервуаром для смазочного масла. Основное назначение корпуса передней бабки — обеспечение правильного положения оси шпинделя относительно станины и пиноли задней бабки, сохранение стабильности этого положения в статическом состоянии и в процессе работы станка, обеспечение плавности вращения шпинделя и отсутствия вибраций.
Блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания — корпусная деталь двигателя, координирует относительное положение всех остальных деталей и механизмов двигателя и обеспечивает их правильное относительное перемещение в процессе работы двигателя.
»Условия работы блока цилиндров — высокие давления и температура рабочей смеси в камерах сгорания, большое давление йоршней на стенки цилиндров, наличие вибраций и других динамических факторов — обусловливают повышенные требования к материалу блока цилиндров и качеству его изготовления.
Кронштейны, угольники, стойки, являясь более простыми корпусными деталями, часто выполняют функции дополнительных 132
опор для валов, червяков, ходовых винтов, конических передач и других деталей привода или являются деталями — основаниями для установки и обеспечения правильного относительного положения отдельных узлов станков и машин (электродвигателей, нач сосов, бачков*, редукторов).
Корпусные детали металлорежущих станков типа кареток, салазок, столов, ползунов, планшайб имеют основным назначением обеспечить установку и правильное относительное перемещение режущих инструментов и обрабатываемых заготовок.
Детали типа крышек иногда выполняют второстепенную роль в машине или вместе с основанием образуют корпус (например, у редукторов или центробежных насосов).
Примеры использования некоторых деталей этой группы показаны на рис. 73. Кронштейны / и 2 (рис. 73, а) являются опорами валов; кронштейн 6 и угольник 5 (рис. 73, б) обеспечивают правильное относительное положение электродвигателя и коробки скоростей 7 и правильное положение при натяжении ремней; детали 3 и 4 — крышки. Кронштейн (рис. 73, в) поддерживает в нужном положении опору трубы револьверного автомата; стойки (рис. 73, г, д) являются опорами валов.
-Корпусные детали имеют основные базирующие поверхности обычно в виде плоскости или комбинации плоскостей, при помощи которых они присоединяются к деталям — основаниям (станинам, рамам или другим корпусным деталям) и сохраняют правильное относительное положение в машине.
В качестве вспомогательных баз, при помощи которых обеспечивают правильное относительное положение в машине других присоединяемых к ним деталей, могут быть поверхности отверстий (для установки опор, валов, шпинделей, червяков) и плоскости, а также их комбинации. Если размеры корпусных деталей входят в основные размерные цепи (определяющие точность положения исполнительных поверхностей) машины, к ним предъявляют высокие требования точности. Качество изготовления таких корпусных деталей в отношении точности основных и вспомогательных баз и точности их взаимного расположения оказывает решающее влияние на качество машины, а также на трудоемкость слесарносборочных работ и продолжительность цикла сборки.
По служебному назначению и конструктивным формам их можно разделить на следующие основные группы:
1. Корпусные детали коробчатого типа (рис. 74, а)—. обычно имеют форму параллелепипеда с тонкими стенками; все габаритные размеры их — величины одного порядка. Характерной особенностью этой группы деталей является наличие в них отверстий, служащих опорами для валов. Диаметры основных отверстий (для монтажа шпинделей, валов, пинолей и их опор) находятся в пределах 20—540 мм. Детали коробчатого типа могут быть неразъемными и разъемными по осям всех или части отверстий и иметь внутренние перегородки или, если они в процессе эксплуа-
133
s
0)
Рис. 73. Кронштейны, угольники и стойки:
/, 2 и S - кронштейны; 3 и 4 — крышки; 5 — угольник; 7 — корпус
тации перемещаются, направляющие прямолинейного движения. Форма и размеры корпусных деталей определяются условиями размещения в них необходимых механизмов и деталей.
Рис. 74. Корпусные детали: а — деталь коробчатого типа; б — блок цилиндров; в — корпус центробежного насоса, г — каретка; д — плита
2. Корпусные детали с внутренними цилиндрическими поверхностями: блоки цилиндров, цилиндры двигателей и компрессоров (рис. 74, б). Эта группа деталей имеет точные по размерам и форме отверстия цилиндров, а также отверстия для установки коленчатых и других валов.
135
3. Корпусные - детали сложной пространственной формы — корпуса центробежных насосов, паровых и газовых турбин (рис. 74, в) Форма этих деталей обеспечивает создание плавно обтекаемых каналов для движения жидкостей и газов.
4. Каретки, салазки, столы, ползуны, хоботы, планшайбы (рис. 74, г) в процессе эксплуатации осуществляют прямолинейное возвратно-поступательное или вращательное относительное движение.
5. Кронштейны, угольники, стойки (см. рис. 73).
6. Плиты, крышки, кожухи, поддоны, корыта (рис. 74, д).
§ 2. Технические условия на изготовление корпусных деталей
К корпусным деталям предъявляют технические требования по прочности, жесткости, износостойкости, точности, минимальным деформациям при переменной температуре, герметичности, удобству сборки и разборки соответствующих сборочных единиц. При обеспечении физико-механических свойств материала, из которого изготовляют детали, качество их в основном определяется точностью обработки и шероховатостью поверхности.
В отношении точности обработки к корпусным деталям предъ- ' являют следующие основные требования:
а) точность формы базирующих поверхностей — плоскостность или прямолинейность плоскостей в определенных направлениях;
б) точность относительного положения плоских базирующих поверхностей — в одной плоскости, в параллельных или перпендикулярных плоскостях;
в) точность расстояний между параллельными плоскостями;
г) точность диаметральных размеров и геометрической формы отв'ерстий;
д) точность расстояния между осями отверстий или осями отверстий и плоскостями, соосность отверстий;
е) параллельность или перпендикулярность осей отверстий или осей отверстий и плоскостей.
К обрабатываемым поверхностям корпусных деталей предъявляют также определенные требования в отношении чистоты поверхностей.
Соблюдение всех перечисленных требований может быть необходимо лишь в отдельных, исключительных случаях, при изготовлении весьма сложной и ответственной детали.
Обычно к отдельным корпусным деталям предъявляют лишь некоторые из перечисленных здесь требований.
Допускаемые отклонения по перечисленным параметрам точности определяются из условий сопряжения деталей, характера собираемых механизмов и условий их работы и могут быть определены аналитически или на основании опыта работы. Во многих случаях допускаемые отклонения регламентируются соответству-136
ющими стандартами, например, ГОСТ 1643—56 регламентирует допускаемые отклонения на межцёнтровке расстояния и на параллельность осей зубчатых передач; ГОСТ 1758—56 регламентирует точность положения осей конических передач, а ГОСТ 3675—56 — червячных передач.
На все размеры корпусных деталей, входящие в размерные цепи машины, узла или механизма, допускаемые отклонения следует определять аналитически на основании выбранных методов решения тех размерных цепей, звеньями которых являются соответствующие расстояния,, размеры или координаты положения поверхностей корпусных деталей. В табл. 8 приведены допускаемые отклонения по основным параметрам точности обработки некоторых деталей машин.
Рассмотрим методику анализа технических требований, предъявляемых к корпусным деталям машин, и определения допускае-
Таблица 8
Допускаемые отклонения по основным параметрам точности в мм
Отклонения Корпус передней бабки токарного станка 1К62 Корпус паровой турбины ВКТ-100
Непря мол иней ность плоскостей основных баз 0,03* По плоскрсти разъема 0,03 * на длине 1000 мм до шабрения
Неплоскостность основных баз 0,04* 0,04 на длине 1000 мм
Погрешности диаметральных размеров ответственных отверстий 1845±0,2
Погрешности геометри- В пределах полови- В пределах половины
ческой формы ответственных отверстий ны допуска 1-го и 2-го классов на диаметр от- допуска на диаметр
Несоосность основных отверстий DCpClИЯ 0,03 на длине 700 мм Относительный поворот осей 0,015—0,05 на длине 1000 мм
Погрешности расстояний от осей основных отверстий до плоскостей Пригоняются при сборке 215___01 • —
Неп ар аллель ности осей ответственных отверстий относительно основных баз 0,1 на длине 725 мм* 0,1 на длине 4778 мм
Непара л дельность осей ответственных отверстий 0,08 на длине 725 мм —
Погрешности межосевых расстояний ±0,06 —
Непер пе нд и куля р ность 0,04 на диаметре 0,08 на диаметре
торцовых поверхностей 195 мм 700 мм
* Допуски заданы для механического цеха.
137
мых отклонений. При анализе необходимо четко установить, для чего включено данное техническое требование и что произойдет, если оно не будет выполнено.
На рис. 75 в качестве примера показаны последствия погреш
ности корпуса червячного редуктора — неперпендикулярности (перекос) торца оси отверстия — на угол у. Подшипник, болты и другие детали будут работать в ненормальных условиях, что приведет к их интенсивному износу и снижению надежности и
долговечности узла.
Методику определения допускаемых отклонений корпусной детали на основе•анализа технических требований, предъявляе-
мых к узлу, рассмотрим на следующих конкретных примерах.
1. Допустим, что токарный станок при чистовом обтачивании образца, закрепленного в шпинделе, должен обеспечить 2-й класс точности. Это значит, что погрешности геометрической формы обработанной поверхности, по которым можно судить о качестве изготовления станка, должны укладываться в определенные пределы.
погрешности формы должны
Рис. 75. Перекос кольца подшипника вследствие неперпендикулярности торца корпуса оси отверстия
На практике часто считают, ч’
укладываться в пределы половины допуска на диаметр.
Погрешности формы складываются из погрешностей в поперечном сечении (эллипсность, огранка) и погрешностей в продольном сечении (конусность, бочкообразность, корсетность, искривление оси). Будем считать, что эллипсность обрабатываемой поверхности, которая зависит от эллипсности шеек шпинделя и эллипсности заготовки, ничтожно мала и ею можно пренебречь. Тогда погрешности формы в продольном сечении (при обтачивании жесткой заготовки) будут в основном определяться непараллельностью оси вращения заготовки направлению перемещения резца при обтачивании в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Положение оси шпинделя в станке определяется точностью положения оси отверстий под опоры шпинделя относительно оснобных баз корпуса передней бабки станка. Требуется определить допускаемую непараллельность оси указанных отверстий относительно основных баз корпуса передней (шпиндельной) бабки станка в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Рассмотрим отдельно влияние на точность обработки непараллельности оси шпинделя (рис. 76, а) направлению перемещения резца в вертикальной и горизонтальной плоскостях, считая, что погрешности, возникаю
138
щие при обработке в каждом случае, должны укладываться в пределы 1/3 допуска на диаметр.
Рассмотрим влияние непараллельности в вертикальной плоскости (рис. 76, а). Выберем систему координат так, чтобы ось ОХ
совпадала с осью шпинде-
ля, а начало координат — с точкой пересечения оси шпинделя с проекцией траектории движения вершины резца на вертикальную плоскость (рис. 76, б).
Прямая AM представляет собой траекторию движению вершины резца. Ее уравнения в указанной системе координат:
Y = г; Z = фХ, где ф — непараллельность оси шпинделя траектории движения вершины резца в вертикальной плоскости в рад; так как угол ф мал, то tg ф ф.
Текущая точка М имеет координаты X, У, Z.
Расстояние этой точки от оси ОХ
р =/у2 + Х^ или, подставляя значения Y и Z, получаем
р = Угй + ф2№.
Обрабатываемую поверхность детали можно представить как поверхность вращения, которая получится при ’ вращении прямой AM относительно оси ОХ.
б) 6 горизонтальной плоскости
Рис. 76. Непараллельность оси шпинделя траектории движения вершины резца
Точка М будет описывать при этом окружность радиусом р. Уравнение этой окружности будет иметь вид:
У2 + Z2 = р2,
где У и Z — координаты любой точки окружности в отличие от X, У, Z — координат точек прямой AM.
Принимая во внимание значение р, имеем
у2 + Z2 = г2 + ф2Х2,
139
Последнее выражение и есть уравнение поверхности вращения, так как оно остается справедливым для "любой окружности при любом значении X. Приведем полученное уравнение к каноническому виду, для чего примем <р = где а — параметр поверх- . ности вращения.
Подставив значение <р в полученное уравнение и сделав некоторые преобразования, получим:
а» “ г» “ г» — ‘
Это уравнение однополостного гиперболоида вращения с радиусом горловины г.
Чтобы получить выражение, в которое входила бы величина непараллельности <р и радиус обрабатываемой поверхности р, рассмотрим выражение р = Vг2 + ф2Х2 как радиус сечения гиперболоида плоскостью, перпендикулярной оси ОХ и отстоящей от начала координат на расстояние х.
Заменив в этом выражении текущую координату точки прямой AM—X на координату х поверхности вращения, получим
р = V г2 + <р2х2.
Так как угол <р мал, то выражение р = V г2 + ф2х2 можно заменить приближенной величиной —
Тогда приращение радиуса
Др = p_r = ^fi
или приращение диаметра
Ad=2Ap = ^-. а
Так как нам нужно определить допускаемую непараллельность оси шпиндёля направлению перемещения резца в вертикальной плоскости или, что то же самое, допускаемую непараллельность оси отверстий под опоры шпинделя относительно основных баз корпуса передней бабки в вертикальной плоскости, то последнее выражение представим в явном виде относительно ф: у
. у/ала
ф*^ф = у
В полученном выражении Ad является погрешностью формы обрабатываемой поверхности, возникающей вследствие гиперболо-идальности ее, обусловленной непараллельностью оси шпинделя траектории движения резца в вертикальной плоскости.
140
Рассмотрим непараллельность оси шпинделя траектории движения резца в горизонтальной плоскости (рис. 76, в).
Обозначим угол наклона траектории движения вершины резца относительно оси шпинделя через ф. Тогда
tg ф ф = -^-. X
Так как
л Ad др=—
то
Ad
2х
а — электродвигателя; б — редуктора
На основании проделанного анализа можно сделать следующие выводы: а) непараллельность оси отверстия корпуса передней бабки основной установочной базе в вертикальной плоскости оказывает незначительное влияние на точность обработки и, допуск на этот параметр может быть установлен из технологических соображений; б)непараллельность оси отверстий под опоры шпинделя относительно основной направляющей базы корпуса передней бабки в горизонтальной плоскости ока-t
зывает непосредственное влияние на точность обработки: погрешность формы прямо пропорциональна непараллельности и длине обработки. Допускаемая непараллельность на длине корпуса 0,01 мм.
Найдя функциональную зависимость между непараллельностью оси шпинделя и погрешностью формы обрабатываемой поверхности, можно также анализировать соответствующие пункты технических условий и сделать обоснованные выводы относительно их правильности и соответствия служебному назначению.
2. К корпусу электродвигателя (рис. 77, а) предъявляются следующие требования точности положения оси главного отверстия относительно плоскости основания:
а) погрешность расстояния от оси отверстия до плоскости основания должна быть не больше 0,8 мм;
б) непараллельность оси отверстия плоскости основания не должна превышать 0,1 мм на длине 100 мм.
Проанализируем указанные технические условия со стороны соответствия их служебному назначению корпуса и условиям работы электродвигателя.
141
Корпус электродвигателя является основой для сборки. В нем с требуемой точностью относительного положения размещаются детали всего механизма электродвигателя. В корпусе помещается и центрируется сердечник статора; по главному отверстию корпуса с обеих сторон центрируются также и крепятся к корпусу подшипниковые щиты, имеющие отверстия для подшипников вала двигателя. Таким образом, корпус обеспечивает необходимое положение валу электродвигателя.
Привод волочильного стана (рис. 78) состоит из электродвигателя и редуктора, смонтированных на общей плите и соединенных упругой пальце-втулочной муфтой. Проанализируем также технические условия на изготовление корпуса редуктора (см. рис, 77, б).
Рис. 78. Привод волочильного стана
Для правильной работы соединительной муфты и всех узлов привода необходимо обеспечить: а) совпадение осей вращение вала электродвигателя и ведущего вала редуктора; б) параллельность смежных торцов полумуфт.
Причинами несовпадения осей валов являются радиальные смещения осей и относительный их поворот. При радиальном смещении осей вал редуктора будет иметь переменную угловую скорость, изменяющуюся в течение каждого оборота от максимума до минимума и обратно (в данном случае это явление не имЬет существенного значения). Кроме того, радиальные смещения осей валов вызывают дополнительные пульсирующие или знакопеременные нагрузки на детали—муфты, подшипники, валы.
Относительный поворот осей также приводит к радиальным смещениям, при этом возникают относительные осевые перемещения пальцев в отверстиях, что приводит к интенсивному износу деталей муфты, к повышенным потерям на трение и нагрев и, следовательно, к снижению долговечности и надежности передачи.
В более общем случае одновременно могут быть и радиальное смещение, и относительный поворот осей, причем все это в пространстве, т. е. в двух перпендикулярных плоскостях в горизон-142
тальной плоскости как радиальные смещения, так и относительный поворот осей могут быть компенсированы регулировкой при монтаже, j. е. перемещением и поворотом одного из узлов. Более существенны смещения и повороты в вертикальной плоскости.
Наиболее неблагоприятным будет случай, когда радиальные смещения осей сочетаются с относительными поворотами их от-
Рис. 79. Линейные размерные связи осей валов в вертикальной плоскости
носительно крайних, т. е. максимально удаленных от муфты, точек. При этом суммарное радиальное смещение осей в зоне соединения полумуфт может оказаться наибольшим.
На относительное положение осей в процессе работы влияют также биения подшипников, эксцентриситеты валов, эксцентриситеты подшипниковых щитов, насоосности отверстий корпусов, однако в ряде случаев этими величинами можно пренебречь.
Рис. 80. Угловые размерные связи осей валов в вертикальной плоскости
Определить допуски на размеры и повороты можно, применив метод расчета размерных цепей. На рис. 79 и 80 приведены размерные цеТти, при помощи которых решается эта задача. Исходными звеньями этих цепей являются размер Ал и относительный поворот оси ад, связывающие относительное положение осей валов. Допуски на радиальное смещение осей и на относительный поворот их в данном случае определяются типом муфты.
Упругие пальце-втулочные муфты допускают следующие погрешности относительного положения осей валов: а) радиальное относительное смещение осей до 1/500D (где D — наружный диаметр корпуса муфты); б) относительный поворот осей до I9; в) относительные осевые смещения до 1/50/9; г) тангенциальные смещения, т. е. повороты валов относительно общей оси; в данном
143
случае не имеют существенного значения. Допустим, что корпус муфты рассматриваемой установки имеет диаметр D = 200 мм, тсгда допускаемое муфтой радиальное смещение осей цалов:
бд = ± — = ± 0,4 мм 16Д | = 0,8 мм.
Относительный поворот осей, допускаемый муфтой, не имеет допуска, так как поворот в пределах 1° С может привести к радиальным смещениям, значительно превосходящим радиальные смещения, допускаемый муфтой. Следовательно, допуск на относительный поворот следует определять из условий допускаемого радиального смещения.
Для правильной работы соединительной муфты, быстроты и удобства монтажных и ремонтных работ необходимо, чтобы суммарное радиальное смещение не было больше допускаемого муфтой, т. е. чтобы
вд >6Ад + бадба, где б0 = .
Отсюда
k 4=2/*?
а
k ^ад = 2 •
<=1
где бд — допускаемое относительное радиальное смещение осей валов;
бЛд — допускаемый относительный поворот осей валов, на длине L, приводящий к радиальному смещению осей валов;
®ад — допускаемое относительное радиальное смещение осей валов, вызванное относительными поворотами на длине L;
бЛ/ — допускаемые отклонения линейных размеров;
ба/ — допускаемые отклонения поворотов;
k — количество составляющих звеньев указанных размеров цепей.
Анализ влияния погрешностей линейных размеров и поворотов показывает, что можно допускаемое муфтой радиальное смещение бд = ±0,4 мм распределить следующим образом: допускаемое радиальное смещение осей, вызванное рассеиванием размеров бЛд = ±0,25 мм; допускаемый относительный поворот осей бОд — ±0,15 мм на длине 500 мм или | бЛд| = 0,5 мм и |6ад| — 0,3 мм на длине 500 мм. Это и будут допуски на исходные звенья приведенных выше размерных цепей. 144
Рассматривая цепь А (см. рис. 79), определим допуски на размеры составляющих звеньев. Средний допуск на составляющее звено
к ^Лд 0,5 Л < ПЕ
6д<ср = -]Г= — = 0,125 мм.
Для экономичного изготовления деталей средний допуск желательно несколько расширить. Воспользуемся методом неполной взаимозаменяемости и будем считать, что производство приводов серийное. Законы распределения отклонений звеньев нам неизвестны; при этом можно считать коэффициенты рассеивания X' = 113,
Задаваясь возможным процентом риска, равным 2%, определим средний допуск на составляющее звено:
= °’186 мм«
ty Хер* 2,331/у 4
где t = 2,33 — коэффициент риска.
Такой средний допуск вполне приемлем; следовательно, требуемая точность исходного звена может быть достигнута методом неполной взаимозаменяемости при 2% риска.
Скорректируем средний допуск на размеры составляющих звеньев с учетом сложности изготовления. Устанавливаем следующие размеры допусков: 6Л1 = 0,24 мм; 6ла = 0,16 мм; 6Лз = = 0,10 мм; 6л4 = 0,24 мм.
Произведем проверку правильности установленных допусков:
= 2,33 j/1 (0.242 + 0,162 + 0,102 + 0,242) = 0,522 мм.
Так как при таких допусках на составляющие звенья допуск исходного звена должен быть больше, чем допускает муфта, то уменьшим допуск четвертого звена, приняв его равным 6Л4 = = 0,2 мм. Тогда ожидаемое поле рассеивания замыкающего звена будет ©д = 0,491, т. е. теперь поле рассеивания укладывается в пределы поля допуска.
Принимая симметричное расположение допусков относительно номинальных размеров, получим окончательные исполнительные размеры составляющих звеньев: Л J = 360 ± 0,12 мм; А2 — 100 ± ± 0,08 мм; А3 = 60 ± 0,05 мм; Л4 = 200 ± 0,10 мм.
Проверим правильность предельных отклонений замыкающего звена. При симметричном расположении допусков составляющих
145
звеньев координата середины поля рассеяния замыкающего звена Дшд = 0.
Тогда
ВЛд = 0 + -^=0+-!^-=+0,246 мм;
ЯЛд = 0--^=0—-^=—0,246 мм.
Таким образом, допуски составляющих звеньев и расположение их относительно номинальных размеров установлены верно.
Рассматривая цепь а, определим допускаемые непараллельное™ осей валов относительно оснований монтируемых узлов и плоскостей деталей. Так как нас интересуют относительные радиальные смещения осей валов в зоне соединения полумуфт, то, принимая во внимание фактические размеры, допуск на относительный поворот осей следует взять на длине 500 мм. Относительный поворот осей от горизонтального положения может быть допущен в пределах ±0,15 мм на длине 500 мм. При этом относительные максимально возможные радиальные смещения точек осей в зоне муфты будут 0,3 мм на длине 500 мм. Определим средний допуск на составляющее звено:
6а = = 0,075 мм на длине 500 мм.
I ср 4
Такой средний допуск можно считать экономически приемлемым.
Назначим допуски на составляющие звенья с учетом особенностей и трудоемкости изготовления деталей: 6а, = 0,12 мм; 6а, = 0,04 мм; 6а, = 0,4 мм; 6а, = 0,10 мм на длине 500 мм. В данных конкретных условиях целесообразно назначить симметричное расположение допусков, тогда окончательно будем иметь:
6а, = ± 0,06 мм; 6а, = ± 0,02 мм;
6а, = ± 0,02 мм; 6а4 = ± 0,05 мм на длине 500 мм.
Верхнее и нижнее предельные отклонения замыкающего звена при этом будут:
<Хд
Вад = 0 + -2^ =+ 0,15 мм на длине 500 мм;
аА
Яад = 0---—0» 16 на Длине 600 мм.
Таким образом, у корпусов электродвигателя и редуктора точность расположения осей отверстий относительно основных баз будет характеризоваться следующими величинами:
Лх = 360 ± 0,12 мм; ах = ±0,06 мм на длине 500 мм;
Д4 = 200 ± 0,1 мм; а4 = ±0,05 мм на длине 500 мм.
146
На основании проделанного анализа можно сделать следующие выводы:
1. Допуски, определяющие точность положения осей отверстий корпусов электродвигателя и редуктора (см. рис. 76), необоснованно широки. При таких значениях допусков точность совпадения осей соединяемых валов может быть достигнута лишь методом пригонки или применением неподвижных компенсаторов в виде прокладок при больших затратах времени и средств на монтажные работы.
Анализ показывает, что точность совпадения осей соединяемых валов может быть экономично обеспечена методом неполной взаимозаменяемости при 2% риска. Для этого необходимо указанные допуски уменьшить, приняв их такими, как указано выше.
2. Пример показывает, что к техническим требованиям нужно относиться критически. Только правильно составленные и обоснованные служебным назначением и условиями работы машины технические требования представляют собой документ, требования которого должны быть обеспечены в процессе изготовления детали.
§ 3. Материал и способы получения заготовок для корпусных деталей машин
Материалы для корпусных деталей. Большинство корпусных деталей изготовляют из серого чугуна и углеродистой стали, применяют также ковкий чугун, легированные стали, цветные сплавы. Основное влияние на выбор марки материала оказывают условия работы корпусной детали, определяемые служебным назначением машины.
Серый чугун, широко используемый для изготовления корпусных деталей, является хорошим конструктивным материалом, достаточно дешевым и обладающим хорошими технологическими свойствами (жидкотекучесть, обрабатываемость, превращение структур при различных режимах термической обработки). Механические, физические, технологические и другие свойства чугуна можно изменять в достаточно широких пределах, что значительно расширяет область использования этого материала.
Из серого чугуна марок- СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 21-40 по ГОСТу 1412—70 делают корпусные детали металлорежущих станков, не имеющие поверхностей, систематически работающих на износ, корпусные детали сельскохозяйственных машин, корпусы центробежных насосов, различных стационарных редукторов и многие другие корпусные детали.
Ответственные детали автомобильных и тракторных двигателей (блоки, цилиндры, головки), которые должны обладать повышенной прочностью, изготовляют из серого чугуна марок СЧ 21-40 и СЧ 24-44.
Для сварных корпусных деталей применяют в большинстве случаев малоуглеродистые стали (листовой прокат марок Ст.3, Ст.4).
147
Корпусы высоконапорных центробежных многоступенчатых насосов делают из .стального литья и высокопрочного чугуна.
Корпусы паровых турбин, работающие при давлениях до 20 кгс/см2 и температуре до 250° С, изготовляют из серого чугуна марки СЧ 21-40 и модифицированного чугуна марки СЧ 28-48, представляющего собой перлитный чугун.
Корпусы паровых турбин, работающие при температуре 250— 400° С, изготовляют из углеродистой стали марки ЗОЛ. Для паровых турбин, работающих при температуре 400—500° С, применяют молибденовые и хромомолибденовые стали. Для более высокой температуры корпусы делают из стали с присадкой ванадия и титана.
Корпусные детали, работающие в условиях вибрации или подвергающиеся значительным изгибающим и скручивающим моментам и ударным нагрузкам, изготовляют из ковкого чугуна или стали. Например, корпус редуктора заднего моста самоходного комбайна делают из ковкого чугуна, так как при передвижении комбайна по полю он из-за неровностей верхнего слоя почвы подвергается воздействию изгибающих и скручивающих моментов и вибраций.
Такие детали, как корпусы заднего моста, дифференциала, руля автомобилей и тракторов, подвергающиеся сложным переменным динамическим нагрузкам, также изготовляют из ковкого чугуна.
Корпусные детали, работающие в условиях соприкосновения с агрессивными средами, изготовляют из материалов, обладающих повышенным сопротивлением коррозии. Например, корпусы различных насосов, перекачивающих различные кислоты, делают из ферросилида (сплав, содержащий до 15% Si), нержавеющих сталей (хромистых, хромоникелевой Х18Н10Т). Корпусы насосов, перекачивающих морскую воду, изготовляют из бронзы и латуни.
В последнее время все большее применение для изготовления корпусных деталей машин получают алюминиевые сплавы с использованием методов литья под давлением и в кокиль.
Химический состав, механические свойства, методы приемки и испытаний различных материалов регламентируются соответствующими стандартами.
Заготовки корпусных деталей машин. Заготовки корпусных деталей изготовляют литьем или сваркой.
Литые заготовки получают литьем в формовочную смесь, в кокиль, в оболочковые формы, под давлением, для мелких и легких деталей применяют литье по выплавляемым моделям. Сварные заготовки получают резкой или штамповкой отдельных элементов из листового или профильного проката с последующей сваркой.
Литье в формовочную смесь является самым распространенным способом получения заготовок корпусных деталей вследствие его универсальности и относительно незначительных первоначальных затрат. Выбор того или иного метода формовки зависит от кон-148
структивных форм и размеров отливки, требуемой точности и серийности производства.
Ручную формовку применяют для получения различных отливок в индивидуальном и серийном производствах и при изготовлении крупных деталей.
Формовку в почве применяют преимущественно в индивидуальном производстве для получения отливок средних и крупных размеров; формовку в опоках используют во всех случаях, когда имеются необходимые парные опоки.
Допускаемые отклонения размеров отливок из чугуна регламентируются ГОСТом 1855—55. Чистота поверхностей отливок соответствует знаку V п0 ГОСТу 2789—59, т. е. ниже 1-го класса.
Машинную формовку по металлическим моделям применяют для получения мелких и средних отливок в серийном и массовом производстве. Преимуществами машинной формовки являются большая, чем при ручной формовке, производительность, точность, однородность и лучшее качество отливок. Производительность машинной формовки характеризуется получением от 30 до 360 форм в смену в зависимости от сложности отливок. Точность размеров отливок при формовке по металлическим моделям соответствует примерно 7-му классу.
Сборку форм из сухих стержней применяют для получения ответственных отливок с повышенной точностью размеров и чистыми поверхностями, различных по размерам и весу, имеющих сложную конфигурацию наружных и внутренних поверхностей, формы для которых не могут быть получены при помощи обычных моделей.
Литье в кокиль или в металлические формы применяют в серийном и массовом производстве для заготовок из цветных сплавов, чугуна и стали. Литьем в кокиль изготовляют заготовки размерами до 1,5 м, весом обычно — до 85 кг.
Литье в металлические формы по сравнению с литьем в формовочную смесь дает возможность значительно повысить производительность труда и улучшить использование производственных площадей. Точность размеров отливок может быть выдержана в пределах (±0,12)—(±1,0) мм для отливок размером 20—1000 мм. Чистота поверхностей отЛивок соответствует V4 и V5 по ГОСТу 2789—59. Припуски для тех же размеров отливок колеблются в пределах 0,2—3,5 мм. Литье в металлические формы является прогрессивным способом получения заготовок. Для осуществления процесса литья в металлические формы конструкции отливаемых заготовок должны соответствовать следующим основным требованиям:
1) толщина стенки отливки должна быть достаточной, чтобы форма полностью заполнялась расплавленным металлом при нормальном технологическом режиме; минимальная толщина стенок, для мелких отливок 3 мм, для крупных — 20 мм;
2) отливки не должны иметь большого количества выступаю
149
щих наружных частей и углублений, затрудняющих удаление отливки из формы; не должно быть резких переходов от толстой стенки к тонкой, острых внутренних углов и больших местных скоплений металла;
3) конструкция отливки должна обеспечить минимальные количества прямолинейных размеров формы и песчаных стержней.
Литье под давлением применяют для получения заготовок корпусных деталей из цветных сплавов (цинковых, магниевых, алюминиевых, медных). Литьем под давлением могут быть получены заготовки сложной формы, фасонные, тонкостенные с отверстиями различных размеров, внутренними и внешними резьбами. Заготовки, полученные литьем под давлением, обладают высокими механическими свойствами и имеют ‘ прекрасный внешний вид.
Таким способом можно получить отливки с площадью проекции на плоскость разъема до 4000 см2. Точность размеров таких отливок соответствует 4—7-му классам» отдельные размеры могут быть получены по 3-му классу; точность межцентровых расстояний можно получить соответствующей 5-му классу. Чистота поверхности соответствует V5— V7 по ГОСТу 2789—59.
При литье под давлением широко используют армирование отливок различными вставками из материалов, обладающих свойствами, отличными от свойств основного материала отливки.
В некоторых случаях для получения небольших тонкостенных отливок заготовок корпусных деталей применяют литье в оболочковые формы. Этим способом получают отливки заготовок из различных материалов размерами до 500 X 700 мм и весом до 30 кг. Точность размеров соответствует примерно 4—7-му классам в зависймости от расположения размера в форме. Чистота поверхностей соответствует V4—V6. Припуски могут быть в пределах 0,25—0,5 мм.
В условиях единичного производства применяют сварные заготовки. Все заготовки следует подвергать термической обработке. Вид термической обработки и режимы назначают в зависимости от материала отливки, ее назначения, конструктивной формы и технических требований. Отливки из серого чугуна, как правило, подвергают низкотемпературному отжигу для снятия внутренних напряжений, 4повышения вязкости, предотвращения коробления и образования трещин при механической обработке и эксплуатации.
Для правильного выбора способа получения заготовки нужно рассматривать комплексно процесс получения заготовки и процесс дальнейшей ее механической обработки. При этом нужно учитывать, например, для сварной заготовки затраты на изготовление элементов сварной заготовки и себестоимость сварочного приспособления, а также расходы на сварку и механическую обработку сварной заготовки. При сравнении вариантов технологического процесса критерием должны быть не затраты на изготовление заготовки или на механическую обработку, а затраты на изготовление детали.
150
Глава II
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Содержание и построение технологического процесса механической обработки корпусной детали зависит в основном от конструктивной формы, размеров и веса детали, вида заготовки, технических требований и масштаба выпуска. Последовательность обработки поверхностей определяется в основном выбором баз и схемой размерных связей различных поверхностей детали.
§ 1. Базирование детали
Выбор технологических баз является весьма ответственным моментом в разработке технологического процесса изготовления детали, так как во многом предопределяет точность изготовляемой детали и экономичность ее изготовления. Вместе с тем выбор технологических баз представляет собой сложную задачу, так как от ее решения зависит решение ряда частных задач в технологическом процессе изготовления детали. К сожалению, далеко не всегда удается найти такой вариант базирования детали на операциях, который в одинаковой мере обеспечивал бы решение всех частных задач наивыгоднейшим путем. Это обстоятельство вынуждает подходить к выбору технологических баз с разносторонней оценкой результатов, к которым может привести сделанный выбор
Выбор технологических баз начинают с анализа функций, которые предписано выполнять поверхностям детали ее служебным назначением, и размерных связей, установленных между ее поверхностями. Изучая функции поверхностей и требования, предъявляемые к их относительному положению служебным назначением детали, находят поверхности, относительно которых задано и наиболее строго лимитировано положение большинства других ее поверхностей. Для достижения с заданной точностью требуемых размерных связей поверхностей детали кратчайшим путем следует именно эти поверхности использовать в качестве технологических баз на большинстве операций технологического процесса, если только невозможно полностью обработать детали с одной установки.
Чаще положение большинства поверхностей задается относительно основных баз детали. Поэтому, как правило, в качестве технологических баз .выбирают основные базы детали, стремясь сохранить принцип единства баз в технологическом процессе. Отступления от этого правила могут быть вызваны тем, что положение большинства поверхностей детали задано не относительно основных баз, а относительно каких-то других поверхностей, например, вспомогательных баз, или тем, что габариты и протяженность основных базирующих поверхностей недостаточны, вследствие чего может быть большая погрешность установки детали.
151
Бывают случаи, когда основные базирующие поверхности детали физически неудобно использовать в качестве технологических баз, и технологические базы приходится создавать искусственно.
На практике при изготовлении корпусных деталей наиболее часто применяют два способа базирования: по трем плоскостям, образующим координатный угол; по плоскости и двум отверстиям, обработанным по 2-му классу точности, с посадкой на установленные пальцы приспособления.
Имея в виду все преимущества принципа единства баз, к его соблюдению все же надо подходить осмотрительно. На операциях, на которых требуется обеспечить высокую точность размеров, заданных от поверхностей, не являющихся технологическими базами, соблюдение принципа единства баз приводит к более длинным технологическим размерным цепям. В этих случаях возможен отход от единых баз. В качестве технологических баз используют непосредственно те поверхности детали, от которых заданы выдерживаемые размеры. Тем самым отдается предпочтение цепному методу достижения точности перед координатным.
Взвесив перечисленные обстоятельства и решив вопрос о технологических базах для большинства операций технологического процесса, необходимо решить следующую задачу: как базировать деталь на первой или первых операциях, чтобы обработать ее поверхности, намеченные в качестве технологических баз для последующих операций. Обычно может быть несколько вариантов решения этой задачи. Чтобы выбрать наиболее предпочтительный, необходимо провести анализ различных вариантов базирования детали и оценить пбследствия сделанного выбора.
Проведение анализа необходимо начинать с выявления задач, которые надо решать при обработке детали, и четкой их формулировки. Учитывая особую роль и значение первой операции в технологическом процессе изготовления детали, в первую очередь необходимо изыскивать задачи, касающиеся обеспечения равномерности припусков на обрабатываемых поверхностях детали и относительного положения ее обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей.
Результаты решения этих задач могут обнаружиться не на первой операции, а на других этапах технологического процесса изготовления детали. Следовательно, избрав для решения одну из задач, необходимо найти то место в технологическом процессе, где намеченное базирование детали на первой операции проявит себя’ с интересующей нас стороны. Идя от этого места к началу обработки детали, а если надо, то и к технологическому процессу получения и чертежу заготовки, необходимо проанализировать путь решения задачи и оценить результаты решения.
Предположим, что при обработке корпуса, показанного на рис. 81, а, требуется обеспечить равномерность припуска в большем отверстии. Неравномерность припуска обнаружится на операции растачивания отверстия. При избранной схеме базирования 152
детали на расточной операции неравномерность припуска про-
явится как относительное смещение оси отверстия в заготовке и оси вращения борштанги с резцом. Рассматривая решение этой задачи в вертикальной плоскости, такое смещение может быть представлено замыкающим звеном Лд размерной цепи А, составляющими звеньями которой будут: А х — расстояние между осью отверстия в заготовке и установочной технологической базой детали и А 2 — расстояние между осью обработанного отверстия и той же базирующей поверхностью детали.
1
Рис. 81. Обеспечение равномерного припуска при растачивании отверстия в корпусной детали
Точность расстояния Л2 будет целиком зависеть от расточной операции. Расстояние Ах установится при обработке поверхности К, выполняемой на первой операции технологического процесса. При обработке поверхности К могут быть различные варианты базирования детали.
По первому варианту (рис. 81, б) в качестве установочной базирующей поверхности можно выбрать поверхность полок, а в качестве направляющей и опорной технологических баз — боковые поверхности основания детали. При такой схеме базирования детали на первой операции расстояние Лх будет получаться как замыкающее звено Б± трехзвенной размерной цепи Б.
Составляющее звено Б2— это выдерживаемый размер при обработке детали на настроенном станке, а звено Бг— размер, принадлежащий заготовке. Его точность будет достигаться в процессе получения заготовки и предопределена простановкой размеров на чертеже заготовки. Если размеры заготовки будут проставлены и будут выдержаны в процессе ее получения так, как показано на рис. 81, в, то 25х само явится замыкающим звеном Вд размерной цепи В и его погрешность ©в, будет равна погрешности иВд, представляющей сумму погрешностей составляющих звеньев Bt и В2:
©Bj = ®вд = ©Bj ’+
153
В соответствии с выявленной схемой образования погрешности соЛд в первом варианте базирования детали на первой операции:
СОДд = <0А + ША = СОА + СОб + СОб = (Од + «Б + СОв + СОв
Численные значения возможных погрешностей могут быть найдены с помощью нормативов среднеэкономической точности различных методов обработки и допусков на размеры заготовок. В соответствии с ними и при условии, что в рассматриваемом примере габаритные размеры корпусной детали находятся в пределах 280—500 мм, расстояние Вг — в пределах 120—280 мм, расстояние В2 будет менее 50 мм, а отливка будет выполнена по 2-му классу точности,
со Ад — 0,1 0,3 -р 2,4 -|- 1,6 = 4,4 мм.
Во втором варианте может быть выбрана схема базирования детали на первой операции, показанная на рис. 81, г: отверстие в заготовке большего диаметра использовано в качестве двойной направляющей технологической базы, для создания опорных баз взяты отверстие меньшего диаметра и боковая поверхность основания детали. В этом случае расстояние Лх будет получено как замыкающее звено Гд размерной цепи системы СПИД, на которой будет выполняться первая операция, и
соад = соа2 + соА1 = сод2 + соГд = 0,1 + 0,5 = 0,6 мм.
Так как второй вариант дает более короткий путь достижения точности Лд и цолностью исключает влияние погрешностей заготовки, то его можно считать более удачным решением поставленной задачи — обеспечить равномерный припуск при растачивании отверстия большого диаметра.
Приему, использованному при анализе вариантов базирования детали, может быть дано некоторое обобщение. Варианты базирования детали анализируют с помощью технологических размерных цепей, вскрывающих связь операций в образовании размера детали.
Выявление такого рода размерных цепей рекомендуется начинать с операции, на которой завершается решение рассматриваемой задачи.
При этом возможны два случая:
1) точность размера обеспечивается в пределах этой операции (если в качестве одной из технологических баз используется поверхность, от которой задан размер); в этом случае точность выдерживаемого размера достигается с помощью размерной цепи системы СПИД этой операции;
2) выдерживаемый размер является замыкающим звеном размерной цепи (чаще трехзвенной), в которой одним из составляющих звеньев является расстояние (поворот) между конечным положением режущего инструмента и технологической базой детали, 154
а другим составляющим звеном — размер, полученный на одной из предшествующих операций.
Рассматривая последний как замыкающее звено размерной цепи, возникающей на предшествующей операции, можно встретить или первый случай или второй. Развитие размерных связей завершается операцией, на которой операционный размер получается как замыкающее звено размерной цепи системы СПИД, или заготовкой детали.
Воспользовавшись рекомендуемым приемом, можно решить и другие задачи, связанные с нахождением наивыгоднейшего варианта базирования на первой операции корпуса, показанного на рис. 81. К числу таких задач следует отнести: выявление неравномерности припуска при растачивании отверстия большего диаметра вследствие непараллельности оси отверстия в заготовке относительно оси расточенного отверстия в вертикальной плоскости, определение неравномерности припуска в том же отверстии из-за смещения и поворота его оси в заготовке относительно оси расточенного отверстия в горизонтальной плоскости, выявление неравномерности припуска в отверстии меньшего диаметра, определение точности расстояния М между осью отверстия и дном корпуса, определение равномерности толщины полок.
При анализе базирования детали на первой операции необходимо учитывать, что варианта, дающего наилучшее решение всех задач, не существует. В одном варианте более удачно решается один ряд задач, но менее удачно другие задачи; в других вариантах будут получены совсем иные результаты. Это вынуждает рассмотреть в каждом из вариантов решение большего количества задач, чтобы найти им всем приемлемое решение.
В качестве примера ниже дан ряд задач, требующих проведения анализа базирования с помощью технологических размерных цепей, построение которых осуществлено в соответствии с данными выше рекомендациями.
1. Обеспечить в процессе изготовления корпуса .статора электродвигателя симметричность отверстия относительно наружных поверхностей в горизонтальной плоскости (рис. 82, а).
Несимметричность Лд обнаружится после выполнения расточной операции и через составляющее звено Лх будет зависеть от принятой схемы базирования детали на первой операции, в которой на станке с программным управлением обрабатываются как плоскость основания, так и установочные отверстия. На рис. 82, б, в приведены два варианта базирования детали на первой операции, отличающиеся только тем, что в первом варианте опорная база (точка 6) создана на боковой поверхности корпуса, а во втором варианте в качестве опорной базы принята плоскость симметрии наружных поверхностей корпуса. Скрытая опорная база во втором варианте может быть создана с помощью самоцентрирующего приспособления, губки которого условно показаны стрелками. Анализируя технологические размерные цепи и оценивая возмож-155
ные погрешности их составляющих звеньев, получим: в первом варианте
®Ад = ®ах + ®Aj = ®б, + 4- ®А, =
= 0,1 4-2,44-0,1 =2,6 мм;
во втором варианте
®Ад = ®АХ 4- ®а, = ®Вд 4- <% = 0,3 4- 0,1 = 0,4 мм.
2. Обработать головку цилиндров тракторного двигателя так, чтобы колебание толщины «в» стенки камеры сжатия было наименьшим. Рассмотрим два варианта решения этой задачи в горизонтальной плоскости.
Рис. 82. Обеспечение симметричности отверстия в корпусе статора электродвигателя относительно наружных поверхностей
Толщина стенки камеры сжатия определится при растачивании камеры на специальном горизонтально-расточном станке как замыкающее звено А д технологической размерной цепи А (рис. 83,6). Составляющие звенья: Л2— выдерживаемый размер, Л, — размер, полученный на операции фрезерования поверхности П. В зависимости от' принятого варианта базирования детали на этой операции размер Л х будет выступать как замыкающее звено либо размерной цепи Б, либо размерной цепи Г, составляющие звенья которых соответственно Вх и Гх — размеры заготовки. В соответствии с простановкой размеров на чертеже заготовки и технологией ее изготовления
Вх = Вд = Вх — В8 + В8 4- В4,
1 = Дд ~ Д1 4" Да = В4 4* В8.
Учитывая, что заготовка-отливка изготовляется по 1-му классу точности, можно ожидать: в первом варианте:
®Ад = ©а 4" шб. 4” ®в, 4- ®в 4“ ®b 4- ®В =
= 0,1 4- 0,3 4- 0,8 4- 0,6 4- 0,64-0,6 = 3,о' мм;
156
во втором варианте
©Ад = ©Afi + ЮГ8 + ©В4 + ©В8 = = 0,1 +0,3 + 0,64-0,6=1,6 мм.
Расчет показывает, что второй вариант базирования детали на первой операции обеспечивает меньшее колебание толщины стенок камеры сжатия.
Решения ряда задач (см. рис. 81 и 83) во многом зависят от простановки размеров на чертеже заготовки. Чтобы иметь наименьшее колебание припусков, более высокую точность размерной связи обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей, не-
Рис. 83. Схема базирования, обеспечивающая достижение равномерности толщины стенки камеры сжатия при обработке головки цилиндров:
а — заготовка; б — операция растачивания камеры сжатия; в — операция фрезерования поверхности
обходимо размеры на чертеже заготовки проставлять от поверхностей, которые будут использованы в качестве технологических баз при обработке детали на первой операции.
Некоторые задачи, связанные с оценкой изучаемого варианта базирования детали на первой операции, могут быть решены путем геометрических расчетов.
К такому типу относится задача по определению неравномерности припуска при обработке отверстия в детали (рис. 84), базируемой на первой операции по необработанным поверхностям с помощью трех призм вследствие погрешности базирования детали.
Учитывая допустимые отклонения диаметральных размеров цилиндрических поверхностей, избранных в качестве технологических баз, нужно определить возможный поворот 0 оси 1—1 от-157
верстия в заготовке при установке детали. Этот поворот будет являться .результатом:
1) поворота рх заготовки вокруг оси О2, являющегося следствием перемещения по вертикали оси поворота заготовки из-за колебания диаметрального размера Д1(
пНБ пнм
,„й Д> — Д1
tgPi =--------------•
2sin -у L
2) поворота ₽2 заголовки вокруг оси из-за колебания диаметрального размера Д2
tg₽2== а .
2sin -у L
Д2НВ-Д2НМ
Имея дело с малыми значениями углов Рх и р2, с некоторым приближением можно считать, что в пределе
/пНБ_пНМ\ , /ЯНВ пНМ\
tg₽=tgРх+tgр2 = -Д2 ).
2 sin -£- L &
Путем аналогичных расчетов может быть решена задача, касающаяся соосности расточенных отверстий с наружными поверх-
Рис. 84. Схема' базирования детали при растачивании отверстий
ностями у той же детали при той же схеме базирования и определены как возможное смещение, так и относительный поворот оси.
В заключение хочется еще раз обратить внимание на то, что выбор технологических баз является ответственнейшим этапом разработки технологического процесса изготовления детали и требует особо серьезного и вдумчивого отношения к нему, 158
§ 2. казметка корпусных деталей
В условиях единичного и мелкосерийного производства, а также при обработке крупных тяжелых заготовок механическую обработку корпусных деталей начинают с разметки. Разметка является одной из наиболее ответственных операций. При разметке решаются те же задачи, которые в крупносерийном производстве решаются выбором баз и построением первой операции. При применении разметки можно использовать заготовки, имеющие некоторые дефекты.
Перед разметкой заготовки проверяют; заготовки сложной пространственной формы могут быть проверены только при разметке после установки и выверки на разметочной плите.
Разметку выполняют в следующей последовательности:
1) наносят основные центровые риски (главные оси);
2) от них наносят все остальные горизонтальные риски, определяющие контуры детали и относительные положения осей отверстий;
3) наносят все вертикальные риски, определяющие контуры детали и относительные положения осей отверстий;
4) наносят все наклонные риски и окружности отверстий.
При нанесении центровых рисок руководствуются следующими соображениями: 1) если обрабатывают не все поверхности детали, то за исходные нужно принимать поверхности, остающиеся необработанными; 2) если у детали имеются стенки, толщину которых нужно вь'щержать, то разметку начинают с учетом этого условия; 3) если наружные и внутренние поверхности остаются необработанными, то за исходные принимают наружные поверхности; 4) если в заготовке имеются перекосы, смещения поверхностей или другие дефекты, то центровые риски наносят с учетом этих недостатков, чтобы можно было «выкроить» деталь из заготовки и исправить недостатки во время обработки; 5) если хотя бы одна из поверхностей детали обработана начисто (что бывает при повторных разметках), нужно дальнейшую разметку вести, принимая ее за исходную; 6) при разметке все размеры нужно выдерживать от одной поверхности (принцип единства баз); практически, приняв за исходную какую-то поверхность, наносят основную центровую риску, а от нее уже откладывают все остальные размеры.
Установку корпуса по разметке на станке, например для обработки плоскости разъема, производят по рискам при помощи рейсмаса. Детали по разметке устанавливают на расточном станке по осевым рискам и контуру отверстия при помощи чертилки, закрепленной в державке, которая установлена в шпиндель станка. При вращении шпинделя острие чертилки должно описывать окружность, совпадающую с размеченным контуром отверстия.
159
§ 3. Методы обработки наружных плоскостей
Для обработки наружных плоскостей корпусных деталей применяют строгание, фрезерование, точение, шлифование и протягивание.
В единичном и мелкосерийном производстве, а также при обработке крупных, тяжелых деталей широко используют строганий. Объясняется это простотой и дешевизной инструмента и наладки, возможностью обрабатывать прверхности сложного профиля простым универсальным инструментом, малой его чувствительностью к литейным порокам и возможностью снимать за один проход большие припуски (до 20 мм).
Производительность строгания низкая из-за холостых ходов и относительно низких скоростей возвратно-поступательного движения. Увеличивать скорости резания и холостых ходов нельзя из-за возникновения больших инерционных сил при перемене направления движения.
Производительность строгания повышается при обработке групп деталей, расположенных в один или несколько рядов на столе станка, из-за уменьшения потерь времени на перебеги стола в конце рабочего и холостого ходов, из-за уменьшения вспомогательного времени на пуск и остановку станка, приготовление и уборку инструмента, закрепление заготовок. Можно применять также групповую обработку деталей различных наименований. Производительность строгания также повышается при обработке длинных узких поверхностей.
Продольно-строгальные станки мод. 7212 и 7112 имеют два диапазона работы — силовой и скоростной. На силовом диапазоне можно производить черновое строгание с использованием наибольшей тяговой силы станка при оптимальной скорости резания; на скоростном диапазоне — чистовое строгание или обработку деталей из легких сплавов с более высокими скоростями резания и при меньшей тяговой силе. Эти станки для повышения производительности обработки, безударной работы станка и увеличения стойкости инструмента осуществляют автоматически следующий цикл движений: 1) медленное врезание резца в обрабатываемую заготовку; 2) разгон стола при перемещении резца в металле заготовки до установленной скорости резания; 3) обработку с установленной скоростью резания; 4) замедление скорости движения стола перед выходом резца из металла заготовки; 5) быстрый возврат стола с установленной скоростью обратного хода; 6) подачу суппортов с резцами. Все это создает условия повышения эффективности использования строгальных станков для обработки корпусных деталей.
Наибольшее распространение при обработке плоскостей корпусных деталей получил метод фрезерования. В зависимости от характера и расположения обрабатываемых поверхностей применяют станки консольно-фрезерные, продольно-фрезерные, с ко-160
личеством шпинделей 1—8 и более, карусельно-фрезерные, барабанно-фрезерные.
При выборе станка для данной операции следует исходить из того, чтобы на нем можно было обрабатывать все наружные плоскости детали при минимальном количестве перестановок. При этом легче обеспечить точность относительного положения обрабатываемых поверхностей при высокой производительности труда.
Для обработки плоскостей небольших деталей в единичном и серийном производстве могут быть использованы консольно-фрезерные станки с поворотными столами, при этом за одну установку можно обработать четыре плоскости детали. Многие детали типа
Рис. 85. Групповая установка деталей на продольнофрезерном станке
кронштейнов, угольников, стоек можно обрабатывать на консольно-фрезерных станках. Обработка с использованием двухпозиционных поворотных приспособлений дает возможность сократить вспомогательное время.
При обработке на продольно-фрезерных станках применяют групповую обработку деталей и одновременную обработку несколькими инструментами. .При этом возможны следующие варианты.
1. Установка деталей в один ряд (рис. 85, а). В данном случае последовательно обрабатывают детали одного наименования, при этом перекрываются пути на врезание и выход инструмента. При а <Zy (где а—промежуток между деталями и у — длина пути врезания инструмента) получим сокращение машинного времени по сравнению с единичной обработкой таких деталей. Кроме того, будет некоторое сокращение вспомогательного времени вследствие экономии времени на включение и выключение станка, подвод и отвод стола, вызов крана. Время па установку деталей остается таким же, как и при единичной обработке деталей, за исключе-
6 Б. Л. Беспалов и др. х 161
нием случаев применения группового приспособления с индивидуальным зажимом каждой детали. В последнем случае очередную деталь устанавливают во время обработки ранее установленной детали.
2. Установка деталей в два ряда (рис. 85, б).
3. Установка с перекладыванием деталей. На продолыго-фрезерном станке устанавливают несколько (3, 4 и более) деталей, которые в разных позициях специального приспособления занимают различные положения относительно станка и инструментов. В каждой позиции обрабатывают одну или несколько поверхностей фрезой, закрепленной в соответствующем шпинделе станка. После каждого рабочего хода стола с последней позиции снимают обработанную деталь, а после перекладывания остальных деталей в последующие позиции на первую позицию устанавливают новую заготовку.
Структура операции при этом может быть однопоточной (рис. 86, а) или многопоточной (рис. 86, б). В первом случае деталь обрабатывают в позиции 1 по поверхностям Л и В; в позиции 2 — по поверхностям Б и Г; в позиции 3 — по поверхности Д. Во втором случае в позиции 1 обрабатывают поверхности К и Л, а в позиции 2 — поверхности М и Н. Можно часть позиций использовать для черновой обработки, а остальные позиции — для чистовой обработки тех же поверхностей. Можно в каждом потоке обрабатывать различные детали; это целесообразно тогда, когда в каждом потоке будут обрабатываться детали одного комплекта (например, крышка и корпус разъемного редуктора). При этом после каждого рабочего хода стола снимают комплект деталей, которые после соединения поступают на дальнейшую совместную обработку. Обработку строят по принципу совмещения операций и выполняют в специальных приспособлениях. Преимуществом такого построения операций является уменьшение количества переналадок станка, повышение производительности. Рассмотренные разновидности групповой обработки де-, талей можно успешно применять в серийном и мелкосерийном производстве.
В некоторых случаях наружные поверхности корпусных деталей (например, каретки, салазки, столы, ползуны), основные базы которых должны сопрягаться с соответствующими поверхностями станин, консолей, оснований, стоек, в крупносерийном производстве целесообразно фрезеровать набором фрез.
В крупносерийном и массовом производстве получил применение высокопроизводительный способ обработки — непрерывное фрезерование. Оно выполняется на карусельно-фрезерных или барабанно-фрезерном станках, а также возможно, на бескоц-сольно-фрезерном станке (например, типа 656П) с поворотным столом.
Карусельно-фрезерные станки двух- или трехшпиндельные применяют для обработки сравнительно небольших корпусных 162
деталей с размерами обрабатываемых плоскостей примерно до 600 мм. На столе станка устанавливают по кругу приспособления; количество их зависит от размеров стола, конфигурации и размеров заготовки. В каждом приспособлении устанавливают заготовку. Фрезерование производят при непрерывном вращении
Рис. 86. Установка деталей на продольно-фрезерном станке «В перекладку»
стола, при этом производится параллельно-последовательная чер-новая и. чистовая обработка. Так как смена заготовки производится вне зоны фрезерования при вращении стола, вспомогательное время полностью перекрывается машинным временем. При применении трехшпиндельного карусельно-фрезерного станка (например, мод. 623В) на двух правых шпинделях устанавливают * 163
фрезы диаметром до 300 мм для черновой обработки, а на левом шпинделе устанавливают фрезу диаметром до 600 мм для чистовой обработки.
Карусельно-фрезерные станки вследствие отсутствия механизма вертикального перемещения стола, а также механизмов продольной и поперечной подач, обладают большей жесткостью, обеспечивают высокую производительность и точность, особенно в отношении параллельности обработанных поверхностей.
Фрезеруют плоскости на барабанно-фрезерном станке торцовыми фрезами при непрерывном вращении барабана относительно горизонтальной оси. Барабан размещен между двумя стойками станины, в которых смонтированы шпиндели станка, и имеет четыре, шесть или восемь граней, на которых закрепляют приспособления для установки заготовок. Шпиндели, общее количество которых достигает восьми, располагаются горизонтально в боковых стойках станины с обеих сторон барабана. На этом станке производят параллельно-последовательное черновое и чистовое фрезерование наружных параллельных плоскостей деталей. Смену заготовок производят при непрерывном вращении барабана. Большая жесткость конструкции станка обеспечивает высокую и стабильную точность размеров между обрабатываемыми плоскостями. Станок имеет высокую производительность. Размеры обрабатываемых плоскостей определяются диаметрами фрез для чистовой обработки.
Так как столы карусельно-фрезерного и барабанно-фрезерного станков вращаются медленно, осуществляя движение подачи, для обеспечения непрерывности фрезерования, обрабатываемые поверхности заготовок следует располагать близко одну от другой. В этом случае обработка будет экономичнее; если фрезеровать небольшие площадки на больших деталях, то обработка может оказаться неэкономичной.
Карусельно-токарные станки применяют при изготовлении корпусных деталей — тел вращения, различных деталей сложной пространственной формы, имеющих внутренние и наружные цилиндрические и конические поверхности и перпендикулярные им торцы. Типичными деталями для обработки на карусельно-токарных станках являются корпусы центробежных насосов, секции корпусов паровых турбин и воздуходувок, корпусы электродвигателей и генераторов, планшайбы станков. На заводах тяжелого машиностроения широко применяют точение плоскостей корпусных деталей, не являющихся телами вращения (например, на карусельных станках плоскости разъема корпуса центробежного насоса или корпуса цилиндрического редуктора, детали, имеющие параллельные, открытые наружные плоскости), вследствие удобства установки их на планшайбу.
Окончательную обработку плоскостей чугунных корпусных деталей часто производят на плоскошлифовальных станках шлифованием периферией .круга, торцом чашечного круга и торцом 164
сборного сегментного круга. Плоскошлифовальные станки имеют прямоугольный или круглый стол, причем станки с круглым столом более производительны. На них, в случае малых припусков, можно выполнять непрерывное шлифование. Плоское шлифование может быть как черновое, так и чистовое. Плоское шлифование нечувствительно к литейным коркам. Литые заготовки можно шлифовать без предварительной обработки и получать требуемую точность и чистоту поверхности. Выполнение плоского шлифования с обильным охлаждением уменьшает деформации детали из-за нагрева и улучшает условия работы шлифовального круга.
Преимущества плоского шлифования особенно ощутимы при обработке прерывистых поверхностей сложного контура. Фрезерование и строгание таких поверхностей выполняют на пониженных режимах, так как зуб фрезы или резец пересекают несколько раз литейную корку, что снижает стойкость инструмента. Кроме того, у чугунных деталей выкрашивается металл на выходных кромках, появляются вибрации системы. При шлифовании таких явлений не возникает. При проектировании корпусных деталей следует учитывать эти особенности шлифования.
В массовом производстве широкое распространение получило протягивание наружных плоскостей. Протягивание — самый производительный способ обработки, выполняют на специальных мощных и быстроходных протяжных станках, на которых обработку ведут протяжками из твердых сплавов со скоростью резания, достигающей 60 м/мин (для деталей из чугуна). Протяжные станки горизонтального и вертикального типов однопозиционные и многопозиционные, встраивают и в автоматические линии.
Преимущества протягивания по сравнению с фрезерованием: высокая производительность, высокая точность вследствие простоты схемы обработки и рационального распределения припуска между-различными участками протяжки, высокая стойкость инструмента, — калибрующая часть снимает ничтожный припуск и хорошо сохраняет свою форму и размеры. Недостатки протягивания: высокая себестоимость протяжки, большие силы, возникающие при протягивании, которые не позволяют обрабатывать детали малой жесткости.
Наружное протягивание можно применять для черновой и чистовой обработки, а также для зачистки и калибрования, особенно комплекса поверхностей, высокую точность относительного положения которых нужно обеспечить. Характерным примером обработки является протягивание наружных плоскостей и поверхностей блока цилиндров автомобильного двигателя.
В табл. 9 приведены данные по точности, получаемой при различных методах Обработки плоскостей.
165
8
Средняя точность, получаемая при обработке плоскостей различными методами ________________________(отклонения и размеры в мм)_________________________
Таблица 9
Метод обработки и оборудование Вид обработки Класс чистоты поверхности Плоскостность 2 Параллельность 1 Перпендикуляр н ость Точность расстояния от базовой плоскости при длине поверхности
обрабатываемых плоскостей относительно установочной2 одной обрабатываемой плоскости относительно другой обрабатываемой плоскости относительно установочной 2 одной обрабатываемой плоскости относи-тельно другой 2 100—300 300—600
Чирина п< >верхности
до 100 100—зос до 100 100-300
Фрезерование на консольно-фре-
зерных станках Черновое 3—4 0,080 0,100 0,090 0,150 0,120 0,200 0,250 0,300 0,350
Чистовое 6 0,050 0,070 0,060 0,080 0,070 0,120 0,150 0,150 0,180
на продольно-фре- Тонкое 7 0,040 , 0,060 0,050 0,060 0,050 0,060 0,080 0,080 0,090
зерных станках Черновое 3—4 0,060 0,080 0,070 0,012 GJ 100 0,120 0,150 0,200 0,250
Чистовое 6 0,030 0,050 . 0,040 0,070 0,060 0,070 0,090 0,090 0,120
Тонкое 7 0,020 0,030 0,020 0,030 0,020 0,060 0,070 0,070 0,080
на карусельно-фре-
зерных станках Черновое 3—4 0,060 0,080 0,060 —- —- 0,100 0,130 0,160 0,210
Чистовое 6 0,030 0,050 0,030 — — 0,060 0,080 0,080 0,100
Тонкое 7 0,020 0,030’ 0,010 — — 0,050 0,060 0,060 0,070
Строгание на продоль-
но-строгальных станках Черновое 3—4 0,050 0,070 0,060 0,010 0,080 0,100 0,120 0,150 0,200
Чистовое 6 0,025 0,040 0,030 0,060 0,040 0,060 0,080 0,080 0,100
Тонкое 7 0,010 0,020 0,010 0,020 0,010 0,050 0,060 0,060 0,070
Протягивание .... Плоское шлифование Чистовое (однократное) 7—8 0,005 0,020 0,010 0,020 0,010 0,040 0,050 0,050 0,060
на станках с прямоуголь-
ным или круглым столом Черновое 5—6 0,020 0,040 0,030 0,060 0,040 0,060 0,080 0,080 0,100
Чистовое 7—8 0,008 0,020 0,010 0,030 0,020 0,050 0,060 0,060 0,070
Тонкое 8—10 0,005 0,007 0,005 0,010 0,005 0,025 0,030 0,030 0,040
1 При одной установке.
2 Отклонения даются на длине 300 мм.
§ 4. Методы обработки основных отверстий
Обработка основных отверстий представляет собой наиболее ответственную и трудоемкую часть технологического процесса изготовления корпусных деталей. Обработка отверстий делится на черновую, чистовую и отделочную.
При черновой обработке отверстий необходимо удалить основное количество металла припуска, обеспечить точность относительного положения оси отверстия и равномерный припуск для точной чистовой обработки. В связи с этим для черновой обработки нужно использовать высокопроизводительный инструмент и оборудование, обладающее высокой жесткостью и мощностью.
Рис. 87. Резцы и их применение для растачивания отверстий корпусных деталей машин
Чистовая обработка должна обеспечить точность размеров, геометрической формы и относительного положения обрабатываемого отверстия; особенно важно обеспечить точность положения и прямолинейность оси отверстия. Для чистовой обработки требуются режущий инструмент, обладающий большой стойкостью, обеспечивающий высокую точность и чистоту поверхности и достаточно точное и жесткое оборудование.
В некоторых случаях для постепенного приближения к требуемой точности по всем параметрам между черновой и чистовой обработкой отверстия производят получистовую обработку резцами, зенкерами или черновыми развертками.
Отделочную обработку применяют в случае надобности для повышения точности и чистоты обрабатываемой поверхности.
Для обработки отверстий применяют сверла, резцы, зенкеры, развертки, расточные головки, расточные пластины. Отделочную обработку отверстий выполняют также пластическим деформированием при помощи шариковых и роликовых раскаток.
Сверла применяют в качестве предварительного инструмента для сверления отверстий в сплошном металле. Отверстия больших диаметров (30 мм и более) сверлят в два или три перехода
167
Точность сверления по кондуктору соответствует 4—5-му классам точности.
Отверстия, полученные в отливке единичного и мелкосерийного производства, растачивают резцами; при этом достигаются заданное положение отверстия и точность размера и форм; обработка резцами исправляет отклонения оси отверстия, увод. Резцами достигается точность отверстия до 3-го класса.
Резцы являются простыми универсальными инструментами; их преимущества особенно заметны при обработке отверстий нестандартных размеров и отверстий большого диаметра, для которых отсутствуют мерные инструменты (рис. 87, а). Кроме того, резцы применяют в резцовых блоках- (рис. 87, б) ив резцовых головках (рис. 87, в) при обработке отверстий большого диаметра.
Рис. 88. Расточная головка диаметром 100—245 мм
Зенкеры применяют для чернового растачивания литых отверстий, для получистового растачивания отверстий после сверления, чернового зенкерования или обработки резцом. Для отверстий, точность которых не превышает класса За, зенкеры можно применять для окончательной обработки.
Насадные зенкеры диаметром 60—175 мм со вставными рифлеными ножами с пластинками из твердых сплавов при работе по литому отверстию дают точность 4-го класса, а на втором переходе— точность класса За. Они исправляют, но. не устраняют полностью искривление оси отверстия. Припуски, снимаемые зенкерами за один проход, достигают примерно 6 мм на диаметр. Чистота поверхности после зенкера может быть V5—V6.
Расточные головки конструкции ВНИИ оснащены пластинками из твердого сплава (рис. 88) и предназначены для черновой обработки литых отверстий в корпусных деталях. Головки диаметром до 100 мм имеют четыре ножа, а головки диаметром от 100 до 245 мм восемь ножей (четыре из них расположены на торце, а четыре — на периферии). Расточные головки могут снимать 168
на повышенных режимах большой неравномерный припуск в литых отверстиях. Одновременная работа восьми ножей создает устойчивую работу без вибрации. Режимы работы: v = 15-*--*-25 м/мин; $ = 0,4+-1,5 мм/об. Такие расточные головки являются самым производительным инструментом по сравнению со всеми другими расточными инструментами.
Основным методом чистовой обработки отверстий 1-, 2- и 3-го классов точности диаметром до 400 мм является развертывание.
Припуски на черновые развертки для обычных условий работы достигают 1 мм на диаметр; под чистовые развертки припуски колеблются в пределах 0,02—0,3 мм.
В последнее время применяют развертки с твердосплавными пластинками, которые повышают стойкость разверток примерно в 10 раз по сравнению с быстрорежущими. Окружной шаг зубьев таких разверток делают неравномерным для уменьшения вибраций при повышенных режимах резания и волнистости поверхности.
Для получения отверстий 3-го класса точности применяют однократное развертывание; для получения отверстий 2-го класса точности — двукратное; под окончательное развертывание оставляют припуск 0,05 мм и менее. При обработке отверстий развертками можно получить 1-й класс точности при соблюдении следующих условий: лезвия развертки доведены, развертывают вручную (так как при этом важна чувствительность), применяют смазочноохлаждающую жидкость (керосин — для деталей из чугуна и машинное масло с керосином — для деталей из стали). Чистота обработанных поверхностей у чугунных деталей достигается V7. При развертывании разверткой с доведенными лезвиями отверстий в деталях из твердого чугуна с применением керосина можно получить чистоту V8.
Для разверток с пластинами из твердых сплавов рекомендуются режимы резания*, приведенные в табл. 10 [17].
Таблица 10
Режимы резания при развертывании твердосплавными развертками
Материал детали и технические требования Скорость резания в м/мин Подача в мм/об Припуск на диаметр в мм Смазочно-охлаждающая жидкость
Чугун, отверстия 2-го класса точности, чистота поверхности V? .... Сталь, отверстия 2-го класса точности, чистота поверхности .... 7—20 4—10 2—7 2—4 0,3 Не более 0,2—0,3 Керосин Сульфофрезол или масло с керосином
169
Максимальные скорости резания рекомендуются только для разверток меньшего диаметра (до 100 мм). Для разверток диаметром 150 мм и более следует применять меньшую из указанных скоростей и наибольшую подачу. Стойкость разверток при этом будет не менее 300—500 отверстий в чугунных деталях и 80— 100 отверстий в стальных деталях (при отверстиях диаметром и длиной порядка 100 мм).
Рис. 89. Вспомогательный инструмент для закрепления разверток:
1 — шарик; 2 — поводок; 3 — направляющая втулка; 4 — развертка
Конструктивные особенности разверток таковы, что они в процессе работы испытывают большие радиальные и незначительные осевые нагрузки. Вследствие этого развертки не обеспечивают точности направления оси отверстия.
Для достижения требуемого качества детали перед развертыванием необходимо обеспечить точность направления оси отверстия. Это достигается растачиванием резцом или другими инструментами (резцовой или расточной головкой, зенкером, расточным блоком) с принудительным центрированием и надежным направлением. Закрепление развертки должно быть таким, чтобы она во время работы могла свободно устанавливаться по отверстию или имела надежное направление. Это обеспечивается применением специальных плавающих патронов или оправок (рис. 89, а), позволяющих развертке перемещаться в радиальных направлено
ниях без перекоса, или направляющих втулок приспособления (рис. 89, б). Правильное положение развертки относительно отверстия до начала резания обеспечивается передней направляющей частью с фаской. В некоторых случаях делают развертки с передним и задним направлениями (рис. 90).
Недостаток разверток заключается в том, что при развертывании точных отверстий с горизонтально расположенной осью вследствие повышенного давления на режущие кромки, вызванного весом развертки и качающейся оправки, возникает овальность отверстия. Поэтому при развертывании предпочтительно вертикальное расположение оси обрабатываемого отверстия.
Рис. 90. Развертка с направляющими элементами для развертывания втулки клапана
При развертывании выделяется большое количество тепла, что приводит к нагреву детали и вследствие этого к конусности обрабатываемого отверстия. Поэтому точность размеров отверстия будет выше при развертывании на больших подачах с обильным охлаждением.
Развертки обычно не применяют для развертывания больших отверстий, коротких, глухих и с прерывистыми поверхностями.
В серийном и массовом производстве широко применяют расточные блоки и плавающие пластины для обработки отверстий диаметром 50—600 мм. Расточные блоки центрируются в оправке, могут иметь или жесткое крепление, или самоустанавливаться по оси отверстия (плавающие блоки). Применяются они для чернового и чистового растачивания. Их преимущество по сравнению с расточными односторонними резцами заключается в том, что у них радиальные составляющие сил резания уравновешиваются, шпиндель и борштанга разгружены от изгибающих нагрузок и создаются благоприятные условия работы станка, умень
171
шаются вибрации, можно работать на повышенных режимах, что приводит к сокращению машинного времени.
Плавающие блоки и пластины по своему назначению и характеру работы аналогичны разверткам и могут их заменять.
Растачивание плавающими пластинами или блоками обеспечивает 2-й класс точности и чистоту поверхности V7.
Для работы плавающих блоков и пластин, оснащенных твердым сплавом, рекомендуются режимы резания, указанные в табл. 11 [17].
Таблица 11
Режимы резания при работе пластинами, оснащенными твердыми сплавами
Материал детали Скорость резания в м/мин Подача в мм/об Припуск на диа* метр в мм Смазочно-охлаждающая жидкость
Чугун Сталь ю о 77 СОМ* 1,5—3 1—2 0,3 0,2 Керосин Сульфофрезол или машинное масло с керосином
Комбинированные режущие инструменты позволяют выполнять последовательно за один проход черновую и чистовую обработку поверхности или совмещать несколько видов обработки (например, сверление, зенкерование, развертывание, подрезку торца), или обрабатывать несколько поверхностей. Это дает возможность повысить концентрацию переходов и сократить машинное и вспомогательное время, уменьшить номенклатуру инструментов и приспособлений и использовать более простое и менее точное оборудование для выполнения сложной и точной работы.
Комбинированные инструменты, состоящие из сверл, зенкеров, разверток, обычно применяют для обработки отверстий, имеющих открытый ступенчатый контур, или гладких диаметром до 100 мм и глубиной до 400 мм.
Торцовые поверхности обрабатывают подрезными резцами и торцевыми зенкерами. Эти инструменты применяют для подрезки торцов с осевой подачей. Можно подрезать торцовые плоскости резцом, установленным в летучем суппорте с радиальной подачей. Открытые торцовые плоскости можно подрезать фрезой. Торцовую фрезу при этом устанавливают в шпинделе расточного станка или крепят к планшайбе; подача осуществляется перемещением стола в поперечном направлении или шпиндельной- бабки в вертикальном направлении.
При обработке корпусных деталей на автоматических линиях обычно используют стандартный и нормализованный инструменты, а также специальные инструменты (сверла, резцовые головки, сборные блоки инструментов) (рис. 91). Основные требования, предъявляемые к инструменту автоматических линий: высокая режущая и размерная стойкость, возможность и удобство бы-172
Рис. 91. Некоторые инструменты для растачивания отверстий на агрегатных станках и автоматических линиях:
а — удлинитель с муфтой для подачи охлаждающей жидкости, направляющей втулкой и устройством для быстрого закрепления осевого инструмента; б — комбинированный инструмент — сверло—развертка; в — борштанга для чистового растачивания; г сменная головка с набором инструментов
173
строй замены и поднастройки, стабильное формирование транспортабельной стружки.
Основные отверстия растачивают на горизонтально-расточных, координатно-расточных, радиально-сверлильных, карусельных и агрегатных станках, а в некоторых случаях — на токарных станках.
Ставки отечественного производства мод. 2620, 2520А, 2622 и 2622А отличаются повышенной жесткостью, виброустойчивостью, быстроходностью, точностью работы и рядом других преимуществ. Станки мод. 2620 и 2622 имеют оптические устройства с ценой делений 0,01 мм для точного отсчета и установки
т
Рис. 92. Схемы основных способов растачивания на горизонтально-расточных станках
перемещения стола и вертикального перемещения шпиндельной бабки по координатам. Вследствие этого станки эти используют при обработке с повышенной точностью отсчета координат.
Существует три основных способа растачивания отверстий на горизонтально-расточных станках: а) консольными оправками (рис. 92, а); б) борштангами с использованием опоры задней стойки (рис. 92, б); в) в кондукторах при шарнирном соединении расточных оправок со шпинделем станка (рис. 92, в). Подача при каждом из этих способов осуществляется шпинделем или столом.
При растачивании консольной оправкой по сравнению с растачиванием борштангами облегчается установка режущего инструмента, установка и выверка самой консольной оправки и измерение обрабатываемого отверстия, что приводит к сокращению вспомогательного времени. Консольными оправками растачивают при общем вылете инструмента (длина оправки от торца шпинделя и длина выступающей части шпинделя), равном (5—6) d, 174
где d — диаметр оправки. Оправки должны быть короткие и жесткие.
Если диаметр шпинделя больше диаметра растачиваемого отверстия, то длина расточной оправки должна быть больше длины обрабатываемого отверстия на длину инструмента (чтобы инструмент мог полностью выйти из отверстия). Предельный вылет шпинделей расточных станков при обработке консольными оправками не должен превышать следующих значений:
Диаметр шпинделя в мм .... 65—75 80—110 125—150 Предельный вылет в мм .... 350—400 500—600 700—800
При растачивании консольной оправкой при подаче шпинделем вылет инструмента непрерывно увеличивается и, следовательно, увеличивается упругое перемещение (отжатие) инструмента; кроме того, при большом вылете возможно «провисание» инструмента и шпинделя. Все это приводит к появлению погрешностей формы и размера растачиваемого отверстия. Поэтому этот способ следует применять .при растачивании коротких отверстий, использовании жестких оправок и незначительном общем вылете инструмента.
Растачивание консольной оправкой с подачей столом производят при неизменном вылете инструмента; при этом погрешности растачивания будут значительно меньше. Они могут возникнуть вследствие непрямолинейности движения стола по направляющим станины, что приведет к искажению направления оси отверстия.
Растачивание корпусных деталей можно выполнять в >дной позиции, если деталь имеет ответственные отверстия, расположенные в одной наружной стенке, или когда соосные отверстия находятся в близко' расположенных противоположных стенках и имеют уменьшающиеся диаметры. В этом случае можно получить наиболее высокую точность направления осей отверстий (соосность, параллельность, расположение относительно основных баз). В‘других случаях растачйванйе соосных отверстий можно выполнять в двух позициях при одной установке детали с поворотом стола на 180°, при этом после поворота для обеспечения соосности отверстий перед растачиванием отверстия нужно находить положение оси шпинделя, соосное с ранее расточенным отверстием.
При растачивании корпусных деталей за две установки возникают погрешности установки и значительно увеличивается вспомогательное время. Способ этот применяют лишь при обработке крупных деталей, устанавливаемых непосредственно на плите станка с подвижной колонной.
Для уменьшения погрешностей от упругих деформаций при растачивании следует применять резцы с углом в плане <р = 90°. При большой длине обрабатываемрго отверстия, если вылет инструмента более 5d (где d — диаметр отверстия), растачивание
175
под зенкерование необходимо производить за два прохода, оставляя на второй проход малый припуск для исправления непрямо-линейности оси отверстия.
Рекомендуется заменять растачивание одним резцом растачиванием двухлезвийным и многолезвийным инструментами. Перед использованием многолезвийных инструментов для обработки отверстий, имеющих необработанные торцы, на входе и выходе нужно снять фаски, чтобы удалить литейную корку.
Растачивание борштангами с использованием опоры задней стойки применяют при обработке крупных тяжелых деталей, имеющих отверстия в противоположных стенках, или при обработке отверстий, имеющих длину, значительно превышающую их диаметр. В этом случае опора задней стойки и шпиндель должны быть соосны. После установки детали в обрабатываемые отверстия вводят борштангу; ее устанавливают в опоре задней стойки и соединяют со шпинделем. После этого выверяют правильность относительного положения борштанги в вертикальной и горизонтальной плоскостях, устанавливают инструменты и производят растачивание. Этот способ обработки по сравнению с консольным растачиванием представляет некоторые трудности из-за ввода борштанги в отверстия, неудобства измерения обрабатываемых отверстий, необходимости точного совмещения оси шпинделя и втулки в люнете задней стойки. Все это приводит к значительному увеличению вспомогательного и машинного времени.
При растачивании борштангой точность геометрической формы отверстий и размеров в основном зависит от точности борштанги и втулки задней стойки, которые по своим параметрам менее точны, чем шпиндель. Этот способ обработки малопроизводительный и неэкономичный, так как себестоимость борштанг значительно выше себестоимости консольных оправок.
В серийном производстве широко используют растачивание в специальных приспособлениях — кондукторах. Кондукторы могут иметь одностороннее переднее или заднее направление для инструмента или оправки, а также переднее и заднее направления по одной оси или двойное переднее направление (рис. 93). В первом случае направляющий элемент приспособления не обеспечивает (при обычном соотношении размеров) достаточно надежного направления инструмента, поэтому инструмент или оправку следует соединять со шпинделем жестко. При этом необходимо обеспечить точное относительное положение направляющего элемента и шпинделя при помощи центроискателя или специального ловителя.
Приспособления, имеющие двойное направление инструмента, обеспечивают надежное определенное относительное положение инструмента, поэтому инструмент или оправку соединяют со шпинделем шарнирно. При этом не требуется обязательно точного относительного положения шпинделя и направляющих эле-176
ментов приспособления, что приводит к сокращению времени настройки. Применение приспособлений упрощает выполнение операций, снижает требования к квалификации рабочего, повышает производительность труда, но требует значительных первоначальных затрат. Поэтому в мелкосерийном производстве применяют различные приспособления упрощенного типа (накладные кондукторы, накладные шаблоны).
При растачивании в кондукторах с шарнирным соединением оправок со шпинделем геометрические погрешности станков практически не оказывают влияния на точность обработки; точность
Рис. 93. Принципиальные схемы направляющих элементов расточных кондукторов:
а — переднее направление; б — заднее направление; в — переднее и заднее направления; г — двойное переднее направление; 1 — обрабатываемая деталь; 2 — кондуктор
обработки в этом случае будет определяться точностью расточных кондукторов, точностью оправок и направляющих втулок и величиной зазоров между оправками и втулками.
Рассмотрим некоторые специальные приспособления, применяемые для растачивания ответственных отверстий в корпусных деталях. На рис. 94 показано приспособление, применяемое для растачивания корпуса шпиндельной бабки расточного станка. На основании 1 с двух сторон имеются стойки 2, в которых смонтированы направляющие втулки. Средняя часть приспособления служит для установки обрабатываемой детали. Перед установкой детали в кондуктор все оправки, находящиеся в направляющих втулках, раздвигают в стороны, а борштангу, установленную на оси А, вынимают и устанавливают вновь после установки детали.
Деталь растачивают с двух сторон. Вначале с одной стороны растачивают все отверстия в передней стенке детали и в одной внутренней перегородке, затем кондуктор со» столом поворачивают на 180° и растачивают отверстия в задней стенке детали и
177
Рис. 94. Приспособление для растачивания корпуса шпиндельной бабки расточного станка
во второй внутренней перегородке. Обработку ведут специальными насадными зенкерами и развертками, оснащенными пластинками из твердого сплава. Шпиндель соединяется с каждой оправкой шарнирным патроном.
5 9
Рис. 95. Расточное приспособление с пневматическим зажимом
При растачивании в кондукторе достигается достаточно высокая жесткость системы, что при наличии инструмента из твердых сплавов позволяет работать на высоких режимах: при зенкеро-вании литых отверстий v = 70 м/мин, s = 2ч-2,5 об/мин, при зенкеровании предварительно обработанных отверстий v — = 100 м’/мин, s = 2-4-2,5 об/мин..
На рис. 95 показано расточное приспособление с пневматическим зажимом, разработанное на автозаводе им. Лихачева, При-
179
способление служит для растачивания несквозного отверстия в корпусе 1. Обрабатываемая деталь базируется по цилиндрическому выступу и торцу опорного кольца 2, дополнительное цен-
трирование осуществляется по запрессованному в деталь коническому кольцу 3 при помощи пружинного центрирующего эле-
мента приспособления 4. Поворот относительно вертикальной оси производится винтами 5. Инструмент направляется вращающимися втулками 6 и 7. Деталь зажимается при помощи быстросъемной шайбы 8 и трех прихватов 9. Все зажимные устройства приводятся в действие пневмоприводом: при подаче сжатого воздуха в полость А пор-
в)
Рис. 96. Накладные шаблоны и установка их с базированием: а и б — на деталь; в — на основание приспособления
шень 10 опускается, а цилиндр 11 перемещается вверх; первое движение передается на шайбу 8, а второе — на прихваты 9. Для смены детали прихваты отводят вручную.
На рис. 96 показано растачивание корпусной детали через накладной шаблон и различные способы установки накладных шаблонов. На рис. 96, а и б шаблоны базируются и закрепляются на обрабатываемых деталях; на рис. 96, в шаблоны базируются и закрепляются на основании приспособления.
Шаблоны растачивают на координатно-расточных станках, добиваясь при этом высокой точности относительного положения отверстий, Размеры отверстий в шаблонах выполняют по верхним 180
предельным значениям соответствующих отверстий обрабатываемой детали или делают на 2—3 мм больше их. При растачивании по накладному шаблону шпиндель устанавливают при помощи центроискателя соосно отверстию шаблона, затем снимают центро-искатель, устанавливают требуемый инструмент и через отверстие в шаблоне обрабатывают ответственное отверстие детали.
После растачивания отверстий, расположенных на одной оси, переходят к обработке отверстий на другой оси, при этом указанные выше действия повторяются. Точность межосевых расстояний, а также точность положения отверстий относительно баз достигается при помощи разметки, методом пробного растачивания,
кнопочным методом, растачиванием в кондукторах, координатным методом, по накладным шаблонам.
Растачивание по разметке применяют как предварительную операцию в единичном и мелкосерийном производстве. Методы пробного растачивания и кнопочный применяют также в единичном и мелкосерийном производстве, при этом достигается точность межосевых расстояний ±0,02 мм.
Значительно большее распространение получил координатный метод растачивания на
Рис. 97. Координаты осей отверстий корпусной детали:
I-IV — оси
горизонтально-расточных станках. Этот метод используют при
растачивании, деталей, имеющих несколько отверстий с парал-
лельными осями, когда относительное положение оси каждого
отверстия можно определять двумя размерами, связывающими ее с двумя перпендикулярными плоскостями детали, в которых как бы располагаются оси координат.
При обработке отверстий совмещение оси шпинделя станка с осью каждого отверстия детали достигается перемещением шпиндельной бабки в вертикальном направлении, а стола — в горизонтальном направлении в соответствии с заранее рассчитанными координатами оси отверстия. Сущность этого метода легко представить, если спроектировать деталь, установленную на столе станка, на плоскость, перпендикулярную к оси шпинделя (рис. 97); при этом оси отверстий, подлежащих обработке, спроектируются в виде точек, а базовые плоскости детали — в виде прямых линий. Если предположить, что проекции базовых плоскостей совпадают с осями координатной системы Ох и Оу и проекция линии пересечения плоскостей совпадает с началом координат, то положение каждого отверстия в указанной системе координат может быть задано координатами его оси (хь и
181
(х2, у2) и т. д. При перемещении стола и шпиндельной бабки отсчеты координат производят по шкалам, установленным на салазках стола и передней стойке станка..
При обработке прежде всего определяют исходные показания шкал, соответствующие такому относительному положению шпиндельной бабки и стола, при котором проекция оси шпинделя будет совпадать с началом координат (точкой О). Зная исходные показания шкал и координаты первого отверстия, определяют показания шкал, соответствующие такому относительному положению шпиндельной бабки и стола, при котором проекция оси шпинделя будет совпадать с осью первого отверстия.
Рис. 98. Настройка расточного станка для растачивания отверстий по координатам
Устанавливают стол в соответствующее положение, смещая его в горизонтальном направлении, и фиксируют. Далее устанавливают шпиндельную бабку в соответствующее положение, смещая ее по направляющим стойки вверх, и тоже фиксируют. При этом положении производят обработку отверстий, расположенных на оси /. Аналогичные действия совершают перед растачиванием отверстий, расположенных на оси II, и т. д. '
Точность установки узлов по шкалам линеек недостаточно высока. Чтобы- повысить точность отсчета координат, используют индикаторные устройства или другие средства. Сущность работы с использованием индикаторов состоит в следующем.
В коробке I индикаторного прибора (рис. 98) закреплен индикатор. Индикаторная коробка может быть установлена в любом месте на направляющей поверхности, по которой перемещается •шпиндельная бабка или стол. На бабке и на столе против штифта индикатора может быть укреплен упор 2 с плоской рабочей поверхностью. Между рабочей поверхностью упора и штифтом •индикатора может быть установлен измерительный стержень 3 182
или блок плиток, или микрометрический штихмас, которые можно закреплять прихватами.
Рассмотрим порядок растачивания детали, показанной на рис. 97. Совместим ось шпинделя с выбранным на детали началом координат. На вертикальной направляющей передней стойки закрепим мерный стержень или штихмас длиной, равной ординате уъ так, чтобы он своим штифтом касался плоскости упора 2 (рис. 98, а). Индикатор 1 установим по стержню так, чтобы стрелка имела некоторый натяг, а нулевую метку шкалы сместим со стрелкой.
Индикатор на поперечной направляющей салазок установим так, чтобы в исходном положении он своим штифтом кас-ался^ плоскости упора 2 (рис. 98, б); шкала должна быть установлена в нулевое положение.
Для установки относительного положения шпинделя и стола, соответствующего обработке отверстий на оси /, следует: а) сместить стол относительно исходного положения влево на величину абсциссы Xi, для этого нужно взять мерный стержень или штихмас длиной, равной абсциссе х19 установить его между упором 2 (рис. 98, а) стола и штифтом индикатора и подвести стол к индикатору так, чтобы его стрелка заняла нулевое положение; стол в этом положении нужно закрепить на направляющих; б) снять штихмас с вертикальной направляющей стойки и поднять шпиндельную бабку до касания штифтом индикатора плоскости упора 2 и далее до положения, когда стрелка индикатора совместится с нулевой меткой шкалы; в этом положении шпиндельную бабку нужно закрепить на направляющих. После этого можно обрабатывать отверстия на оси 1 (см. рис. 97). ‘ '
Для установки относительного положения, соответствующего обработке отверстий на оси II, нужно вместо штихмаса длиной, равной абсциссе хъ установить штихмасс длиной, равной абсциссе х2. На вертикальную направляющую установить штихмас длиной, равной разности ординат уг—у2 и т. д.
При таком методе растачивания точность межосевых расстояний в основном зависит от точности изготовления мерных стержней или от точности установки размера на штихмасе или блоке плиток; обеспечивается точность в пределех 0,02—0,03 мм. Этот метод растачивания является трудоемким и требует высокой квалификации рабочего.
Современные модели горизонтально-расточных станков мод. 2620 и 2622 имеют оптические системы отсчета по шкалам и обеспечивают точность отсчета ±0,01 мм, таким образом, на этих станках можно получить точность межосевых расстояний при растачивании отверстий ±0,02 мм без применения индикаторных устройств.
При растачивании деталей в кондукторах и по накладным шаблонам точность межосевых расстояний может быть получена в пределах от ±0,02 до 0,03 мм.
183
Растачивание ответственных отверстий в небольших корпусных деталях можно выполнять также на радиально-сверлильных станках, обеспечивая требуемую точность обработки. Для этого должно быть надежное направление инструмента, что достигается применением приспособлений с направляющими втулками и расточных оправок. На рис. 99, а дана схема приспособления, которое уста
Рис. 99. Приспособления и инструмент для обработки отверстий на радиальносверлильном станке
навливают на поворотную стойку; обработку детали производят с двух сторон с короткими оправками. Приспособление с каждой стороны имеет направляющие втулки длиной I 3d (d — диаметр отверстия втулки), в которых получает надежное направление расточной инструмент. На рис. 99, б показан комбинированный инструмент и оправки, применяемые для растачивания. Оправки имеют удлиненную пустотелую направляющую часть с текстолитовыми шпонками.
184
Растачивание на радиально-сверлильных станках обеспечивает высокую точность обработки: точность отверстий соответствует 2-му классу; непараллельность осей, неперпендикуляр* ность, несоосность и отклонения межосевых расстояний — в пределах ±0,02—0,03 мм; производительность выше, чем производительность при обработке на горизонтально-расточных станках» Кроме того, радиально-сверлильные станки дешевле горизонтально-расточных, а вспомогательное время при выполнении операции на радиально-сверлильйом станке значительно меньше, чем при работе на горизонтально-расточном станке. Применение радиально-сверлильных станков ограничивается размерами деталей и отверстий, а также тем, что не во всех случаях можно получить нужные для обработки ответственных отверстий режимы работы.
В настоящее время все большее распространение получает обработка точных деталей на координатно-расточных станках в серийном производстве; при этом получается высокая точность размеров отверстий и их относительного положения. На этих станках обработку ведут по принципу координатного растачивания.
Координатные перемещения осуществляются столом у одностоечных станков и столом и шпиндельной бабкой у двустоечных станков. Высокая точность обработки на них определяется их высокой жесткостью, геометрической точностью и наличием специальных устройств для повышения точности отсчета координатных перемещений. Современные модели отечественных координатно-расточных станков позволяют обрабатывать детали длиной до 2 м и получать точность размеров и геометрической формы 2—3 мкм, а межосевых расстояний — 5 мкм и выше.
В крупносерийном и массовом производстве для обработки отверстий в корпусных деталях широко применяют агрегатнорасточные станки, которые работают в поточном производстве, в автоматических линиях или используются отдельно. На агрегатно-расточных станках выполняют различные переходы обработки, отверстий: сверление неглубоких и глубоких отверстии, зенкерование, растачивание и развертывание цилиндрических и конических отверстий, подрезание торцов, снятие фасок, нарезание резьбы, растачивание различных канавок.
Агрегатно-расточные станки могут быть односторонние и многосторонние, однопозиционные и многопозиционные; по способу выполнения работы они могут быть последовательного, параллельного или последовательно-параллельного действия. Силовые головки их могут перемещаться в вертикальном, горизонтальном или наклонном направлении. Различное сочетание этих признаков приводит к большому количеству возможных компоновок агрегатно-расточных станков.
По наличию и конструктивным особенностям транспортных устройств для периодического перемещения обрабатываемых
185
деталей агрегатно-расточные станки можно разделить на четыре группы.
1. Станки, не имеющие транспортных устройств. Особенности таких станков — отсутствие отдельной загрузочной позиции и наличие стационарного приспособления. Детали в них закрепляются и остаются неподвижными в течение всего времени обработки. При наличии нескольких позиций детали перекладывают
в) г)
Рис. 100. Схемы типовых компоновок агрегатных станков
вручную или с использованием подъемных средств, причем время на установку и съем детали не может быть совмещено со временем обработки.
Станки этой группы применяют для обработки корпусных деталей различных размеров с одной или нескольких сторон. Станки выполняют с горизонтальным, вертикальным и наклонным расположением силовых головок.
При обработке деталей на станках этой группы жесткость технологической системы будет выше жесткости при обработке на других станках, имеющих транспортные устройства (поворотные столы, барабаны, транспортеры). Кроме того, в них отсутствуют погрешности фиксации транспортного устройства. Точность 186
положения шпинделей силовых головок относительно базирующих элементов приспособления также будет выше. Все это дает основание считать, что и точность обработки на этих станках будет выше. На рис. 100, а даны схемы .типовых компоновок станков этой группы.
2. Станки, имеющие поворотные столы с вертикальной осью вращения, а также станки с центральным расположением колонны (рис. 100, б).
3. Станки с горизонтальной осью вращения поворотного стола — барабана (рис. 100, в). Такие станки обычно многопозиционные. Станки второй и третьей групп допускают высокую
а — корпус кронштейна; б — схема наладки инструмента
степень концентрации операций при работе по параллельнопоследовательному способу. Станки второй группы обеспечивают более высокую точность обработки; они более удобны для обслуживания. Станки с вертикальной компоновкой занимают меньшую площадь. Станки второй и третьей групп применяют для обработки небольших деталей в массовом производстве.
4. Станок с поступательным перемещением. транспортного устройства (рис. 100, г). Обрабатываемая деталь перемещается по прямой напроход или с возвратом в исходное положение прсле окончания цикла обработки. Такие станки в основном приме-» няются в автоматических линиях.
Эти станки целесообразно также применять для обработки трудоемких и крупногабаритных деталей. Рассмотрим примеры обработки корпусных деталей па агрегатно-расточных станках.
Отверстия диаметром 25А в корпусе кронштейна (рис. 101, а) обрабатывают на пятипозиционном станке с колонной (рис. 102).
487
Станок имеет основание 1, кольцевой стол 2 диаметром 1250 мм,
с установленными на нем пятью приспособлениями 3, центрально
расположенную колонну 4, четыре вертикальные силовые го-
ловки 5 и электромеханический ключ 6. Станок работает по автоматическому циклу: поворот стола, быстрый подвод головок, рабочая подача силовых головок, быстрый отвод головок и остановка их в исходном положении. Работа выполняется в три перехода — сверление, зен-керование, развертывание, причем первый переход — сверление — расчленен для синхронизации времени на две части и выполняется в первых двух позициях. В первой рабочей позиции производится сверление первой половины отверстий, во второй позиции — досверливание, в третьей позиции— зенкерование и в четвер
той — развертывание. Схема обработки отверстия показана на рис. 101, б.
Для получения требуемой точности обработки зенкер и развертка имеют двойное переднее и заднее направления. Переднее направление в корпусе подвижной кондукторной плиты, а заднее направление выполнено-в виде вращающейся втулки в корпусе приспособления. Подвижная кондукторная плита в конце подвода фиксируется штырями приспособления. Деталь базируется плоскостью А и двумя отверстиями 10А мм (см.
рис. 101, а). В каждом приспособлении устанавливают две детали; таким образом, в каждой рабочей позиции обрабатываются четыре отверстия одновременно. Детали устанавливают вручную в загрузочной позиции станка; закрепляют детали электромеха-
188
Рис. 103. Зажимное двухместное приспособление
8
ническим ключом 6 (рис. 102), установленным на центральной колонне в загрузочной позиции.
На рис. 103 показана конструкция приспособления. Рабочий рукояткой набрасывает головку ключа на зубчатую головку зажимного винта 4 приспособления и включает вращение ключа. При вращении винта 4, неподвижного в осевом направлении, перемещается гайка 5, которая через рычаг 6 перемещает влево тягу 7. Это движение через винт 8 передается на зажимной рычаг 2, который двумя прихватами 1 зажимает детали. При раскреплении деталей винт 4 вращается в обратном направлении, рычаг 2 пружиной 9 отводится назад. Для удобства съема деталей
Рис. 104. Схема агрегатного станка для растачивания передней бабки токарного станка 1К62
рычаг 2 вручную поворачивают на 90°. В средней части корпуса приспособления под обрабатываемой деталью установлены вращающиеся втулки 10 для заднего направления инструментов. Кондукторная плита фиксируется по приспособлению штырями 3.
Рассмотрим растачивание корпуса передней бабки токарного станка 1К62, выполняемое на заводе «Красный пролетарий». Растачивание продольных отверстий выполняют на двух агрегатных двухсторонних горизонтальных станках, имеющих двухпозиционный поворотный стол. Схема компоновки станка показана на рис. 104. Отверстия под опоры шпинделя дополнительно обрабатывают алмазным растачиванием и хонингованием. На столе каждого агрегатного станка устанавливают двухместное приспособление.
На одном станке предварительно обрабатывают отверстия, на другом выполняют чистовое растачивание. Предварительную обработку выполняют следующим образом. Корпус устанавливают в позиции / для черновой обработки отверстий в наружных стенках одновременно с двух сторон — первый переход. После окончания обработки и возвращения силовых головок в исход-190
ное положение стол поворачивается на 180°, после чего обработанная деталь занимает позицию //, а в позиции / устанавливают новую заготовку. После этого одновременно обрабатывают две детали. В первой позиции производят сверление и зенкерование отверстий во внутренних стенках инструментами, установленными в правой и левой силовых головках. После черновой обработки детали на второй позиции стол вновь поворачивается на 180°. Обработанную деталь снимают со станка, а новую заготовку устанавливают в первую позицию, и работа продолжается. Схема чернового растачивания корпуса во второй позиции показана на рис. 105. Чистовое растачивание производят на аналогичном станке, операция также выполняется за два перехода.
По своему характеру агрегатные станки являются специальным оборудованием, их применение требует тщательных экономических обоснований.
В мелкосерийном производстве для обработки корпусных деталей можно использовать станки с программным управлением. Например, растачивание можно выполнять на горизонтальнорасточном станке с программным управлением 262ПР1. На этом станке программируются и могут выполняться автоматически продольные и поперечные перемещения стола, вертикальное перемещение шпиндельной бабки и осевое перемещение шпинделя. Последнее с помощью специальной расточной головки может быть преобразовано в радиальное перемещение инструмента. Программируются* также продольные подачи салазок, стола и шпинделя для каждого перехода при растачивании, команды автоматической смены переходов. Поэтому можно в нужной последовательности производить растачивание отверстий разного диаметра, а также ступенчатых и глухих отверстий, подрезать торцы, фрезеровать плоскости корпусных деталей в несколько переходов. Некоторые горизонтально-расточные станки имеют автоматическую смену инструментов.
§ 5. Обработка крепежных и других отверстий
Все прочие отверстия в корпусных деталях (крепежные, отверстия под пробки, маслоуказатели) имеют небольшой диаметр. Их обрабатывают на сверлильных станках, выполняя переходы — сверление, зенкерование, цековку, снятие фасок, развертывание, нарезание резьб; при этом применяют соответствующий режущий и вспомогательный инструменты.
В зависимости от размеров и конструктивных форм деталей и серийности производства применяют различные кондукторы — коробчатого типа, накладные, поворотные — или выполняют работу по разметке. Основным видом оборудования являются вертикально-сверлильные, радиально-сверлильные и агрегатные станки.
В индивидуальном производстве обычно сверление отверстий производят по разметке. Чтобы повысить точность и улучшить
191
UiHllHi}'п‘>‘Пч
Рис. 105. Схема чернового растачивания корпуса коробки скоростей передней бабки токарного станка 1К62 (а) и цикл работы головок (б)
условия работы, сверление следует вести в два или три перехода: прежде всего по намеченным центрам отверстий производить засверливание сверлом малого диаметра (примерно равным 0,25d, где d — диаметр отверстия), затем сверлят сверлом диаметра d, если d 25 — 30 мм, при большем диаметре производят сверление и рассверливание или зенкерование. Подрезание торцов производится зенковками или подрезными резцами. В отверстиях под резьбу до нарезания резьбы коническими зенковками или резцом снимают па входной стороне фаски до наружного диаметра резьбы.
Детали весом до 30 кг можно обрабатывать на вертикально-сверлильных станках; детали большего веса обрабатывают на радиально-сверлильных или горизонтально-расточных станках.
Рис. 106. Поворотные кондукторы с нормализованными стойками
Мелкие крепежные отверстия в крупных корпусных деталях можно сверлить при сборке. Некоторые другие отверстия, например под контрольные штифты или под стопорные винты, если их сверлят сразу в двух деталях после запрессовки, можно также выполнять при сборке.
В серийном производстве отверстия обрабатывают с применением различных приспособлений. Мелкие корпусные детали, вес которых вместе с кондуктором не превышает 30 кг, можно обрабатывать на вертикально-сверлильных станках. По мере увеличения серийности можно применять многошпиндельныг сверлильные и резьбонарезные головки, многошпиндельные свер лильные станки с раздвижными шпинделями, двух- и трехпозиционные приспособления. Детали средних и крупных размеров обрабатывают в поворотных кондукторах одно- и двухопорных с использованием нормализованных стоек (рис. 106).
Одноопорные приспособления (рис. 106, а) применяют для деталей меныпих размеров. На поворотной планшайбе /, вращаю*
7 Б. Л. Беспалов и др. 193
щейся на стойке, закрепляют специальный кондуктор 2, в котором устанавливают обрабатываемую деталь. Так как поворотная часть приспособления является консольной, вылет оси сверления должен быть относительно невелик. Детали больших размеров обрабатывают в поворотных двухопорных кондукторах (рис. 106, б). Нормализованные поворотные стойки имеют делительные механизмы и фиксаторы для фиксации определенных по-
118*0,03
Рис. 107. Накладные кондукторы с базированием:
о по направляющим и плоскости; б — по плоскости и отверстию 194
ложений поворотной части, а также механизмы крепления поворотной части в любом зафиксированном положении. Таким образом, можно сверлить отверстия в деталях с разных сторон, в той числе и со стороны плоскости, принятой в качестве установочной базы. Управление такими приспособлениями может быть ручное, механизированное или автоматизированное.
Кроме поворотных кондукторов, применяют накладные кондукторы (рис. 107).
При обработке деталей на сверлильных станках, когда приходится применять большое количество различных инструментов, для сокращения вспомогательного времени на установку инструмента применяют быстросменные патроны и сверлильные револьверные головки. В крупносерийном, серийном и массовом производстве отверстия обрабатывают на агрегатных многошпиндельных сверлильных станках.
§ 6. Методы отделки основных отверстий
Отделочными операциями обработки основных отверстий являются тонкое растачивание, планетарное шлифование, хонингование, раскатка роликами.
Тонкое (алмазное) растачивание применяют для получения высокой точности размеров, геометрической формы, направления и прямолинейности оси отверстия. Характерным для тонкого растачивания является работа с высокой скоростью резания, малыми подачей и глубиной. Скорости резания при обработке деталей из чугуна обычно принимают в пределах 100—200 м/мин, из стали — 120—250 м/мин, из цветных сплавов — до 800 м/мин. Подача при обработке деталей из чугуна 0,03—0,15 мм/об, из стали — 0,02 — 0,12 мм/об, из цветных сплавов — 0,02 — 0,10 мм/об; глубина резания соответственно 0,1—0,35, 0,1—0,3, 0,05—0,4 мм. Охлаждение, как правило, не применяют.
Станки для тонкого растачивания — одношпиндельные и многошпиндельные, вертикальные и горизонтальные — обладают высокой жесткостью и виброустойчивостью; многошпиндельные станки, как правило, специальные. Вертикальные станки отечественного производства допускают обработку отверстий диаметром 50—200 мм и глубиной 75—200 мм. Частота вращения шпинделей этих станков находится в пределах 2000—5000 об/мин. Горизонтальные станки односторонние и двухсторонние применяют для обработки отверстий меньших размеров. >
Режущим инструментом являются однолезвийные резцы с пластинками из твердых сплавов; для растачивания деталей из цветных сплавов применяют также алмазные резцы. Резцы закрепляют в консольных, жестких стальных оправках. Отношение длины к диамётру таких оправок обычно не превышает 7. Если жесткость расточных оправок ограничивается размерами отверстий, то их делают из твердых сплавов, что повышает жест-
195
кость оправки в 2—3 раза по сравнению с обычной стальной. Кроме того, больший удельный вес твердого сплава повышает виброустойчивость и, следовательно, стойкость инструмента. Применяют также специальные оправки с виброгасителем.
Однолезвийное растачивание на высокой скорости резания при малых подаче и глубине обусловливает появление незначительных сил, что при большой жесткости системы обеспечивает высокую точность обработки. При вертикальном расположении шпинделей отсутствуют прогибы под действием собственного веса, создаются благоприятные условия для отвода стружки и меньше влияние температурных деформаций.
По диаметральным размерам при тонком растачивании получают 2-й и 1-й классы точности, погрешности формы (овальность, конусность) при растачивании оправками из твердых сплавов могут быть получены в пределах 3—4 мкм, чистота поверхностей достигает V7—V9. Тонкое растачивание применяют для обработки точных гладких отверстий диаметром до 200 мм в деталях средних и небольших размеров.
Применение двухсторонних горизонтальных станков позволяет получить высокую точность по соосности двух отверстий, расположенных в противоположных стенках корпусной детали.
Внутреннее планетарное шлифование применяют для обработки отверстий диаметром более 150 мм. Заготовку устанавливают на столе станка. Шлифовальный круг, вращаясь относительно оси шпинделя, совершает планетарное движение, т. е. вращение относительно оси шлифуемого отверстия. Продольная подача осуществляется возвратно-поступательным движением заготовки, поперечная — перемещением шлифовального круга. При этом достигается высокая точность диаметральных размеров (до 1-го класса включительно), геометрической формы отверстий и относительного положения оси; чистоты поверхности V9. Недостаток этого метода — низкая производительность.
Хонингование — процесс чистовой обработки отверстий абразивными брусками. Основное назначение этого вида обработки — получение высокой точности геометрической формы отверстия и высокой чистоты поверхности. Хонингование не исправляет положения оси отверстия.
Хонингование выполняют на специальных одношпиндельных и многошпиндельных хонинговальных станках (чаще вертикальных); одношпиндельные станки более универсальные. Абразивные бруски устанавливают в хонинговальной головке. Количество брусков берут кратным трем (6, 9, 12 и т. д.), для малых отверстий применяют головки с одним бруском. Конструкция головки обеспечивает установку брусков на требуемый диаметральный размер и разжим брусков. В процессе работы хонинговальной головке сообщается два движения: вращательное вокруг оси обрабатываемого отверстия и возвратно-поступательное вдоль этой оси. При такой комбинации движений обрабатываемая поверх-196
ность покрывается густой сеткой тонких рисок — следов абразивных зерен. Окружная скорость инструмента при хонинговании составляет для деталей из чугуна 60—75 м/мин, из стали —45— 60 м/мин и из цветных сплавов — 70—90 м/мин. Скорость поступательного движения головки находится в пределах 10—20 м/мин.
Обычно отношение частоты вращения шпинделя к числу его двойных ходов берут в пределах 1—3,5. Для получения высокой точности отверстия по всей длине необходимо, чтобы бруски выходили из обрабатываемого отверстия на 15—20 мм в каждую сторону.
Хонингование производят с обильным охлаждением. При обработке деталей из чугуна для охлаждения применяют керосин, при обработке деталей из стали — керосин с примесью парафина. Хонинговальная головка устанавливается по отверстию детали, поэтому она шарнирно соединяется со шпинделем станка. В связи с этим хонингованию должна предшествовать обработка отверстия, обеспечивающая точное положение оси отверстия и ее прямолинейность. Обычно это обеспечивают растачиванием.
Припуск на хонингование зависит от диаметра отверстия, материала детали и характера предшествующей обработки. После растачивания припуск на хонингование должен быть в пределах 0,05—0,08 мм на диаметр, после развертывания — 0,02—0,04 мм и после шлифования 0,01—0,02 мм.
Хонингованием обрабатывают отверстия диаметром 15 — 200 мм и более, при этом получают 1-й класс точности и чистоту поверхности V11—V12. Хонинговальные головки с принудительно разжимаемыми брусками позволяют исправлять конусность и овальность отверстия и получать высокую точность геометрической формы отверстия; при обработке отверстий диаметром 80—100 мм овальность и конусность могут быть выдержаны в пределах 3—5 мкм.
Хонингование является высокопроизводительным и во многих случаях экономичным процессом. В последнее время процесс хонингования совершенствуют в направлении разработки методов активного контроля, улучшения условий охлаждения обрабатываемой поверхности для повышения класса чистоты поверхности и увеличения производительности.
Хонингование целесообразно применять при обработке высокоточных отверстий, имеющих длину больше диаметра, в серийном и массовом производстве. В особо ответственных случаях целесообразно применять хонингование после предшествующего тонкого растачивания; эти процессы дополняют друг друга и вместе обеспечивают наилучший результат в отношении точности.
Хонингованием обрабатывают цилиндры автомобильных и тракторных двигателей, отверстия под пиноли задних бабок, отверстия гидроцилиндров и другие отверстия, точность и чистота обработки которых должна быть выше, чем могут обеспечить другие методы обработки.
197
Для отделки ответственных отверстий большой длины в стальных корпусных деталях (корпусы поршневых, плунжерных, винтовых насосов, корпусы гидроцилиндров) широко используют методы пластического деформирования — раскатывание отверстий. Этот метод применим также для обработки деталей из любых материалов, способных пластически деформироваться в холодном состоянии, твердость которых не превышает HRC 35—40.
Раскатыванием получают чистоту поверхностей V11—V12, при этом твердость поверхностного слоя возрастает примерно на 20%, а производительность по сравнению с хонингованием увеличивается в 5 раз.
Так как раскатки устанавливаются по отверстию, то раскатыванию должна предшествовать операция механической обработки, обеспечивающая требуемую точность отверстия и его относительного положения. Раскатывание можно производить на сверлильных, токарных и других станках.
В единичном и мелкосерийном производстве для достижения высшей точности широко используют притирку с применением мягких и твердых абразивных материалов. Притирка не требует применения сложных, дорогих станков, ее можно выполнять на токарных, сверлильных и других станках, а также вручную. Притиркой можно получать любой класс чистоты по ГОСТу 2789—59. Точность относительного положения и формы должна быть обеспечена предшествующей обработкой.
§ 7. Особенности построения технологических процессов обработки корпусных деталей в автоматизированном производстве
При разработке технологического процесса изготовления детали на автоматической линии нужно прежде всего проанализировать технологичность конструкции детали с учетом масштаба выпуска и особенностей обработки на автоматической линии.
К конструкции детали предъявляются следующие основные требования:
а) наличие удобных и надежных баз;
б) простановка размеров и определение точности положения обрабатываемых поверхностей относительно баз;
в) простота геометрической формы детали, допускающая полную механическую обработку ее без смены баз;
г) открытые для сквозной обработки наружные плоскости и расположение в этих плоскостях обрабатываемых плоскостей бобышек и платиков;
д) гладкие, сквозные отверстия с минимальным количеством ступеней, диаметры ступеней должны уменьшаться от периферии к середине детали;
е) перпендикулярность торцов отверстий к их осям;
ж) минимальное количество крепежных отверстий;
198
з) достаточная жесткость детали, допускающая обработку ее высокопроизводительными методами.
Очень важным является правильный выбор способа получения заготовки. Для надежной работы автоматической линии нужно, чтобы заготовки имели минимальные и стабильные припуски, хорошую обрабатываемость и стабильные механические свойства. Очевидно, что этим требованиям могут соответствовать лишь машинные способы получения отливок — машинная формовка по металлическим моделям; литье в кокиль, пресс-форму под давлением, оболочковые формы. Если колебания размеров заготовок могут вызвать перебои в работе автоматической линии, необходимо предусмотреть до начала обработки автоматический контроль всех заготовок и отбраковку их по отклонениям соответствующих размеров.
При выборе базирующих поверхностей нужно стремиться: а) использовать в качестве баз основные базы детали; б) осуществить принцип единства баз или обеспечить минимальное количество смен баз; в) обеспечить надежность автоматического базирования и закрепления детали на каждой позиции, удобство транспортирования, загрузки и разгрузки, надежную защиту баз от стружки.
При отсутствии и при невозможности создать надежные базирующие поверхности у детали можно использовать приспособление-спутник. Очень надежным и простым способом базирования деталей является базирование по плоскости и двум отверстиям. С помощью приспособлений-спутников этот способ можно осуществить для базирования любой сложной детали вместе со спутником на всех позициях автоматической линии.
Чтобы повысить надежность работы .автоматической линии и избежать смены баз, первые операции по обработке поверхностей, принятых за базы, часто предпочитают выполнять на отдельных станках до обработки на линии.
Для обработки внешних плоскостей на автоматических линиях используют торцовое фрезерование с прямолинейной подачей и протягивание, при этом стремятся совместить движение подачи с транспортированием детали. Отверстия обрабатывают обычными методами.
После выбора методов обработки намечают общее количество и характер переходов для обработки каждой поверхности, из которых компонуют части технологического процесса, выполняемые на каждом станке или в отдельных позициях автоматической линии; при этом нужно руководствоваться следующими соображениями:
1. Для уменьшения расходов на автоматическую линию нужно стремиться к тому, чтобы в линии было минимально возможное количество станков и рабочих позиций, что достигается высокой концентрацией переходов. Однако, повышая концентрацию переходов, нужно учитывать возможность размещения шпинделей,
199
а также удобство смены и поднастройки инструментов. Высо' кая концентрация достигается одновременной обработкой с раз ных сторон, увеличением количества одновременно работающих шпинделей, а также применением комбинированных инструментов.
2. Для достижения требуемой точности обработки черновые переходы, которые сопровождаются нагревом и деформацией заготовки, нельзя объединять в одной позиции с чистовыми переходами. Исключение могут составлять случаи, когда для требуемой точности необходимо при одной установке выполнить черновую и чистовую обработку поверхности (например, обработка базовых отверстий на одной из первых позиций, при базировании детали по необработанным поверхностям).
3. Для обеспечения нормальных условий работы инструментов и применения рациональных режимов необходимо в пределах каждой позиции комплектовать однотипные переходы, добиваясь одновременной работы инструментов и наименьшей разницы в продолжительности их работы. \
•4. При обработке точных поверхностей большого размера между черновыми переходами, когда снимается большое количество металла и нагреваются заготовки, и чистовыми переходами следует включать обработку мелких отверстий, чтобы заготовка остывала перед чистовой обработкой.
5. При проектировании технологического процесса желательно обеспечить синхронизацию обработки на всех позициях автомати- -ческой линии. Однако соображения синхронизации не должны служить причиной отказа от применения прогрессивных методов, оборудования и инструметов. Синхронизация достигается комплектованием переходов, расчленением длины пути инструмента, обработкой отдельных участков поверхности в разных позициях, подбором режимов резания, применением комбинированных инструментов.
6. Для надежности работы автоматической линии в технологическом процессе нужно предусматривать контрольные операции \ для своевременного выявления брака, затупления и поломки инструментов.
7. Для сокращения простоев из-за смены инструментов и повышения надежности работы автоматической линии режимы резания на лимитирующих позициях должны назначаться так, чтобы стойкость инструментов была не менее 8 ч и чтобы инструмент можно было менять между сменами. В отдельных случаях можно допускать время между переточками 4 ч.
При проектировании технологического процесса нужно разработать несколько рациональных вариантов, из которых затем выбрать оптимальный, т. е. обеспечивающий требуемое количество, заданную производительность и минимальную себестоимость обрабатываемой детали.
Для повышения производительности обработки корпусных деталей в условиях мелкосерийного производства в последние 200
годы стали применять станки с числовым программным управлением с автоматической сменой инструмента называемые обрабатывающие центры. Использование таких станков позволяет автоматически по программе произвести с одной установки практически полную обработку корпусной детали с 4—5 сторон. При этом на станке возможно производить такие работы, как фрезерование плоских поверхностей детали и фрезерование по контуру, координатное сверление, растачивание, зенкерование и развертывание отверстий различного диаметра, цекование, нарезание резьбы. Управление станком производится по программе, записываемой на перфоленте. Смена программы производится в течение 1,5—4 мин.
Базирование деталей на обрабатывающих центрах производится на столе станка или в приспособлениях простейшего типа без направляющих втулок для инструмента. Таким образом, требуемая точность детали должна обеспечиваться непосредственно технологической системой. Это обстоятельство обусловливает необходимость изготовления обрабатывающих центров с высокой точностью и оснащения их адаптивными системами, обеспечивающими автоматическое управление точностью и производительностью механической обработки. Перед установкой корпусной детали на станок на ней создают технологические базы, относительно которых производится расчет управляющей программы.
Для обработки деталей с различных сторон на обрабатывающих центрах применяют точные поворотные столы, позволяющие по программе поворачивать деталь на требуемый угол. Для повышения эффективности использования станка в ряде случаев применяют многопозиционные столы или спутники, позволяющие устанавливать деталь в процессе обработки, совмещая тем самым основные и вспомогательные переходы во времени.
В зависимости от поставленной технологической задачи обрабатывающие центры могут иметь различные компоновки с одним или несколькими шпинделями, многопозиционными револьверными головками и магазинами, содержащими от 30 до 100 различных режущих инструментов. Замена инструмента в шпинделе по ходу технологического процесса производится автоматически в течение 6—10 с. Для выбора соответствующего инструмента применяют кодирование инструментальных гнезд или инструментальных оправок. Применение одного такого станка позволяет заменить ряд фрезерных сверлильных и расточных станков, при этом значительно повышается производительность (в 2—4 раза) вследствие сокращения вспомогательного времени в результате автоматизации цикла обработки и замены режущего инструмента.
На рис. 108, а показан многопозиционный станок для корпусных деталей, имеющий барабанный магазин многоярусного типа на 48 различных инструментов. После поворота магазина на определенную позицию кассета с четырьмя инструментами опускается и двойное захватывающее устройство производит замену одного 201
Рис. 108. Многопозиционные станки для корпусных деталей: а — с магазином для инструментов барабанного типа; б — с магазином для инструментов цепного типа
инструмента в шпинделе. Станок имеет крестовый стол с накладным поворотным столом, обеспечивающий перемещение обрабатываемой детали в горизонтальной плоскости по двум перпендикулярным направлениям и поворот ее на требуемый угол.
Шпиндельная бабка может перемещаться по программе в вертикальном направлении.
На рис. 108, б показан обрабатывающий центр с магазином цепного типа на 60 инструментов. Перемещаясь по замкнутому контуру, инструменты подаются к двойному захватывающему устройству, с помощью которого производится автоматическая замена.
Станок имеет две сменные плиты для закрепления деталей, что позволяет производить замену обработанной детали во время обработки следующей детали.
В последнее время были созданы технологические системы типа обрабатывающих центров, управляемые непосредственно от одной электронно-вычислительной машины. Это позволяет существенно упростить процесс подготовки производства, так как отпадает необходимость изготовлять управляющую программу в виде перфоленты.
Глава III
КОНТРОЛЬ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Наиболее типичными для корпусных деталей являются измерения размеров отверстий и точности их относительного положения. Для измерения диаметра отверстий в зависимости от конкретных производственных условий применяют как универсальные измерительные средства, так и различные калибры-пробки. Универсальными измерительными средствами являются индикаторные нутромеры, • микрометрические штихмасы, специализированные штангенциркули. Для измерений отверстий диаметром до 500 мм широко используют жесткие предельные калибры. Для отверстий диаметром более 500 мм основными средствами измерения являются микрометрические и. индикаторные штихмасы различных типов.
Для обеспечения надлежащего контроля необходимо правильно выбирать средства и способ контроля. При этом нужно, чтобы измерительные средства соответствовали требованиям, предъявляемым к точности обрабатываемых деталей. На основании опыта работы промышленности можно считать, что предельная погрешность измерительного средства должна составлять 10—20% допуска измеряемой величины, в отдельных случаях, когда допуск слишком мал, предельная погрешность может составлять до 30% допуска.
В особо ответственных случаях нужно установить производственный (технологический) допуск, равный допуску на размер,
203
уменьшенному на удвоенную предельную погрешность метода измерения.
В большинстве же случаев можно считать, что выход размеров за пределы поля допуска, связанный с погрешностью метода измерения, незначителен по сравнению с полем допуска и не может существенно влиять на эксплуатационные свойства деталей. Поэтому все измерения производят при неизменном стандартном допуске на размер.
При выборе измерительных средств нужно также учитывать экономические показатели: их себестоимость, время, затрачиваемое на настройку, время, затрачиваемое на измерение, надежность и стабильность работы, продолжительность работы до ремонта.
Таблица 12
Предельные погрешности универсальных методов измерения отверстий в мкм и интервалы измерений
Измерительные средства
Индикаторные нутромеры с индикатором нормальной точности; цена деления 0,01 мм (при работе в пределах одного оборота стрелки) ..............................
Микрометрический нутромер; цена деления 0,01 мм (предел измерения от 50 мм)
Штангенинструменты (штангенциркуль, штанген глубиномер, штангенрейсмус) при измерении внутренних размеров, с отсчетом по нониусу в мм (предел измерения до 1000 мм):
0,02 .............................
0,05 .............................
0,10 .............................
Погрешности измерения в мкм для диаметра отверстий
10-50 50—80 80-120 120—180 180-360
16 17 17 18 20
— 18 20 22 35
50 60 60 65 90
100 130 130 150 150
200 230 260 280 300
В табл. 12 приведены предельные погрешности универсальных средств отверстий и пределы измерений.
Простым и надежным средством контроля отверстий являются предельные калибры. Для возможности проверки погрешностей формы их следует делать с полной проходной и неполной проходной сторонами.
На автомобильных заводах широко применяют пневматические методы контроля, позволяющие выполнять бесконтактные измерения с большими передаточными отношениями и вести отсчет долей микрона. Пневматические методы контроля можно использовать для измерения диаметральных размеров от 5—6 мм и выше с точностью до 0,001 мм, погрешностей формы отверстий, в труднодоступных местах, по многим параметрам одновременно. 204
Пневматические методы позволяют, сравнительно просто и надежно автоматизировать контроль, поэтому их следует считать прогрессивными.
Погрешности формы отверстий в поперечном сечении (эллипс-ность, огранка) определяются измерениями в различных радиальных направлениях. Погрешности формы в продольном сечении (конусность, бочкообразность) определяются по результатам измерений в различных поперечных сечениях. Для измерения глубины отверстий используют штангенглубиномеры, шаблоны, калибры.
Рис. 109. Схема проверки соосности отверстий
Для контроля точности относительного положения отверстий преимущественно используют контрольные оправки. Их делают стальными и закаленными (твердость HRC 48—52); наружная цилиндрическая поверхность выполняется по 1-му классу точности, чистота поверхности V8—V10. При контроле небольших отверстий (диаметром до 50 мм) оправки устанавливают непосредственно в отверстия, а при больших диаметрах отверстий — через контрольные втулки (рис. 109, а). Чтобы избежать большого количества контрольных оправок, для отверстий диаметром более 50 мм оправки делают трех размеров по диаметрам 30, 50 и 80 мм. Для отверстий диаметром до 120 мм применяют стальные закаленные втулки, а для отверстий большего диаметра — чугунные втулки с выточками или отверстиями в стенках для уменьшения веса. Наружная поверхность втулки имеет отклонения, соответствующие скользящей или плотной посадке 1-го класса точности. Контрольные оправки в отверстиях втулок устанавливают по посадке скольжения 1-го класса точности. Длина сопряжения оправки с втулкой должна быть не менее 1,5—2 ее диаметра.
Принципиальные схемы измерения по основным параметрам точности относительного положения отверстий показаны на рис. 109—114.
Сооснфсть отверстий обычно проверяют контрольными оправками (рис. 109, а) или, если деталь и оправка достаточно жесткие, индикаторными приспособлениями (рис. 109, б) Для проверки 205
соосности отверстий можно использовать также оптические, пневматические и другие методы контроля. Проверка оправками, однако, не выявляет характера несоосности (параллельное смещение, относительный поворот или скрещивание осей в пространстве) и величины погрешности.
При проверке несоосности индикаторными приспособлениями определяют радиальное биение, равное удвоенной несоосности. Если оси отверстий непараллельны, проверку нужно проводить в различных поперечных сечениях, так как при однократной проверке, когда точка пересечения осей будет находиться в плоскости вращения индикатора, погрешность может быть не обнаружена.
Рис. 110. Схема проверки параллельности оси отверстия базовой плоскости и расстояния от оси отверстия до плоскости
Для обеспечения высокого качества детали необходимо, чтобы максимальная несоосность (максимальное расстояние между осями отверстий в пределах габаритных размеров детали) находилась в пределах допуска. Максимальную несоосность можно определить расчетом, зная несоосности в отдельных сечениях, размеры детали и место пересечения осей. Несоосность при измерении в двух поперечных сечениях, находящихся на указанном расстоянии друг от друга, не должна превышать допуска.
Расстояние h от оси отверстия до базовой плоскости (рис. 110, а) определяют на контрольной плите измерения размеров hi и h2 при помощи блока плиток или штихмас или измерением размеров от верхней образующей оправки до плоскости плиты при помощи штангенрейсмуса, штангенглубиномера или индикаторного устройства. При этом выявляется также непараллельность оси отверстия относительно плоскоСти основания.
206
Рис. 111. Схема проверки неперпендикуляркости торцовой плоскости оси отверстия
г)
Рис. 112. Схема проверки положения осей отверстий в одной плоскости:
/ — линейка; 2 — уровень; 3 — угольник; 4 — специальное приспособление
207
Расстояние h определяют по формуле
где d — диаметр оправки.
Расстояние с от оси отверстий до вертикальной плоо ости (рис. НО, б) определяют аналогично с использованием угольника. Непараллельность оси отверстия плоскости основания определяют индикатором (рис. НО, в).
Неперпендикулярность торцовой плоскости относительно оси оперстий можно проверять при помощи индикаторного приспособления (рис. 111, а) или специального калибра (рис. 111,6).
Рис. 113. Схема определения межосевого расстояния и параллельности осей
Рис. 114. Схема проверки неперпендикулярности осей отверстия
В первом случае неперпендикулярность торца на диаметре D определяют как разность показаний индикатора при вращении относительно оси отверстий. Во втором случае проверяют «по 208
краске» или измерением зазоров в двух противоположных точках по периферии диска.
Положение (параллельных) осей отверстий в одной плоскости проверяют при помощи линейки и уровня. В положениях I—I и //—II (рис. 112, а) или специального угольника и уровня (рис. 112, б) или специального приспособления (рис. 112, в) в зависимости от расположения плоскости осей. Положение перпендикулярных осей отверстий в одной плоскости проверяют специальными калибрами (рис. 112, а). Межцентровое расстояние и непараллельность осей проверяют измерением расстояний между внутренними образующими контрольных оправок при помощи блоков плоско-параллельных концевых мер, штихмаса или индикаторного нутромера (рис. 113) или измерением расстояний между внешними образующими контрольных оправок при помощи микрометра, штангенциркуля или другого измерительного устройства.
Межцентровое расстояние определяют расчетом по результатам измерения
Д _ fll + ^2 |_ + ^2
2’2*
Непараллельность определяют как разность размеров аг—а2, отнесенную к длине L. Неперпендикулярность осей отверстий (рис. 114) определяют при помощи оправки с индикатором (рис. 114, а) или калибром (рис. 114,6) измерением зазоров Дх и Д2.
Характеристики точности относительного положения поверхностей можно определять при помощи пневматических и оптических методов контроля [11. В массовом производстве экономично применение специальных контрольных приборов для комплексной проверки деталей по многим параметрам точности.
Раздел четвертый
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВАЛОВ
Валы весьма различны по служебному назначению, конструктивной форме, размерам и материалу. Несмотря на это, технологу при разработке технологического процесса изготовления валов приходится решать многие однотипные задачи, поэтому целесообразно пользоваться типовыми процессами, которые созданы на основе проведенной классификации.
В общем машиностроении встречаются вады бесступенчатые и ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы-шестерни, а также комбинированные валы в разнообразном сочетании из приведенных выше групп. По форме геометрической оси валы могут быть прямыми, коленчатыми, кривошипными и эксцентриковыми (кулачковыми).
Наибольшее распространение в машиностроении, в том числе и станкостроении, получили различные ступенчатые валы средних размеров, среди которых преобладают гладкие валы. По данным ЭНИМСа [19], свыше 85% от общего количества типоразмеров ступенчатых валов в машиностроении составляют валы длиной 150—1000 мм. Классификация ступенчатых валов средних размеров, применяемых в машиностроении, приведена в табл. 13.
Шлицевые валы могут быть со сквозными и закрытыми шлицами, последние составляют около 65% от общего количества типоразмеров. По конструкции шлицы могут быть прямобочными и эвольвентными. В настоящее время преобладают прямобочные (приблизительно 85—90% от общего количество применяемых в машиностроении типоразмеров шлицевых валов), хотя в отношении технологии эвольвентные шлицы имеют ряд преимуществ, и в ближайшем будущем они должны получить большее распространение. 210
Таблица 13
Классификация ступенчатых валов диаметром 30—80 мм, длиной 150—1000 мм
Подтип Группа
Наименование Обозначение Наименование Эскиз Обозначени дли 150—500 мм е для валов ной 500—1000 мм
Вал без центрального отверстия 1 Вал без шлицев и зубчатых колес Вал со шлицами Вал-шестерня без шлицев Вал-шестерня цилиндрический со шлицами Вал-шестерня конический со шлицами "" * Г Г Г ГТ г г г г г СП фь W ьо •— 1—11—1 1—11—2 1—11—3 1—11—4 1—11—5
to to
Подтип
Наименование Обозначение Наименование
Вал с центральным отверстием 2 Вал без шлицев и зубчатых колес Вал со шлицами Вал-шестерня со шлицами Вал-рейка
Продолжение табл. 13
Группа
Эскиз Обозначение для валов длиной
150—500 мм | 500—1000 мм
2—1—1 2—11—1
2—1—2 2—11—2
2—1—3 —
ЩЙИэ — 2—11—3
Глава I
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТУПЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
§ 1. Материалы и способы получения заготовок для ступенчатых валов
Валы в основном изготовляют из конструкционных и легированных сталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к концентрации напряжений, а также для повышения износостойкости способности подвергаться термической обработке. Перечисленным требованиям наиболее полно отвечают стали марок 35, 40, 45, 40Г, 50Г, 40Х.
Применение легированных сталей по сравнению с конструкционными несколько ограничено ввиду более высокой их стоимости, а также повышенной чувствительности к концентрации напряжений.
Производительность механической обработки валов во многом зависит от Вида заготовки, ее материала, размера и конфигурации, а также от характера производства. Заготовки получают отрезкой от горячекатаных или холоднотянутых нормальных прутков и непосредственно подвергают механической обработке. Заготовки такого вида применяют в основном в мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с небольшим количеством ступеней и незначительными перепадами их диаметров.
В производстве с более или менее значительным масштабом выпуска, а также при изготовлении валов более сложной конфигурации с большим количеством ступеней, значительно различающихся по диаметру, заготовки целесообразно получать методом пластической деформации. Эти методы (ковка, штамповка, периодический прокат, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка) позволяют получать заготовки, по форме и размерам наиболее близкие к готовой детали, что значительно повышает производительность механической обработки. При этом значительно снижается металлоемкость, которая характеризуется коэффициентом использования металла
где <?д — чистый вес детали;
QM — норма расхода металла.
Выбор наиболее рационального способа получения заготовки в каждом отдельном случае определяется комплексно с учетом технико-экономической целесообразности. Однако совершенно очевидно, что с увеличением масштаба выпуска особое значение приобретает эффективность использования металла и сокращения трудоемкости механической обработки. Поэтому в крупносерийном и массовом производстве преобладают методы получения заго
213
товок с коэффициентом использования металла от 0,70 и выше, доходящим в отдельных случаях до 0,95. Штучную заготовку из прутка уже целесообразно заменять штамповкой, если коэффи-
циент использования металла повышается не менее чем на 5%, учитывая, конечно, экономическую целесообразность других факторов.
При механической обработке валов на настроенных и автоматизированных станках приобретает большое значение и точность заготовки. Заготовки, полученные методом ротационной ковки, отличаются малыми припусками и высокой точностью. Сущность метода заключается в периодическом обжатии и вытягивании по уступам отрезанной от прутка цилиндрической заготовки путем большого количества последова-
Рис. 115. Принципиальная схема ротационного обжатия
тельных и быстрых (примерно через 0,01 с) ударов несколькими специальными матрицами. Вследствие такого обжатия материал пластически деформируется и течет в осевом направлении, уменьшая поперечное сечение заготовки и придавая ей нужную форму.
Рис. 116. Схема поперечно-винтовой прокатки вдоль переменного сечения по длине на трех валковых станах
На рис. 115 дана принципиальная схема ротационного обжатия. Бойки с матрицами 5, размещающиеся в пазах шпинделя 5, могут перемещаться. При вращении шпинделя под действием центробежных сил они расходятся, а когда ролики 1 находят на ролики 2, свободно сидящие в отверстиях обоймы 4, бойки 5 начинают сходиться к центру и обжимают заготовку 6. Ротацион-
ная ковка заготовки производится как в горячем, так и в холодном состоянии.
214
По данным зарубежной практики, после ротационной ковки в холодном состоянии можно получать заготовки (в зависимости от диаметра) с точностью ±0,02-4-0,20 мм и чистотой поверхности в пределах 8—9-го классов [19]. При ротационной ковке заготовок в горячем состоянии точность снижается до ±0,3 мм, а по длине до ± 1 мм (за исключением общей длины, где погрешность достигает 10 мм и более). Коэффициент использования металла в заготовках, полученных этим способом, составляет 0,85—0,95. Процесс очень производительный, длительность операции 40— 70 с.
Новым и оригинальным процессом непрерывного изготовления заготовок ступенчатых валов и других деталей тел вращения переменного сечения по длине является прокатка их на трехвал'ковых станах (поперечно-винтовая прокатка) (рис. 116). Работу станов можно полностью автоматизировать, включая подачу исходного материала, его нагрев, прокатку, резку на мерные заготовки, охлаждение готового проката, укладку и упаковку.
§ 2. Технологический процесс обработки ступенчатых валов
Разработка технологического процесса изготовления вала начинается с детального изучения его служебного назначения в машине и всех требований технических условий, которым он должен удовлетворять. Для этого необходимо изучить с должным практическим анализом сборочные чертежи машины или той сборочной единицы, в которую в качестве одного из взаимосвязанных звеньев входит обрабатываемый вал, технические условия, нормы точности и требования технологии сборки. Это ознакомление позволит установить взаимосвязь между поверхностями, которые должны быть обеспечены в результате обработки вала. Установить взаимосвязь вала с другими деталями, правильно проставить размеры и допуски, наметить последовательность обработки отдельных поверхностей детали, рассчитать межоперационные размеры и допуски помогают выявленные схемы размерных цепей.
Служебное назначение 'синхронного генератора обусловлено рядом технических условий и требований к сборке, например сохранение неизменности положения вала ротора в осевом направлении во время работы генератора. С этой целью в конструкции предусматривается беззазорное соединение левой подшипниковой опоры вала ротора.
Для предотвращения возможного изгиба вала в результате температурного расширения, что может привести к его заклиниванию в подшипниках или к изменению зазора между статором и ротором и тем самым к искажению электрических характеристик генератора, подшипник второй опоры (правой), для компенсации температурной деформации предусмотрен плавающим.
215
Кроме того, одним из требований технических условий является ограничение определенными допустимыми значениями смещения оси симметрии щетки относительно оси симметрии коллекторного кольца Вд, сидящего на валу ротора.
Размеры вала с допустимыми отклонениями можно правильно определить, лишь исходя из служебного назначения и требований технических условий. Эта задача решается при помощи размерных цепей, показанных на рис. 117: необходимый зазор, между торцом ступени вала и торцом ступицы вентилятора (для создания натяга в левом подшипнике) обеспечивается размерной цепью
Рис. 117. Схемы размерных цепей, при помощи которых определяются основные линейные размеры вала генератора
Л1 + Л2 — Л3 — Л4 + Лд = 0; необходимый зазор в плавающей опоре достигается размерной цепью Б, + +
4- Б4 4- Б5 — Бв + Бд = 0; допустимое смещение оси симметрии щетки относительно оси симметрии коллекторного кольца обеспечивается размерной цепью Bt — В2 — Ва — В4 — В6 4-+ Вв + В7 4- Вд — 0.
Из приведенных уравнений размерных цепей видно, что в число составляющих звеньев входят своими звеньями и некоторые линейные размеры вала (Л^ Л2, Бо и Вв).
Рассчитанные таким образом и проставленные на рабочих чертежах деталей размеры при обработке можно выдерживать непосредственно на данной операции или на последующих операциях обработки и увязывать с соответствующими размерными технологическими цепями.
В зависимости от конструкции и масштаба выпуска технологический процесс изготовления вала может быть различен. В табл. 14 и 15 приведены типовые технологические процессы обработки некоторых типов ступенчатых валов согласно приведенной выше классификации.
Основными базами подавляющего большинства валов являются поверхности его опорных шеек. Однако использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей, 216
Типовые технологические процессы механической обработки ступенчатых валов Таблица 14
длиной 150—500 мм в крупносерийном производстве
Вал Вид термической обработки Наименование операции и рекомендуемые модели станков
Наименование Обозначение по классификации Фрезерование торцов и зацентровка. Фрезерно-центр овальные полуавтоматы МР78 * и МР71 Черновая токарная обработка. Токарные полуавтоматы МР101, 1712П и 1711 Термическая обработка — улучшение Чистовая токарная обработка Токарные полуавтоматы МРЮ1, 1712П и 1711 Токарная обработка. Товарные полуавтоматы МР101. 1712П и 1711 Накатывание рифлений Накатной станок 5964 Предварительное шлифование. Круглошлифовальный станок ЗА153 Фрезерование шпоночных пазов. Шпоночно-фрезерный станок ДФ-96 для прямоугольных пазов и станок типа 1294 для сегментных пазов Фрезерование шлицев. Шлицефрезерный станок
Вал без шлицев и зубчатых колес 1—1—1 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение • • • • • • • • • • 9 • •
Вал со шлицами 1—1—2 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение • • е. • • е • • • •
Валы-шестерни без шлицев 1 — 1—3 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение • • • • • • • • • • •
Валы-шестерни цилиндрические со шлицами 1—1—4 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение • • © • • • • • • © • • • • •
Валы - шестерни конические со to шлицами 1—1—5 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение е • е • • • • • • • • •
to
Вал Вид термической обработки
Наименование Обозначение по классификации Фрезерование цилиндрических зубьев. Зубофрезерный станок 5313
Вал без шлицев и зубчатых колес 1 — 1—1 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение
Вал со шлицами 1—1—2 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение
Валы-шестери и без шлицев 1 — 1—3 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение • • ©
Валы-шестерни цилиндрические со шлицами 1—1—4 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение © • •
Валы-шестерни конические со шлицами 1—1—5 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение
Продолжение табл. 14
Наименование операции и рекомендуемые модели станков
Предварительное долбление зубьев Зубодолбежные станки на базе станков 5В12 и 514 Долбление зубьев под шевингование. Зубодолбежные станки на базе станков 5В12 и 514 Нарезание конических зубьев. Зубофрезёрные станки Б320 **, 523*0, 525Б*** и на базе станка 525 Снятие фасок на торцах зубьев Обкатывание зубьев Закругление зубьев. Зубозакругляющий станок 5580 Фрезерование резьбы. Резьбофрезерные станки КТ-45, КТ-43 и на базе этих станков Цементация ***♦ Шевингование зубьев. Ше-випговальный станок 5702А и на базе станка 5702
9
• • •
• • • © • • • © © • • © • © • • • ©
1 1 © • • © ее • • © • • ♦
• • • • в • • • • • • •
Вал Вид термической обработки
Наименование Обозначение по классификации
Вал без шлицев и зубчатых колес 1—1—1 Без обработки Закалка, цемен- •тация и закалка Улучшение
Вал со шлицами 1 — 1—2 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение
Валы-шестерни-без шлицев 1—1—3 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение
Валы-шестерни цилиндрические со шлицами 1—1—4 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение
Валы-шестерни конические со шлицами 1—1—5 Без обработки Закалка, цементация и закалка Улучшение
* Для валов диаметром до 60 мм.
*♦ Для прямых зубьев конических венцов.
Продолжение табл. 14
Наименование операции и рекомендуемые модели станков
Калибровка резьбы Термическая обработка-закалка Исправление центров Центрошлифовальный станок ЗА920 Обкатка зубьев Контрольно-обкатный ста нок Окончательное шлифо вание поверхности. Круглошлифовальный станок 3M53 Фрезерование шлицев Шлицефрезерный станок 5313 или на базе этого станка Шлифование шлицев. Шлицешлифовальный станок 345 Калибровка резьбы и зачистка заусенцев Промывка Окончательный контроль
• • • • • • • Ф Ф Ф Ф
• • • • • • • • • • • • • Ф Ф Ф
• • • • • • • • • • • • • Ф Ф Ф
• • • • • • • • • • • • • • • Ф Ф Ф
• Ф • • • • • • • • • • • Ф Ф Ф Ф Ф Ф
Для спиральных зубьев конических венцов. Для валов, закаливаемых т в. ч.
Таблица 15
Типовые технологические процессы механической обработки ступенчатых валов в серийном производстве
Вал Вид термической обработки Наименование операции и рекомендуемые модели станков
Наименование Обозначение по классификации Фрезерование торцов и зацентровка*. Фрезерноцентровальный полуавтоматы МР78 и МР71 Черновая токарная обработка. Токарные полуавтоматы 1712П, 1712, 1711 Термическая обработка — улучшение Чистовая токарная обработка. Токарные полуавтоматы 1712П, 1712, 1711 Токарная обработка. Токарные полуавтоматы 1712П, 1712, 1711 Предварительное шлифование. Круглошлифовальные станки ЗА152, ЗА153у Фрезерование шпоночных пазов. Консольно-фрезерные станки 6М81Г, 6М11 Фрезерование шлицев. Шлицефрезерный станок 5350 Фрезерование зубьев. Зубофрезерные станки 5310 и 5350 Закругление зубьев. Зубозакругляющий станок 5580
Валы без шлицев и шестерен 1—1—1 Без обработки Закалка, цементация, закалка Улучшение • • • • • » • • • • • •
Валы со шлицами 1 — 1—2 Без обработки Закалка, цементация, закалка Улучшение • • • • • • • • • • • • •
Валы-шестерни без шлицев 1—1—3 Без обработки Закалка, цементация, закалка Улучшение • • • • • • • • • • • • • • • е
Валы-шестерни цилиндрические со шлицами 1—1—4 Без обработки Закалка, цементация, закалка Улучшение • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ♦
Вал Вид термической обработки
Наименование Обозначение по классификации
Валы без шлицев и шестерен 1—Д—1 Без обработки Закалка, цементация, закалка Улучшение
Валы со шлицами 1—1—2 Без обработки i Закалка, цементация, закалка Улучшение
Валы-шестерни без шлицев 1—1—3 Без обработки Закалка, цементация, закалка Улучшение
Валы-шестерни цилиндрические со шлицами 1—1—4 Без обработки Закалка, цементация, закалка Улучшение
Для валов диаметром до 60 мм.
Продолжение табл. 15
Наименование операции и рекомендуемые модели станков
Шевингование зубьев. Шевинговальные станки 5М714, 5102 Нарезание резьбы, токарновинторезные станки 1А616, 1Б61 Термическая обработка — закалка Окончательное шлифование поверхности. Круглошлифовальные станки 3A153, ЗА153у Фрезерование шлицев. Шлицефрезерный станок 5350 Шлифование шлицев. Шлицешлифовальный станок 34'5 Шлифование зубьев. Зубошлифовальный станок 5831 1 Калибровка резьбы и зачистка заусенцев Промывка Окончательный контроль
• • • • • • • • •
• • • • • • • • • • • • • • • • •
• • • • • • • • • • • • ♦
• • • • • • • • • • • • • • • е • • • •
как правило, затруднительно, особенно при условии сохранения единства баз, что очень важно при автоматизации технологического процесса.
Поэтому при большинстве операций за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий с обоих торцов заго-
<9
Рис. 118. Схема наладки токарного станка с гидросуппортом: а — первая установка; б — вторая установка
товки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на единых базах с установкой его в центрах. В связи с этим механическую обработку валов начинают с операции подготовки технологических баз — подрезки торцов и их зацентровки. В зависимости от масштаба выпуска эту операцию можно производить как на токарных и револьверных станках, так и на цен-222
тровальных и фрезерно-центровальных станках. Большинство фрезерно-центровальных станков позволяет встраивать их в автоматическую линию. Двухсторонний фрезер но-центровальный станок мод. 73С1 имеет две позиции для крепления детали, на которых производятся последовательно фрезерование и центрование.
Фрезерно-центровальные станки мод. МР77 и МР78 барабанного типа одновременно фрезеруют и центруют две заготовки без съема их со станка. Эти станки производительные, но громоздкие и сложные в наладке. В автоматических линиях применяют станки мод. А981 для фрезерования торцов и мод. А982 для центрования.
Наружные поверхности ступенчатых валов обтачивают на токарных, токарно-копировальных, горизонтальных многорезцовых станках и на вертикальных одношпиндельных и многошпин-
А
Рис. 119. Комбинированный поворотный копир
дельных автоматах, а также на токарных станках с копировальными устройствами, в частности с гидросуппортом КСТ-1. На рис. 118 дана схема наладки токарного станка с гидросуппортом КТС-1 на чистовую обработку ступенчатого вала.
При протачивании канавок и подрезки торцов отельных ступеней соответствующие резцы устанавливают на переднем поворотном резцедержателе токарного станка. В этом случае канавки протачивают вручную канавочным резцом верхнего суппорта, повернутым на 90°. При обработке многоступенчатых валов, у которых часть ступеней совпадает по размерам, для сокращения наладки целесообразно применять комбинированные цилиндрические поворотные копиры (рис. 119) со специальными насадками на те ступени левой стороны вала, размеры которых отличается от размеров ступеней правой стороны вала. Таким образом, по одному копиру, установленному в центрах, можно обрабатывать одну сторону вала, когда к щупу гидросуппорта обращена сторона копира без насадки, а вторую сторону вала обрабатывать при повернутом на 180° копире так, чтобы щуп гидросуппорта проходил по его стороне с насадкой.
При обработке валов в центрах для выдерживания линейных размеров от постоянной базы рекомендуется применять плаваю-223
щие передние центра с упором торца заготовки в упорное кольцо. Это позволит исключать ошибки по глубине зацентровки.
В мелкосерийном производстве для более эффективного использования гидросуппортов целесообразно применять групповую обработку, т. е. обработку валов нескольких наименований, различающихся по размерам в пределах группы, с минимальной переналадкой и в ряде случаев возможно лишь с небольшой корректировкой лимбом гидросуппорта. Это на 80—85% сокращает время наладки.
Схема групповой наладки для обработки деталей с постоянной настройкой гидросуппорта КСТ-1 дана на рис. 120. Все детали прошли предварительную обработку — торцевание, зацентровку и предварительное обтачивание, поэтому наладка осуществлена на окончательное токарное обтачивание по копиру. При больших перепадах диаметров отдельных ступеней их окончательную обработку выносят на отдельные операции, хотя в принципе это и необязательно.
На предварительно обработанном ведомом валике I (рис. 120, а) припуск на копирное точение составляет по диаметральным размерам 0,7—2,7 мм на сторону и 1,0—0,5 мм на торцовые поверхности контура. Поверхности 1—2 окончательно обрабатываются по копиру, за исключением поверхности правой крайней ступени 3, имеющей канавки и фаски, которые обтачиваются отдельно резцом переднего разцедержателя. Деталь IV подвергнута предварительной обработке на револьверном станке по наружной поверхности I, по центральному отверстию (на схеме не показано) и по торцу фланца с припуском 1,0—1,5 мм.
При предварительной обработке указанной детали очень важно обеспечить стабильный припуск на торцовой поверхности фланца не более 1,0—1,5 мм, так как резец суппорта на сравнительно большом участке работает в тяжелых условиях, образуя в плане с обрабатываемой торцовой поверхностью угол <р2 — 5-ь 7°. При большой глубине резания и недостаточно жестком фланце это может привести к большим вибрациям. Увеличивать же угол <р2 нежелательно, так как увеличение его ухудшает условия резания на цилиндрическом участке, где угол <рт превышает 90°. Поэтому в рассматриваемом случае резец взят с углом в плане 95—97°, что при подрезке торца обеспечивает угол <р2 около 5—7°.
При обработке валиков с одной установки на проход по всей длине детали /// применяют специальные торцовые поводковые центра (рис. 121).
При настройке станка базовые линейные размеры — Lt (см. рис. 120, б) устанавливают в зависимости от применяемых конструкций упорных центров, которые определяют положение детали в осевом направлении для каждой детали данной группы. Размеры копиров могут обеспечить постоянство настройки гидросуппорта в радиальном направлении лишь при постоянном вылете резца. Поэтому и расстояние А от вершины резца до вершины 224
00
Беспалов и др.
Рис. 120. Детали (а) и схемы групповой наладки для их обработки с постоянной настройкой гидросуппорта (б)
to
8
щупа гидросуппорта, настроенного на обтачивание поверхности до заданного диаметра должно быть постоянным независимо от диаметров dj — dt обтачиваемых деталей. Это обеспечивается начальными размерами на копирах. Размеры
...,/?, соответствуют наименьшим диаметрам dlt . . ., dt ступеней деталей в группе и определяются от установочной базы копиров:
+ 4 = 0;
R^^ + A-Б.
Для установки нескольких плоских копиров при обработке четырех деталей или при разных проходах применяют специаль-
Рис. 121. Торцовые поводковые центра
ные барабанные держатели (рис. 122). Барабанный держатель может быть использован для обработки любой группы деталей четырех наименований, если их размер L укладывается на длине держателя. Для обработки валов с гидрокопировальным суппортом рекомендуется применять заготовки с припуском по диаметру 3—4 мм и по длине уступов 1—1,5 мм, в других случаях следует использовать обдирочный проход. На копирах должны быть предусмотрены участки для захода и выхода резца длиной 15—20 мм. Копиры могут быть цилиндрическими, плоскими или иметь форму первой детали из обрабатываемой партии.
Большинство гидросуппортов работает по принципу однокоординатного копирования и при расположении гидросуппорта под углом 45° к оси станка возможна обработка валов любого контура, у которых диаметр возрастает в направлении подачи, включая и обработку торцовых поверхностей. Однако возможна обработка ступенчатых валов и с убывающими диаметрами в направлении 226
подачи, т. е. «со спадом». В этом случае переход на копире от большего диаметра к меньшему должен быть выполнен с наклоном в зависимости от перепадов диаметра в пределах 20—30°.
Точность обработки при помощи копировальных устройств находится в пределах 3-го класса. Экономичность токарной обра-
ботки при применении гидросуппортов определяется конфигурацией обрабатываемых деталей, требованиями точности и количеством деталей в партии. Применение гидросуппорта тем целесообразнее, чем больше ступеней у вала и чем сложнее его конфигурация. При этом между количеством ступеней у вала и количеством деталей в партии существует определенная зависимость: чем больше цилиндрических ступеней на валу, тем меньше оптималь-
Рис. 123. Зависимость оптимальной партии деталей z от количества цилиндрических ступеней на детали п, при которой экономично применение гидросуппорта
О 5 10 15 20 25 JOn
ная партия для обработки на станке с гидросуппортом. На рис. 123 показана зависимость оптимальной партии из п деталей от количества ступеней г на детали, при которой экономично применение гидросуппорта [51. Область 1 выше кривой является областью экономически целесообразного применения гидросуппорта; 2 — область обычного токарного способа обработки.
График зависимости калькуляционного времени Тк от количества деталей в Партии при обработке двух-, трех- и четырехступенчатых валов при обычной токарной обработке дан на рис. 124 (кривая 2) и с гидросуппортом (кривая /). Из приведенных гра-
• 227
фиков видно, при каком количестве деталей в партии целесообразна копировальная обработка.
В серийном и особенно в крупносерийном производстве широкое распространение находят многорезцовые и токарно-копировальные станки, полуавтоматы и автоматы.
Однопроходная копировальная и однопроходная многорезцовая обработка жестких валов (с соотношением длины к диаметру наибольшей ступени 10—15) обеспечивают точность 3—4-го класса. Многорезцовая обработка может оказаться эффективнее копировальной для валов, имеющих большие длину и диаметры и большие перепады ступеней, так как в продольном суппорте можно установить большое количество резцов. Однако чрезмерное увеличение сил резания может привести к деформации обрабатывае-
Рис. 124. Зависимость калькуляционного времени Тк от количества деталей в партии при обработке двух-, трех- и четырехступенчатых валов:
2 при обычной токарной обработке; 1 — с применением гидросуппорта
мого вала, а это вынуждает снижать подачу по сравнению с пода-чей при обработке на копировальном станке. Поэтому в каждом конкретном случае окончательный выбор метода обработки должен основываться на результатах расчетов на точность и экономическую целесообразность.
Современные токарно-копировальные станки на 50—100% производительнее универсальных токарных, их изготовляют в достаточно широком диапазоне типоразмеров. На этих станках можно обрабатывать наружные, внутренние и торцовые поверхности; их сравнительно легко переналаживать при переходе на обработку других деталей. Кроме того, станки имеют открытую рабочую зону, что позволяет сквозное транспортирование детали при встраивании их в автоматические линии.
На токарно-копировальных станках новейших моделей можно производить черновую обработку многорезцовым суппортом, а чистовое обтачивание — однорезцовым копировальным суппортом, причем при закреплении вала торцовым поводком обработку можно вести с одной установки. Последние модели некоторых токарно-копировальных станков имеют несколько (до пяти) независимо перемещающихся один от другого копировальных суппор-228
тов. Они позволяют вести независимую обработку каждый на своем участке, что значительно повышает производительность станка. Применение такого станка особенно целесообразно, когда на каких-либо ступенях вала имеется большой припуск, который невозможно снять за один проход. При установке специальных копирных барабанов на токарных гидрокопировальных станках мод. 1722 и 1712 можно также вести многопроходную обработку.
В мелкосерийном производстве экономически целесообразным может оказаться применение при обработке ступенчатых валов универсальных токарных станков с программным управлением типа 1К62ПУ. Оставаясь по-прежнему универсальными, такие станки допускают обработку по автоматическому циклу, что облегчает многостаночное обслуживание, допускают быструю и простую переналадку при обтачивании ступенчатых валов различных размеров по заранее разработанной программе.
Экономическая целесообразность обработки валов в мелкосерийном производстве на токарном станке с программным управлением по сравнению с обычным токарным станком по сравнительной себестоимости может быть определена по формуле:
Е = Су — Са > 0.
Для универсального токарного станка себестоимость обработки
Су = (/у + ^(by + zy) + СИу + СНу>
Для автоматизированного станка с программным управлением (например, с применением перфорированной бумажной ленты)
с.= ('. + ^)('’. + т)+С-.+С- + т-
В формулах приняты следующие обозначения соответственно для универсального и автоматизированного станков:
Су и Са — себестоимость единичной операции при обработке детали; ,
ty, ta — штучное время обработки в мин;
Ту, Та — подготовительно-заключительное время на переналадку станка в мин;
п — количество деталей в партии;
Ь — себестоимость станкоминуты, включающая амортизационные отчисления и расходы на текущий ремонт, в коп;
z — заработная плата станочника в коп/мин;
р — количество обслуживаемых одним рабочим автоматизированных станков;
СИу и С„а — расходы по эксплуатации режущих инструментов, приходящиеся на данную операцию, в коп;
229
СНу и С„а — прочие накладные расходы, связанные с работой оборудования, приходящиеся на данную операцию, в коп;
Ct — затраты на разработку и материализацию программы для данной операции в коп;
N — общее количество деталей, подлежащих изготовлению при помощи одной программы (перфоленты); Сравнение производительности (количества деталей, обрабатываемых в единицу времени) автоматов и универсальных токарных станков производится по формуле
w> Га~ТУ
где п — количество деталей в партии, при котором автомат производительнее универсального станка;
k — коэффициент, показывающий отношение штучного времени обработки на автомате к штучному времени обработки на универсальном станке.
Для токарной обработки наружных поверхностей валов в настоящее время выпускают ряд станков с программным управлением. Так, завод им. Орджоникидзе выпускает гидрокопироваль-ный станок с программным управлением мод. 1712П.
§ 3. Обработка шлицев и шпоночных пазов на валах
Шлицевые соединения валов и втулок служат для передачи вращательных движений й крутящих моментов. Шлицы, сделанные с валом за одно целое, повышают жесткость вала и обеспечивают хорошее направление и легкость перемещения монтируемых на нем зубчатых колес, муфт, втулок. По конструкции шлицы могут быть прямобочными и эвольвентными. Шлицевое соединение с прямобочными шлицами можно выполнить с центрированием втулки по внутреннему и наружному диаметру вала, при эволь-вентных шлицах центрируют по профилю. В размерных цепях машины или узла шлицевой вал участвует рядом своих размеров и в первую очередь размерами, связывающими поверхности вспомогательных баз с основными, а также их диаметральными и линейными размерами. Качество шлицевого вала определяется рядом параметров: точностью диаметральных размеров поверхности опорных и центрирующих шеек, неперпендикулярностью опорных торцов оси опорной или центрирующей шейки, несоосностью поверхностей опорных и центрирующих шеек; точностью ширины шлицев; точностью шага шлицев; непараллельностью боковых плоскостей шлицев оси вала; отклонением от перпендикулярности поверхности вспомогательных баз оси вала; твердостью и шероховатостью основных и вспомогательных баз.
На все перечисленные элементы в зависимости от конечной степени точности механизма, в который входит звеном шлицевой 230
вал, должны быть установлены надлежащие нормы точности и технические условия. Допустимые отклонения в зависимости от класса точности соединения довольно жесткие. Например, допустимое отклонение на неравномерность шага шлицев не должно превышать 0,02 мм, допустимое смещение любого шлица относительно оси — не более 0,02 мм.
Предельные отклонения поверхностей от параллельности и перпендикулярности в зависимости от размера и степени точности вала приведены в ГОСТе 10356—63.
Шлицы нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием и холодным накатыванием (в основном эвольвентных шлицев). Технологический процесс обработки шлицев зависит от метода центрирования шлицевого соединения и термической обработки. В неавтоматизированном серийном производстве обычно нарезают шлицы на шлицефрезерных или зубофрезерных станках червячной фрезой методом обкатки. Метод довольно трудоемкий, так как выполняется при сравнительно невысоких режимах резания (v = 20ч-30 м/мин и s = 20 мм/мин). Нарезать шлицы можно в один или два прохода в зависимости от требуемой точности. Можно применять многозаходовую червячную фрезу для чернового фрезерования, которая увеличивает производительность, но требуемой точности не дает.
В качестве технологических баз обычно используют поверхности центровых отверстий. Однако валы с короткими опорными шейками, к которым непосредственно выходят шлицы, нельзя устанавливать в центрах с хомутиком, так как он не дает выхода червячной фрезе. В этом случае валик со стороны шпинделя базируется по шлифовальной опорной шейке в специальной оправке с обратным конусом (рис. 125).
У закаливаемых валов шлицы фрезеруют после предварительного шлифования, а у незакаливаемых — после чистового шлифования наружных поверхностей. Шлицы закаливаемых валов и центрируемые по наружной поверхности обрабатывают в такой последовательности:
1) фрезерование шлицев с припуском под шлифование боковых поверхностей;
2) чистовое шлифование боковых поверхностей шлицев после термической обработки и чистового наружного шлифования.
Обработка шлицев таких же валов, но незакаливаемых, ограничивается только чистовым фрезерованием после чистового шлифования наружной поверхности.
Шлицы валов, центрируемых по поверхности внутреннего диаметра, обрабатывают в такой последовательности:
1) фрезерование шлицев с припуском под шлифование;
2) фрезерование канавок для выхода круга при шлифовании центрирующей>*поверхности внутреннего диаметра (при разделении первых двух операций);
231
3) чистовое шлифование боковых поверхностей и центрирующей поверхности внутреннего диаметра после термической обработки.
В последнее время появились более совершенные методы фрезерования шлицев на валах. Например, разработан процесс нарезания прямобочных шлицев предварительным фрезерованием фасонными дисковыми фрезами и чистовым фрезерованием боковых
поверхностей шлицев торцовыми фрезами, оснащенными пластинками из твердого сплава (рис. 126). Режимы резания при обра-
ботке валов из среднеуглеродистой стали: для предварительного
фрезерования v = 3(Н 35 м/мин и s — 190 мм/мин, для чистового фрезерования v = 180 м/мин и s = 0,55 мм/зуб. Обработку выполняют на горизонтальных продольно-фрезерных станках
Рис. 125. Схема сквозного фрезерования Рис. 126. Фрезерование шлицев шлицев с применением оправки с обрат- фасонными фрезами:
НЫМ КОНуСОМ а _ предварительная обработка; б —.
чистовая обработка боковых поверх* ностей шлицев
с применением делительных приспособлений. Такой метод нарезания шлицев в 3—4 раза производительнее, чем обработка на шлицефрезерных станках [22].
Более прогрессивным процессом образования шлицев методом снятия стружки являются контурное шлицестрогание и шлице-протягивание.
Строгание шлицев на валах производят набором фасонных резцов, собранных в головке. Их количество и профиль соответствуют числу шлицев и профилю впадины между шлицами вала (рис. 127). Число двойных ходов головки определяется глубиной шлицевой канавки и принятой глубиной резания за один проход. Резцы в головке затачивают комплектно в специальном приспособлении. За каждый двойной ход резцы сходятся радиально на глубину установленной подачи.
Этим методом можно обрабатывать как сквозные, так и несквозные шлицы. В последнем случае предусматривается канавка для выхода резцов не менее 6—8 мм и ускоренный отвод резцов от заготовки. Шлицестрогание выполняют на стайке МА4, предназначенном для обработки валов диаметром 20—50 мм, длиной 282
до 435 мм, с длиной обрабатываемой части от 70 до 370 мм. Этот метод позволяет вести обработку шлицев и на валах, имеющих уступы диаметром на 25—30 мм больше обрабатываемого диаметра, что невозможно осуществить другими методами. Шероховатость обработанной поверхности 6—7-й классы чистоты.
Другим высокопроизводительным методом образования шлицев является шлицепротягивание. Протягивание производят двумя блочными протяжками (рис. 128) одновременно двух диаметрально
противоположных впадин на валу с последующим поворотом вала на определенный угол после каждого хода протяжки. Блок протяжки состоит из набора резцов-зубьев, которые имеют независимое радиальное перемещение. Резцы затачивают комплектно и устанавливают в блоки в специальном приспособлении. Этот метод позволяет обрабатывать сквозные и несквозные шлицы. Копирная линейка дает возможность протягивать несквозные . шлицы по заданной траек-Д тории. Условием, ограничивающим обработку валов с несквозными шлицами, является разность перепадов диаметров ступеней, которая не должна превышать 25—30 мм. По производительности шли-
Рис. 127. Резцовая головка шлицестрогального станка
цестрогание и шлицепротягивание производительнее шлицефрезерования примерно в 5— 8 раз, в зависимости от размеров шлицев.
Большие перспективы имеет процесс холодного накатывания шлицев, при котором шлицы образуются пластическим деформированием без снятия стружки. Накатка выполняется роликами, оейками и многороликовыми профильными головками (рис. 129).
Уплотнение слоя металла при накатывании повышает прочность шлицевых валов. По данным ЭНИМСа, накатанные шлицы при скручиваний на 10—20% прочнее фрезерования. В ряде случаев холодное накатывание позволяет отказаться от термической обработки валов и дальнейшей механической обработки шлицев. Холодной накаткой в основном делают эвольвентные шлицы, так
233
как для прямобочных шлицев значительно усложняется профиль рабочих поверхностей накатных роликов, что требует специального оборудования для их изготовления. Шлицы эвольвентного профиля с модулем до 2,5 мм получают холодным накатыванием двумя или тремя роликами. Их устанавливают по делительной окружности предварительно обработанной заготовки с учетом упругих деформаций системы СПИД. Диаметр заготовки при накатывании меньше наружного диаметра готовой детали и по точности
диаметр под накатку значительно точнее, чем диаметр под шлице---------------------- фрезерование. Так, для ва-
I лов диаметром 30—50 мм
допустимое отклонение наружной поверхности — не более 0,05—0,07 мм, допустимое отклонение по биению относительно оси центров—не более 0,06 мм.
Ролики изготовляют из высоколегированных сталей марок Х12ФН или Х6ВФ. Одним и тем же роликом определенного модуля можно обработать валы с различным количеством шлицев. Рекомендуемые режимы накатывания: окружная скорость роликов 15—20 м/мин при диаметре начальной окружности 200 мм; осевая подача 150—200 мм/мин. Накатыванию подвергают
Рис. 128. Схемы протягивания шлицев заготовки с твердостью на валиках не более НВ 220. Полу-
чаемая точность по шагу лежит в пределах 0,03 мм; накопленная ошибка по шагу 0,05—0,1 мм; чистота поверхности 8—9-й классы.
В зависимости от длины шлицев производительность при накатывании примерно в 10 раз выше, чем производительность при шлицефрезеровании. Предпочтительнее накатывать валы с большим количеством шлицев (не менее 18), так как в этом случае процесс протекает более плавно.
Холодное накатывание шлицев можно делать и рейками (станки типа Roto-Flow, США). Накатывание шлицев рейками за один проход на всю длину производительнее, чем накатывание роликами, но вследствие возникающих больших сил оно не рекомендуется для накатывания шлицев длиной более 80—100 мм. Область целесообразного применения холодного накатывания 234
эвольвентных шлицев ограничивается модулем (не выше 2,5 мм).
Все термически обработанные шлицевые валы, а также валы, центрируемые по поверхности внутреннего диаметра, после нарезания шлицев подвергают дальнейшей механической обработке.
Поверхности, образующие профиль шлицев на валах, центрируемых по- поверхности внутреннего диаметра, шлифуют профильным кругом за один установ; за два установа шлифуют сначала боковые поверхности шлицев, а затем поверхности внутреннего центрирующего диаметра. По точности и производительности наилучшие результаты дает шлифование шлицев одним профильным кругом.
Рис. 129. Принципиальная схема накатывания шлицев: а — круглыми роликами; б рейками; в — многороликовой головкой
У термически обработанных шлицевых валов с центрированием по поверхности наружного диаметра шлифуют эту поверхность и боковые поверхности шлицевых шпонок. Производительность этих операций значительно выше, чем при шлифовании профильным кругом, поэтому обработка шлицевых валиков с центрированием по поверхности наружного диаметра проще и экономичнее обработки валиков с центрированием по поверхности внутреннего диаметра.
Шпоночные пазы в зависимости от их формы обрабатывают пальцевыми или дисковыми фрезами. Точность глубины шпоночных канавок и параллельность образующих их поверхностей относительно оси вала во многом зависят от выбора технологических баз для установки вала на станке. Наилучшие по точности результаты получаются, если в качестве технологических баз используют поверхности центровых отверстий при установке в центрах. При использовании в качестве технологических баз наружных цилин-
235
дрических поверхностей вала с установкой его на призмы добавляются ошибки установки, связанные с колебаниями диаметра вала.
На рис. 130, а дана схема влияния колебаний диаметра на погрешность размера h при установке вала на призму.
Рис. 130. Различные схемы базирования в призмах при фрезеровании шпоночных пазов
Поле рассеяния погрешности базирования при указанной установке вала на призму
ДА = О2А — OiA.
Из треугольника АО2С
OZA = -^, . 2 sin т
Из треугольника АС^В
0^ = -^^.
2sinT
Тогда
ДА
Алах ^min _______ 1 /г) гъ \
а а — a ^max ^mlnb
2 sin ~ 2 sin -j- 2 sin
Следовательно, поле рассеяния погрешности базирования
6 . f
2sinT
Поле рассеяния погрешности базирования при установке вала на призму при обработке шпоночной канавки или лыски с выдерживанием размера т может быть определено аналогичным образом:
1 1 Л
— -у 6 | —а 1 ) •
V s,n Т )
236
Использование самоцентрирующих тисков до минимума уменьшает ошибку установки (рис. 130, б).
Шпоночные канавки обрабатывают либо на обычных фрезерных станках (горизонтальных или вертикальных), либо на специальных станках, работающих по маятниковому методу, снятием специальными двухзубыми пальцевыми фрезами небольших слоев металла за каждый проход. Этот метод обработки шпоночных канавок дает хорошие результаты в смысле качества.
В случае сквозной канавки наиболее производительным методом является фрезерование шпоночной канавки дисковой фрезой на проход.
§ 4. Нарезание резьбы на валах
В конструкциях валов нередко встречаются наружные и внутренние остроугольные крепежные резьбы. Внутренние резьбы могут быть и глухими, поэтому отверстия под них сверлят на несколько большую глубину, чем требует длина нарезки. Внутреннюю резьбу на валах обычно нарезают машинными метчиками на резьбонарезных, сверлильных, револьверных, а также на агрегатных станках, полуавтоматах и автоматах в зависимости от масштаба производства и имеющегося оборудования. Станки должны иметь быстродействующий реверс шпинделей для быстрого изменения направления рабочего вращения на обратное, когда резьба будет нарезана до требуемой глубины. При нарезании глухих резьб для точной остановки подачи и вращения метчика применяют специальные самовыключающие патроны.
Наружные остроугольные резьбы на валах в зависимости от технических условий, масштаба выпуска и имеющегося оборудования нарезают плашками различных конструкций, резьбонарезными головками, резьбовыми резцами, гребенками и групповыми резьбовыми фрезами.
Обычными круглыми плашками нерезают резьбы невысокого класса точности (3-го класса и ниже). Плашками с доведенными режущими кромками до высокой степени точности можно калибровать резьбы 2-го и даже 1-го классов.
Применение резьбонарезных головок дает более производительный и точный способ нарезания резьбы. По сравнению с предыдущим он имеет ряд преимуществ: 1) устраняется холостой ход на свинчивание, так как после окончания нарезания плашки расходятся и головка быстро отводится назад; 2) допускается более высокая скорость резания; 3) обеспечивается точность нарезания резьбы 2-го и даже 1-го класса (если нитки плашки шлифованные); 4) допускается большое количество переточек плашек; 5) допускается в определенных пределах регулирование диаметра нарезаемой резьбы.
Плашки в головке могут быть плоскими и круглыми гребенчатыми; последние более долговечны.
237
В машиностроении широкое распространение нашло нарезание коротких остроугольных резьб на валах гребенчатыми групповыми фрезами. Групповая фреза представляет собой как бы несколько дисковых резьбовых фрез, сложенных торцами. Длина групповых фрез должна быть на две-три нитки больше длины нарезаемой резьбы и нарезание выполняется за 1 х/4 оборота нарезаемого вала; дополнительные 1/4 оборота предусматриваются для перекрытия места врезания фрезы. Для образования резьбы деталь или фреза должна переместиться в осевом направлении на один шаг нарезаемой резьбы. Этот способ особенно применим в тех случаях, когда резьба близко примыкает к торцу ступени вала большего диаметра, и обеспечивает получение резьбы не выше 2-го и 3-го классов точности.
Существенным недостатком является прерывистое резание, при котором повышается шероховатость поверхности. Нарезают резьбу групповыми фрезами на специальных резьбофрезерных станках.
§ 5. Изготовление ступенчатых валов на автоматических линиях
Анализ работы действующих автоматических линий показал целесообразность их применения не только в массовом, но и в крупносерийном производстве, если возможно переналаживание линии, позволяющее обрабатывать на одной .линии несколько типоразмеров валов. При этом практика эксплуатации автоматической линии для обработки валов — роторов электродвигателей показала, что при изготовлении на ней четырех типоразмеров валов (при переналадке ее каждый месяц на обработку всех четырех типоразмеров валов) потери времени на все переналадки не превышают 7% фонда времени. Эти потери в дальнейшем, когда будут отработаны более прогрессивные методы автоматической переналадки, сократятся. *
На станкозаводе им. Орджоникидзе изготовлена автоматическая переналаживаемая линия МРЛ-13 для токарной обработки ступенчатых валов на базе гидрокопировальных станков мод. 1722. Линия состоит из одного фрезерно-центровального и пяти токар-4ых гидрокопировальных станков, двух элеваторных промежуточных магазинов-накопителей и одного магазина в начале линии.
Технологический процесс токарной обработки вала генератора (рис. 131) из поковки (рис. 132) на автоматической линии МРЛ-13 показан на операционных схемах (рис. 133). На станке производится фрезерование (/) фрезерными головками со вставными ножами из сплава Т14К8 со скоростью резания v = 125 м/мин и подачей s = 430 мм/мин. Центровые отверстия сверлятся при п = 815 об/мин и s0 = 0,043 мм/об. Время рабочего цикла фрезерно-центровального станка Тр — 0,844 мин.
На последующих пяти гидрокопировальных станках при работе резцами, оснащенными пластинками из сплава Т14К8, вы-238
держивается следующий режим: // — п = 708 об/мин s0 прод = = 0,5 мм/об, «о попер — 0,3 -мм/об, Тр — 0,845 мин; III — п — = 708 об/мин $0 прОд — 0,5 мм/об, Тр = 0,865 мин; IV — п — = 1118 об/мин s0прод = 0,3 мм/об. Тр = 0,675 мин; V — ni =
Рис. 131. Вал генератора
= 1118 об/мин, П2 = 558 об/мин, Зопрод = 0,3 мм/об, Sononep — = 0,093 мм/об, Тр = 1,115 мин; VI — п = 760 об/мин; So попер = 0,15 мм/об, Тр — 0,34 мин.
На операции фрезерования торцов и зацентровки заготовку базируют по черным цилиндрическим поверхностям шеек в призмах и торцу. Поэтому во избежание значительного смещения осей зацентрованных отверстий, в результате чего распределение при-
пуска на обрабатываемую наружную поверхность может оказаться неравномерным или вообще недостаточным, к заготовке обязательно должны быть предъявлены требования надлежащей соосности шеек, которыми валик базируется в призмах. На рис. 134 дана схема наладки фрезерно-центровального станка и схемы технологических размерных цепей, при помощи которых достигается точность торцевания (размерные цепи Лх-|-Л2 + Лз + ^4 — — А6 — Лв — А, + Л8 + Ар + Дд = 0 и £>i 4- Б2 4- Б3 + + Б^ — Б6 + Бл + Б? — Б6 + Бр — Б10 + Бд = 0)
239
240
нии на обработку вала генератора
241
Рис. 134. Схемы размерных цепей, при помощи которых ^обеспечивается точность линейных размеров вала при торцовке и зацентровке заготовки на фрезерно-центровальном станке
и зацентровки заготовки (размерные цепи Г1 + Г3 + Г3 — 1\ 4-+ — £« 4~ 4" /'в — Г3 — Ло — Гii 4~ Г= 0 и цепь Б).
В указанных цепях Ah Б{ и 1\ являются составляющими звеньями системы СПИД.
Вся дальнейшая токарная обработка наружной поверхности вала на токарных гидрокопировальных станках линии производится в центрах с упором в торец заготовки. На первых двух станках выполняются черновая обработка, а на последующих двух — чистовая с автоматическим поворотом детали на 180°. На последнем станке подрезаются торцы ступеней и прорезаются канавки.
На рис. 135 и 136 даны схемы наладки станка на обтачивание вала по наружным диаметрам со схемами технологических размерных цепей, при помощи которых достигается точность диаметральных и линейных размеров при обработке вала на данной позиции.
Задача получения точности линейного размера Кд по схеме, данной на рис. 135, решается при помощи размерных цепей К и У:
+ К3 - К3 + Ki - К6 + К3 - К7 + К3 + К9 4- Яю + к& = о.
В свою очередь, составляющее звено цепи К9, входящее в указанную цепь К, определяется размерной цепью У, в которой К3 = Уд.
Задача получения необходимой точности диаметрального размера вала, обрабатываемого на гидрокопировальном станке автоматической линии, решается размерной цепью (рис. 136)
— Е2 — Е3 4~ Ei 4- Е3 — Е3 — Е, — Е3 4" Д» 4~ Е& ~ составляющее звено Е3 определяется при помощи размерной цепи П, где Es = Пл.
Если гидрокопировальные станки автоматической линии МРЛ-13 оснастить системами автоматического управления размерами статической и динамической настроек, разработанными на кафедре «Технология машиностроения» под руководством проф. Б. С. Балакшина, что позволяет создать самоподнастраи-вающиеся станки, то не только можно повысить тдчносТь диаметральных размеров, но и-на 25—40% уменьшить основное время на обработку валов. Кроме того, применение этих систем позволяет при той же заготовке осуществить однопроходную обработку вместо двухпроходной, предусмотренной технологическим процессом на автоматической линии МРЛ-13 и сократить линию на два гидрокопировальных станка.
На рис. 137 дана структурная схема и основные узлы самопод-настраивающейся автоматической системы, обеспечивающей комплексное управление размерами статической и динамической настроек на токарно-копировальных станках мод. 1722.
Система состоит из двух контуров, общим элементов которых является динамометрический узел, состоящий из упругого резце-243
Рис. 135. Схемы размерных цепей, при помощи которых обеспечивается точность линейного размера при обработке вала на гидрокопировальном станке
держателя 1 и индуктивного датчика 2, упирающегося в регулировочный винт 3. С помощью этого узла производится непрерывное измерение размера динамической настройки.
Первый контур представляет собой следящую систему автоматического управления статической настройки Ас. Он обеспечивает изменение размера Ас перемещением копировального суппорта в радиальном направлении на величину АА0 = Ад.
Второй контур представляет собой систему автоматического управления размером динамической настройки с задатчиком предельного упругого перемещения ЗДУпр и задатчиком наи-
Рис. 136. Схемы размерных цепей, при помощи которых обеспечивается точность диаметрального размера Ед при обточке вала на гидрокопировальном станке
большего значения подачи 5Дзд. Он обеспечивает в процессе резания автоматический поиск и поддержание оптимального значения продольной подачи (с изменением припуска и колебания твердости).
Эта система предусматривает необходимость специального механизма точных малых перемещений рабочего органа, который разработан канд. техн, наук В. А. Тимирязевым.
Механизм малых перемещений и схема размерной цепи П, определяющей размер компенсирующего звена По = Яд, приведен на рис. 138 [3].
Яд = + Н2 + Щ.
245
Из анализа размерной цепи станка мод. 1722 (см. рис. 136) видно, что в качестве компенсирующего звена наиболее целесообразно использовать размер Е6, определяющий толщину слоя масла в гидроцилиндре. Этот размер является замыкающим звеном цепи управления Е& = П& и изменение его возможно путем изменения одного из составляющих звеньев цепи П. Для этого был выбран размер П7.
Рис. 137. Блок схема двухконтурной системы автоматического управления статической и динамической настройкой:
/ — динамометрическая резцедержавка; 2 — индуктивный датчик; 3 — регулировочный винт; 4 — электродвигатель; 5 — реверсивный механизм; 6 — датчик обратной связи;
7 — следящий золотник; 8 — щуп; СС-], СС-2 — сравнивающие устройства; ЗДУП^ —« задатчик наибольшего значения упругого перемещения; ЗДЗ^ — задатчик наибольшего значения продольной подачи; СЗ — следящий золотник
Механизм встроен в рычаг упора щупа (рис. 137), поэтому малые перемещения передаются непосредственно на щуп следящего золотника, минуя промежуточные звенья.
ЭНИМСом спроектирована и изготовлена автоматическая переналаживаемая линия для обработки 13 типоразмеров ступенчатых незакаливаемых шлицевых валов токарного станка мод. 1К62 с центрированием по наружному диаметру. Валы изготовляют из стали марок 45 и 40Х, чистый вес которых лежит в пределах 0,4— 4,3 кг. Заготовками являются поковки и прокат. Припуски в зависимости от вида заготовки колеблются в пределах 2—4 мм 246
на сторону для штампованных заготовок и до 10 мм для проката в зависимости от разности диаметров ступеней.
Валы всех типоразмеров обрабатывают по одному технологическому маршруту. Вся обработка за исключением первой операции производится на одних технологических базах, которыми являются поверхности зацентрованных отверстий. Линия скомплектована из станков,, допускающих сравнительно быструю переналадку.
Вследствие значительного количества переналадок для сокращения внецикловых потерь линия разделена на два участка, между которыми помещен накопитель, рассчитанный на четырехчасовую работу участка. Первый участок включает в себя торцефрезерный, центровальный и три токарных гидрокопировальных
Рис. 138. Механизм малых перемещений, встроенный в рычаг упора щупа:
1 — корпус рычага; 2 — сухарь; 3 — винт; 4 — электродвигатель постоянного тока; 5 — разжимная оправка крепления двигателя 4\ 6 — индуктивный датчик обратной связи; 7 и 8 — опоры скольжения винта; 9 — стальная консольная пластина; 10 — разжимная оправка крепления датчика 6\ 11 — планки крепления пластины 9
станка. Второй участок включает четыре шлифовальных, два шлицестрогальных станка и моечную машину. Работа участков может быть как одновременная в цикле всей линии, так и раздельная.
Все станки связаны между собой круглым штанговым транспортером с храповыми собачками, который проходит, в отличие от линии МРЛ-13, вне рабочей зоны с передней стороны линии параллельно оси станков. В качестве режущего инструмента на токарных станках применяют резцы, оснащенные пластинками из твердого сплава Т14К8,-резцы в шлицестрогальной головке — из быстрорежущей стали.
В линии предусмотрена принудительная смена затупившегося инструмента: твердосплавных токарных резцов, работающих на скоростях более 100 м/мин, — через 2 часа работы, твердосплавных фрез Т15К6 и быстрорежущих центровых сверл — после работы в течение одной смены.
Для сокращения внецикловых потерь времени, связанных с переналадкой токарных гидрокопировальных станков, на последних устанавливают быстросменные резцедержатели. Наладку резцов в держателях для обработки по заданному размеру производят вне станка.
247
Глава II
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ШПИНДЕЛЕЙ
§ 1. Служебное назначение и технические требования к шпинделям •
Шпиндель металлорежущего станка является одной из наиболее ответственных деталей. Качество обрабатываемых на станке деталей в значительной степени зависит от качества самого шпинделя и его опорных шеек, от жесткости шпинделя и стабильности его положения в опорах.
Основное служебное назначение шпинделя станка — сообщать обрабатываемой детали или режущему инструменту вращательное движение с определенными скоростью и крутящим моментом. В современных станках они очень высокие, поэтому качеству изготовления как самого шпинделя, так и шпиндельного узла с его опорами в целом предъявляют высокие требования.
В качестве опор шпинделей станков применяют подшипники качения и подшипники скольжения. Шпиндель, несущий на себе обрабатываемую деталь или режущий инструмент, рядом своих размеров непосредственно участвует в размерных цепях СПИД, непосредственно влияя на точность обрабатываемой детали (рис. 139). Прежде всего это относится к опорным шейкам, выполняющим роль основных баз, размеры которых вследствие вращения шпинделя включаются в размерную цепь и непосредственно влияют на точность обрабатываемой детали. Поэтому для обеспечения стабильности положения оси вращения шпийделя необходимо прежде всего обеспечить равенство радиусов б каждом из сечений его опорных шеек, правильность геометрической формы шеек, их относительного положения (точности поворота), соосности и шероховатости поверхности.
Для сохранения неизменности положения шпинделя в осевом направлении во время работы станка необходимо обеспечить с определенной точностью перпендикулярность основных опорных базирующих поверхностей оси вращения шпинделя и соосность с ней резьбы установочных прижимных гаек, если они имеются в конструкции.
Точность положения детали или режущего инструмента, установленного в шпинделе непосредственно или при помощи зажимных цанг, патронов, вспомогательного инструмента, относительно оси вращения шпинделя определяется точностью исполнительных поверхностей и их соосности с осью вращения шпинделя. Такими исполнительными поверхностями являются конические или цилиндрические поверхности центрального отверстия шпинделя или центрирующие конусы, или цилиндрические пояски с опорным фланцем для установки зажимных патронов.
248
В соответствии со служебным назначением шп индел я устанавл ива ют и технические условия для него. Важнейшие из них — точность геометрической формы и размеров посадочных поверхностей и прежде всего опорных шеек и исполнительных поверхностей, а также точность совпадения осей исполнительных поверхностей шпинделя с осями опорных шеек.
Как правило, требования по всем параметрам точности шпинделя современных станков очень высокие. По точности изготовления шпиндели станков делятся на пять групп, как и станки (группы точности Н; П; В; А; С).
Отклонение геометрической формы опорных шеек по овальности и конусности для станков нормальной точности обычно не должно превышать 50% допуска на диаметральные размеры шеек, для станков повышенной точности не превышать 25%, а для прецизионных лежат в пределах 5—10%.
Совокупность всех отклонений формы в поперечном сечении цилиндрической поверхности определяется некруглостью (ГОСТ 10356—63)., Так, отклонение от круглости опорных шеек в зависимости от диаметра шпинделя колеблется для станков нормальной точности
Рис. 139. Схема размерной цепи, в которой шпиндель станка участвует в качестве звеньев своими размерами
249
от 4,0 до 1,2 мкм; а для современных прецизионных станков-— 0,3—0,5 мкм. Допускаемые отклонения геометрической формы по конусности 1,25—1,50 мкм на длине 300 мм при допуске на диаметр 1,5—3,0 мкм.
Торцовое биение опорных фланцев относительно оси вращения шпинделя в зависимости от их диаметра для станков нормальной точности не превышает 0,006—0,008 мм, а для прецизионных станков 0,002—0,003 мм и меньше.
Для шпинделей с резьбой, на которую навертывают установочные опорные кольца, необходимо устанавливать допустимое отклонение от совпадения оси резьбы с осью опорных подшипников; для станков нормальной точности она не превышает 0,025 мм. Это необходимо для того, чтобы избежать при монтаже шпиндельного узла перекоса колец шариковых и роликовых подшипников, так как установочные гайки при большом биении.будут нажимать на подшипники одной стороной. С этой же целью ограничивается и биение торца опорной гайки. При плотно навернутой гайке на шпиндель торцовое биение не должно превышать 0,025 мм на радиусе 50 мм.
Шероховатость поверхности и твердость опорных шеек, особенно для шпинделей, работающих в подшипниках скольжения, влияют на сохранение стабильности положения шпинделя при эксплуатации станка. По этим параметрам точности к шпинделям предъявляют также очень высокие требования (табл. 16).
Таблица 16
Классы чистоты отдельных поверхностей шпинделей станков
Группы точности станков
Поверхности шпинделя
Н П В А С
Опорные шейки под подшипники качения
Опорные шейки под подшипники скольжения ................................
Исполнительные поверхности (поверхность конусного отверстия и посадочные поверхности под патрон) ..............
Посадочные поверхности для монтажа на шпинделе различных деталей (зубчатых колес, втулок, муфт) .................
9
10
9
8
10 11 -
11 12 13
10 11
9 9
§ 2, Материал и способы получения заготовок для шпинделей
Выбор материала для изготовления шпинделя определяется назначением станка и условиями работы шпинделя. К шпинделям, работающим на опорах скольжения, кроме основных требований, предъявляемых ко всем шпинделям — прочности и жесткости, 250
Таблица 17
Наиболее употребительные марки сталей,* рекомендуемые для изготовления шпинделей, работающих в легких и средних условиях (токарные, фрезерные, револьверные, шлифовальные станки)
Марка стали Группа точности ПОДШИПНИК Твердость опорных шеек и других ответственных поверхностей
45 (40Х) Нормальная Качения Скольжения HRC 30 HRC 50
45 (40Х) Повышенная Качения HRC 48—52
18ХГТ для диаметров до 60 мм Высокая То же HRC 56—60
12ХНЗА для диаметров больше 60 мм Повышенная Скольжения HRC 58—62
38ХВФЮА 38ХМЮА Высокая Особо высокая Скольжения Азотирование HRC 64—68
предъявляется требование высокой износоустойчивости. В табл. 17 указаны марки сталей, рекомендуемые для изготовления шпинделей в зависимости от их назначения.
В настоящее время для шпинделей токарных станков, работающих в средних условиях, применяют высокопрочный (магниевый) чугун, по прочности не уступающий стали. Для изготовления пустотелых шпинделей некоторых тяжелых станков используют серый чугун СЧ 21-20, СЧ 15-32 и модифицированный чугун (значительно реже стальное литье). Сталь 35ХЮА применяют для изготовления шпинделей тяжелых расточных и круглошлифовальных станков. Твердость закаленной поверхности после азотирования достигает HRC 66—68.
В зависимости от масштаба выпуска в качестве заготовок для шпинделей применяют поковки, реже стальное литье, прутковый материал и трубы. Заготовки чугунных полых шпинделей получают центробежным литьем в металлические формы.
Заготовки для единичного и мелкосерийного производства обычно изготовляют из нормального проката или из поковок, полученных свободной ковкой. В этом случае получают заготовки при очень низком коэффициенте использования металла (0,2—0,4) с большими и неравномерно расположенными по отдельным поверхностям припусками, что затрудняет их обработку на настроенных станках. Таким методом получают обычно стальные шпиндели и пиноли задних бабок для тяжелых станков.
251
В производстве с более крупными сериями выпуска заготовки стальных шпинделей целесообразно изготовлять горячей высадкой на горизонтально-ковочных машинах или ковкой на ротационноковочных машинах. В первом случае расход металла по сравнению со свободной ковкой сокращается на 20%, и коэффициент использования металла для шпинделя токарного станка составляет 0,5; во втором случае коэффициент использования повышается до 0,8 и значительно снижается трудоемкость обработки.
§ 3. Технологический процесс обработки шпинделей
В зависимости от целевого назначения различают: 1) полые шпиндели, имеющие сквозное осевое отверстие, которое на одном или на обоих концах переходит в точное цилиндрическое или конусное; 2) шпиндели, имеющие несквозное точное цилиндрическое или коническое осевое отверстие; 3) сплошные шпиндели без осевого отверстия.
Наиболее обширна первая группа шпинделей для наибольшего количества типоразмеров станков; они же отличаются и наибольшей сложностью в обработке.
Все заготовки шпинделей, полученные ковкой или штамповкой, перед механической обработкой подвергают термической обработке (нормализации, улучшению), так как после снятия с поверхности шпинделя слоя металла может произойти значительное перераспределение внутренних напряжений, а это повлечет за собой значительные деформации шпинделя не только после последующей обработки опорных шеек, но даже при эксплуатации его после того, как шпиндель будет смонтирован на станке. Избежать этого можно не только правильным выбором материала и термической обработкой заготовки, но и созданием наиболее технологичной конструкции шпинделя и правильным технологическим процессом с разделением обработки на черновую, чистовую и отделочную.
Основными базами шпинделя (рис. 140) являются его опорные шейки, но так как использовать их в качестве технологических баз на большинстве операций обработки не представляется возможным, то при обработке наружных поверхностей технологическими базами служат поверхности центровых отверстий. При обработке же центрального отверстия в шпинделях первых двух групп в качестве технологической базы используют его основные базы — опорные шейки.
Чистовую и отделочную операции опорных шеек и соосных с ними наружных поверхностей шпинделей с осевым отверстием производят на специальных пробках (рис. 141) или оправках с зацентрованными отверстиями. Пробки вставляют в расточенные с обоих концов цилиндрические или конические отверстия шпинделя, которые служат технологическими базами. Пробки, входя-252
Рис. 140. Шпиндель токарного станка 1К62
4 YOU 0 tllfy.tLf‘90l<b
щие дополнительным звеном в технологическую размерную цепь при их смене на различных операциях, могут дать существенные ошибки установки, которые перенесутся на положение исполнительной поверхности центрального отверстия относительно поверхности опорных шеек. Чтобы уменьшить это влияние ошибки на конечную точность шпинделя, чистовые и отделочные операции обработки наружных поверхностей следует выполнять на одних и тех же пробках, вставленных в шпиндель, без их смены. Это потребует большее количество пробок или оправок, но зато повысится точность обработки.
Рис. 141. Пробка для обработки шпинделя в центрах
В табл. 18 приведен технологический маршрут обработки шпинделя токарного станка 1К62 (см. рис. 140) в условиях серийного производства. По мере необходимости в технологический маршрут можно включать операцию правки шпинделя после термической обработки, особенно для шпинделей, изготовляемых из цементируемых сталей, так как они подвергаются длительному нагреву.
Из приведенного технологического маршрута видно, что сохранить единство баз ввиду сложного профиля шпинделя не удается, поэтому при обработке на различных операциях происходит смена баз. Даже при чистовых обработках наружных поверхностей практически не удается на всех операциях вести обработку от основных опорных шеек. Это объясняется тем, что опорные шейки расположены на значительном расстоянии от концов шпинделя, поэтому затрудняют использование их в качестве технологических баз без излишнего осложнения зажимных устройств станка и без опасения возникновения вибраций вследствие удаления места опоры от обрабатываемой поверхности. Установка на наружные поверхности шеек, соосных с опорными шейками шпинделя и обработанными совместно на одной операции, не дает значительного увеличения ошибок, выходящих за пределы требований технических условий.
254
Таблица 18
Технологический маршрут обработки шпинделя токарного станка 1К62
Содержание операции Технологическая база Станок
Фрезерование торцов и их зацентровка Черновые поверхности шеек Фрезерно-центровальный
Черновая токарная обработка наружных поверхностей шеек (с припуском 2—3 мм) со стороны хвостовой части шпинделя до фланца и предварительная подрезка фланца Поверхность зацентрованных отверстий Токарно-копировальный МР-24
Чистовая токарная обработка наружных поверхностей .шеек до фланца под шлифование и прорезка канавок Токарная обработка наружной поверхности головной части шпинделя Поверхности зацентрованных отверстий Токарно-копировальный МР-24 Токарный 1К62 с гидросуппортом ГСП-41
Сверление осевого отверстия диаметром 46,5 мм с головной части на длину 465 мм и с другой стороны на проход Рассверливание отверстий диаметром 54 мм на длине 190 мм со стороны головной части шпинделя Чистовая токарная обработка конусных отверстий Морзе № 6 с обоих концов шпинделя и подрезка торцов Наружные поверхности наиболее удаленных шеек Для глубокого сверления РТ-54 Вертикально-сверлильный 2А135 Токарный 1К62 с гидросуппортом ГС-1
Сверление отверстий и нарезание резьбы во фланце Поверхность конусного отверстия Вертикально-сверлильный
Термическая обработка: закалить и отпустить поверхность внутреннего и наружного конусов и торец фланца на установке т. в. ч., твердость HRC 48—52 *—
255
Продолжение табл. 18
Содержание операции Технологическая база Станок
Предварительное шлифование наружных поверхностей шеек с припуском 0,15— 0,20 мм Предварительное шлифование конуса 1 : 12 на пробках Нарезание резьбы 68X2 и 100X2, подрезка торцов упорных гаек, навернутых на шпиндель Фрезерование шлицев 90ДХ83,4Х122о;114 ММ Фрезерование шпоночной канавки и сверление двух отверстий диаметром 8 мм Отделочное шлифование наружных поверхностей шеек Чистовое шлифование конуса 1 : 12 Поверхности зацентрованных отверстий пробок, вставленных в конусные отверстия Круглошлифовальный 3161Н Круглошлифовальный Токарно-винторезный 1К62 Шлицефрезерный 3150А Шпоночно-фрезерный Круглошлифовальный
Отделочное шлифование поверхности конуса под патрон и торца фланца Отделочное шлифование поверхности внутреннего конуса Поверхность опорных шеек Круглошлифовальный 3161Т В нутр иш л ифова л ь-ный
Для максимального же сокращения отклонения от соосности исполнительной поверхности осевого отверстия относительно оси вращения шпинделя при обработке в качестве технологических баз используют окончательно обработанные поверхности опорных шеек.
В зависимости от масштаба выпуска черновую и чистовую обработку наружных поверхностей шеек шпинделя производят на токарных, многорезцовых и гидрокопировальных станках. Сравнительно сложная конфигурация шпинделя с большим количеством ступеней, незначительно различающихся по диаметру, не позволяет получить часто заготовку наиболее прогрессивными методами с минимальными припусками по всему профилю из-за экономической нецелесообразности для данного вида производства. Поэтому далеко не всегда удается снять все припуски, составляющие на отдельных участках более 15 мм, за одну операцию и, как видно из приведенного маршрута обработки, ее разделяют на черновую и чистовую под шлифование.
Даже при небольших размерах партий экономически целесообразно вести обработку на многорезцовых и гидрокопироваль-256
ных станках. Первые позволяют применять несколько резцов и сокращать длину проходов; вторые (несмотря на то, что продольное обтачивание производится одним резцов по копиру) вследствие их быстроходности и большой жесткости позволяют вести обработку на высоких режимах резания, что значительно сокращает машинное и вспомогательное время. Обтачивание ведется при скоростях резания 150—160 м/мин, глубине резания 5—15 мм, с подачей 0,32 мм на оборот твердосплавными резцами Т14 и Т15.
Заготовку устанавливают в центрах с поджимом левым торцом к опорному кольцу, от которого ведется настройка линейных размеров. Крутящий момент передается поводковым патроном с само-захватывающими кулачками, которые захватывают заготовку за наружную поверхность и тем самым не позволяют обрабатывать на проход по всей длине без перестановки детали. Применять же специальные торцовые поводковые патроны для черновой обработки, требующие большой осевой силы центра задне'й бабки, нерационально, так как это может вызвать продольный изгиб обрабатываемой детали.
Так как большие силы резания, воспринимаемые центрами станка, вызывают смятие и износ поверхностей зацентрованных отверстий, возможно появление зазоров и, следовательно, неопределенности базирования в процессе снятия стружки резцом, в итоге понижение‘точности и качества обрабатываемой поверхности. Периодический или постоянный поджим заготовки к передней опоре пневматическим или гидравлическим задним центром устраняет подобные осложнения. При тонких валах или шпинделях значительные силы, создаваемые вдоль их оси гидравлическим или пневматическим цилиндром задней бабки, могут вызвать продольный изгиб деталей, превышающий допустимые биение обрабатываемых шеек под шлифование (не более 0,2 мм), что заставляет вводить дополнительную операцию правки или увеличивать припуск на шлифование.
Иногда после чернового обтачивания шпиндели подвергают термической обработке— нормализации для ослабления внутренних напряжений, улучшения механических свойств и обрабатываемости материала. Осевые отверстия сверлят на специальных станках для глубокого сверления. Один из таких станков (РТ-54) имеет два шпинделя для одновременной обработки двух заготовок. Отверстия диаметром до 80 мм сверлят специальными перовыми сверлами (рис. 142). Охлаждающая жидкость, служащая одновременно для удаления стружки, подается через канал державки сверла в зону резания. Для сверления отверстий большого диаметра, прошитых в заготовке, применяют многорезцовые расточные головки.
Глубокое отверстие в шпинделе сверлят обычно с двух установок: сначала отверстие сверлят на определенную глубину с одного конца, а затем на проход с другого конца. В качестве технологических баз используют наружные поверхности предва-
9 Б. Л. Беспалов и др. 257
рительно обточенных шеек шпинделя. Одной шейкой деталь устанавливают в патрон станка, а другой опирают на люнет.
Отверстие шпинделя токарного станка 1К62 диаметром 46,5 мм обрабатывают сверлом из быстрорежущей стали со скоростью резания v — 26,6 м/мин и подачей $ — 0,2 мм/об. Применение сверл из твердого сплава позволяет повысить скорость резания до 60— 70 м/мин. Допустимая неконцентричность отверстия после сверления не должна быть более 0,5 мм.
Затем в головной части шпинделя рассверливают отверстие на больший диаметр (до 54 мм) для последующей обработки конуса.
Окончательное растачивание конуса в хвостовой части и предварительное в головной и подрезку торцов производят на токарном станке с применением гидрокопировального суппорта с двух установок. Эти конусные отверстия служат затем технологическими базами, в которые вставляют калиброванные пробки с зацентрованными отверстиями для дальнейшей обработки наружных поверхностей шпиндели.
Последняя операция механической обработки перед термической обработкой — сверление отверстий во фланце и нарезание в них резьбы. Сверлят по накладному кондуктору, базирующемуся по поверхности внутреннего конуса, и торцу фланца. Эту 258
операцию можно производить одновременно на вертикальносверлильном станке с применением многошпиндельной головки. В этом случае нарезание резьбы выносят в отдельную операцию и выполняют обычно на радиально-сверлильном станке.
§ 4. Термическая обработка шпинделей
Вид термической обработки и ее режим зависят от выбранной марки стали и требований, предъявляемых к шпинделю. Целью термической обработки является создание высокой степени износостойкости поверхности опорных шеек (основных баз) и исполнительных поверхностей (поверхности внутреннего конуса и центрирующего пояска) с сохранением сырой сердцевины, что обеспечивает высокую первоначальную точность шпинделя и сохраняет ее в течение длительного времени. Эта задача наилучшим образом решается применением поверхностной закалки. Термическая обработка не должна вызывать заметных деформаций и искривления шпинделя. Указанные выше поверхности подлежат закалке и последующему отпуску на твердость HRC 48—52.. Шпиндели, работающие в опорах скольжения, закаливают и на более высокую твердость. После термической обработки необходимо промыть и очистить от возможной окалины поверхности технологических баз.
Поверхностную закалку можно производить несколькими способами.
Поверхностная закалка с нагревом т. в. ч. Этот способ в последнее время нашел наибольшее распространение. Преимущество его заключается в кратковременности нагрева (от 0,5 до 20 с) поверхностного слоя металла, который подвергается закалке, в то время как остальная часть металла остается ненагретой, а это почти исключает деформации детали. На закаливаемой поверхности почти совершенно отсутствует окалина. Все это предопределяет оставление незначительных припусков на отделочные операции. Глубина закаливаемого слоя колеблется в пределах 1—5 мм с твердостью более высокой, чем она достигается другими способами закалки. Нагрев и охлаждение7 закаливаемой поверхности осуществляются при помощи специальных индукторов. На рис. 143 показан индуктор для нагрева и закалки наружного конуса и торца фланца шпинделя токарного станка 1К62. Время, потребное на его закалку, при общем напряжении 11 В, величине тока на сетке 0,3 А и токе на аноде 9 А составляет 50 с. На закалку внутреннего конуса требуется 80 с.
Шпиндель при закалке на установке т. в. ч. получает вращательное движение. Отпуск поверхности шпинделя можно производить также на установке т. в. ч. или в шахтных печах типа ПН-34, в последнем случае шпиндель нагревают в течение 2,5 ч при температуре 180° С.
Поверхностная термическая обработка азотированием. Этому методу поверхностной закалки подлежат шпиндели, изготовляе-* 259
мые из специальных сталей марок 35ХМЮА, 39ХВФЮА и др., содержащих алюминий. Азотированию подвергают обычно шпиндели, работающие в опорах скольжения, когда стремятся добиться минимальной деформации при закалке. Так как этот способ протекает при’ сравнительно низкой температуре (550—500° С), не вызывающей фазовых превращений металла, то и не наблюдается заметных деформаций. Твердость же закаленной поверхности достигает HRC 66—68.
Рис. 143. Индуктор для закалки шпинделя на установке т. в. ч.
Вследствие незначительной деформации шпинделя, с одной стороны, и трудности обработки азотированного слоя металла — с другой, поверхности, подлежащие азотированию, предварительно шлифуют с составлением очень небольшого припуска (0,05— 0,06 мм) на последующую отделочную операцию (полирование или шлифование мелкозернистым абразивным материалом). Сам по себе процесс несложный, но продолжительный — требует нескольких часов.
§ 5. Обработка поверхности шпинделя после термической обработки
Все наиболее ответственные операции, в том числе и отделочные, обеспечивающие конечную точность шпинделя, выполняют после термической обработки, при этом подавляющее большинство 260
их производится при базировании шпинделя на центровых пробах, вставленных после термической обработки в конусные отверстия.
До окончательной отделки наружных поверхностей шеек и исполнительных поверхностей шпинделя нарезают резьбу и шлицы и фрезеруют шпоночные пазы.
Функции резьб, нарезанных на поверхности, соосных с осью шпинделя, различны. К резьбам, служащим для фиксации зажимных патронов, предъявляют повышенные требования точности, поэтому их нарезают либо полностью на токарном станке, либо с разбивкой на две операции, подвергая предварительному фрезерованию на резьбо-фрезерных станках с окончательной калибровкой резцами на токарном станке.
При серийном производстве последний вариант в зависимости от масштаба выпуска может оказаться более экономичным, чем первый.
Резьбы для крепления монтируемых на шпинделе деталей кольцами-гайками должны отвечать требованиям нормальной точности, лежащей в пределах 2-го класса, их обычно выполняют мелкими. Такие резьбы в зависимости от требований точности и вида производства (единичного или серийного) также нарезают на токарном станке резцами или на резьбофрезерных станках дисковыми либо гребенчатыми фрезами.
Учитывая высокие требования точности по биению торца смонтированной на шпиндель гайки, во избежание недопустимых перекосов (не более 0,025 мм на 7? = 50 мм), иногда применяют протачивание торцов колец-гаек в сборе со шпинделем, который в таком комплекте и должен следовать на узловую сборку. Такой метод принят в частности при крупносерийном выпуске станков 1К62 на заводе «Красный пролетарий».
Имеющиеся на поверхности шпинделя шпоночные пазы фрезеруют на обычных фрезерных или специальных станках дисковыми или пальцевыми фрезами в зависимости от формы пазов. Шлицы нарезают на шлицефрезерных станках типа 5350А по методу обкатки и, так как поверхность их не подвергается термической обработке, в большинстве случаев для получения шлицев надлежащей точности эта операция является окончательной. В связи с этим к заготовкам предъявляют требования точности по биению шеек, чтобы они не выходили за пределы допустимого отклонения (не более 0,1 мм у зажимных кулачков). Шлицы можно нарезать и другими способами, которые были рассмотрены при обработке ступенчатых валов.
Надлежащая глубина и параллельность образующихся поверхностей шпоночных канавок и шлицев относительно оси шпинделя наилучшим образом обеспечиваются при установке шпинделя в центрах. Поэтому обработку пазов и шлицев целесообразно производить после термической обработки на тех же пробках, без их перестановки. Если в качестве технологических 2в1
баз при установке шпинделя в центрах на этих операциях используют поверхности фасок осевого отверстия шпинделя, обработку пазов можно производить и до закалки шпинделя.
§ 6. Отделочные операции наружных и внутренних поверхностей шпинделя
Наиболее ответственными операциями, влияющими на конечную точность шпинделя, являются операции отделочной обработки опорных шеек шпинделя, центрирующего пояска для фиксирования зажимного патрона и исполнительной поверхности осевого отверстия. Точность указанных поверхностей у шпинделей для непрецизионных станков, а также у шпинделей, работающих на опорах качения, достигается шлифованием; для более высокой точности и правильности формы обычно шлифование делят на предварительное и окончательное.
У шпинделей с осевым отверстием наружные поверхности шлифуют на базе поверхностей осевых отверстий на пробках либо на поверхностях фасок, либо на цилиндрических разжимных оправках. В первых двух случаях качество поверхности и их точность' получаются выше.
Шпиндели без осевого отверстия шлифуют в центрах на круглошлифовальных станках типа 3161 кругами зернистостью 46—60 и твердостью СМ1—СМ2. Отделку центрирующего пояска можно вести также в центрах с установкой шпинделя на тех же пробках, на которых производилась- окончательная обработка опорных шеек. Однако, так как пробки являются дополнительным звеном в технологической размерной цепи, они могут внести дополнительную ошибку, которая может оказаться больше, чем это допустимо по соосности обрабатываемой поверхности с осью вращения шпинделя. Поэтому для исключения этих ошибок правильнее операцию шлифования исполнительных поверхностей (внутреннего копуса или центрирующего пояска) выполнять на базе опорных шеек. В этом случае шпиндель базируется поверхностями опорных шеек в двух опорах приспособления — люнета (рис. 144), установленного на столе круглошлифовального станка, и приводится во вращение от шпинделя с гибкой связью. Вкладыши специальных люнетов тщательно обрабатывают и при установке приспособления на столе станка выверяют с высокой точностью.
На английском станкостроительном заводе фирмы Herbert-BSA Ltd шейки шпинделя токарного станка шлифуют на станке с числовым программным управлением (ЧПУ), мод. B810ST-1000 фирмы Schaudt. (ФРГ), работающим по автоматическому циклу, в котором все движения исполнительных механизмов в рабочем цикле, включая раскрытие и закрытие двухопорного люнета, управляются от команд, закодированных на перфоленте. На основе проведенных фирмой исследований было установлено, что при обработке детали на существующих обычных станках практически 262 <
невозможно повысить производительность за счет сокращения времени собственно процесса шлифования (машинного времени) Но зато имеются значительные резервы для сокращения времени холостых ходов, продолжительности наладок, длительности измерений обрабатываемых поверхностей, особенно при обработке длинных деталей, у которых шлифуется несколько шеек различного диаметра. Сокращение общего времени обработки может быть достигнуто и за счет сокращения количества установок детали при шлифовании. По данным фирмы, если вспомогательное время будет сокращено хотя бы на 50%, то применение станка с ЧПУ можно считать экономически целесообразным. Проведенные эксперименты показали, что при шлифовании многоступенчатых дета-
Рис. 144. Приспособление для шлифования поверхности осевого коническоги отверстия шпинделя
лей, какими является шпиндель токарного станка, общая про должительность вспомогательного времени может быть снижена в 3 раза, а при обработке менее сложных деталей — не менее чем в 2 раза. Шлифование шеек шпинделя токарного станка на указанном станке может быть полностью выполнено с одной установки, тогда как при обработке на обычных шлифовальных станках оно выполняется за две-три установки.
На станке с ЧПУ экономически целесообразно шлифовать и более простые детали, чем шпиндель.
В настоящее время на заводе фирмы Herhert-BSA шпиндели обрабатывают партиями по 40—50 деталей, запускаемыми в производство в среднем раз в 2—3 месяца, а иногда и реже. В дальнейшем предполагается обрабатывать на станке с ЧПУ подобные детали также мелкими сериями, а в отдельных случаях даже еди ничные детали.
По данным фирм Herbert-BSA и Rolls-Royce, использование шлифовальных станков с ЧПУ весьма перспективно, хотя и неоо-ходимы еще фундаментальные исследования, которые бы помогли полностью выявить все преимущества таких станков и области их применения.
263
§ 7. Особенности обработки шпинделей прецизионных станков
А-А
Технологический процесс изготовления шнинделей прецизионных станков более сложный, так как к таким шпинделям техническими условиями предъявляются более высокие требования. Например, у шпинделя координатно-расточного станка мод. 2А430 конусность и овальность опорных шеек не должны превышать 0,002—0,001 мм, биение — не более 0,003 мм, чистота поверхности опорных шеек не ниже 12-го класса, биение конусного отверстия относительно оси вращения шпипделя — не более 0,0015 мм у конца шпинделя.
Для устранения вредного влияния остаточных напряжений, которые могут вызвать деформации шпинделя не только в процессе его обработки, но и в период эксплуатации, шпиндели прецизионных станков неоднократно подвергают термической обработке.
Требования высокой точности, правильности формы и высокого класса
Рис. 145. Схема суперфиниширования по- чистоты поверхности опор-
верхности
ных.шеек и исполнитель.
ных поверхностей обычно вынуждают прибегать к неоднократному шлифованию и доводочным операциям. При шлифовании особое внимание уделяется устранению динамической неуравновешенности абразивного круга, которое может возникнуть в процессе обработки и значительно ухудшить качество изделия. В качестве доводочных операций могут быть применены притирка, хонингование и суперфиниш.
Для получения поверхности опорных шеек наиболее высокого качества их подвергают суперфинишированию. Сущность этого метода заключается в том, что при определенных условиях мелкозернистыми абразивными брусочками с поверхности детали удаляют гребешки, оставшиеся после предыдущей операции, и поверхность доводится до зеркального вида.
Рабочими движениями при суперфинишировании наружных цилиндрических шеек (рис. 145) являются вращение шпинделя (в начале процесса со скоростью 10—30 м/мин, а в завершающей части 100—120 м/мин), короткие возвратно-поступательные (осциллирующие) движения брусков и продольная подача их вдоль оси обрабатываемого шпинделя при длинных шейках (примерно 0,1 мм/об). Осциллирующее движение брусков происходит с частотой 2000—3000 двойных ход/мин с величиной хода 0,5—2 мм.
Обработку ведут с применением смазывающей жидкости определенной вязкости. Бруски прижимаются к обрабатываемой
264
поверхности с удельным давлением 150 — 200 кН/м2 (1,5— 2 кгс/см2).
Припуск фактически определяется высотой неровностей, остающихся на поверхности после предыдущей операции шлифования. Для стальных деталей обычная толщина снимаемого слоя при суперфинишировании не превышает 5—7 мкм, поэтому и припуск оставляете^ порядка 0,005 мм. Так как суперфиниш уменьшает только шероховатость поверхности и не исправляет макрогеометрию, то перед суперфинишированием обрабатываемые детали должны по геометрической форме (овальность, конусность) отвечать требованиям технических условий по этим параметрам на
Зернистость абразивных брусков выбирают в зависимости от требуемого класса чистоты. При этом исследования ВНИИАШа показали, что применение литых брусков на керамической связке позволяет чистоту обрабатываемой поверхности повысить на 1—2 класса по сравнению с прессованными. Чистота поверхности шеек после суперфиниша, предварительно обработанных тонким шлифованием, достигает 13-го класса.
Обработка шеек под подшипники высокоточных станков производится также тонким шлифованием и доводкой (притиркой). Тонким шлифованием можно получить высокую точность формы (отклонение от круглости до 0,5 мкм) и чистоту поверхности в пределах 10—12-го классов.
Операцию доводки выполняют с помощью притиров из серого чугуна марок СЧ 18-36, СЧ 21-40, СЧ 24-44 с применением абразивной пасты (электрокорунда — 60%, олеиновой кислоты —28%, стеарина— 12%), а также алмазной пасты. При доводке частота вращения детали, установленной в центрах токарного станка, в начальный период 100—125 об/мин, а при окончательной доводке 50 об/мин. Операция трудоемкая и требующая рабочего высокой квалификации.
Шпиндели зубошлифовальных и резьбошлифовальных (рис. 146) станков высокой точности в условиях серийного и мелкосерийного производства изготовляют по следующему регламенту, разработанному Оргстанкинпромом:
265
1. Отрезка заготовки из стали 38ХВФЮА.
2. Обработка торцов и центровых отверстий.
3. Черновая обработка наружных поверхностей с припуском 4—5 мм.
4. Термическая обработка (улучшение или нормализация).
5. Токарная обработка технологических шеек под люнет.
6. Токарная обработка торцов, торцовой выточки для последующей обрезки образца «свидетеля» и центрового отверстия начисто, обработку производить в патроне и люнете с выверкой на биение 0,05 мм.
7. Токарная обработка наружных поверхностей под шлифование.
8. Термическая обработка (стабилизирующий отпуск).
9. Токарная отрезка образцов «свидетелей» и клеймение одним номером с деталью.
10. Шлифование центровых отверстий до V9.
11. Получистовое шлифование наружных поверхностей и упорных торцов с припуском 0,08—0,10 мм (резьбовые шейки не шлифовать), чистота V8 и отклонение от геометрической формы не более 0,01 мм.
12. Термическая обработка (азотирование совместно с образцами).
13. Доводка центровых отверстий.
14. Получистовое шлифование рабочих цилиндрических, конусных поверхностей и упорных торцов. Чистовое шлифование свободных поверхностей и шейки под резьбу.
Припуск на финишное шлифование 0,03—0,04 мм; отклонение от геометрической формы опорных шеек — не более 0,004 мм; чистота V9.
15. Чистовое шлифование резьбы на станках высокой точности типа 5822Б с охлаждением — масло индустриальное № 20.
16. Финишное шлифование рабочих цилиндрических и конусных поверхностей и упорных торцов.
17. Суперфиниширование опорных шеек.
Операции шлифования производят на станках повышенной точности класса П типа ЗБ151П, ЗБ161П, а тонкое шлифование— на станках особо высокой точности класса А типа ЗЕ 153, ЗЕ 12, МАЗН 161. При обработке деталь обычно базируется на неподвижных центрах станка, поэтому к поверхности центрового отверстия предъявляют высокие требования точности. Центровые отверстия целесообразно шлифовать на центрошлифовальном стайке типа МВ-119 (МЗКрС) при вращающейся детали с планетарным и осциллирующим движением режущего инструмента в плоскости, наклоненной под углом 30° к оси конуса.
Доводку центровых отверстий производят на станке мод. 3922 или на токарных и сверлильных при помощи специальных центров с отклонением угла конуса (60°) не более ±3'. 266
В качестве притирочного материала применяют смесь веретенного масла № 3, олеиновой кислоты и микропорошка М7—М5 в жидкой консистенции.
Обработку шпинделя, начиная с операции 14, следует производить в термоконстантном помещении.
§ 8. Балансировка шпинделей
Все шпиндели быстроходных станков проходят балансировку в собранном виде. Качество обрабатываемых на станке деталей
во многом зависит от неизменности положения шпинделя в станке и от плавности его вращения. Ошибки в изготовлении и монтаже шпинделя, а также неодинаковая плотность металла, из которого
он сделан, приводят к неуравновешенности шпинделя, что при эксплуатации станка может вызвать вибрации. Они снижают стойкость режущего инструмента, качество обработанной поверхности, вызывают усиленный износ опор шпинделя и в ряде случаев либо вынуждают сильно снижать режимы резания, что влечет к понижению производительности, либо вообще пре-
Рис. 147. Схемы неуравновешенности деталей
кращать работу.
Неуравновешенность может ч быть статической, когда не совпадают центр тяжести детали с осью вращения (она вызывает только центробежную силу) и динамической, когда действие неуравновешенны^ масс вызывает пару сил и центробежные моменты инерции, не равные нулю.
При наличии обоих видов неуравновешенности (рис. 147) на деталь действует главный вектор центробежных сил Р, приложен-
ный в центре тяжести, и пара сил, приложенная в плоскости, проходящей через ось вращения детали и создающая момент М. Главный вектор центробежной силы определяется по формуле
а главный момент
Р = /исо2г,
где т — масса детали в кгс-с2/см;
г — смещение центра тяжести от оси вращения в см; Ja, JVx — центробежные моменты инерции в плоскостях ZOX и YOX в кгс-см-с2, ,
<о — угловая скорость вращения в рад/с.
267
Разложив силу Р на составляющие Рх и Ра, соответственно в плоскостях I и II и момент М с силами Q при условии, что М = = QI и сложив Рх с Qi и Р2 с Qa, получим равнодействующие и которые заменят главный вектор сил Р и главный момент М.
Так как и пропорциональны квадрату скорости ®, деталь можно уравновесить, если добавить или убавить массу в каждой из плоскостей исправления (приведения) так, чтобы создаваемые ими центробежные силы уравновесили действующие на деталь центробежные силы Рг и Р2 вследствие ее начальной неуравновешенности. На этом принципе и основана балансировка и балансировочные станки. Неуравновешенность выражается в граммо--сантиметрах и относится к выбранным плоскостям исправления; при других плоскостях эта величина меняется.
Для устранения неуравновешенности детали проходят специальную операцию балансировки. В соответствии с изложенными выше видами неуравновешенности существуют и два вида балансировок—статическая и динамическая.
Статическая балансировка применяется обычно для деталей, у которых отношение-g- мало (маховики, диски, зубчатые колеса), так как влияние динамической неуравновешенности у них невелико. Балансировку производят на оправке с надетой на нее деталью и свободно перемещающейся на двух параллельных ножах .или роликах под действием статического момента. Таким образом определяется направление радиуса приложения уравновешивающего груза.
Шпиндель стагнков является деталью, у которой отношение -^-значительно больше единицы. Так как на шпиндель монтируют ряд деталей (зубчатые колеса, кольца-гайки, подшипники, втулки, фланцы), то для него характерны оба вида неуравновешенности, поэтому его подвергают динамической балансировке в сборе, которая устраняет оба вида неуравновешенности.
Динамическую балансировку производят на специальных балансировочных станках. Для балансировки шпинделей диаметром до 800 мм и весом 10—100 кг предназначен станок мод. 9Б725А (ЭНИМС). Неуравновешенность на нем определяется измерением амплитуды и фазы колебаний опор.
Неуравновешенность устраняется высверливанием металла в заданных местах балансируемой детали или узла в сборе при помощи двух специальных сверлильных головок, встроенных в балансировочный станок. Так, допустимый дисбаланс шпинделя токарного станка 1К62 в сборе с монтируемыми на него деталями равен 25 гем при 2000 об/мин. При его балансировке металл высверливается на торце большого зубчатого колеса и заднего фланца.
Для балансировки более крупных шпинделей (весом до 320 кг) предназначен балансировочный станок мод. 9А730.
268
§ 9. Контроль шпинделей
Точность изготовления шпинделя проверяют в определенной последовательности: сначала определяют правильность формы поверхностей, затем их геометрические размеры и потом уже их положение. Такая последовательность необходима для того, чтобы можно было путем исключения ошибок измерять с наибольшей точностью тот параметр, который необходимо проверить.
Измерительными базами при проверке шпинделей обычно являются поверхности его опорных шеек, которые, являясь его основными базами, определяют положение всех остальных поверхностей при работе шпинделя в станке. Поэтому при проверке шпиндель устанавливают опорными шейками с упором в один торец на призмы контрольных плит или специальных контрольных устройств; одна из призм — обычно регулируемая по высоте.
Правильность геометрической формы проверяют индикатором в нескольких параллельных сечениях, перпендикулярных оси шпинделя, а также на отклонение от круглости с помощью прибора мод. 218 завода «Калибр».
Отклонения образующей цилиндрической поверхности от прямолинейности проверяют также индикатором, пуговка которого проводится по образующей поверхности параллельно оси шпинделя.
По разности наибольшего и наименьшего показаний судят об ошибке отклонения от параллельности.
Диаметральные размеры в зависимости от степени точности и диаметра проверяют предельными скобами, штангенциркулями, микрометром (до 0,01 мм), пассаметром (до 0,002 мм) или микро-тастом (до 0,001 мм). Затем контролируют правильность положения поверхностей относительно оси вращения шпинделя. Отклонение контролируемой поверхности от соосности с осью вращения шпинделя проверяют индикатором при вращении шпинделя вокруг оси. Такую проверку необходимо производить в двух крайних сечениях контролируемой поверхности.
Особое внимание уделяется контролю соосности исполнительных поверхностей с осью вращения шпинделя. Метод проверки зависит от конструкции шпинделя.
Так, для шпинделей с коническим центральным отверстием, биение конусной поверхности относительно оси вращения шпинделя проверяется индикатором при помощи цилиндрической оправки, которую вставляют в проверяемое отверстие точным конусным хвостовиком.
В производствах с большим объемом выпуска при установившемся технологическом процессе шпиндели подвергают выборочному контролю. Для сокращения времени применяют специальные контрольные приспособления для одновременной проверки шпинделя по нескольким параметрам точности.
269
Глава III
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ходовых винтов
§ 1. Служебное назначение ходовых винтов
Ходовые винты станков служат для преобразования вращательного движения в поступательное прямолинейное перемещение при помощи сопряженной с ним гайки различных деталей и узлов станка (суппортов, кареток, фартуков), с заданной точностью.
Ходовой винт является одним из звеньев многозвенной размерной цепи А, которая обеспечивает точность перемещения суппортов, а следовательно, и точность обрабатываемой на станке
Рис. 148. Схемы размерной цепи, в которую -одним из звеньев включается ходовой винт
детали (рис. 148). Как видно из рисунка, в этой размерной цепи ходовой винт вследствие вращения участвует постоянно меняющимся размером^ Д3, который представляет собой расстояние от точки соприкосновения с ним гайки до поверхности опорного буртика его опорной шейки. Равномерность изменения этого расстояния, оказывающая нередко решающее влияние на точность обрабатываемой на станке детали, зависит от ряда факторов, определяющих показатели качества ходовых винтов, в том числе и от равномерности вращения ходового винта и неизменности его относительного положения на станке во время работы. Такими показателями являются диаметральные размеры винта, точность шага резьбы, точность профиля резьбы, соосность резьбы винта с его опорными шейками, точность опорных шеек, перпендикулярность опорных буртиков оси вращения ходового винта, износоустойчивость, толщина нитки резьбы.
Ходовые винты в зависимости от степени точности перемещения, которую они обеспечивают, делятся на пять классов: 0, 1, 2, 3 и 4 (ТУ Д22-2).
Профиль резьбы ходовых винтов может быть трапецеидальным, прямоугольным и треугольным. Наибольшее применение находят ходовые винты с трапецеидальной резьбой, которая выше по прочности прямоугольной и позволяет при помощи разрезной гайки регулировать осевые зазоры. Кроме того, нарезание и шлифование 270
Рис. 149. Профиль винтовых канавок: а — полукруглый; б — арочный
трапецеидальной резьбы значительно проще, чем нарезание и шлифование прямоугольной. Однако ошибки перемещения, обусловленные радиальным биением ходового винта, значительно меньше при прямоугольных резьбах, чем при трапецеидальных, поэтому их применяют иногда для особо точных перемещений.
Ходовые винты обладают недостаточной жесткостью, так как обычно их длина во много раз превосходит диаметр, поэтому при их обработке под влиянием сил резания, а также под воздействием собственного веса возникают деформации. Все это создает определенные трудности при их изготовлении и предопределяет выбор материала и технологический процесс обработки.
В последние годы в станкостроении наряду с винтовыми парами скольжения стали применять винтовые пары качения, состоящие из ходового винта и гайки, сопряжение между которыми создается с по
мощью шариков. Такая винтовая пара не является самотормо-зящей и может применяться как для преобразования вращательного движения в поступательное, так и наоборот.
Профиль винтовых • канавок винта и гаек может быть полукруглый и арочный (рис. 149, б). В первом случае (рис. 149, а) профиль резьбы аналогичен профилю беговой дорожки шарикоподшипников, и при работе в паре с гайкой создает двухточечный контакт шариков. Недостаток такого профиля — неопределенность угла контакта. Арочный профиль создает четырехточечный контакт шариков (рис. 149, б), обеспечивает постоянство угла контакта.
Ходовые винты пар качения в основном изготовляют по тем же техническим условиям, что и ходовые винты скольжения. Так, например, наибольшая накопленная ошибка шага резьбы винта не должна превышать отклонений для винтов 1-го класса точности 6 мкм на длине 100 мм.
§ 2. Материалы для ходовых винтов
К материалу для ходовых винтов предъявляются требования высокой износостойкости, хорошей обрабатываемости и состояния стабильного равновесия внутренних напряжений после обработки, во избежание деформации при эксплуатации.
Из рекомендуемых для ходовых винтов сталей подобрать сталь, полностью отвечающую указанным выше требованиям, очень трудно. Особенно нежелательной для ходовых винтов является их
271
деформация, которая может проявляться как в процессе обработки, так, что особенно опасно, и в процессе эксплуатации. Особенно влияют на деформацию остаточные напряжения в самих заготовках и напряжения, возникающие при механической обработке, в том числе и при поперечном перерезании продольных волокон прутковой заготовки. Они могут достигать 300 — 400 Мн/м2 (30 — 40 кгс/мм2), особенно у ходовых винтов, изготовляемых из заготовок, у которых предварительно не были сняты остаточные напряжения. Это приводит к большим ошибкам по основным параметрам точности ходовых винтов. Уменьшить влияние этих факторов на погрешность ходовых винтов можно правильным выбором технологического процесса их изготовления.
Ходовые винты станков нормальной точности, не подвергаемые термической обработке, изготовляют обычно из среднеуглеродистых сталей А40Г с повышенным содержанием серы (0,18—0,80%) и стали 45 с добавлением 0,15—0,05% свинца. Повышенное содержание серы улучшает обрабатываемость и уменьшает шероховатость поверхности. Ходовые винты прецизионных станков классов 0 и 1 изготовляют из стали марок У10А, У12А, ХВГ, ХГ, ЗОХВА, 18ХГТ и стали 40ХФА, менее склонной к деформации при азотировании. Стали У10А и У12А хорошо обрабатываются, износостойки и при известных условиях термической обработки ке дают значительных остаточных деформаций. Заготовки подлежат отжигу на структуру зернистого перлита и твердость НВ 170—187.
Ходовые винты пар качения изготовляют из легированных сталей марки ХВГ или азотируемой стали марки ЗОХЗВА и подвергают термической обработке до твердости HRC 58—62.
В качестве заготовок для ходовых винтов применяют обычно пруток, отрезанный от сортового материала диаметром, максимально приближающимся к рассчитанному диаметру заготовок с минимальным припуском. Минимальный припуск определяется ошибками установки и дефектным слоем, однако из-за ряда факторов припуск обычно значительно выше минимальной величины.
Основными базами ходового винта, которыми он базируется в изделии, являются его опорные шейки и опорные буртики. Исполнительными поверхностями ходового винта является поверхность винтовой резьбы. Между исполнительными поверхностями и основными базами должна быть обеспечена наибольшая точность.
Так как технологическими базами при изготовлении ходовых винтов являются центровые отверстия по оси винта, то во избежание деформаций, возникающих под влиянием сил резания и собственного веса, создается дополнительная двойная направляющая технологическая база, которой является наружная поверхность винта. Это обстоятельство требует ее обработки с высокой точностью, что влияет на выбор технологического маршрута* 272
Наружный дйаметр ходовых винтов класса 3 выполняют по 2-му классу точнбсти посадки С, а винтов классов 0; 1 и 2 — по 1-му классу точности посадки С. Для винтов класса 4 наружный диаметр выполняют по 2-му классу точности с посадкой X.
§ 3. Технологический процесс изготовления ходовых винтов нормальной точности
Технологический маршрут изготовления ходовых винтов нормальной точности для станков общего назначения типа 1К62 (рис. 150) в условиях крупносерийного производства приведен в табл. 19.
Отрезанные заготовки ходовых винтов длиной более 1 м подвергают правке. Правку обычно выполняют вручную специальным пневматическим приспособлением, установленным на токарном станке, или ручным домкратом, непосредственно установленным на резьбонарезном с,танке. Ходовой винт устанавливают в центрах и пропускают через опорные призмы приспособления. Сообщив винту сравнительно медленное вращение, находят место наибольшего биения. Под это место подводят опорные призмы приспособления и производят правку.
Ввиду трудоемкости правки изготовление винтов организуют так, чтобы избежать частых правок. В связи с этим винты между операциями рекомендуется хранить в вертикальном положении; в качестве заготовок используют прутки горячекатаной стали, которые после правки на специальном правильном станке обрабатывают на бесцентровотокарных станках, затем разрезают на части, соответствующие длине винта и в зависимости от марки стали подвергают термической обработке. Разрезанные на куски заготовки правят с допустимым биением 0,5 мм на всей длине.
273
i
/ Таблица 19 Технологический маршрут обработки ходовогд винта 3-го класса точности (рис. 150) Материал — сталь А40; заготовка — калиброванный пруток
Номер операции Содержание операции Технологические базы
1 Подрезка торцов, снятие фасок, зацентровка и протачивание выточек на торце Наружная поверхность
2 Токарное протачивание выточки диаметром 30X14 мм для захода резьбы Токарное обтачивание шейки диаметром 28Н с припуском на шлифование и прорезка канавки
3 Наружная поверхность, зацентрованные отверстия
4 Предварительное шлифование наружной поверхности до диаметра 44,5 мм; допустимое биение 0,1 мм Фрезерование резьбы с припуском 0,6 мм Зацентрованные отверстия
5 Зацентрованные , отверстия, наружная поверхность
- 6 Правка, биение не более 0,15 мм. Получистовое нарезание резьбы резцов с окончательным размером по внутреннему диаметру; припуск по профилю — 0,12 мм насторону То же
7 Сверление отверстия под штифт Наружная поверхность
8 Окончательное шлифование наруж- Зацентрованные отвер-
ной поверхности до диаметров 44С и 44Ш мм стия, наружная поверхность
9 Проверка биения и при необходимости правка, допускаемое биение не более 0,05 мм Зацентрованные отверстия
10 Окончательная нарезка профиля резьбы, снятие фасок и зачистка выхода резьбы Зацентрованные отверстия, наружная поверхность
11 Шлифование шейки до диаметра 28Н Зацентрованные отверстия
Калиброванный материал бесцентровотокарную обработку не проходит.
Во время правки могут возникнуть остаточные напряжения, которые через некоторое время вызывают деформации ходового винта. Поэтому ходовые винты прецизионных станков классово и 1 правке не подвергают. Для уменьшения остаточных напряжений, вызванных правкой и черновой обработкой винтов, классов 0; 1; 2 и иногда 3, подвергают старению, при этом искусственное старение является более эффективным, чем естественное. При естественном старении даже за довольно длительное время пролежи-вания заготовок, исчисляемое месяцами, снимается лишь 30—40% внутренних напряжений, тогда как искусственное старение в течение 20—25 ч снимает до 80% внутренних напряжений.
274 '
Старение обычно производят в электрических печах шахтного типа перед чистовыми операциями нарезания резьбы и обработки опорных шеек ходового винта. Для винтов, изготовляемых из стали А40Г, старение проходит при следующем режиме: нагрев в масляной ванне до температуры 180—200° С в течение 20 ч с последующим постепенным охлаждением до температуры 50° С.
Заготовки под винты большой длины центруют на токарных станках сначала с одного торца, а затем, после поворота на 180°, с другого. Для создания дополнительной технологической базы, которой является наружный диаметр ходового винта, заготовки шлифуют на бесцентрово-шлифовальных и на круглошлифовальных станках в центрах; в первом случае шлифуют до зацентровки для совмещения оси шлифованной поверхности с осью центровых отверстий. Шлифование в центрах обычно применяют для винтов классов 0; 1 и 2.
Резьбу на ходовых винтах нарезают за несколько операций фрезерованием, методом вихревого нарезания и резцом на токарновинторезных станках. Первые два метода наиболее производительны, но применяются в основном как черновые операции. Ходовые винты нарезают на токарных. и резьбонарезных станках различными прорезными и профильными резцами. При этом существуют два способа установки плоскости профиля резца относительно оси нарезаемого ходового винта.
При первом способе плоскость профиля резца совмещают с плоскостью, проходящей через ось ходового винта (рис. 151, а), В данном случае все режущие кромки резца являются прямолинейными. Это значительно облегчает его заточку по профилю и ^обеспечивает геометрически правильный профиль резьбы ходового винта. Недостаток этого способа заключается в том, что при большом угле подъема винтовой линии нарезаемых винтов у одной кромки резца образуется тупой угол резания, вследствие чего она скоблит, а не режет металл, а у другой кромки образуется острый угол, что ослабляет режущую кромку. Кроме того, эти обстоятельства создают опасность врезания резца в металл под влиянием сил, возникающих вследствие трения одной из граней резца о стенку канавки.
При втором способе установки плоскости профиля резца относительно оси ходового винта (рис. 151, б) углы резания у обеих режущих кромок резца одинаковы и, составляющая силы резания действует нормально к плоскости профиля резца. Это позволяет исключйть недостатки, которые свойственны первому способу. Но в этом случае возникает другое затруднение. Чтобы получить прямобочпый профиль резьбы правильной геометрической формы, все три кромки резца необходимо делать криволинейными, что значительно усложняет и удорожает изготовление и заточку таких резцов.
Учитывая изложенное, первый способ установки резцов применяется для чистового нарезания ходовых винтов с небольшим 275
углом подъема резьбы, а второй — для черновой,обработки, когда можно пренебречь получающимися искажениями профиля. Чистовое нарезание ходовых винтов с большим углом подъема резьбы можно рекомендовать вести тремя отдельными резцами, при этом их режущие кромки изготовляют прямолинейными, и плоскость профиля резца устанавливают в плоскости, проходящей через ось ходового винта. Таким образом, этот способ устраняет указанные выше недостатки.
Фрезерование резьбы на резьбофрезерных станках дисковой фрезой с прямолинейными режущими кромками применяют для черновой обработки, при этом дисковую фрезу устанавливают аналогично установке резца по второму способу, т. е. так, что ось ее вращения располагается на высоте центров нормально к средней
Рис. 151. Схемы установки резцов при нарезании резьбы
винтовой линии резьбы винта. Такая установка фрезы с прямолинейной режущей кромкой приводит к искажению профиля нарезаемой резьбы, поэтому его обычно исправляют на последующих операциях калибровкой резцами.
Другим недостатком фрезерования резьбы является неравномерность резания, что повышает шероховатость обрабатываемой поверхности и ускоряет затупление фрезы. При фрезеровании следует стремиться к тому, чтобы в зацеплении с деталью, на которой нарезается резьба, находилось не менее двух зубьев фрезы.
Резьбу на резьбофрезерных станках нарезают фрезами из быстрорежущей стали при скорости резания 40—50 м/мин и подаче 0,40—0,60 мм/зуб. Оснащение фрезы пластинками из твердого сплава значительно повышает производительность обработки за счет повышения скорости резания до 180—200 м/мин.
Нарезание резьбы фрезерованием особенно целесообразно производить на длинных валах, так как в этом случае участие ра- • бочего сводится лишь к установке и снятию детали и пуску станка, что позволяет легко осуществить многостаночное обслуживание.
Все большее распространение в последнее время находит так называемое вихревое нарезание резьбы. При этом способе при вращении обрабатываемой детали и параллельном движении резцовой головки вдоль ее оси с определенным шагом, за один оборот детали осуществляется результирующее движение по винтовой линии. Ось резцовой головки смещена параллельно оси обрабаты-276
Рис. 152. Схема вихревого нарезания наружной резьбы
ваемой детали на величину е, поэтому процесс нарезания получается прерывистым (рис. 152).
Резцовая головка представляет собой дисковую фрезу внутреннего касания с установленными в нее двумя, четырьмя или шестью резцами, профиль которых соответствует профилю нарезаемой резьбы.
При вихревом нарезании режущие кромки каждого резца находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью детали только на некоторой части окружности. На остальной, большей, части окружности, резцы проходят по воздуху и охлаждаются, что повышает их стойкость. Вихревое нарезание можно выполнять как на специальных станках, так и на обычных токарных, если оснастить их специальными резцовыми головками с отдельным приводом.
Вершины резцов устанавливают в инструментальной головке по окружности диаметром Dp, большем, чем диаметр нарезаемой резьбы dH; при d„ = 30н-40 мм, Ьр = = + (6—8) мм; при d„ — 41-г-60 мм Dp = dg + (8-5-10) мм.
Смещение оси вращения инструментальной головки относительно оси вращения детали определяется по формуле где t—глубина профиля резьбы.
Вихревое нарезание происходит при сравнительно высоких режимах обработки. Так, ходовые винты из стали А40 резцами, оснащенными пластинками из твердого сплава, нарезают со скоростью резания 250—300 м/мин (при стойкости 60 мин). Круговая подача лежит в пределах 0,2—0,5 мм/об. резца. Применение более высоких режимов резания, если не принять дополнительных мер, может привести к деформациям винта вследствие его нагрева. Так, нагрев ходового винта длиной 300 мм выше температуры 40— 50° С вызывает удлинение его на 0,01 мм [22].
По сравнению с фрезерованием резьбы вихревое нарезание резцами с пластинками из твердого сплава с применением охлаждения более производительно, дает поверхность достаточно высокого класса чистоты и снижает деформации резьбы. Уменьшить шероховатость нарезаемой поверхности и повысить точность резьбы можно увеличением количества резцов в инструментальной головке и специальным распределением между ними элементов обработки резьбы.
Так, при применении головки из четырех резцов два противоположно расположенных резца обрабатывают поверхность вну-
277
трецнего диаметра, третий профилирует резьбу, а четвертый зачищает и снимает заусенцы.
Применение инструментальных головок с тангенциальным расположением резцов при вихревом нарезании еще более эффективно.
Вихревой метод нарезания может быть применен для нарезания винтов 3-го и 4-го классов точности.
Наибольшая деформация ходового винта происходит после чернового фрезерования резьбы. Поэтому в приведенном технологическом маршруте после этой операции предусмотрена правка винта. Ее производят специальным домкратиком, установленным на направляющих токарно-винторезного станка на операции полу-чистовой обработки профиля резьбы, а также в случае необходимости после шлифования наружных поверхностей.
При нарезании резьбы у ходовых винтов значительной длины, когда в качестве технологических баз используют центровые отверстия и дополнительно прошлифованную наружную поверхность, па последнюю надевают две втулки специального люнета, установленного на суппорт станка, между которыми, как между двумя опорами, осуществляется резание.
Отделочную обработку резьбы производят на прецизионных токарно-винторезных станках мод. 1622Б быстрорежущими рез-зами с доведенными гранями. Чтобы точнее установить плоскости профиля резца по профилю резьбы, их делают с круглыми стержнями.
Ходовые винты повышенной точности обрабатывать несколько сложнее, чем обычные; их не подвергают правке в результате деформации в процессе обработки. Поэтому для них предусматривают, в зависимости от класса точности однократное или двухкратное искусственное или естественное старение. Так как после старения происходит перераспределение внутренних напряжений и ходовой винт в известной мере деформируется, вводят операции проверки зацентрованных отверстий и их перецентровку.
Для уменьшения и устранения погрешностей, возникающих в процессе чистовой и отделочной обработки резьбы, ее нарезают на прецизионных станках или на специальных станках с применением коррекционных устройств. Эти устройства путем дополнительных перемещений режущего инструмента во время работы автоматически вносят поправки в относительные перемещения винтовой передачи.
§ 4. Особенности изготовления прецизионных ходовых винтов
Прецизионные ходовые винты соответствуют О-му и 1-му классам точности ведомственных технических условий ТУД 22—2. Высокие требования точности, предъявляемые к прецизионным винтам, обусловливают и особые требования к выбору материала и технологическому процессу их изготовления. Винты бывают 278
закаленными и незакаленными. Термическое упрочнение винтов повышает износостойкость и позволяет длительное время сохранять их точность.
Сталь, из которой изготовляют прецизионный винт, подвергают анализу по химическому составу и микроструктуре. Правка заготовки прецизионного ходового винта в процессе его изготовления не допускается, поэтому она еще до обработки должна быть проверена на прямолинейность. Качество таких винтов во многом зависит от технологии его изготовления.
Прецизионные винты подвергают неоднократной термической обработке: отжигу, высокотемпературному отпуску, закалке, старению и стабилизации. Режим термической обработки устанавливают в зависимости от материала и размеров винтов в соответствии с назначенной термической операцией.
После черновых токарных операций заготовки подвергают либо высокотемпературному отпуску, либо старению или стабилизации. Так, винты из стали ХВГ диаметром 40—80 мм подвергают искусственному старению в масляной ванне в течение 30 ч при температуре 140—150° С или высокотемпературному отпуску с нагревом в шахтной печи до температуры 650—630° С с выдержкой в течение 10 ч и остыванием вместе с печью до 400° С и последующим охлаждением на воздухе.
Термическое упрочнение винтов до твердости HRC 56—59 обеспечивается объемной закалкой. Нагрев производят в шахтной соляной ванне в вертикальном положении сначала до температуры 550—600° С выдержкой 1 ч, затем температуру постепенно повышают до 840—850° С. Закалку производят в масле, подогретом до 50° С, также при вертикальном положении винта. После закалки предусматривается двойной отпуск. При таком методе закалки могут возникнуть значительные деформации винта, искривляющие его ось, поэтому в промышленности применяют и другие методы упрочнения, как азотирование и закалка с нагревом т. в. ч.
Операцию доводки центровых отверстий до чистоты поверхности рабочих фасок не ниже V9 производят на токарных станках нормальной точности или специальных приспособлениях твердосплавным инструментом, а также на специальных центрошлифовальных станках с планетарным движением шлифовального круга.
Резьбу нарезают за три операции — черновая, получистовая и чистовая — соответственно на станках высокой и особо высокой точности.
Черновую нарезку производят на полную глубину (а иногда и больше на 0,2—0,3 мм) профиля с припуском по нормали 0,07— 0,1 мм на сторону профиля с чистотой обработки V7.
Получистовое шлифование резьбы производят с припуском пс нормали 0,02 — 0,03 мм на сторону профиля с чистотой обработки V8.
279
Применение смазочно-охлаждающей жидкости снижает трение и препятствует прилипанию стружки к шлифовальному кругу, что сохраняет его режущие свойства, а также способствует отводу тепла и образующейся стружки, непосредственно влияющих на точность обрабатываемой резьбы. Постоянство температуры СОЖ поддерживается автоматически в пределах 1—2°. СОЖ должна очищаться магнитными сепараторами или в центрифугах до размера взвешенных частиц не более 2 мкм (тонкая очистка).
Выбор круга той или иной характеристики зависит от шага и длины резьбы и характера шлифования. Мелкие резьбы нарезают обычно более мелкозернистыми кругами, чем резьбы с крупным шагом. Мелкозернистые круги дают менее шероховатую поверхность резьбы, но они менее производительны, чем крупнозернистые, и при интенсивных режимах резания могут дать прижоги. Слишком твердый круг быстро засаливается, слишком мягкий быстро изнашивается, что влияет на точность изготовления винта. В связи с этим в процессе нарезания резьбы шлифовальные круги подлежат правке. Режим правки до 0,1 мм на один проход.
Для получистового и чистового шлифования резьбы рекомендуется применять шлифовальные круги М8М16К; М1ОВМ26—8к. Производительность шлифования предопределяется соотношением между скоростью вращения детали, глубиной резания и подачей. При шлифовании резьбы скорость вращения заготовки не превышает оиз = 1,5-;-2 м/мин, а скорость вращения круга окр = = 30 м/с, при чистовом шлифовании vH3 = 0,4 м/мин.
Посадочные шейки и опорные буртики винта после чистового шлифования на станках особо высокой точности класса А (по нормативам ЭНИМСа Н70-11) с припуском 0,015 мм на диаметр подвергают доводке специальными притирами, изготовленными из чугуна СЧ 21-40 с твердостью НВ 170—241 с применением притирочного материала из смеси веретенного масла 3, олеиновой кислоты и микропорошка Мб—М4.
Ниже дана типовая схема изготовления закаленых ходовых винтов диаметром 25—80 мм, длиной 500—2000 мм 0—1-го классов точности с шагом резьбы 1—12 мм из стали ХВГ в серийном и мелкосерийном производстве:
1. Отрезка заготовки.
2. Термическая обработка (отжиг).
3. Подрезка торцов и центрование.
4.,Ч ерновая токарная обработка наружных поверхностей.
5. Термическая обработка (стабилизация).
6. Срезка центровых отверстий, подрезка торцов и центрование.
7. Чистовая обработка наружных поверхностей под шлифование.
8. Фрезерование шпоночного* паза.
9. Слесарная зачистка заусенцев.
10. Термическая обработка (закалка и отпуск).
280
11. Доводка центровых отверстий.
12. Черновое шлифование наружных поверхностей.
13. Контроль на твердость и отсутствие трещин.
14. Черновое нарезание резьбы на резьбошлифовальном станке многониточным кругом.
15. Шлифование заходов резьбы на резьбошлифовальном станке.
16. Термическая обработка (искусственное старение).'
17. Доводка центровых отверстий.
18. Получистовое шлифование наружных поверхностей.
19. Получистовое нарезание резьбы шлифовальным кругом.
20. Термическая обработка (искусственное старение).
21. Доводка центровых отверстий.
22. Предварительное шлифование посадочных шеек, опорных буртиков и чистовое шлифование наружных поверхностей резьбы.
23. Чистовое шлифование резьбы абразивным кругом.
24. Шлифование фасок на вершинах витков резьбы.
25. Контроль резьбы.
26. Шлифование посадочных шеек с припуском под притирку 0,015 мм на диаметр.
27. Доводка посадочных шеек и опорных буртиков.
Контроль ходовых винтов. Параметры точности ходовых винтов (наружный, средний и внутренний диаметры, угол профиля, шаг резьбы) контролируют в зависимости от класса точности ходовых винтов различными измерительными средствами: микрометрами и индикаторными скобами с микронными индикаторами, резьбовыми калибрами-кольцами, точными миниметрами с ценой деления 0,001 мм, профильными шаблонами и универсальными измерительными микроскопами, универсальными шагомерами и специальными компараторам^ для контроля погрешности шага.
Как известно, при измерении шага винта’ могут обнаружиться отклонения и по другим параметрам точности. Измерение шага винта целесообразно производить на отдельных участках его длины (25, 50 и 300 мм) с помощью шагомеров по одной стороне профиля. Конструкция их проста, но применяются они обычно для винтов 4-го класса точности.
Для винтов более высокого класса шаг измеряют на специальных измерительных устройствах (с помощью эталонного винта, по перемещению гайки на оборот ходового винта, обычно той, которая работает в паре с винтом).
Шаг прецизионных ходовых винтов проверяют на специальных или универсальных компараторах.
Профиль резьбы измеряют оптическим компаратором различного увеличения, очертания и угла резьбы (10—100 раз).
Изготовление винтов пар качения в известной степени напоминает процесс изготовления прецизионных винтов скольжения.
Технологические процессы изготовления таких винтов 0-го и 1-го классов точности в мелкосерийном производстве разработаны 281
ЭНИМСом. Винты' изготавляемые из стали ХВГ и ЗОХЗВА, подвергают в процессе изготовления неоднократной термической обработке с применением обработки холодом для придания винту необходимой твердости (не менее HRC 60—62), износостойкости и длительного сохранения точности?
Так как при объемной закалке винт значительно деформируется, то под резьбошлифование устанавливают большой припуск, так что предварительное нарезание резьбы до термической обработки оказывается неэкономичным. Для сокращения трудоемкости нарезания резьбы после закалки винтов до высокой твердости операцию резьбошлифования заменяют более прогрессивным процессом — предварительным нарезанием резьбы на токарно-винторезном станке особо высокой точности резцами, оснащенными пластинками твердого сплава ВК6М или ВКЗМ с профилем, соответствующим профилю винтовой канавки. Резец имеет следующие геометрические параметры у = —5°; а — 10°; % = 0. Обработка ведется при скорости резания 20 м/мин и глубине резания 0,1 мм при подаче, равной шагу резьбы. При этом способе нарезания исключается появление трещин и значительно повышается производительность.
Для получения полукруглого и арочного профиля на последующих операциях резьбошлифования абразивные круги правят с помощью специальных приспособлений.
При резьбошлифования резьбы, которое делится на черновое, получистовое и чистовое, следует учитывать рекомендации, данные для изготовления прецизионных ходовых винтов скольжения.
Для азотируемых винтов из стали ЗОХЗВА следует иметь в виду, что глубина азотированного слоя невелика (0,4—0,45 мм), особое внимание следует уделять деформациям винта при его механической обработке. Поэтому процесс нарезания резьбы предусматривает четыре операции: две первые — черновую и чистовую — производят резцом, а остальные две абразивным кругом — до азотирования и после него.
§ 5. Особенности изготовления длинных ходовых винтов
Ходовые винты большой длины, в основном для тяжелых станков, делают не цельными, а составными, что значительно уменьшает трудности их изготовления, хотя конструкция ходового винта и усложняется.
Основная трудность — обеспечение требований технических условий после сборки такого винта из отдельно изготовленных секций. Соединение секций винта должно обеспечить необходимую точность и жесткость винта в целом. В большинстве случаев такие ходовые винты выполняют по 3-му классу, а диаметры опорных шеек — по 2-му классу точности.
282
Конструктивно соединение секций винта выполняют различными способами. Выбор того или иного соединения зависит от размеров винта, количества стыкуемых секций. На рис. 153 показана одна из распространенных конструкций соединения ходовых винтов тяжелого токарного станка мод. 1660 (диаметр вала 85 мм, длина 14 235 мм) и глубокорасточного станка мод. 2959 (диаметр вала 170 мм, длина 46 000 мм). Обе секции винта 1 и 2 соединяют при помощи проставки 3, причем сначала обрабатывают одну секцию винта, в которую завернута на резьбе обработанная заранее проставка, и производят предварительное нарезание резьбы. Затем проставку вывертывают и соединяют с другой секцией винта.
Проставка служит эталоном для нарезания резьбы на этой секции вала.
Особенность технологического процесса изготовления составных ходовых винтов заключается в том, что отдельные секции винта
Рис. 153. Схема соединения секции составных ходовых винтов
и проставки обрабатывают отдельно, а затем совместно: при этом особое внимание уделяется необходимой точности посадочных наружных и внутренних соединительных поверхностей секции винта и проставки и их концентричности с диаметрами наружных поверхностей винта. Посадочные отверстия под замок в секции винта растачивают и развертывают с достижением концентричности по наружному диаметру до 0,01—0,02 мм. В связи с таким высоким требованием наружную поверхность винта шлифуют. По этой поверхности как по технологической базе выставляют винт на операции обработки отверстия под замок.
Предварительно нарезанные секции винта собирают с проставками 3 с плотным прилеганием опорных торцов под щуп 0,02 мм, фиксируя их положения коническими штифтами 4. На торцах секции винта и соединительной проставки ставят клеймо одного номера. В собранном виде винт устанавливают в центрах и люнете и производят окончательное нарезание резьбы поочередно с двух концов, с поворотом винта на 180°.
При калибровке резьбы на первой секции резьбу на проставке нарезают вместе с винтом. Вставленную проставку с окончательно нарезанной резьбой используют для настройки станка и инструмента.
283
Глава IV
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
§ 1. Служебное назначение и требования к точности коленчатых валов
Коленчатые валы (рис. 154) различных двигателей по служебному назначению предназначены для преобразования поступательного движения штоков поршней во вращательное. По конструкции валы являются относительно нежесткой деталью, в то же время испытывают большие переменные нагрузки и подвергаются под воздействием возникающих в работе сил кручению и изгибу. Поэтому их делают многоопорными, количество опор определяется количеством цилиндров двигателя и соответственно длиной вала.
В зависимости от назначения двигателя техническими условиями предусматривается точность диаметральных размеров коренных и шатунных шеек коленчатых валов в пределах 1—2-го классов с чистотой поверхности 8—10-го классов и выше. Допустимые отклонения на овальность и конусность, например, для автомобильных двигателей, лежат в пределах 0,010—0,005 мм, а непараллельность осей коренных и шатунных шеек — не более 0,01 на всей длине каждой шатунной шейки. Допуски на радиусы кривошипов составляют 0,05—0,15 мм. Чрезмерные отклонения радиусов кривошипов и углов их развала приводят к неравномерности степени сжатия в различных цилиндрах и к сдвигу фаз распределения, что отрицательно сказывается на работе двигателей.
Коленчатые валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, обусловливают и повышенные требования к поверхности шеек в отношении их износостойкости и усталостной прочности. Поэтому поверхностная твердость коренных и шатунных шеек, полученных после термической обработки, лежит в пределах HRC 52—62. Технические условия на коленчатые валы в зависимости от назначения двигателя определяются ГОСТом. Коленчатый вал контролируют по 80—90 параметрам. Кроме размеров и формы, контролируют и относительное положение обрабатываемых поверхностей вала. К наиболее важным контролируемым параметрам относятся параллельность оси шеек, положение шатунных шеек по отношению к коренным (радиусы кривошипов), угловое положение шатунных шеек по отношению одна к другой, угловое положение шпоночной канавки по отношению к кривошипам, положение торца фланца к оси коренных шеек.
Процесс контроля параметров коленчатого вала весьма трудоемкий и сложный. Поэтому для контроля большинства перечисленных параметров применяют специальные многомерные индикаторные, пневматические, пневмоэлектрические и электронные мерительные устройства. Одно из таких индикаторных приспособлений пред-284
58^t2
е-0,010
О-0.055
Смещение относительно первой шатанной шейки±30> 60°
60
a
117±0,i
2521/7,2
120-0,46
<7>8k
0,160 M*Q.OH
Ф79
87
Рис.
154. Коленчатый вал двигателя автомобиля ЗИЛ-130
„8 ПНО,?
Ф12 сверлить для цстра-нения дисбаланса теки Ы92,ЗЛ7
R^o.os вадиис кривошипа точность расположения шатунных шеек 0.12
________________________632±0,2
__________________535+0Л
__________Ш±0Л________________
387±0Л____________________ .
306±ОЛ_____________
ЗГ°>”
B~B
R99-(ms
4#to5]
§
2021J . 202*5
назначено для проверки биения торца фланца коренных шеек и их галтелей, положения оси шатунных шеек относительно коренных и положения шпоночной канавки.
§ 2. Материал и способы получения заготовок для коленчатых валов
Коленчатые валы изготовляют из углеродистых, хромомарганцевых, хромоникельмолибденовых, хромоникелевых и других сталей, а также из специальных высокопрочных чугунов. Наибольшее применение находят стали марок 45, 45Х, 45Г2, 50Г, а для тяжело нагруженных коленчатых валов дизелей — 40ХНМА, 18ХНВА и др.
Заготовки стальных коленчатых валов средних размеров (рис. 155) в крупносерийном и массовом производстве изготовляют ковкой в закрытых штампах на молотах или прессах, при этом процесс получения заготовки проходит несколько операций. После предварительной и окончательной ковки коленчатого вала в штампах производят обрезку облоя на обрезном прессе и горячую правку в штампе под молотом.
В связи с высокими требованиями механической прочности вала большое значение имеет расположение волокон материала при получении заготовки во избежание их перерезания при последующей механической обработке. Для этого применяют штампы со специальными гибочными ручьями. После штамповки перед
286
механической обработкой, заготовки валов подвергают термической обработке — нормализации — и затем очистке от окалины травлением или обработкой на дробеметной машине.
Припуски на механическую обработку шеек стальных заготовок, полученных этим методом, составляют 3—4 мм на сторону со штамповочными уклонами 7—10°. Точность заготовок лежит в пределах 8—9-го классов. Допустимая кривизна в плоскости разъема штампов заготовки автомобильного коленчатого вала не более Г—1,5 мм, смещение от сдвига штампов допускается до 2 мм.
Литые заготовки коленчатых валов изготовляют обычно из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием. Получен
ные методом прецизионного литья (в оболочковых формах) валы (рис. 156) по сравнению со штампованными имеют ряд преимуществ, в том числе высокий коэффициент использования металла. В литых заготовках можно получить ряд внутренних полостей при отливке.
Припуск на обработку шеек чугунных валов составляет не более 2,5 мм на
сторону при отклонениях по Рис. 156. Литые автомобильные колеи-
5—7-му классам точности. чатые валы
Меньшее колебание припуска
и меньшая начальная неуравновешенность благоприятно сказываются на эксплуатации инструмента и оборудования особенно в автоматизированном производстве.
Коленчатые валы отливают в оболочковые формы в горизонтальном положении. Если в одной форме отливают два вала, заливку металла производят через общий литник.
Правку валов, производят после нормализации в горячем состоянии в штампе на прессе после выемки заготовки из печи без дополнительного подогрева.
§ 3. Механическая обработка коленчатых валов
Сложность конструктивной формы коленчатого вала, его недостаточная жесткость, высокие требования к точности обрабатываемых поверхностей вызывают особые требования к выбору методов базирования, закрепления и обработки вала, а также последовательности, сочетания операций и выбору оборудования.
Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности его коренных шеек. Однако далеко не на всех операциях обработки можно использовать их в качестве технологических.
287
Поэтому в некоторых случаях технологическими базами выбирают поверхности центровых отверстий. В связи со сравнительно небольшой жесткостью вала на ряде операций при обработке его в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек.
При обработке шатунных шеек, которые в соответствии с требованиями технических условий должны иметь необходимую угловую координацию, опорной технологической базой являются специально фрезерованные площадки на щеках.
Типовой технологический маршрут обработки штампованных стальных коленчатых валов типа ЗИЛ-130 может быть представлен в такой последовательности:
1) фрезерование торцов;
2) сверление центровых отверстий;
3) фрезерование технологических опорных баз на щеках;
4) обтачивание концов вала и коренных шеек;
5) предварительное шлифование коренных шеек;
6) обтачивание противовесов и щек;
7) обтачивание шатунных шеек;
8) обработка поверхностей камер грязесборников, смазочных каналов и шпоночных пазов;
9) термическая обработка — закалка коренных и шатунных шеек;
10) окончательное шлифование конца вала, коренных шеек и фланца;
11) окончательное шлифование шатунных шеек;
12) обработка отверстий во фланце и на концах вала;
13) растачивание поверхности посадочного отверстия под подшипник со стороны фланца;
14) отделочная операция поверхности коренных и шатунных шеек.
Вызываемая силами резания деформация коленчатого вала в процессе обработки вынуждает прибегать после ряда операций к многократной правке его на прессе. Количество правок в зависимости от конструкции вала и вида производства колеблется в довольно широких пределах (от 3 до 9). Правка вызывает внутренние напряжения, которые могут привести к деформации вала при последующей его обработке, поэтому она является маложелательной операцией. В то же время устранение правки вызвало бы увеличение припусков на обработку и, следовательно, повышение трудоемкости механической обработки.
Фрезерование торцов и сверление центровых отверстий в зависимости от объема выпуска коленчатых валов можно производить аналогичными способами, рассмотренными в разделе обработки ступенчатых валов, а также шпинделей. Технологическими базами на этих операциях являются наружные цилиндрические поверхности опорных шеек и один из торцов коренной шейки (чаще расположенной посередине).
288
Технологические опорные базы в виде фрезерованных площадок на щеках коленчатого вала можно обрабатывать как после предварительной обработки коренных шеек, так и до их обработки.
При большой программе выпуска все три операции подготовки технологических баз для последующей обработки коленчатого вала можно выполнять на специальных многошпиндельных станках и автоматических линиях.
Токарная обработка коренных и шатунных шеек. Коренные шейки, которые в дальнейшем используют в качестве технологических баз для обработки шатунных шеек и других поверхностей, можно обрабатывать на обычных токарных станках,, но, так как коленчатый вал является недостаточно жесткой деталью и при обработке имеет тенденцию изгибаться и скручиваться под дей-
Рис. 157. Схема обтачивания средней шейки коленчатого вала
ствием сил резания, особенно при одностороннем приводе токарных станков, то для обработки коренных шеек ‘многоколенных валов применяют специализированные станки, у которых для уменьшения изгибающего и скручивающего моментов предусмотрен центральный или двусторонний привод.
Обработку вала обычно начинают со средней коренной шейки и с плоскостей, прилегающих к ней щек.- Для этой операции может быть применен полуавтомат мод. 1К857 с передней и задней ведущими бабками, который позволяет при необходимости производить настройку на обработку двух шатунных шеек и смежных с ними торцов щек. Вал устанавливают в центрах и крепят с двух сторон в гидравлических патронах с осевой фиксацией по переднему торцу. Обработку ведут широкими и фасонными резцами с переднего и заднего суппортов методом врезания (рис. 157). Частота вращения шпинделя станка по мере приближения резцов к оси вращения меняется. За время каждого цикла автоматически меняется и подача суппортов, что имеет важное значение при изменении глубины резания из-за штамповочных уклонов. Так, при обработке быстрорежущими резцами коленчатого вала СМД-55, штампованного из стали марки 45, станок настраивали на трех-
10 Б. Л. Беспалов и др. 289
кратное изменение частоты вращения п{ = 31, п2 = 48 и п3 — = 31 об/мин, что соответствует скоростям резания: о, = 17,5, и2 = 19,4 и 1>3 = 9,45 м/мин и соответственно трехкратному автоматическому изменению подачи суппортов: s, = 1,2, s» = 0,8 и s8 = 0,15 мм/об.
Для обработки всех коренных шеек, а также фланца и ступенчатого хвостовика коленчатого вала применяется токарный полуавтомат мод. 1840 с центральным приводом. Вал устанавливают в центрах с осевой фиксацией по торцу (рис. 158) и обтачивают методом врезания с передних и задних суппортов. Станок также позволяет в процессе обработки автоматически менять режимы резания для поддержания оптимальных условий.
Рис. 158. Схема обтачивания коренных шеек четырехколенного вала
Не менее трудоёмкой и сложной операцией является обтачивание шатунных шеек, которые должны быть с определенной точностью ориентированы по отношению к коренным шейкам. В качестве технологических баз для этой операции выбирают поверхности уже обработанных коренных шеек и базовые площадки на крайних щеках коленчатого вала, с помощью которых определяется его угловое положение. Шатунные шейки можно обтачивать попарно (по две шейки, лежащие на одной оси вращения) или одновременно все. На этой же операции подрезают плоскости, прилегающие к шейкам щек. В первом случае можно использовать ранее описанные станки с двухсторонним приводом, однако при этом применяют специальное приспособление, позволяющее совместить оси обрабатываемых шатунных шеек с осью вращения шпинделя, причем ось коренных шеек при установке вала в это приспособление смещается по отношению к оси вращения вала на радиус кривошипа. '
Для одновременного обтачивания всех шатунных шеек используют станки специализированного назначения, у которых количество рабочих суппортов -соответствует количеству обрабатываемых шатунных шеек. При этом вал вращается вокруг оси 290
коренных шеек, а суппорты, кинематически связанные с копир-ными коленчатыми валами, синхронно вращающимися с обрабатываемым валом, перемещаются вместе с шатунными шейками.
Наиболее производительным способом одновременного обтачивания шатунных шеек многоколенчатых валов является обработка их на двухпозиционном полуавтомате мод. 1Б841 (рис. 159). Коленчатый вал на станке базируется по двум крайним коренным
Рис. 159. Схема обтачивания всех шатунных шеек одновременно
шейкам, торцу и базовым площадкам на щеках и поддерживается люнетом под средние коренные шейки. Закрепляется вал от гидравлического устройства. На этом станке можно обрабатывать валы при различном сочетании операций;
.1) подрезание торцов щек и обтачивание шатунных шеек на обеих позициях одновременно (в этом случае станок работает как двухпоточный);
2) подрезание щек на одной позиции станка, а обтачивание шатунных шеек — на другой (в этом случае обработка ведется последовательно с «перекладкой» вала с одной позиции на другую).
* 291
Однако такие двухпозиционные станки имеют существенные недостатки. Обработку на них производят быстрорежущими резцами, так как применение оснащенного твердым сплавом инструмента не позволяет эффективно использовать его режущие свойства вследствие значительных сил инерции, которые возникают у суппортов при высокой частоте вращения обрабатываемых валов. Много времени уходит на смену затупившегося инструмента (до 40—80 мин), особенно когда в наладке для обработки одного вала принимает участие большое количество резцов (до 24). Затруднительна и переналадка станка на обработку вала другого типа. По всей вероятности это послужило причиной создания высокопроизводительной автоматической линии для обработки шатунных шеек коленчатого вала, которая состоит из четырех станков, на каждом из которых обтачивается одна определенная шейка (фирма Wickes Tachine Tool, США).
Вал на станках линии базируется коренными шейками и торцовыми поверхностями. В угловом положении вал ориентируется по одной из шатунных шеек. Станки имеют по два приводных шпинделя, между которыми устанавливается обрабатываемый вал. Шатунная шейка обрабатывается одновременно двумя резцами, установленными в двух суппортах. На одном суппорте установлен резец для подрезки торцов шеек двумя круглыми пластинками и обтачивания средней части шейки одной широкой твердосплавной пластиной. На другом суппорте установлен резец с двумя твердосплавными пластинами для обтачивания крайних частей шейки. На смену резцов затрачивается около 5 мин. Станки позволяют бесступенчато изменять частоту вращения шпинделя и подачу суппортов. Линия сравнительно легко переналаживается на обработку коленчатых валов других типов.
На некоторых зарубежных автомобильных и тракторных заводах в последнее время цилиндрические поверхности шатунных шеек (а иногда и коренных), а также плоскости прилегающих щек стали обрабатывать фрезерованием.
Австрийская фирма GFM выпускает станки различных видов для черновой обработки шеек и чистовой обработки щек коленчатых валов с радиусами кривошипов от 60 до 280 мм фрезами большого диаметра (450—1100 мм) со вставными, тангенциально рас-положеннымитвердосплавными ножами. Существенным недостатком является сложность инструмента и его заточки. Кроме того, прерывистое резание не обеспечивает требуемую шероховатость поверхности при достаточно высокой производительности. Увеличение же шероховатости при фрезеровании вынуждает увеличивать припуск на шлифование, что может оказаться менее экономичным.
Обработка внутренних плоскостей и смазочных каналов. Различные отверстия в шейках, щеках и фланцах коленчатого вала в зависимости от программы выпуска обрабатывают на вертикальных и радиально-сверлильных станках и на автоматических ли-292
ниях. В подавляющем большинстве случаев технологическими базами на этих операциях являются цилиндрические и боковые поверхности опорных шеек и для угловой ориентации — базовые площадки щек, а также наружные поверхности или отверстия соответствующих шатунных шеек.
Отверстия масляных каналов в щеках обычно небольшого диаметра (6—8 мм) при значительной глубине (до 250 мм), поэтому при сверлении их требуются многократные вводы и выводы сверл из отверстий для удаления стружки и охлаждения инструмента.
Отверстия переднего и заднего концов вала при сравнительно небольших масштабах выпуска можно сверлить в две операции на вертикально-сверлильном станке с многошпиндельными головками в многопозиционных приспособлениях (для заднего конца) и на токарно-револьверных станках с установкой вала в патроне по фланцу и в люнете по первой коренной шейке (для сверления отверстия в переднем конце).
В производствах со значительным масштабом выпуска сверление смазочных отверстий, сверление и нарезание резьбы на шатунных шейках и фрезерование шпоночных пазов в коленчатых валах производят на автоматических линиях, скомпонованных из агрегатных станков. При этом на одних линиях заготовки обрабатывают в приспособлениях-спутниках, на других — в стационарных приспособлениях.
По проекту СКБ-6 станкозаводом им. Орджоникидзе изготовлена автоматическая линия для обработок сверлением коленчатого вала двигателя СМД-55 с длительностью цикла 1 мин. Линия состоит из девяти многошпиндельных многопозиционных станков, связанных между собой жестким транспортом в виде шагового транспортера с собачками. Применяемый в линии инструмент взаимозаменяемый и его настройка производится вне линии по эталонам, что значительно сокращает время на его бесподналадоч-ную замену. Смена инструмента принудительная по сигналам специальных счетчиков, настраиваемых на определенное количество проработанных циклов. Весь инструмент линии разбит на четыре группы по стойкости и соответственно этому установлены четыре счетчика. По сравнению с неавтоматизированным производством для повышения стойкости инструментов режимы резания занижены на 10—15%.
Аналогичная автоматическая линия 1Л90-А и 1Л90-Б для обработки камер грязесборников, смазочных каналов и фрезерования шпоночного паза коленчатого вала автомобильного двигателя ЗИЛ-130 изготовлена заводом им. Орджоникидзе по проекту СКБ-1.
Высокой точности (порядка 2-го класса) требует обработка отверстия под подшипник первичного вала, расположенного со стороны фланга. Кроме того, техническими условиями предъявляется строгое требование перпендикулярности торца. Поэтому предварительно обработанное отверстие под подшипник подвер-293
гают окончательному тонкому растачиванию и для выполнения поставленных технических условий одновременно производят подрезку торца фланца. Для этого применяют специальные инструментальные головки.
Шлифование и отделка шеек коленчатых валов. Высокие требования точности шеек коленчатых валов по диаметральным размерам (1—2-й классы), геометрической форме (овальность и конусность в пределах 5—12 мкм) и шероховатости поверхности (9—10-й классы чистоты) достигаются шлифовальными и отделочными операциями.
Шлифовать коренные шейки сравнительно жестких одноколенчатых и двухколенчатых валов можно и на обычных круглошлифовальных станках. Однако, как правило, шейки валов шлифуют на специализированных станках.
Рис. 160. Схема шлифования коренных шеек на многокамневом станке
При шлифовании коренных шеек вал устанавливают в центрах с применением люнетов.
При достаточно больших масштабах выпуска коренные шейки шлифуют на многокамневых станках, имеющих автоматический цикл врезного шлифования с выхаживанием, правкой круга и прибором активного контроля (рис. 160). Многокамневое шлифование [предъявляет высокие требования к однородности шлифовальных кругов в комплекте. Круги имеют диаметр 1000— 1100 мм и ширину 25—85 мм.
Шатунные шейки шлифуют обычно одним кругом поочередно. В качестве технологической базы выбирают поверхность коренных шеек, а для угловой ориентации — отверстие во фланце или, реже, базовые площадки на щеках колен.
Шлифуют на станках с двухсторонним приводом, причем при установке в приспособлении ось коренных шеек смещена от оси вращения шпинделя на величину радиуса кривошипа.
В последнее время для шлифования коренных и шатунных шеек коленчатых валов созданы автоматические линии.
Так, автоматическая линия фирмы Norton (США), предназначенная для окончательного шлифования шатунных шеек ко-294
ленчатого вала шестицилиндрового двигателя, состоит из шести последовательно работающих станков, на каждом из которых в автоматическом цикле обрабатывают определенную шейку. На всех позициях линии все шейки обрабатывают одновременно. В линии установлен один резервный полуавтомат. Станки линии соединены транспортером с гибкой связью и снабжены загрузочными устройствами. Станки имеют пневматические устройства активного контроля, по команде которого по достижении требуемого размера шейки отводятся шлифовальные круги. Автоматический цикл работы каждого станка линии состоит из следующих элементов: установка вала и его закрепление в патроне, ускоренная и рабочая подача шлифовального круга, автоматический контроль размеров, отвод шлифовальных кругов, съем детали и правка кругов. 4
Если при обработке размеры шлифуемых шеек будут отклоняться на величину больше допустимой, то станок автоматически останавливается, в то время как остальные станки линии могут продолжать работу. Независимая работа станков позволяет производить смену круга и ремонт станка без остановки работы всей линии; в этих случаях в работу вводится резервный станок. Производительность линии 60 валов в 1 ч.
Автоматическая линия из четырех автоматов для шлифования шатунных шеек создана и на отечественном заводе ХСЗ.
Окончательную отделку шеек коленчатого вала производят суперфинишированием, а также наружным хонингованием с полированием шеек тонкой абразивной лентой. Шейки валов, обрабатываемые суперфинишированием, требуют очень тщательной обработки в отношении получения предельной геометрической формы на окончательной операции шлифования. Наружное хонингование, при котором происходит более интенсивный съем металла, чем при суперфинишировании, и поэтому прзволяет несколько исправить погрешность формы, предъявляет менее строгие требования к окончательному шлифованию шеек.
Полирование абразивной лентой производят на специальных станках в одну или две операции. Предварительное полирование обычно выполняют лентой с абразивным порошком зернистостью 180—240, а окончательное.— с зернистостью 240—300.
Снимаемый припуск лежит в пределах 0,006—0,015 мм. Полирование ведется при скорости вращения вала v = 10 4-20 м/мин. Шероховатость поверхности соответствует 9—10-му классам чистоты.
§ 4. Балансировка коленчатых валов
Как уже указывалось, коленчатые валы подвергают балансировке. При большом выпуске коленчатых валов эту операцию производят на автоматических балансировочных станках или автоматических линиях. Одна из таких линий для балансировки коленчатого вала восьмицилиндрового V-образного автомобильного
295
двигателя (ЗИЛ-130) создана ЭНИМСом. Она состоит из двух балансировочных автоматов мод. МА-24 и МА-25 и контрольного автомата мод. МА-36. Так как один балансировочный станок недостаточно уменьшает неуравновешенность (в 15—20 раз), то для еще большего снижения неуравновешенности на линии применяют двухкратное автоматическое определение неуравновешенности коленчатого вала с последующим ее устранением и контролем. Предварительное устранение неуравновешенности производят радиальным сверлением на определенную глубину отверстия диаметром 20 мм в крайних противовесах вала. Окончательную же балансировку производят сверлением отверстий диаметром 12 мм в средних противовесах. Начальная неуравновешенность коленчатого вала в результате его обработки на этой линии снижается в 30—50 раз и становится не более 30 г/см. Производительность линии — 54 вала в час. Коленчатые валы подвергают многократному контролю, как в процессе его обработки, так и после обработки.
Обычно проверяют диаметральные размеры шеек, отверстие под подшипник во фланце, длину коренных и шатунных шеек и расстояние от базового торца, радиус кривошипа, а также биение шеек и торца фланца относительно крайних коренных шеек, взаимное расположение коренных и шатунных шеек по длине и их расстояние от базового торца, угловое расположение всех кривошипов, положение установочного отверстия и шпоночной канавки относительно коренных и шатунных шеек.
Для измерения применяют как общепринятые средства (скобы с микроиндикаторами, индикаторные приспособления), так и специальные приспособления для комплексного окончательного контроля.
Такие приспособления применяют для комплексного контроля линейных размеров, радиуса кривошипа, положения установочного отверстия и шпонки.
Непараллельность (смещение) оси шатунной шейки относительно коренных шеек проверяют также специальным прибором.
§ 5. Обработка крупных коленчатых валов
Заготовками для крупных стальных валов обычно являются поковки с удлиненными концами от 200 до 300 мм для зажима в патроне и поддержания в люнете. Поковка'отличается значительной величиной припуска. При этом в коленах шатунные шейки при получении заготовки не формируются и выполняются сплошными, поэтому коэффициент использования металла у таких поковок низкий.
ВПТИТяжмашем разработан процесс изготовления заготовок с помощью высадки и гибки на прессах, что позволяет получать заготовки валов со значительно меньшими припусками и без вырезки металла под шатунные шейки, как в поковках.
296
При этом способе под высадку и гибку предварительно обтачивают заготовку (рис. 161) больше длины готовой поковки, с проточенными шейками 1—14. Затем производят высадку фланцев (№ 13 и № 14) на гидропрессе с подогревом до температуры 900° С и затем последующую гибку, начиная с колена № 1 и последова-
п,т
шз(гш)
Рис. 161. Формирование заготовки коленчатого вала при высадке с гибкой: a f— технологический процесс; б — заготовка; I —’ протачивание шеек; II, Ш — высадка фланцев; IV — гибка колена 12
тельно №№ II, III, IV, V, VI. Металл подогревают до температуры 900—950° С периодически после каждой операции гибки очередного колена.
Характерными особенностями изготовления крупных коленчатых валов из поковок являются многократная разметка под обработку на различных операциях и вырезка материала под шатунные шейки.
297
Таблица 20
Технологический маршрут валов длиной 2475—6105 мм и диаметром 152—275 мм (вес 730—3080 кг, поковка)
№ one-v рации Наименование операции Содержание операции Оборудование
1 Разметочная Проверка заготовки и раз-метка под центровку Разметочная плита
2 Фрезерно-центровочная Фрезерование торцов вала и центровка торцов Горизонтально-расточной станок
3 Токарная Черновая обработка коренных шеек, скосов щек и подрезка торцов щек Токарный станок
4 Разметочная Разметка колена под вы- Разметочная плита
5 Сверлильная резку Сверление отверстия в коленах вала под вырезку Радиально-сверлильный станок
6 Отрезная Надрезка материала в коленах вала Дисковая пила
7 Слесарная Удаление материала в коленах —
8 Разметочная Разметка под обработку шатунных шеек, щек под фрезерование и отверстие в прибыли Разметочная плита
9 Токарная Черновое обтачивание шатунных шеек и подрезание внутренних торцов щек Токарный специальный станок с вращающимся инструментом
10 Фрезерная Черновое фрезерование щек Горизонтально-расточной станок
11 Сверлильная Сверление отверстия в прибыли Радиально-сверлильный станок
12 Термическая * Закалка и отпуск вала —
13 Токарная Чистовое обтачивание коренных шеек, подрезание торцовых щек, отрезание прибыли, подрезание торцов вала и перецентровка Токарный станок
14 Токарная Чистовое обтачивание шатунных шеек, подрезка внутренних торцов щек Токарный специальный станок с вращающимся инструментом
15 Токарная Отделочное обтачивание коренных шеек, фланца, подрезка торцов щек, концов вала и исправление центров Токарный станок
16 Разметочная Разметка торцов щек под фрезерование, отверстия под смазку, шпоночную канавку Отделочное обтачивание шатунных шеек, подрез внутренних торцов щек Разметочная плита
17 Токарная Токарный специальный станок с вращающимся инструментом
298
Продолжение табл. 20
№ операции Наименование операции Содержание операции Оборудование
18 Фрезерная Чистовое фрезерование щеки, торцов и щек и скосов щек . Горизонтально-расточной станок
19 Сверлильная Сверление отверстия под смазку во фланце и нарезание резьбы в отверстиях Радиально-сверлильный станок
20 Фрезерная Фрезерование шпоночной канавки Шпоночно-фрезерный станок
21 Слесарная Зачистка заусенцев после механической обработки —
Шатунные шейки обрабатывают на специальных токарных станках при неподвижном вале. Вал устанавливают на станке по размеченному центру шейки, так, чтобы обрабатываемая шейка находилась в центре суппортной рамы. Суппортная рама станка вместе с установочными на ней резцами вращается вокруг шейки, производя ее обработку.
Технологический маршрут крупных коленчатых валов приведен в табл. 20.
Раздел V ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Глава I
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
§ 1. Служебное назначение зубчатых колес
Цилиндрические зубчатые колеса служат для передачи крутящего момента от одного вала к другому при заданном передаточном отношении частоты вращения одного вала к другому.
Рис. 162. Коробка скоростей трактора
Цилиндрические зубчатые колеса изготовляют с прямым и косым зубом при параллельном расположении осей.
В отдельных случаях цилиндрические колеса с косыми зубьями служат для передачи движения между валами, расположенными под прямым углом.
зоэ
4
Основные механизмы, в которых применяются цилиндрические зубчатые колеса: коробки передач тракторов и автомобилей, редукторы, передние бабки станков, коробки подач, передаточные механизмы станков и др.
На рис. 162 показана коробка "передач трактора. Как видно из рисунка, в коробке расположено много одновенцовых и двухвенцовых зубчатых колес, базирующихся на шлицевом валу (верхнем) и на шлицевом валу — конической шестерне (нижнем).
Двухвенцовые колеса верхнего вала выполнены как каретки, которые с помощью вилок можно перемещать по шлицевому валу для сцепления с колесами, расположенными на нижнем и других валах.
§ 2. Типовые конструкции зубчатых колес и размерные ряды
Конструкция колес непосредственно связана с их служебным назначением.
На рис. 163 показаны основные типы зубчатых колес, применяемых в зависимости от служебного назначения в производстве машин среднего размера — автомобилей, тракторов, станков.
I тип колес — одновенцовые с достаточной длиной базового отверстия /; отношение 1. В этом случае, обработав точно отверстие и торец, можно получить в качестве технологической базы — двойную направляющую поверхность отверстия и опорную базу в осевом направлении — поверхность торца.
II тип — многовенцовые, которые также имеют значительно большую длину базового отверстия, чем диаметр, -j- 5> 1, поэтому также могут базироваться как колеса первого типа.
III тип — одновенцовые колеса типа дисков, у которых отношение у <3 1 и длина поверхности отверстия недостаточна для образования двойной направляющей базы. Поэтому после обработки отверстия, торца, установочной базой для последующих операций может быть базовый торец, а опорными базами поверхность отверстия.
IV тип — венцы, которые после обработки насаживаются и закрепляются на ступицу колеса и вместе с ней образуют одновенцовые или наиболее часто встречаемые, многовенцовые колеса.
V тип — зубчатые колеса-валы, которые имеют большую длину детали.
Размерные группы колес разных типов средних размеров, наиболее часто встречающихся в машиностроении, приведены в табл. 21.
Колеса указанных типов бывают прямозубые и косозубые. В некоторых случаях, особенно при больших размерах или при средних размерах в редукторах, где требуется передавать боль-
301
Рис. 163. Различные типы цилиндрических зубчатых колес: I—V типы, а—д конструктивные разновидности каждого типа
302
Таблица 21
Типы (рис. 163) и размерные группы зубчатых колес
Тип
Наименование типов
Разновидности
Размерные группы колес в мм (по диаметру)
I
II
III
IV
V
Одновенцовые со сту-пицеи, .
а Многовенцовые со ступ идеи, -J > 1, без выточек и с выточкой в отверстии .........
Одновенцовые без ступицы типа дисков,
d • среднего диаметра большого диаметра
Венцы: гладкие без выемок,
Z с выемками, -г <51 а
Валы—зубчатые колеса:
без отверстия . . с отверстием в торце ..............
25—50
25—50
25—50
50—200 По
150—300
150—300
50—200
50—200
50—200
50—200
200—300
200—300
длине вала
300—500
300—500
200—300
200—300;
300—500
Св. 500
Св. 500
300—500 и свыше 500
300—500
500—1000
шие крутящие моменты, применяют шевронные зубчатые колеса со встречными косыми зубьями.
Служебное назначение не только сказывается на принадлежности колеса к тому или иному типу, но внутри данного типа колес конструкция принимает те или иные формы в зависимости от назначения. Например, если колесо закрепляется неподвижно на оси вала в определенном положении, то ступицу делают как простой выступ с обработанным торцом (7, а, в, г); если же требуется иметь колесо-каретку с перемещением ее по оси вала для включения с другим колесом, то на ступице необходимо иметь канавку для вилки переключения (рис. 163, /, б )\ кроме того, зуб по торцу должен быть закруглен, чтобы обеспечить более плавное включение зубьев во впадины другого колеса.
Монтажная схема показана на рис. 164, а. Если по условиям бесшумности колесо-каретку надо делать с косым зубом, то требуется другое конструктивное решение (рис. 164, б). Из рисунка 303
видно, что зубчатое колесо свободно без шлицев сидит на валу, а по торцу оно должно иметь выемку с внутренними зубьями для ввода в них (вилкой) специальной зубчатой муфты сцепления, сидящей на шлицевом конце вала.
Преимущества плавности передачи по шуму косозубых колес из-за более высокого коэффициента перекрытия очевидны, но в то же время усложняется монтажная схема и конструкция редуктора.
Чтобы обеспечить в прямозубых быстроходных колесах расположение пятна контакта в середине на 60—80% длины зуба, профиль делают бочкообразным (рис. 165), что в некоторой степени
Рис. 164. Зубчатое колесо-каретка: Рис. 165. Пятно контакта при бочко-а — для включения колес с прямыми образной форме Зуба
зубьями; б — для включения колес с косыми зубьями
компенсирует неточность расположения осей валов коробок передач и погрешности в направлении зубьев колеса.
На вершине делают срез аст, где ас — коэффициент, т — модуль в мм. Для колеса с модулем 2—7 мм ас/п = 0,03 4-0,063 мм.
§ 3. Материал и термическая обработка зубчатых колес
В зависимости от служебного назначения зубчатые колеса изготовляют из углеродистых, легированных сталей, чугуна, пластических масс.
Легированные стали обеспечивают более глубокую прокаливае-мость и меньшую деформацию по сравнению с углеродистыми.
Материал зубчатых колес должен обладать однородной структурой, которая должна обеспечить стабильность размеров после термической обработки, особенно по размерам отверстия и шагу колес. Нестабильность возникает после цементации и закалки, когда в заготовке сохраняется остаточный аустенит, также она может возникнуть в результате наклепа и при механической обработке.
Равновесие внутренних напряжений в металле нарушается при большой глубине резания.
304
Опытами установлено, что наибольшее коробление дает цементация и меньшее закалка, поэтому на ряде заводов исправление коробления и повышение точности шевингованием производят не до цементации, а между цементацией и закалкой.
Наклеп при.грубой черновой обработке вызывает значительно большие коробления после термической обработки, чем чистовая и тонкая обработка зуба. Например, из опытов выяснено, что чистовая обработка уменьшает наклеп и деформацию в 2,5 раза по сравнению с черновой обработкой, а шевингование после зу-бофрезерования уменьшает деформацию в 3—3,5 раза по сравнению с обработкой в один проход, поэтому не рекомендуется снимать большие стружки перед термической обработкой.
При изготовлении высокоточных колес рекомендуется чередовать механическую обработку с операциями термической стабилизации размеров для снятия внутренних напряжений.
Большое значение имеет также неоднородная твердость заготовки в разных местах обода колеса. Это вызывает различие упругих отжатий системы и приводит к дополнительным погрешностям профиля эвольвенты окружного шага, биению зубчатого венца и к другим погрешностям зубьев.
Точность при термической обработке снижается на 0,5—1,0 степень и тем меньше, чем лучше подобран материал по стабилизации размеров при термической обработке. Легированные стали, как правило, обеспечивают меньшее коробление, чем углеродистые.
Материал также оказывает влияние на изменение микротвердости и степени отпуска при зубошлифовании. Если зубья колес шлифуют, рекомендуется выбирать сталь более теплостойкую, менее склонную к прижогам и дающую меньшие изменения микротвердости и степени отпуска.
Стали, применяемые для зубчатых колес и виды термической обработки, приводятся в справочниках.
Последовательность механической и термической обработки при изготовлении зубчатых колес 6-й степени точности из стали 18ХГТ диаметром 80—220.и т = 2,5 4-5,0 мм для серийного и мелкосерийного производства указана ниже:
1. Изготовление поковок или штамповок.
2. Предварительная токарно-револьверная обработка.
3. Нормализация (термическая обработка) для измельчения структуры и уменьшения деформации при последующей термической обработке; режим процесса: нагрев 960 ± 10° С, выдержка после нагрева до заданной температуры — 1,5—2,0 ч, охлаждение — на спокойном воздухе.
4. Механическая обработка, включая зубонарезание, мойку и контроль перед термической обработкой.
5. Термическая обработка — цементация, закалка, отпуск. Глубина цементации и нитроцементации обычно до 1 мм; но
305
не более 1,5—1,8 мм, температура для цементации 930 ± 10° С, для нитроцементации 870 + 10° С. Непосредственно после цементации — закалка в масле, температура масла 60—80° С или закалка с нагревом т. в. ч., охлаждающая среда — эмульсия 10— 15 %-ной концентрации, масло индустриальное 12 или 20 (веретенное 2 или 3). Отпуск в шахтной электропечи или масляной электрованне, режим: температура 160 ± 10° С, время выдержки 2 ч.
6. Чистовая механическая обработка, предварительное шлифование наружного диаметра венца и базового торца, предварительное шлифование отверстия и второго торца, предварительное шлифование зубьев.
7. Искусственное старение — в электрической масляной ванне (веретенное 3); режим: температура нагрева 150 ± 10° С, время выдержки после загрузки — 8—10 ч.
8. Отделочная механическая обработка: окончательное шлифование наружного диаметра венца и базового торца, окончательное шлифование отверстия и второго торца за один установ.
9. Чистовое зубошлифование, контроль, консервация.
§ 4. Технические требования к зубчатым колесам и заготовкам до нарезания зубьев
Требования устанавливаются по ГОСТу 1643—56 в зависимости от служебного назначения зубчатых передач и в основном определяются степенью точности колес.
Различают два вида передач: силовые и кинематические.
Основные требования к силовым передачам сводятся к износостойкости, плавности и бесшумности работы передач. Чем выше окружные скорости колес, тем точнее по ГОСТу они должны быть выбраны, так как в противном случае будут иметь место большой износ и шум.
Ориентировочно связь степени точности и класса чистоты поверхности в зависимости от окружной скорости показана в табл. 22.
Таблица 22
Окружная скорость в м/с Прямозубые колеса Косозубые колеса
степень точности класс чистоты поверхности степень точности класс чистоты поверхности
До 2,5 8 6
От 2,5—6 7 7 8 6.
6,0—16 6 7 7 7
16—40 — — 6 7
306
Основные требования к кинематическим передачам (не зависящим от скорости и силовых данных) можно выбирать по нормам ЭНИМСа в зависимости от назначения передач:
Рекомендуемая
Назначение передачи степень
точности
Зубчатые передачи точных делительных механизмов, за исключением гитар, настроек, цепей деления, дифференциала............................. 5
Зубчатые колеса, входящие в делительную цепь высокоточных станков, зубчатые колеса .шпиндельных пар, сменные колеса, гитары, дифференциала ...................................... 6
Сменные колеса узлов настройки главного движения, коробок передач......................... 7
Допуски определяются в зависимости от степени точности колес, например по ГОСТ 1643—56:
Допуск на накопленную погрешность для колес диаметром 80—120 мм для 5-й степени точности — 25 мкм, 6-й — 40, 7-й — 60, 8-й — 100 мкм.
Допуск на радиальное биение зубчатого венца Ео для 5-й степени точности — 20 мкм, 6-й — 32, 7-й — 50, 8-й — 80 мкм.
Качество работы зубчатых передач, кроме норм кинематической точности (о чем сказано выше), характеризуется еще нормами плавности работы (постоянством передаточного отношения в пределах оборота и на 1 зуб) и нормами контакта зубьев для различных степеней точности.
Нормы плавности для 5—6-й степени точности зубчатых колес включают: допуск на циклическую погрешность, предельные отклонения основного шага, допуск на профиль, допуск на колебание измерительного межцентрового расстояния на одном зубе.
Для 7-й и 8-й степеней точности допуск на циклическую погрешность не включен в нормы, но добавлен допуск на разность окружных шагов. ъ
Нормы контакта зубьев в передаче включают нормы по пятну контакта:
для 5-й степени
» 6-й »
» 7-й »
» 8-й »
по высоте (не менее)
55% 50% 45% 40%
по длине (не менее)
80%
70% 60% 50%
Кроме этого, нормы включают другие допуски.
Нормы бокового зазора устанавливают: гарантированный боковой зазор Сп и межцентровое расстояние в мм.
' Для получения высокой точности при обработке колес особо важное значение имеет точное изготовление по операциям перед нарезкой зубьев, в частности неперпендикулярность торца к оси отверстия.
307
В табл. 23 приведены требования по торцовому биению колес после токарной обработки до нарезания зуба. Биение по шлифованным торцам колес перед окончательным шлифованием зубьев (на точной оправке)составляет Таблица 23 для 5-й степени точности —
3 мкм, для 6-й степени точности — 5 мкм. Отверстие перед нарезанием зуба выполняется по 2-му классу точности, а для прецизионных колес по 1-му классу.
§ 5. Характеристика заготовок, обоснования для их выбора
Различают основные виды заготовок зубчатых колёс при разных конструкциях и серий-
Биение по торцу обработанного колеса до зубонарезания на расстоянии от оси, равном радиусу колеса (в мкм)
Степень точности Радиус колеса в мм
50 100 150 200
5-я 10 20 30 40
6-я 15 30 45 60
7-я 20 40 60 80
8-я 25 50 75 100
ности выпуска: заготовка из проката; поковка, выполненная свободной ковкой на ковочном молоте (рис. 166, 1а—166, Па)', штампованная заготовка в подкладных штампах, выполненная на молотах или прессах (рис. 166, 16,
Рис. 166. Способы изготовления заготовок:
1 — одновенцовых колес; а —- поковка; б — штамповка в подкладном штампе; в — штамповка в закрепленном штампе; 11 — двухвенцовых колес; а — поковка; б — штамповка на молоте в торец; в — на молоте вдоль оси; г — на горизонтально-ковочной машине
166, 7/6); штампованная заготовка в закрепленных штампах, выполненная на молотах, прессах (рис. 166, /в; 166, Не) и горизонтально-ковочных машинах (рис. 166, IIг).
Заготовки, получаемые свободной ковкой на молотах, по конфигурации не соответствуют форме готовой детали, но структура 308
металла благодаря ковке улучшается по сравнению с заготовкой, отрезанной- пилой от прутка.
Штамповка заготовок в подкладных штампах выполняется на ковочных молотах, может быть выполнена также на фрикционных и гидравлических прессах или на механических ковочных прессах в мелкосерийном производстве.
е
Ряс. 167. Заготовки зубчатых коле, штампуемых на горизонтально-ковочных машинах:
а — коническое; б—цилиндрическое; в—двухвенцовое; г — венец; д —< колесо со ступицей; е — колесо с фланцем; ж — двухвенцовое
Штамповка заготовок в закрепленных штампах на штамповочных молотах и ковочных прессах осуществляется как в открытых (с облоем), так и в закрытых (без облоев) штампах в крупносерийном и массовом производстве.
Штамповка заготовок в закрытых штампах имеет ряд преимуществ: снижается расход металла из-за отсутствия облоя, форма
Таблица 24
Точность различных методов получения заготовок
Метод изготовления Качество поверхности Колебания размеров поковок в мм
Свободная ковка Весьма грубая 2—10
Штамповка: на ковочном молоте в подкладных штампах Грубая 1,5—3,5
на штамповочном молоте в за* крепленных штампах .... Грубая 0,5—3,0
на вертикально*штамповочном механическом прессе Менее грубая 0,4—2,0
на горизонтально-ковочной машине Менее грубая 0,4—2,5
Горячее калибрование на прессе Гладкая 0,1—0,4
Чеканка на чеканочном прессе . . Весьма гладкая 0,05—0,1
309
заготовки ближе к готовой детали, отпадает необходимость в обрезных штампах, снижается себестоимость, экономия металла состав-
ляет от 10 до 30%. Однако имеется повышенный расход штампов.
Рис. 168. Последовательность переходов (/—V) при штамповке двух-венцового колеса на горизонтально-ковочной машине
Штамповка на прессах имеет большое преимущество перед штамповкой на молотах, так как получается точная штампованная заготовка, припуски и напуски меньше на 30%, чем при штамповке на молоте, и по конфигурации заготовка ближе к готовой детали. Производительность штамповки на прессах выше, чем на молотах в 1,5—2 раза, работа происходит без ударов; на прессах можно штамповать с прошиванием отверстия.
Штамповкой на горизонтальноковочных машинах изготовляют заготовки зубчатых колес (рис. 167) с хвостовиком (группа /) или с отверстием (группа II). На рис. 168 показана последовательность переходов при штамповке двухвен-цового зубчатого колеса. Различные методы получения заготовок, обеспечивающие разную точность (табл. 24).
§ 6. Выбор баз и технологического маршрута обработки зубчатых колес
Выбор базовых поверхностей и разработка технологического процесса зависят от конструктивных форм зубчатых колес, технических требований и масштаба выпуска. Если надо изготовить закаленные колеса ,5-й степени точности, то и базы, и технологи-
ческий маршрут будут отличаться от обработки таких же колес 7-й степени точности.
Как указывалось в § 4, допуск на накопленную погрешность окружного шага колеса диаметром 80—120 мм составляет для 5-й степени точности — 25 мкм, для 7-й — 60 мкм; радиальное биение зубчатого венца Ео для 5-й степени точности 20 мкм, для
7-й — 50 мкм.
310
Рис. 169. Погрешности из-за несовпадения центров отверстия (по боковым сторонам шлицев, по меньшему диаметру шлицев, по наружному диаметру колес)
Если взять другие показатели, то колеса 5-й степени по большинству параметров в 2-—2,5 раза точнее колес 7-й степени, а разность в требованиях вызывает необходимость иного подхода к технологии колес 5-й степени по сравнению с колесами 6-й и 7-й степеней.
Влияние степени точности колес на технологию обработки.
Проследим, как изменяется технология, базы и выполнение основных операций процесса в зависимости от степени точности колес.
Рассмотрим несколько примеров изготовления наиболее распространенных одновенцовых колес с наличием ступицы (см. рис. 163, /, а, б, в, г). В этих колесах обычно -j- > 1 • Диаметр отверстия 40—60 мм, а наружный диаметр колес 80—200 мм. При таком соотношении 7, d и D в машиностроении для 7—8-й степени точности принят один из вариантов, в котором на первой операции сверлится и растачивается отверстие на револьверном станке или сверлильном станке, на второй операции отверстие протягивается со шлицами комбинированной протяжкой и подготавливается как базовое для установки детали на оправке при последующей обработке.
Затем, для токарной обработки колесо запрессовывается на
жесткую шлицевую оправку с использованием отверстия за базу и обрабатывается на многорезцовом или гидрокопировальном станке. Этот маршрут называют сверлильно-многорезцовым процессом обработки. При 5-й степени точности необходимо большое внимание уделять стабилизации материала и вводить в процесс нормализацию и стабилизирующий отпуск после черновой обработки заготовки, в то время как при 7-й степени точности нормализацию и отпуск в большинстве случаев можно проводить сейчас же после штамповки (без предварительной черновой обработки), так как коробление, которое можно ожидать при последующей термической обработке, хотя и будет больше, чем в первом случае, однако останется в пределах возможного для изготовления колес 7-й степени точности. В табл. 25—27 показаны для сравнения технологические маршруты для колес одного типа (тип I—II), но разной степени точности (5-й, 6-й, 7-й). Наибольшую трудность при изготовлении представляет обеспечение совпадения центров шлицевого отверстия малого диаметра Ог (рис. 169) с центром шли-
ЗП
Таблица 25
Зубчатое колесо со ступицей. Тип I—II Технологический маршрут обработки зубчатого колеса 5-й степени точности диаметром 80—220 мм; т = 2,5ч-5 мм, сталь 18ХГТ
Ns операции Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование
1 2 3 4 Изготовление заготовки (штамповка) Предварительная токарная обработка с одной стороны—наружных поверхностей и торцов и внутренних по отверстию (с припуском 1,5—2,0 мм на сторону) Предварительная обработка базового торца Л, наружного венца и отверстия с другой стороны Термическая обработка, нормализация (см. §3) ^^3^4 Револьверный станок или патронный полуавтомат То же
5 Получистовая токарная обработка с одной стороны по аналогии с операцией 2 — под протягивание (См. эск. 1) Револьверный станок или патронный полуавтомат повышенной точности
6 7 8 То же с другой стороны по аналогии с операцией 3 Протягивание шлицевого отверстия комбинированной протяжкой -по меньшему диаметру шлицев (под шлифование), по большему диаметру и боковым сторонам шлицев—на окончательный размер или под притирку Зачистка заусенцев на торце шлицевого отверстия (См. эск. 2) ° То же Вертикальнопротяжной станок Станок для зачистки заусенцев
312
Продолжение табл. 25
я я я Я О, и Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование
«8
10
11
12
13
Предварительное шлифование базового торца Л и по наружному диаметру венца для создания технологической базы перед последующим шлифованием отверстия (шлифование с точностью по биению торца 0,02 мм на центровой шлицевой оправке с базой по большему диаметру шлицев и с зазорами по остальным поверхностям шлицев)
Примечание. Если операцию 9-ю не делают шлифовкой, то подрезание торцов и обтачивание венца выполняют на точном токарном станке, при таком же базировании детали
Предварительное шлифование отверстия шлицев по меньшему диаметру и по торцовой поверхности ступицы
Зубонарезание под последующее шлифование зуба (точность 7-й класс); припуск на последующую обработку 0,3— 0,4 мм на толщину зуба, базирование на круглой оправке по меньшему шлифованному диаметру шлицев
Зубозакругление
Зубозачистная
Торцекруглошлифовальный
Внутришлифо-вальный станок с двумя кругами
Зубофрезерный полуавтомат
Базирование по шлифованному отверстию и торцу
Зубозакругляющий
Зубозачистной
313
Продолжение табл. 25
№ операции Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование -
14 Моечная — Моечная машина
15 Контроль —
16 Термическая обработка—нитроцементация, закалка, отпуск низкий — (См. § 3)
17 Притирка боковых сторон шлицев чугунным шлицевым притиром и пастой (карбид бора с керосином) База—торец и наружный диаметр венца Специальный станок вертикальный
18 Предварительное шлифование по наружному диаметру зубчатого венца, базовому торцу А на специальной центровой оправке с базированием по большему диаметру шлицев; биение торца—не более 0,01 мм Торцекруглошлифовальный
19 Предварительное шлифование отверстия по 1-му классу и торца ступицы (деталь в четырехкулачковом патроне выверять по наружному диаметру и базовому торцу через отверстие с точностью по биению 0,01 мм) В нутриш лифо-вальный с двумя кругами
20 Предварительное шлифование зубьев на центровой оправке, биение которой—не более 5 мкм, точность обработки (по радиальному биению и направлению зуба) 6-я степень (припуск под последующее шлифование принимают равным V3 припуска, оставленного под данную операцию, чистота обработки V7) По окончании проверять на микротрещины на дефектоскопе Базирование по меньшему диаметру шлицев на точной центровой оправке Зубошлифовальные станки мод. 5831, 5А832, 56833
21 Искусственное старение —- Термический цех
314
Продолжение табл. 25
№ операции Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование
Операции выполняются в термоконстантном отделении
22 Окончательное шлифование наружного* диаметра венца и базового торца А на центровой круглой оправке с конусностью 1 : 10 000 и биением не более 3 мкм; допускаемое биение торца и венца—не более 0,003—0,005 мм, чистота V7 (проверку производить, не снимая деталь с оправки; шлифование выполнять с подачей не более 3 мкм/об изделия; скорость изделия 20 м/мин) Обработка периферией и торцом круга Базирование по меньшему диаметру шлицев, выполненному ранее по 1-му классу точности (операция 19) Круглошлифовальный станок повышенной точности
23 Окончательное шлифование отверстия и торца; деталь выверять в четырехкулачковом патроне с точностью 0,005 мм; шлифовать отверстие по 1-му классу точности V8; допустимое биение торца на диаметре 100 мм— 5 мкм; шлифование с подачей—не более 0,002 мм/об изделия; выхаживание до заданной чистоты и точности Обработка и базирование аналогичны операциям 19 Внутришлифо-вальный станок класса В (по нормали ЭНИМС Н70-11) с двумя кругами
24 Чистовое шлифование зубьев на станке класса А на центровой оправке; комплект оправок с разностью 6 мкм с допуском 3 мкм. Крепление детали по торцам—проверять по биению торца и венца База—шлицевое отверстие—по меньшему диаметру шлицев Станок с обработкой червячным абразивом мод. 5851, класс А
25 / Контроль зубчатого колеса
315
Таблица 26
Зубчатое колесо со ступицей (тип I—II) Технологический маршрут обработки колеса 6-й степени точности диаметром 80—220 мм, т = 2,54-5,0 мм; сталь 18ХГТ
№ операции Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование
1—8 Изготовление заготовки, предварительная токарная обработка, термическая, по-лучистовая токарная обработка, протягивание шлицев, зачистка заусенцев аналогичны обработке детали 5-й степени точности по табл. 27 Базирование в . операциях 1—8 4 и схемы обработки аналогично табл. 27 Станки аналогично табл. 27
9 Чистовая токарная обработка торцов и наружного венца на центровой оправке с базированием по большему диаметру шлицев и с зазором по остальным поверхностям шлицев Токарный высокой точности
10 Шлифование шлицев по меньшему диаметру и торцу детали от наружного диаметра детали и базового торца Внутр ишлифо-. вальный с двумя кругами
11—15 Операции зубонарезание, зубозакругление, зубоза-чистка, моечная, контроль такие же, как для 5-й степени по табл. 27 Базирование и схемы обработки аналогичны операциям 11—15 Станки те же, что в табл. 27
16 Термическая обработка— нитроцементация, закалка, отпуск низкий
17 Шлифование (окончательное) поверхности венца и базового торца на центровой шлицевой оправке с базированием по большему диаметру шлицев; биение— не более 15 мкм Эскиз обработки аналогичен операции 9, табл. 27, но только колесо уже имеет нарезанные зубья Торцекруглошлифовальный
316
Продолжение табл. 26
№ операции Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование
8 Окончательное шлифование отверстия шлицев по Внутришлифо-вальныи станок
1-му классу, по меньшему диаметру и противобазового торца для обеспечения совпадения осей отверстия и боковых поверхностей шлицев (выверку проводить с точностью 0,01 мм по технологическим базовым поверхностям, сделанным в операции 17); допускается с двумя кругами
биение торца 0,01 мм
9 Шлифование зубьев пред- База — меньший Станок с чер-
варительное червячным аб- диаметр шлицевого вячным абразивом
разивом на центровой оправке с посадкой по С отверстия мод. 5А832, 5А833
20 Окончательное шлифо- Набор центровых То же
вание зубьев на станках оправок с разностью
класса В (по нормали 0,006 мм и допуском
ЭНИМС Н70—11) 0,003 мм Крепление детали по торцам Выверка по торцу и венцу
Старение, доводочные операции в термоконстантном отделении, как это делается для колес 5-й степени точности в операциях 22—25, для колес 6-й сте-лени точности не требуются.
Таблица 27
Зубчатое колесо со ступицей, тип I—II
Технологический маршрут обработки колеса 7-й степени точности диаметром 80—220 мм, т = 2,5ч-5,0 мм, сталь 18ХГТ
№ операции Содержание операции Эскиз обработки и базирование Оборудование
1 Изготовление заготовки (штамповка) — —
2 Термическая обработка— нормализация — —
317
Продолжение табл. 27
№ операции Содержание операции Эскиз обработки и базирование Оборудование
3 Токарная предварительная и чистовая обработка с одной стороны по наружному диаметру, торцам, отверстию, фаскам Револьверный станок или патронный полуавтомат
4 То же с другой стороны, отверстие под протяжку, размер по 2-му классу, торцы и наружный диаметр с припуском под чистовую обработку То же
5 Протягивание шлицевого отверстия комбинированной протяжкой База торец и отверстие по меньшему диаметру шлицев (аналогично табл. 27) Вертикальнопротяжной станок
6 Зачистка заусенцев на торце шлицевого отверстия Станок для зачистки заусенцев
7 Чистовая токарная обработка базового торца А и наружной поверхности венца, обработка второго торца Б\ база—малый диаметр шлица, биение торца—не более 0,02—0,03 мм 5Л Г4 Токарный станок, класс Н
8 9 Нарезание зубьев черновое То же, чистовое У становка—базовый торец и отверстие по малому диаметру шлицев Зубофрезерный станок
10 Зубозакругление Шлицевое отверстие — по малому диаметру шлицев Зубозакругляющий станок
11 12 Шевингование зубьев на оправке Шлифование наружного диаметра венца и противо-базового торца В на той же оправке, что на операции 11, не снимая деталь с оправки (станки устанавливать рядом) Шлицевое отверстие по малому диаметру (одна оправка для двух операций-11, 12) Шевинговочный станок Торцекруглошлифовальный станок
318
Продолжение табл. 27
№ операции Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование
13 14 Моечная и контроль Термическая обработка— цементация, закалка, отпуск Моечная машина
15 Шлифование отверстия по меньшему диаметру шлиц (2-й класс) и базового торца Л с зажимом в патроне по наружному диаметру венца (прошлифованного на одной оправке с шевингованием на операциях 11, 12) База — наружный диаметр в торец Б Внутришлифо-вальный станок с двумя кругами
16 Шлифование второго торца ступицы Установка—базовый торец детали Плоскошлифовальный станок
17 Шлифование зубьев одно- Установка на оп- Зубошлифоваль-
кратное на оправке с базой по малому диаметру шлицев. При малом короблении зубьев (менее 0,05 мм) в термической обработке, например, при азотировании вместо цементации, операция зубошлифования может быть заменена зубохонинговани-ем ' равку отверстием по меньшему диаметру шлицев ный станок с червячным абразивом
цев по боковым сторонам и большего диаметра (при протягивании шлицев даже комбинированной протяжкой) и далее, в свою очередь, совпадение центров делительной окружности 1" и окружности выступов зубьев 1' с центром протянутых шлицев О,. В действительности имеет место смещение центра 02 малого диаметра шлицев 2, делительной окружности 2" и окружности выступов 2'.
Для улучшения структуры металла необходимо также для колес 5-й степени вводить второй стабилизирующий отпуск после цементации и закалки и даже третий после чистовой обработки, перед отделочными операциями шлифования. Для колес 7-й степени второй отпуск после термической обработки остается, а третий не требуется.
Кроме этих требований, различных для колес 5-й и 7-й степеней . по связи с термической обработкой, в механический маршрут также вводятся отделочные шлифовальные операции для колес 5-й степени (после третьего отпуска), а для 7-й степени как третьего отпуска, так и последующих отделочных операций нет.
319
Различие в базировании и маршруте обработки можно проследить, если внимательно рассмотреть порядок операций и базирования по табл. 27 (для колес 5-й степени точности), табл. 26 для колес 6-й степени и табл. 27 для колес I—II типов со ступицей 7-й степени точности.
Из маршрутов и базирования (табл. 25, 26, 27) видно, что главное отличие этих маршрутов, кроме ранее затронутых вопросов стабилизации отпуском, состоит в следующем: для колес 5-й степени точности с малым зазором между валом и шлицевым отверстием и малым допуском на биение колеса по начальной окружности необходимо получать максимальное совпадение центров: шлицевого отверстия по малому диаметру, по боковым сторонам шлицев и по делительной окружности колеса.
Для этого в маршруте принят такой прием: в операции 9 после токарной обработки на базе большого диаметра шлицев на специальной точной шлицевой оправке шлифуют наружный диаметр венца и торец, что обеспечивает малое биение торца, совпадение центра наружного диаметра колеса с центром шлицевого отверстия по боковым его сторонам, протянутым одновременно с шлицами большего диаметра одними и теми же зубьями протяжки. Затем в операции 10 от наружной шлифованной поверхности венца и торца шлифуют отверстие шлицев по малому диаметру, что обеспечивает совпадение осей этих поверхностей и точный размер диаметра отверстия (1-й класс). Таким образом, оси этих трех поверхностей будут максимально совмещены.
Затем на гладкой точной оправке (шлифованной по 1-му классу по размеру шлицев малого диаметра) фрезеруют зубья, что должно обеспечить совпадение начальной окружности зубьев с шлицевым отверстием (по малому диаметру и боковым сторонам).
После термической обработки (цементации и закалки) ввиду коробления размеры отверстия нарушаются, поэтому такой же прием повторяется. В третий раз этот же прием повторяется на более точной основе (см. в маршруте точность оправок и выполнения операции) после третьего старения, так как опять возможны коробления. Можно думать, что повторение 3 раза такого приема излишне, так как зубья в дальнейшем шлифуют, однако, если будет несовмещение центров после старения, то при шлифовании придется снимать местами большие припуски на зубьях, что обязательно отразится на точность изготовления колеса, разности в толщине слоя цементации и на прижогах.
При 6-й степени точности (см. табл. 26) этот прием также имеется в маршруте, но его выполняют только 2 раза: первый раз до нарезания зуба и термической обработки, второй раз — на гладкой оправке после термической обработки.
Маршрут для 6-й степени не имеет третьего старения и всех последующих доводочных операций, поэтому прием с уточнением базирования в третий раз уже не применяется. Шлифование зубьев предварительное и чистовое остается.
320
При 7-й степени точности допускается еще меньшая точность детали. Старение выполняют только 1 раз — до или после токарной обработки. Доводочные операции отсутствуют, поэтому указанный прием с базированием по наружному диаметру и торцу и шлифованием отверстия применяют только 1 раз — в операции 15 табл. 27.
При 7-й степени точности, как видно из табл. 27, вводится шевингование зубьев до термической обработки, которое при соответствующем зубонарезании может обеспечить 6-ю степень и при потере точности в термической обработке на одну ступень конечная 7-я степень точности будет достигнута, однако ввиду того, что при термической обработке возможно большое коробление и точность ухудшается (иногда больше чем на одну степень), то приходится вводить в конце маршрута однократное шлифование зубьев (после шлифования по наружному диаметру, торцу и внутреннему отверстию).
Указанные выше технологические процессы требуют обработки деталей на оправках как до нарезания зубьев и термической обработки, так и после термической обработки. В этом случае требуется иметь хорошее оправочное хозяйство и тщательно следить за состоянием оправок, которые надо проверять 1—2 раза в день по техническим условиям.
Процесс может быть построен иначе, т. е. без оправок до термической обработки (табл. 28). В этом случае вся токарная обработка ведется в патронах на полуавтоматах. Такой процесс ди термической обработки может быть единым для разных типов колес, как со ступицей, так и плоских.
Особенность процесса заключается в том, что протягивание шпоночного паза или шлицев производят шлицевыми протяжками (не комбинированными) после нарезания зубьев; кроме того, нет операции чистовой обработки на оправке (до термической обработки), как это было в табл. 23, 24, 25. В этом случае можно ожидать, что торец не будет достаточно перпендикулярен к оси отверстия.
Для уменьшения неперпендикулярности протягивание выпол-няют на жестком вертикально-протяжном станке с двумя направляющими стойками, имеющем вверху и внизу направление протяжки.
Этот процесс для крупносерийного производства характерен также тем, что у него нет специальных операций старения, а есть только один низкий отпуск после закалки (операция 13, табл. 30), и малое биение торца и наружной поверхности венца по отношению к отверстию обеспечивается не шлифовальными, а точными токарными операциями (операции 3, 4), при этом отверстие получается по 2-му классу точности.
Процесс этот более производительный; он может быть применен как единый для колес 6—8-й степеней точности, за исключением последних ( операций.
П Б. Л. Беспалов и др. 321
Таблица 28
Зубчатое колесо со ступицей, тип I—II
Технологический маршрут обработки колеса с протягиванием шпоночного паза или шлицев после нарезания зубьев; диаметр 80—220 мм, т = 2,5-j-5,0 мм, сталь 25ХГТ 6-я степень точности
№ операции Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование
0 1 2 3 4 5 6 Штамповка и нормализация Предварительная (черновая) обработка с одной стороны торцов 0 115/55 и 55/35А, отверстия под 0 35А, фасок Предварительная (черновая) обработка с другой стороны венца, торца, отверстия, фасок Чистовая токарная обработка с одной стороны торцов, отверстия, ступицы, фасок Чистовая токарная обработка с другой стороны большого торца, отверстия—до 0 35 ПТ, фасок наружных и внутренних Контроль Зубофрезерование под операцию зубошлифование (по две детали) /Г). Патронный полуавтомат (многошпиндельный) Патронный полуавтомат (многошпиндельный) Токарный многорезцовый (одно-* шпиндельный), точный То же Зубофрезерный полуавтомат
7 8 Зубозакругление Зачистка заусенцев Базирс оправке стию То же >вание на по отвер- Зубозакругляющий полуавтомат Зубозачистой полуавтомат
322
Продолжение табл. 28
№ операции Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование
9 Протягивание шпоночного паза шириной 6 мм База — торцовая плоскость и поверхность отверстия Вертикальный протяжной
10 Зачистка шпоночного паза — Вертикальный сверлильный
11 Промывка детали —• Моечная машина
12 Контроль
13 Термическая обработка— нитроцементация, закалка, низкий отпуск
14 Шлифование базового торца и венца на точной оправке Торцекруглошлифовальный
15 Шлифование отверстия и малого торца д - Внутришлифо-вальный с двумя кругами
16 Зубошлифование предварительное на оправке Базы ность торец — поверх-отверстия и Зубошлифовальный полуавтомат с червячным кругом
17 Зубошлифование окончательное Те же базы Чистовой зубошлифовальный полуавтомат с червячным кругом
18 Клеймение на прессе — Пресс
19 Промывка детали Моечная машина
20 Контроль
21 Проверка на шум Оправка и эталонное зубчатое колесо Шумоконтрольный станок
22 Консервация (если деталь отправляется на склад в запчасти, при отправке на текущую сборку консервацию не делают)
323
Влияние конструктивных форм детали на технологию
Плоские зубчатые колеса. Ранее мы рассмотрели маршруты обработки колес типа I—11 в зависимости от разных степеней точности, конструктивно выполняемых со ступицей, поверхности отверстия которой могут служить хорошей базой при центрировании ее на оправках.
Рассмотрим маршрут изготовления плоских колес типа III— IV, конструктивно выполненных без ступиц. Такие плоские зубчатые колеса легче базируются на хорошо развитые поверхности торцов, чем на поверхности отверстия, поэтому токарная обработка их на оправках (при больших силах резания) не гарантирует устойчивости, следовательно, вся технология строится так, чтобы основной базой служила торцовая поверхность. Поэтому всю токарную обработку с обеих сторон производят в кулачковых патронах, а не на оправках. Процесс выполняется на токарноревольверных станках или на патронных полуавтоматах, после чего следует шлифование торцов и растачивание отверстия на алмазном станке, что также отличает их от прежних маршрутов.
В табл. 29 дан маршрут обработки плоских зубчатых колес 6-й степени точности. Как видим, токарная обработка проводится в патроне с двух сторон (операции 2, 3), а после термической обработки (операция 4) следует шлифование торцов с двух сторон (операция 5).
Важным моментом в дальнейшем является необходимость обеспечить перпендикулярность оси отверстия шлифовальному торцу детали. Поэтому в операции 6 отверстие растачивают на алмазнорасточном станке с зажимом детали в торец. После этого чистовое обтачивание по поверхности наружного диаметра колеса можно выполнить точением деталей пачкой на оправке (операция 7).
Отличительная особенность маршрута заключается в том, что при такой последовательности протягивание шлицев надо выполнять не после черновых, а после чистовых операций и при этом обеспечить перпендикулярность оси отверстия относительно торца (операция 11). Эта задача решается, как указывалось выше, только с помощью вертикально-протяжного двухстоечного станка. Протяжка (некомбинированная) направляется по отверстию малого диаметра шлицев зубчатого колеса, расточенного на операции 6 на алмазном станке.
Далее после протягивания шлицев (операции 12—14) следует термическая обработка и отпуск (операция 15).
В последующих операциях подготовляется технологическая база — торец и поверхность венца (операция 16) и второй торец и поверхность отверстия по 1-му классу точности (операция 17).
Только после этого производят предварительное (операция 18) и окончательное шлифование зубьев.
324
Таблица 29
Зубчатое холесо без ступицы, тип III—IV Технологический маршрут обработки зубчатого колеса диаметром 80—22С мм т = 2,5 4-5,0 мм 6-й степени точности
одержание операции
Эскиз обработки и базиро вания
Оборудование
1
2
3
4
5
Изготовление заготовки—штамповка
Предварительная (черновая) токарная обработка с одной стороны и растачивание отверстия
Предварительная (черновая) токарная обработка с другой стороны и повторное растачивание отверстия
Термическая обработка—нор ма л изация
Шлифование боковых сторон с двух сторон последовательно (с перевертыванием детали)
Алмазное растачивание отверстия по 2-му классу (установка по торцу и предварительно расточенному отверстию), зажим по торцу
Базирование по торцам
Вертикальный токарный патронный полуавтомат
То же
Вертикальный плоскошлифовальный двухшпиндельный станок
Алмазно-расточной станок
7 Чистовое обтачивание по венцам (обработка пачкой на центральной оправке)
8 Зубонарезание под последующее шлифование зуба (7-й класс)
Токарный станок
Базирование на круглой оправке по меньшему диаметру шлицев
Зубофрезерный станок
9 Зубозакругление или
снятие фасок
10 Слесарная (зачистка)
Базирование по малому диаметру шлиц
Зубозакругляющий станок
325
Продолжение табл. 29
|№ I операции 1 Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование
11 Протягивание шлицев или шпоночного паза (шлицевая протяжка некомбинированная) База-торец i стие колеса и точное отвер- Вертикально-протяжной станок
12 Снятие фасок на шлицах Вертикально-сверлильный станок
13 Мойка
14 Контроль
15 Термическая обработка—цементация, закалка, отпуск
16 Шлифование (окончательное) торца и поверхности венца на центровой оправке с базированием по большему диаметру шлицев и противобазо-вому торцу; биение торца—не более 0,015 мм <х; <> 6 <5 Круглошлифовальный или торцекруглошлифовальный станок
17 Окончательное шлифование базового торца и отверстия по 1-му классу; биение торца 0,01 мм Внутришли-фовальный с двумя кругами
18 Предварительное шлифование зубьев червячным абразивом на центровой оправке с посадкой Сх
19 Окончательное шлифование зубьев на станках высокого класса точности Базирование на центровых оправках с разностью 0,006 и допуском 0,003 мм; крепление детали по торцам, выверка по торцу и венцу Зубошлифовальный с червячным абразивом мод. 5А832, 5А833
20 Мойка Моечная машина
21 Контроль, клеймение, проверка на шум Специальный шумоконтрольный ста* нок
326
Если зубчатое колесо 5-й, а не 6-й степени точности, то необходимо вводить искусственное старение, поэтому операции 16 и 17 выполняют как предварительные, а после них вводят стабилизирующее старение и только после этого аналогичные операции выполняют на окончательный размер.
Зубья шлифуют предварительно и окончательно на станках высокой точности.
Для колес 7-й степени точности после нарезания зуба (операция 10) вводят шевингование. Тогда после термической обработки оставляют шлифование отверстия и торца, а зубошлифование заменяют зубохонингованием или обкаткой (табл. 30).
Зубчатые колеса-валы, тип V. Конструктивные особенности технологии изготовления колес этого типа обусловливают другое базирование и маршрут обработки. Зубчатые колеса-валы могут иметь в качестве технологических баз поверхности центровых отверстий, как это имеет место и при обработке ступенчатых валов. Поэтому на первой операции ^необходимо подготовить (обработать) технологические базы-поверхности торцов детали и центровых отверстий, что выполняется на фрезерно-центровальном станке с базированием детали (рис. 170) по оси в приспособлении с само-центрирующим перемещением зажимных призм; а по длине — на, один из буртов ступени.
На этом станке выполняют два перехода: фрезерование торцов детали и зацентровку, т. е. сверление центровых отверстий.
- Последующие операции обработки, показаны в табл. 31.
Рассматривая все маршруты, можно видеть некоторые общие положения при обработке зубчатых колес.
1. Технология зависит не только от технических условий, степени точности, но и от конструктивных особенностей колес и серийности выпуска (в части подбора оборудования).
2. Перед нарезанием зубьев и базированием на торец всегда надо обеспечить малое (в зависимости от степени точности) биение торца к оси отверстия, что достигается разными путями в разных маршрутах.
3. Для уменьшения деформации зубьев необходимо вводить стабилизирующий отпуск в маршрут обработки.
4. Для зубчатых колес, которые не шлифуют по зубьям после термической обработки (7-я степень точности), необходимо до термической обработки деталь выполнять с более высокой сте-
327
Рис. 170. Базирование заготовки-штамповки колеса-вала на первой операции на фрезерно-центровальном станке
Таблица 30
Зубчатое колесо без ступицы, тип III—IV
Технологический маршрут обработки колеса диаметром 80—220, /и = 2,5 ч-5,0 мм 7-й степени точности
№ операции Содержание операции Эскиз обработки и базирования Оборудование
1—12 Изготовление заготовки, термическая обработка, токарная, шлифовальная, алмазная обработка, обтачивание (пачкой), зубонарезание, зубозакругле-ние или снятие фасок, выполняются так же, как в табл. 29 для 6-й степени (См. операц. 1—12 табл. 29) То же, что на операциях 1—12 табл. 29
13 Зубошевингование База-отверстие по малому диаметру шлицев Зубошевинго-вочный полуавтомат
14 Шлифование по наружному диаметру венца и торцу на той же оправке, какая была на операции шевингования 13 (не снимая детали; станки устанавливают рядом) То же Круглошлифовальный станок
15 Мойка — Моечная машина
16 Контроль —
17 Термическая обработка—азотирование на глубину 0,2— 0,35 мм — Печь
18 Шлифование отверстия База-торец и наружная поверхность венца Внутришлифо-вальныи станок
19 Зубохонингование База-отверстие Зубохонинговальный станок
20 Мойка — Моечная машина
21 Контроль, клеймение, проверка на шум — Специальный шумоконтрольный станок
328
Таблица 31
Маршрут обработки зубчатых колес-валов (третья группа, тип Va) 7-й степени точности
Наименование операции
База
1
2
Фрезерование и центрование заготовки с двух сторон
Обтачивание заготовки с одной стороны (черновое)
Обтачивание заготовки с другой стороны (черновое)
4—4а Обтачивание с обеих сторон (чи-
стовое)
5 Фрезерование шпоночной канавки
6 Зубофрезерование крайнего венца
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17—^20
21
Зубофрезерование среднего большого венца
Зубодолбление малого венца
Закругление зубьев крайнего венца
Закругление зубьев среднего большого венца
Шевингование крайнего венца
Шевингование среднего венца
Шевингование венца с другой стороны вала
Мойка и термическая обработка
Шлифование ступеней с одной стороны
Шлифование ступеней с другой стороны
Притирка венцов по одному в каждой операции
Промывка и контроль
Поверхности наружных образующих ступеней заготовок и одного торца ступени
Поверхности центровых отверстий и фрезерованного торца заготовки
Поверхности центровых отверстий и другого фрезерованного торца заготовки
Те же, что в операциях 2 и 3
Поверхности шеек и торца одной ступени
Поверхности центровых отверстий
То же *
»
»
»
» »
Поверхности центровых отверстий
То же
»
пенью точности (на одну степень точнее) с помощью шевингования, имея в виду, что деталь коробится при термической обработке и имеет место потеря точности при цементаций и закалке.
5. В колесах, у которых зубья шлифуют, перед выполнением этой операции необходимо шлифованием выправить базовые поверхности — торец и отверстие для колес плоских и со ступицей или центровые отверстия для колес-валов.
6. Для колес 5—6-й степени точности подбирают оборудование высокого или особо высокого класса точности.
329
§ 7. Выбор оборудования для выполнения отдельных операций
1. Токарная обработка наружных поверхностей колес. Токарную обработку колес в патроне в настоящее время выполняют на токарно-револьверных полуавтоматах. В мелкосерийном производстве с каждым годом все в большей степени внедряют станки с программным управлением, на базе которых возможна автоматизация в данном виде производства.
На рис. 171 показан токарно-револьверный одношпиндельный полуавтомат с числовым программным управлением от перфорированной ленты. Как видно из рисунка, револьверная головка
Рис. 171. Токарно-револьверный станок с программным управлением
с горизонтальной осью имеет пять позиций осевых инструментов, кроме того, верхний боковой суппорт, служащий для обтачивания и протачивания ступеней, имеет четырехпозиционную поворотную (вокруг горизонтальной оси) резцедержавку. Движение суппорта— вдоль и поперек оси станка.
Наличйе девяти инструментов и их автоматическое вступление в работу по программе обеспечивают выполнение большинства операций по обработке разных деталей в патроне.
Переналадка станка с одной детали на другую благодаря быстрой смене перфорированной ленты и инструментов занимает мало времени.
В крупносерийном производстве все более широкое применение находят двухшпиндельные токарные полуавтоматы, в которых за один цикл можно обработать деталь сразу с двух сторон. Такие станки строят в горизонтальном и вертикальном исполнении.
Время обработки детали с обеих сторон по предварительным и чистовым переходам составляет 1,5—3 мин.
330
Минский завод автоматических линий выпускает вертикальные одношпиндельные токарные полуавтоматы для патронных работ, схема обработки на которых дана на рис. 172.
Схема обработки многовенцовых колес на горизонтальных многорезцовых полуавтоматах в массовом производстве показана на рис. 173.
Рис. 172. Схемы установки плоского зубчатого колеса на вертикальном токарном полуавтомате Минского завода автоматических линий
на одношпиндельных и двух-
Рис. 173. Схема обработки на многорезцовом токарном горизонтальном полуавтомате
Обработка зубьев колес. В СССР имеется широкий размерный’ ряд зубофрезерных станков для серийного и массового производства.
Зубофрезерование — основной метод обработки зубьев колес, выполняемых червячной фрезой шпиндельных вертикально-фрезерных станках.
Зубофрезерование при модуле (до 3 мм) выполняют за один проход, при т >> 3 мм — за два прохода. При втором (чистовом) проходе и шлифованной фрезе достигается 7-я степень точности на новых станках.
Если колесо узкое или .нет свободного выхода для фрезы, применяют зубодолбление; точность нарезания — 7-я степень.
При последующем шевинго
вании лучше применять предварительно черновое и чистовое зубофрезерование, так как погрешность обработки ио шагу и профилю распределяется равномерно по всем зубьям, в то время как погрешность при зубодолблении может концентрироваться на одном зубе, что труднее устранять шевингованием.
В последнее время в Союзе и за рубежом в промышленном масштабе испытывают процесс горячего и холодного накатывания зубьев, которйй дает 8-ю степень точности и приближается к 7-й
331
степени. Если выполнять холодное накатывание после зубофре-зерования по 8—9-й степени точности, то более 85% колес после накатывания получаются по 7-й степени точности при модуле 3 мм.
Процесс холодного накатывания повышает производительность по сравнению с шевингованием в несколько раз Произвол дительность при обработке колес диаметром 100 мм, т = 3 мм при холодном накатывании составляет 250—300 шт/ч.
Порядок последовательности обработки несколько меняется, если производить горючее и холодное накатывание. Холодное накатывание можно' производить сразу по целому металлу для мелкомодульных колес с модулем до 1,5 мм, как это практикуется в приборостроении.
Шевингование зубьев производят круглым шевером на специальных шевинговальных станках. На станке мод. 5702 можно шевинговать колеса с модулем до 6 мм и диаметром до 320 мм. Шевингование улучшает качество колес примерно на одну степень точности, но не одинаково по параметрам точности (табл. 32).
Таблица 32
Элемент исправления Модуль в мм Погрешность в мм
до шевингования после шевингования
Шаг . . . . ' Профиль Спиральность зуба на длине 30 мм Биение в мм по диаметру начальной окружности оо 5*3 ЬЭ О1СЛ ьо 1 III сл сл сл оо 0,02 0,025—0,03 0,05 0,07—0,1 0,015 0,012 0,01—0,015 0,025—0,035'
Припуски под шевингование обычно составляют 0,1—0,25 мм по толщине зуба; время обработки 1,5—2,5 с на 1 зуб.
Шлифование зубьев колес производят после термической обработки. Эту операцию вводят при изготовлении точных колес (6-й и 5-й степеней точности). При деформации зубьев после термической обработки более 0,05 мм и биении делительной окружности более 0,1 мм необходимо шлифовать зубья даже для достижения 7-й степени точности, так как при таких отклонениях зубьев хонингование зубьев в последних операциях не может -исправить погрешностей.
Станки для шлифования зубьев работают по одному из трех способов:
а) копированием, когда шлифуют впадину между зубьями, копируя профиль круга (рис. 174, а), этот способ называют также способом деления в отличие от способов обкатки; после чернового шлифования всех впадин за несколько оборотов детали круг автоматически правится по профилю тремя алмазами (рис. 174, б); 332 -
за время чистового шлифования зубчатое колесо может сделать несколько оборотов;
б) обкаткой зуба дисковыми кругами с прямолинейными боковыми сторонами профиля рейки (рис. 174, в); два крайних круга выполняют предварительную, а средний — чистовую обработку, размер с соответствует припуску на чистовое шлифование; в большинстве случаев такие станки работают с одним средним кругом вследствие трудностей затачивания трех кругов; после шлифования зубчатые колеса имеют 5—6-ю степень точности; производительность в 3—5 раз ниже способа копирования;
Рис. 174. Схемы зубошлифования
в) обкаткой зуба червячным кругом (рис. 174, а) — принцип действия аналогичен зубофрезерованию, но вместо фрезы установлен червячный круг; на специальных шлифовальных станках колеса получаются 5—6-й степени точности, производительность этого способа в 4—5 раз выше способа шлифования обкаткой. На станках завода «Комсомолец» можно шлифовать зуб с модулем до 6 мм. При модуле до 1 мм зуб шлифуют из целой заготовки без предварительного нарезания. Затраты времени в секундах при разных способах обработки на один зуб при модуле 2—3 мм составляют:
Копирование......................................а .30—40
Обкатка с единичным давлением ......................70—90
Непрерывная обкатка червячным кругом ............... 16
В последнее время применяют новый метод отделки зубьев после термической обработки хонингованием. Хон типа зубчатого колеса сделан из особого состава с абразивным порошком. Хонингование выполняют при зацеплении колеса с хоном с притормаживанием инструмента или детали на станке типа шевинговаль-ззз
ного, но без радиальной подачи. При хонинговании колесо совершает вращательное принудительное реверсивное движение и возвратно-поступательное вдоль своей оси Хонингование применяют для колес с модулем 1,5—6 мм. Припуск не должен превышать 0,02—0,05 мм. Хонингование практически мало исправляет погрешности, но улучшает чистоту поверхности зуба и снимает заусенцы, применяется как отделочная операция при 7-й степени точности после термической обработки шевингованных колес.
§ 8. Технологическая оснастка
При обработке зубчатых колес в массовом и крупносерийном производстве применяют стандартные пневматические и гидравлические патроны. В мелкосерийном производстве применяют ручные универсальные патроны с разными диаметральными размерами.
Для обработки в центрах деталей типа вал—зубчатое колесо применяют поводковые патроны.
Для токарной обработки на оправках используют центровые и консольные оправки, круглые и шлицевые.
При обработке на многошпиндельном станке установка колеса производится на первой позиции, специально приспособленной для этой цели (рис. 175), обтачивание выполняется на других позициях станка.
На рис. 176 показаны способы крепления деталей при зубо-фрезеровании крупных колес, а на рис. 177 —способы крепления детали на зубодолбежных станках.
§ 9. Автоматизация производственных процессов
В настоящее время автоматизация процессов производства зубчатых колес развивается по двум направлениям: автоматизация процессов, выполняемых на отдельных зубообрабатывающих станках-полуавтоматах путем автоматической загрузки; комплексная автоматизация процессов по всем операциям обработки зубчатых колес, осуществляемая на автоматических линиях по обработке зубчатых колес.
Типовые технологические маршруты обработки зубчатых колес и способы автоматизации в линиях описаны в работе [21]. В качестве иллюстрации приведем эскизный маршрут обработки двухвенцового зубчатого колеса, имеющего диаметр большого венца 135 мм, т — 5/3,75 мм и общую высоту ступицы 70 мм (табл. 33). На линии можно обрабатывать двухвенцовые зубчатые колеса диаметром 80—250 мм; такт линии 1,5 мин.
При проектировании технологии, выполняемой на линии, важно знать распределение цикла обработки по отдельным 334
Рис. 175. Установка и снятие детали съемником на первой позиции а\ схемы обработки на рабочих позициях б, в, а, д, е шести-шпиндельного токарного полуавтомата
Рис. 176. Способы установки колес при зубофрезеровании: а — двух колес; б — одного колеса
335
Таблица 33
Эскизный технологический процесс обработки двухвенцовых зубчатых колес на автоматической линии ЭНИМСа
Операция и эскиз
Операция и эскиз
Контроль
Закругление зубьев большого венца
Закругление зубьев малого венца
ЗСб
Продолжение табл. 33
Операция и эскиз
Операция и эскиз
10
13
Шевингование зубьев большого венца
Шевингование зубьев малого венца
Снятие заусенцев и мойка
Контроль
Калибрование шлицевого отверстия
Обкатывание зубьев большого венца
Обкатывание зубьев малого венца
Шлифование отверстия
19 Мойка
Термическая обработка
20 Окончательный контроль
337
переходам на разных станках. Для примера приводим распределение времени в секундах по переходам токарной обработки (операция 2).
Загрузка и разгрузка детали . . . . .................... 12
Зажим детали ........................’...................'2
Подвод продольного суппорта ............................... 2
Резание .................................................35
Отвод суппорта............................................. 3
Подвод поперечного суппорта (совмещен с другими переходами) ................................................. 2
Резание (совмещено с другими переходами).................23
Отвод суппорта (совмещен с другими переходами).......... 2
Подвод расточного шпинделя ................................ 4
Резание .................................................25
Отвод шпинделя .......................................... 4
Режим детали .............................................. 2
Всего (за исключением совмещенных переходов)......................89
§ 10. Контроль зубчатых колес
При контроле зубчатых колес проверяют:
а) биение базового торца (до нарезания зубьев) — с помощью индикатора и центровой оправки;
б) отклонение основного шага —шагомером по разности действительного и номинального расстояний между параллельными-касательными к двум соседним одноименным профилям зубьев (рис. 178, а); жесткий упор 1 и подвижной упор 2 имеют две параллельные плоскости, которые воспроизводят обкат колеса с рейкой. Цена деления индикатора 5 мкм. В лабораториях основной шаг может быть проверен также на стационарных приборах;
в) разность окружных шагов — с помощью прибора по разности расстояний между любыми окружными шагами по одной окружности колеса (рис. 178, б), в приборе упор 1 жесткий, другой 2 подвижный и связан с индикатором 5;
г) накопленную погрешность окружного шага — измерением окружных шагов последовательно по всем зубьям и дальнейшим подсчетам по известным формулам в справочниках;
д) погрешность профиля — сравнением действительного профиля по эвольвентомеру с теоретической эвольвентой;
е) толщину зуба колес — кромочным штангензубомером (рис. 178, в);
ж) смещение исходного контура — тангенциальным зубомером как радиальное положение исходного контура относительно окружности выступов (рис. 178, г);
з) радиальное биение зубчатого венца — на приборе измерением отклонения показаний индикатора / по ролику 2, вставляемому до впадины зубьев (см. рис. 178, д).
Длину общей нормали проверяют индикаторной или жесткой плоскопараллельной скобой.
338
В цеховых условиях крупносерийного и массового производства пользуются в основном прибором для комплексной проверки колебаний межцентрового расстояния в плотном зацеплении с эталонным зубчатым колесом (двухпрофильная проверка). В последние годы внедряются приборы для однопрофильной проверки зубчатого колеса.
Рис. 178. Схемы способов проверки зубчатых колес
§ И. Расчет технологической себестоимости обработки
Расчет технологической себестоимости обработки-можно производить укрупненно нормативным методом или методом прямого расчета по основным статьям затрат. Последний метод требует больших затрат времени и исходных данных, но отражает наиболее правильно выбор оптимального варианта.
Себестоимость обработки определяется на основе прямого расчета по следующим статьям калькуляции:
1) основная и дополнительная заработная плата станочника и наладчика с начислениями по социальному страхованию;
2) затраты на электроэнергию;
3) затраты, связанные с расходом инструмента и приспособлений;
4) затраты на содержание станка;
339
5) затраты на текущий ремонт станка;
6) амортизационные отчисления.
Как видно, основные затраты, изменяющиеся при разных вариантах технологии обработки детали, состоят из расходов на заработную плату рабочих и наладчиков (п. 1), эксплуатационных (пп.2—5) и амортизационных расходов (п. 6).
Если один вариант отличается от другого характером заготовки, то вначале надо рассчитать в разных вариантах себестоимость заготовок и учесть их в себестоимости детали в целом. Вначале необходимо записать все исходные данные — пример приведен в табл. 34.
Далее рассчитать технологическую себестоимость, что и показано для токарной заготовки зубчатого колеса-вала.
Указанные в табл. 36 цифры затрат на одну деталь по различным статьям расходов подсчитаны на основе следующих данных:
Заработная плата рабочих и наладчиков. Заработная плата рабочего 3-го разряда по тарифной ставке 41,3 коп/ч, годовой фонд времени работы рабочего 1860 ч, переработка норм на 30%.
Годовая заработная плата рабочего составит:
1860-41,3-3-0,01 1000 руб.
Полная годовая заработная плата наладчика 5-го разряда при тарифной ставке 55 коп/ч и перевыполнении норм на 20% составит
1860-55-1,25.0,01 1290 руб.
Годовая заработная плата наладчика, относящаяся к обслуживанию двух станков (1-й вариант), требующих только полной загрузки наладчика, принята равной
1290 } 4 = 322 руб.
Годовая заработная плата наладчика, относящаяся к обслуживанию одного станка (2-й вариант), требующая только % полной загрузки наладчика, принята равной
1290 : 8 = 161 руб.
При программе 400 000 деталей в год заработная плата рабочих и наладчиков, приходящаяся на одну деталь, будет:
1-й вариант: 1000 4- 322 = 400 000 — 0,33 коп;
2-й вариант: 1000 + 161 : 400 000 0.29 коп.
Затраты на эксплуатацию оборудования и инструмент. Затраты на электроэнергию подсчитаны при коэффициенте использования мощности 0,8 и коэффициенте загрузки 0,75 в первом варианте и 0,083 во втором, при цене 1 кВт-ч 1,57 коп.
1-й вариант — при работе станков общей мощностью 28 кВт и фонде времени работы 240 900 мин/год затраты на одну деталь составят
240 900-0,8-0,75-1,57-28 60-400 000
= 0,27 КОП;
340
Таблица 34
Расчет технологической себестоимости токарной обработки
Исходные данные Гидрокопиро-вальный полуавтомат (первый вариант) Многорезцовый полуавтомат (второй вариант)
Заданная программа выпуска деталей в шт./год 400 000 400 000
Годовой фонд времени в минутах при двухсменной работе 4015 ч или в минутах . . 240 900 240 900
Трудоемкость обработки одной детали с учетом переработки норм (станко-минуты) 0,9 0,5
Расчетное количество станков в шт. 400000-0,9 ,СЛ -'240 900”= 150 400 000-0.5 240900 =°’84 Принятое количество станков 2 1
Годовой возможный выпуск деталей при разных вариантах ^00,2 = 535 000 ^22^ = 480000 U,о Процент загрузки станков 535 000 75 480 000 83
Количество рабочих-станочников .... 1 1
Разряд рабочего 3 3
Часть времени, затрачиваемого наладчиком, приходящаяся на станки, занятые в операций (из расчета обслуживания одним наладчиком восьми станков при полной загрузке наладчика) 1/4 1/8
Разряд наладчика 5 5
Суммарные затраты на приобретение станков с учетом транспортирования и монтажа в руб 8000 4500
341
Продолжение табл. 34
Исходные данные Гидрокопиро-вальный полуавтомат (первый вариант) Многорезцовый полуавтомат (второй вариант)
Затраты на приспособления и вспомогательный инструмент в руб 100 100
Установленная суммарная мощность станков в кВт 28 15
Межремонтный цикл в годах для массового производства 5,5 5,5
Расчет технологической себестоимости обработки в коп. на одну деталь
Наименование затрат по элементам Гидрокопиро-вальный полуавтомат (первый вариант) Многорезцовый полуавтомат (второй вариант)
Заработная плата рабочих и наладчиков 0,33 0,29
Затраты на эксплуатацию оборудования и инструмента: на электроэнергию > инструмент » содержание станков по нормам . . » текущий ремонт станков 0,27 0,12 0,12 0,32 0,15 0,09 0,07 0,16
Амортизационные отчисления 0,29 0,15
Итого себестоимость по сравниваемым затратам .... 1,15 0,91
2-й вариант — при работе одного станка, общей мощностью 15 кВт и фонде времени 240 900 мин/год затраты на одну деталь составят
240900.0,8.0,83.1,57-15 Л1Г- _ -------607400000-----= 0,15 КОП.
Затраты на инструмент. Затраты на эксплуатацию резца с твердосплавной пластинкой за 1 мин его работы по нормам 0,1 коп, машинное время при первом варианте обработки 0,6 мин, при втором варианте 0,3 мин. Количество резцов при первом варианте — 1 нй каждом из двух станков, при втором варианте — 3 на одном станке.
Общие затраты на эксплуатацию инструментов (резцов) составят: первый вариант 0,12 коп; второй вариант 0,09 коп.
342
Затраты на содержание станков. Эти затраты определены по нормам, приведенным в Единой системе планово-предупредительного ремонта и рациональной эксплуатации: первый вариант— 0,12 коп.; второй вариант — 0,07 коп.
Затраты на ремонт станков. Учитывая, что в первом варианте два станка, во втором — один, имеем расходы на деталь: первый вариант 0,32 коп.; второй вариант 0,16 коп.
Амортизационные отчисления. Годовые амортизационные отчисления составят 14,9% от балансовой стоимости. Затраты на одну деталь составят: первый вариант0,29коп.; второй вариант 0,15 коп.
Анализируя полученные цифры в разных вариантах обработки по отдельным статьям затрат, можно установить, почему обработка по одному варианту дешевле, чем по другому.
Из приведенного выше примера видно, что токарная обработка на многорезцовом полуавтомате (второй вариант) для указанных условий выпуска (400 000 шт./год) экономичнее (себестоимость 0,9 коп.), чем обработка на гидрокопировальном полуавтомате (себестоимость 1,44 коп.).
Главные расходы составляют: заработная плата, электроэнергия, ремонт, амортизация оборудования. Затраты на электроэнергию большие в обоих вариантах, потому что обработка ведется твердосплавным инструментом, а станки имеют электродвигатели большой мощности (14—15 кВт).
Амортизация станков требует меньших затрат по сравнению с затратами на заработную плату, потому что расходы раскладываются на большой выпуск деталей (400 000 шт./год); при меньшей программе выпуска амортизационные отчисления обычно составляют значительно большую долю себестоимости.
Если программа была бы меньшей, то по первому варианту нужен был бы только один станок. В этом случае оба варианта мало отличались бы по себестоимости. Как цидно, мы не определили срока окупаемости второго варианта по сравнению с первым, потому что при втором варианте нет избыточных капиталовложений по сравнению с первым вариантом. Во втором варианте капиталовложения даже меньше и составляют 4500 руб./ а в первом 8000 руб. В результате расчета определяете^ оптимальный — второй вариант для данных условий.
Глава II
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
§ 1. Служебное назначение, технические условия, материал и конструктивные разновидности
Конические зубчатые колеса служат для передачи вращательного движения между валами с пересекающимися осями. Их изготовляют с прямыми, косыми и криволинейными зубьями.
343
На конические передачи ГОСТом 1758—56 установлено 12 степеней точности. Для 1—4-й степеней точности нормы точности не предусмотрены.
В делительных и кинематических цепях прецизионных станков и станков повышенной точности применяют колеса 5—6-й степени, в коробцах скоростей и подач станков нормальной точности 7-й степени, а в кинематических цепях более грубых механизмов 8-й степени точности.
Таблииа 35 Выбор степени точности конических колес в силовых передачах
Окружная скорость в м/с Степень точности при
с прямым зубом с косыми и криволинейными зубьями малых нагрузках больших нагрузках
До 1,6 До 4 9 8
1,6—4 4—10 8 7
4—10 10—25 7 6
Для конических колес, применяемых в силовых цепях, степень точности определяется в зависимости от окружной скорости (табл.. 35) и нагрузки.
Конические зубчатые колеса изготовляют из углеродистых сталей, закаливаемых (марок 40, 45) и цементируемых (марок 15, 20) или легированных закаливаемых (40Х) и цементируемых
Рис. 179. Конструктивные разновидности конических зубчатых колес
(20Х), хромоникелевых. В качестве заготовок в зависимости от программы выпуска применяют штамповку, поковку или круглый прокат. В массовом и крупносерийном производстве штампованные заготовки выполняют с зубьями (конические шестерни полуосей автомобилей,' сателлиты). При этом на Чистовое зубонареза-ние оставляют припуск 0,4—0,8 мм на сторону. Применяют также заготовки с горячей*накаткой зубьев прямой и спиральной формы, для которых исключается черновое зубонарезание. Для передач невысокой точности накатанные зубья последующей обработке не подвергают.
По конструкции конические колеса можно разделить на три основных типа: I — колеса со ступицей, у которых отношение (рис. 179, а) -у ►> 1; 11 — колеса венцевого типа (рис. 179, б); III — колеса-валы (рис. 179, в).
344
§ 2. Технологический процесс обработки конических колес
Колеса 1 типа обрабатывают при токарных операциях на оправке с базированием по отверстию и торцу; колеса II типа обрабатывают с базированием по торцу и отверстию; колеса III типа обрабатывают при базировании в центрах или по опорным шейкам и
Технологический маршрут обработки конических колес указан в табл. 36, 37.
Требуемая длина конического колеса-вала Лд получается в результате фрезерования торцов на второй операции (табл. 37) как замыкающее звено размерной цепи
Лд = At + Л2,
где At и Л 2 — расстояния от торцов вала до опорной технологической базы.
Равномерность припуска при нарезании зубьев на операции 9 зависит от точности положения наружного конуса.относительно
Таблица 36
Технологический маршрут обработки конических колес
I типа 8-й степени точности со шлицевым отверстием
(заготовка-штамповка диаметром 50—200 мм)
Номер операции ( Наименование операции Базы
1 Сверление и растачивание отверстия, Коническая поверхность
подрезка торца заготовки
2 Протягивание отверстия и шлицев Поверхность отверстия и ТАПТТ Q
3 Предварительное обтачивание наружных поверхностей заготовки (на оправке по копиру) ТОрЦа Те же
4 Чистовое обтачивание на оправке конических и других поверхностей »
5 Предварительное фрезерование зубьев »
6 Чистовое нарезание зубьев на зубострогальном станке или на зубофрезерном двумя фрезами, методом обкатки »
7 Контроль на обкатном станке »
8 Термическая обработка »
9 Шлифование внутреннего отверстия и Боковые поверхности трех
торца впадин зубьев
10 Промывка детали
11 Контроль, подбор зубчатых пар на Поверхность отверстия
обкатном станке и торца
345
Таблица 37
Технологический маршрут обработки конического колеса—вала 5—6~й степени точности, т = 4
(заготовка-штамповка диаметром 140 мм из стали 12Х2Н4А)
о. Содержание операции
.01 С
£ О
Эскиз обработки и базирова ния
Оборудование
1 Изготовление заготовки (штамповка)
2 Фрезерование тор-цов и зацентровка
Предварительная токарная обработка по копиру с одной стороны
Предварительная токарная обработка с другой стороны
5
6
7
Термическая обработка (нормализация)
Чистовая токарная обработка с одной стороны (по аналогии с операцией 3)
Предварительное шлифование базовой шейки и торца для создания технологической базы для последующей обработки зубчатого венца (шлифование в центрах с точностью биения по торцу 0,01, по шейке 0,007 мм)
Чистовая токарная обработка конусных и других поверхностей под вубчатый венец
См. эск. 2
См. эск. 4
Фрезерноцентровальный станок
Токарный гидрокопиро-вальный полуавтомат
Револьверный полуавтомат
Термический цех
Токарный гидрокоппровальный полуавтомат
Круглошлифовальный станок
Револьверный станок повышенной точности
346
Продолжение табл. 37
Содержание операции
Эскиз обработки и базирова ния
Оборудование
9
Предварительное фрезерование зубьев для снятия основного металла
10
Предварительное зубострогание с оставлением припуска под последующую обработку 0,55—0,65 мм на толщину зуба
11
Чистовое зубострогание, 6-я степень точности (припуск под последующее шлифование 0,2— 0,3 мм на толщину зуба)
Про ;ывка детали
Контроль (проверка пятна контакта)
14 Термическая обработка; меднение не-цементируемых поверхностей для изоляции; цементация, закалка по Я/?С^60, низкий отпуск
15 Получистовое шлифование базовых шеек и торца
Фрезерование навок
ка-
17 Слесарная операция (снятие -заусенцев)
18 Искусственное старение
См. эск. 9
Зубофрезерный полуавтомат
Зубостро-гальный полуавтомат
Зубострогальный полуавтомат
Моечная машина
Контрольнообкатной станок
Термический цех
Круглошлифовальный станок
Вертикально-фрезерный станок
Термический цех
347
Продолжение табл. 37
X X
Содержание операции Эскиз обработки и базирова НИЯ
Оборудование
19
20 20а
206
21
Чистовое шлифование базовых шеек и торца. Допускаемое биение торца и шеек—не более 0,003—0,005 мм; чистота v7
Шлифование конусных, цилиндрических и торцовых поверхностей зубчатого венца. Допускаемое биение по конусным и цилиндрическим поверхностям—не более 0,01 мм, по торцу— не более 0,02 мм, чистота V7 *
Предварительное шлифование зубьев; на окончательное шлифование остается 1/3 общего припуска под шлифование
22
Окончательное шлифование зубьев колеса; чистота V7
23 Промывка детали
24 Окончательный контроль; проверка микротрещин на дефектоскопе; подбор зубчатых колес в пары по пятну контакта
Круглошлифовальный станок повышенной точности
То же
Зубошлифо-. вальный станок повышенной точности
То же
Моечная машина
Контрольнообкатной станок
* Шлифование производится на двух станках со специальной заправкой шлифовальных кругов.
348
опорной шейки. Эта точность достигается в результате токарной обработки на операции 8, где
£д — расстояние от вершины конуса до базового торца;
— смещение оси конуса относительно оси опорной шейки;
Лд — параллельность оси конуса относительно оси опорной шейки.
Требуемая перпендикулярность ?д базового торца к оси опорной шейки обеспечивается ,на операции 19:
Тд = Yi —
где ?! — параллельность оси опорной шейки относительно линии центров; х
?2 — поворот торца относительно линии центров.
Точность положения наружного конуса зависит от смещения Гд и параллельности 0Д его оси относительно оси опорной шейки в двух координатных плоскостях.
Гд = Л + г2; Рд = Pi + ₽2,
где Г19 Г2 — смещение оси опорной шейки и оси наружного конуса относительно линии центров, получаемые после операций 19 и 20;
Pi и Р2 — параллельность оси опорной шейки и оси наружного конуса относительно линии центров, полученные в результате шлифования на операциях 19 и 20.
Биение зубчатого венца конического колеса-вала зависит от смещения Вд и от параллельности ад оси делительного конуса относительно оси опорной шейки в двух коордйнатных плоскостях. Из технологического маршрута, приведенного в табл. 37, видно, что требуемая точность положения зубчатого венца относительно опорной шейки достигается постепенно в результате уточнений, получаемых при выполнении ряда операций.
На эскизах к операциям 9, 10, 11, 21, 22 (табл. 37) размеры Вь В2, В3, В4, Вд определяют смещение, а аь а2, а3, а4, ад определяют поворот оси делительного конуса относительно оси опорной шейки, получаемые на различных этапах технологического процесса. #
§ 3. Методы нарезания конических зубчатых колес
Фрезерование дисковыми и пальцевыми модульными фрезами по методу копирования производят на специальных или универсально-фрезерных станках. Дисковые фрезы (рис. 180) используют для чернового нарезания прямозубых колес в условиях крупносерийного производства и для чистового нарезания небольших колес невысокой точности в единичном производстве [15].
Пальцевые фрезы применяют для нарезания крупных зубчатых колес (диаметр 3—5 м, модуль — до 50 мм) невысокой точности с прямыми, спиральными и шевронными зубьями.
349
Строгание двумя резцами "по методу обкатки применяют для нарезания конических колес (диаметром от 5 до 1000 мм', с модулем до 20 мм) с прямыми и косыми зубьями. Нарезание зубьев производят на специальных зубострогальных станках в условиях единичного и серийного производства. Режущие кромки строгальных резцов образуют зуб производящего колеса, по которому обкатывается нарезаемая заготовка. Колеса с модулем более 3,5 мм нарезают в несколько проходов. Для колес с модулем свыше 5 мм предварительное нарезание зубьев целесообразно проводить путем фрезерования дисковыми фрезами, а окончательное— строганием. Это позволяет в 1,5—2,5 раза сократить машинное время и сохранить точность зубострогальных станков.
Фрезерование двумя дисковыми фрезами по методу обкатки (рис. 181) производят на специальных зубофрезерных станках в крупносерийном производстве. Так, нарезают прямозубые конические колеса (диаметром до 320 мм с модулем до 8 мм) с прямым и бочкообразным профилем зуба в продольном сечении. Колеса, полученные этим методом, взаимозаменяемы с нарезанными на зубозуба у этих колес имеет
вогнутую форму. Этот метод значительно производительнее зубо-строгания.
Нарезание зубьев круговой протяжкой является наиболее производительным методом изготовления прямозубых конических колес небольшого диаметра. При этом методе за один оборот протяжки, диаметр которой, более 500 мм, производится черновое и чистовое прорезание впадины, а также снятие фасок с кромок зубьев. В процессе цикла протяжка вращается и поступательно перемещается от точки до О2 и обратно (движение подачи) (рис. 182). Делительный поворот колеса на один зуб происходит 350
в исходном положении протяжки — на секторе, свободном от резцов. Получаемый при этом профиль зуба колеса может иметь как прямую, так и бочкообразную форму. Так нарезают конические колеса в массовом производстве на специальных автоматах и полуавтоматах. Подобные автоматы имеют пневматические блокировочные устройства для контроля точности установки детали и устройства для создания гарантированного натяга в кинематической цепи.
Фрезерование торцовыми резцовыми головками применяют для нарезания конических колес с криволинейными зубьями. Обра-
ПШШЗЙЙПЯТ Г*ПАТТЫ€1 .<
Рис. 181. Схема фрезерования двумя дисковыми фрезами по методу обкатки
Рис. 182. Схема нарезания конических колес круговой протяжкой
Зубья закаленных конических колес шлифуют на специальных станках методом обкатки для получения требуемой точности и чистоты поверхности.
§ 4. Контроль конических зубчатых колес
Конические зубчатые колеса проверяют в большинстве случаев на тех же приборах, что и цилиндрические.
Отклонения окружного шага и накопленную погрешность окружного шага проверяют на универсальном зубоизмерительном приборе с угловым лимбом, отклонения оружного шага измеряют также с помощью шагомера. Радиальное биение зубчатого венца проверяют с помощью конического . ролика и индикатора на приборе для конических и цилиндрических колес. Толщину зуба контролируют штангензубомером. Колебания измерительного межосевого угла и измерительного бокового- зазора контро-
351
лируют в двухпрофильном зацеплении с эталонным колесом на приборе для комплексной двухпрофильной проверки или на контрольно-обкатном станке.
Смещение вершины делительного конуса, положение пятна контакта зубьев и уровень звукового давления также проверяют на контрольно-обкатных станках.
Глава III
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ
§ 1. Служебное назначение и технические требования
По служебному назначению червячные передачи разделяются на кинематические и силовые. Кинематические передачи используют в различных механизмах, в делительных цепях зуборезных и других металлорежущих станках для достижения высокой точности относительного поворота.
В конструкции кинематических передач в отличие от силовых в ряде случаев предусматривается возможность регулировать точность относительного положения червяка и колеса.
Силовые червячные передачи применяют в разнообразных редукторах и коробках скоростей для передачи крутящего момента при большом передаточном отношении.
ГОСТ 3675—56 предусматривает 12 степеней на червячные передачи, однако нормы точности имеются для*степеней от 3 до 9-й.
Кинематические передачи соответствуют 3—6-й, а силовые червячные передачи 5—9-й степени точности. Для соответствующей степени точности установлены нормы точности на червяки, червячные колеса и на сборку передачи.
Выбор степени точности силовых червячных передач можно производить в зависимости Ът окружной скорости червяка.
Окружная скорость червяка в м/с .... 3—7,5 1,5—3 До 1,5
Степень точности................ 7 8 9
§ 2. Конструктивные виды и материал
В машиностроении применяются цилиндрические и глобоидные червячные передачи. Цилиндрические передачи имеют червяк, осевое сечение которого представляет собой рейку с прямолинейными или криволинейными боковыми сторонами (рис. 183, а).
Глобоидные передачи имеют червяк, осевое сечение которого представляет круговую рейку с прямолинейными боковыми сторонами (рис. 183, б). Цилиндрические передачи по форме винтовой поверхности делятся на следующие виды-352
1. Архимедова червячная передача имеет червяк, у которого профиль боковой поверхности витка в поперечном сечении АА (рис. 183, в) представляет спираль Архимеда В осевом сечении ББ архимедов червяк имеет прямолинейный профиль, а в сечении ГГ, перпендикулярном к направлению витка, — криволинейный.
2. Эвольвентная червячная передача имеет червяк, у которого профиль боковой поверхности витка в поперечном сечении АА имеет форму эвольвенты. В осевом сечении Б Б и сечении, перпендикулярном к направлению витка ГГ, эвольвентный червяк имеет криволинейный профиль. Прямолинейный профиль витка червяка получается в сечении плоскостью, касательной к основному цилиндру.
Рис. 183. Червячная передача:
а — цилиндрическая; б — глобоидная; в — сечения цилиндрических червяков — АА — поперечное, Б Б — перпендикулярное к направлению впадины; ГГ — перпендикулярное к направлению витка
3. Конволютная передача имеет червяк, у которого профиль боковой поверхности витка в поперечном сечении А А представляет удлиненную эвольвенту (конволюту). В сечении, перпендикулярном к направлению витка ГГ или впадины ВВ, конволютный червяк имеет прямолинейный профиль, а в осевом Б Б — криволинейный.
4. Нелинейчатые червяки имеют во всех сечениях криволинейный профиль.
Для уменьшения трения, сокращения износа и возможности заедания червячной пары рабочая поверхность витков червяка должна иметь высокую твердость и чистоту,' а материал червячного колеса должен обладать хорошими антифрикционными свойствами.
Червяки быстроходных высоконагруженных передач изготовляют из качественных углеродистых сталей марок 40, 45 или легированных сталей марок 40Х, 40ХН и др. В этом случае применяют нагрев поверхности под закалку т. в. ч. или пламенем, обеспечивающую твердость рабочих поверхностей HRC 48—57.
12 Б Л. Беспалов и др 353
Наилучшие результаты получаются при использовании цементируемых сталей марок 15Х, 15ХА, 20Х, 20ХНВА, 20ХВ, содержащих углерод от 0,15 до 0,20%.
Червяки менее ответственных передач, для которых достаточна твердость НВ < 270. изготовляют из нормализованных или улучшенных сталей.
Глобоидные червяки изготовляют из сталей марок 35ХМА, ЗЗХГН.
Для изготовления червячных колес в ответственных передачах с большими скоростями скольжения (о >> 5 м/с) применяют бронзы Бр. ОБ 10-1, БрОНФ, при меньших скоростях применяют бронзу Бр. АЖ9-4, имеющую более высокие механические свойства и худшие антифрикционные. Червячные колеса передач с малыми скоростями (v < 2 м/с), к габаритам и к. п. д. которых не предъявляются высокие требования, изготовляют из чугуна СЧ 21-40, СЧ 15-32.
По конструкции червяки разделяются на два вида: червяки— валы, нашедшие наибольшее распространение, и насадные червяки—втулки. Червячные колеса бывают цельные и составные; у последних ступица и венец из разных материалов.
§ 3. Технология изготовления червяков и червячных колес
В качестве заготовок для червяков в крупносерийном и массовом производстве используют штамповку, а в мелкосерийном . и единичном — пруток.
В качестве заготовок червячных колес используют отливки и прокат. При большой серийности производства применяют более точные методы получения отливок — литье под давлением, литье в кокиль, корковые формы. Для составных колес небольшого размера применяют биметаллические заготовки отливки. Предварительно отлитую ступицу устанавливают в форму и на нее центробежным способом заливают венец. При изготовлении особо крупных колес заготовки отливают с предварительно формованными зубьями.
При разработке технологического процесса необходимо стремиться к соблюдению принципа единства баз. Следует учитывать, что эксплуатационные качества червячной передачи зависят не от формы винтовой поверхности, а от точности изготовления и сборки передачи.
В табл. 38 приведен технологический маршрут обработки червяка типа вал 7-й степени точности в крупносерийном производстве.
На первых семи операциях червяк обрабатывают как обычный вал. При нарезании витка базирование производят в центрах или по одной из шеек в трех кулачковом патроне и заднему центру; в последнем случае обеспечивается большая жесткость.
354
Таблица 38
Технологический маршрут изготовления делительных червяков типа валов 4-й степени точности, т = 3 мм
№ операции
1
2 3
4
5
6
7
8
9
lO-
ll
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Содержание операции
База
Изготовление заготовки (штамповка)
Термическая обработка
Фрезерование торцов и зацентровка с двух сторон
Предварительная токарная обработка по контуру с одной* и другой стороны
Черновое нарезание витков червяка с оставлением припуска 1,2—1,6 мм на толщину витка
Термическая обработка (высокий отпуск)
Чистовая токарная обработка наружных поверхностей с оставлением припуска 0,4—0,6 мм; допустимое биение заготовки—не более 0,05—0,06 мм
Чистовое нарезание витков червяка с оставлением припуска 0,6—0,8 мм на толщину витка; допустимое биение—не более 0,08 мм; нарезают на токарновинторезном станке повышенной точности класса П
Фрезерование шпоночного паза
Предварительное шлифование наружных поверхностей под цементацию
Предварительное шлифование профиля витков червяка под цементацию
Термическая обработка (цементация, закалка)
Шлифование центровых отверстий; чистота обработки V9
Получистовое шлифование наружных поверхностей и торцов
Получистовое шлифование профиля витков червяка
Термическая обработка (старение)
Второе получистовое шлифование наружных поверхностей и торцов
Второе получистовое шлифование профиля витков червяка с оставлением припуска 0,1—0,15 мм на толщину витка; чистота обработки V8
Термическая-обработка (старение)
Доводка центровых отверстий
Поверхности двух ступеней заготовки и одного торца
Поверхности зацентрованных отверстий и фрезерованного торца
Поверхности центровых отверстий
Поверхности зацентрованных отверстий и фрезерованного торца
Поверхности центровых отверстий
Поверхности двух шеек и торца одной ступени
Поверхности центровых отверстий
То же
Поверхности одного центрового отверстия и одной шейки
Поверхности центровых отверстий
То же
Поверхности центровых отверстий
То же
Поверхности одного центрового отверстия и одной шейки
355
Продолжение табл. 38
№ операции Содержание операции База
21 Чистовое шлифование наружных поверхностей торцов на круглошлифовальных станках особо высокой точности класса А; чистота обработки V9 Поверхности центровых отверстий
22 Чистовое шлифование профиля витков червяка; обработку производить на станке, на котором производилось второе получистовое шлифование с той же наладкой; чистота обработки V9 То же
23 Окончательный контроль —-
V
Таблица 39
Технологический маршрут изготовления червячного делительного колеса 0 200—800 мм, т = 2ч-6 мм 4-й степени точности
№ I операции | Содержание операции Эскиз обработки и базирова НИЯ Оборудование
1 Изготовление заготовки (отливка) 6 —
2 3 Предварительная (черновая) токарная обработка с одной стороны с припуском 2— 3 мм на сторону Предварительная токарная обработка наружного венца, базового торца и отверстия с другой стороны 3 2л * * 5р р Токарновинторезный или токарнокарусельный станок То же
356
Продолжение табл. 39
Содержание операции
Эскиз обработки и базирования
Оборудование
4 Контроль твердости по наружному диаметру венца не менее чем в 5—7 местах
5 Пол у чистовая то-
карная обработка отверстия и торца с припуском 0,5—1 мм (подготовка баз для нарезания зубьев); чистота обработки V6; перед обработкой производить выверку детали по наружному диаметру с точностью 0,1 мм
Черновое фрезерование зубьев; припуск по толщине зуба 0,6—1,5 мм
7 Искусственное ста-
рение
8 Очистка детали
9 Чистовая токарная
обработка наружных и внутренних поверхностей с одной стороны (аналогично операции 2); кулачки патрона должны быть достаточно широкими, чтобы перекрывать несколько зубьев
Прибор для измерения твердости
См. эскиз 2
Токарно-винторезный или токарно-карусельный станок
Зубофрезерный станок
Термический цех
Токарно-винторезный или токарно-карусельный станок повышенной точности
10
Обработка крепежных и технологических отверстий
Сверлильный станок
357
Продолжение табл. 39
|№ | 1 операции! Содержание операции Эскиз обработки и базирова НИЯ Оборудование
12
13
Ч.истовая токарная обработка привалочных поверхностей и базового отверстия с другой стороны; деталь устанавливают на планшайбе, выверяют по наружному диаметру до 0,01 — 0,03 мм и фиксируют через крепежные отверстия
Сборка червячного колеса с планшайбой стола
Чистовое фрезерование радиусной выточки; фрезерование зубьев под последующее шевингование
Токарновинторезный или токарнокарусельный станок повышенной точности
Зубофрезерный мастер-станок мод. 543
14 Шевингование червячного колеса
15 Зачистка заусенцев
16 Контроль
То же
Станок для зачистки заусенцев
Из технологического маршрута, приведенного в табл. 39, видно, что перпендикулярность ад оси базового отверстия к приваленной плоскости обеспечивается в результате токарной обработки (см. экскиз к операции 11):
ад = «I — а2, где — перпендикулярность оси базового отверстия относительно установочной базы;
а2 — параллельность привалочной плоскости относительно установочной базы.
Допускаемое отклонение
не должно превышать 0,015/500.
358
Биение зубчатого венца червячного колеса зависит от смещения Лд оси делительной окружности относительно оси базового отверстия и от перпендикулярности Ад к привалочной плоскости. Точность совпадения оси делительной окружности с осью базового отверстия и требуемая перпендикулярность достигаются последовательно в результате уточнений, получаемых после операций 6, 11, 13 и 14. Размеры Лх, Л2, Л3, Лд определяют смещение оси делительной окружности относительно оси базового отверстия, а А,х, Х2, А3, Ад перпендикулярность оси к привалочной плоскости.
Получение требуемой точности при зубонарезании во многом зависит от точности размера динамической настройки, т. е. от колебания припуска и твердости детали. Поэтому колебание твердости по окружности венца не должно превышать 10 единиц по Бринелю. Для равномерного распределения припуска окончательное фрезерование зубьев и шевингование рекомендуется производить с одной установки. В результате обработки обеспечивается шероховатость поверхности базового отверстия и зубьев V8, шероховатость привалочной плоскости V7.
§ 4. Методы нарезания червяков и червячных колес
Винтовая поверхность цилиндрических червяков в зависимости от серийности может быть нарезана с помощью профильных резцов на токарно-винторезных станках или с помощью дисковых фрез на универсально-фрезерных, резьбофрезерных и специальных червячно-фрезерных станках.
Для сокращения погрешности профиля витка окончательное нарезание винтовой поверхности рекомендуется выполнять резцами с прямолинейной режущей кромкой. Требуемый профиль витка обеспечивается при этом за счет соответствующей установки резца.
Для нарезания архимедова червяка резец с прямолинейным профилем устанавливают так, чтобы его режущие кромки лежали в осевой плоскости червяка (рис. 184, а). Червяки с малым углом подъема винтовой линии нарезают двусторонним резцом. При больших углах подъема винтовой линии производят раздельную обработку левой и правой сторон витка односторонними резцами.
Для нарезания эвольвентного червяка резец с прямолинейным профилем устанавливают так, чтобы его режущие кромки располагались в плоскости, касательной к осевому цилиндру (рис. 184, б).
Смещение резца от осевой плоскости определяется по формуле [15]
__ 0 2л tg а ’
где г0 — радиус основного цилиндра;
тос — модуль в осевом сечении;
359
Zi — число заходов;
а — угол профиля резца, равный углу подъема витка на основном цилиндре.
Смещение резца относительно осевой плоскости при нарезании червяков с углом подъема витка более 5° создает неблагоприятные
Рис. 184. Схемы нарезания резцом червяков: а — архимедова; б — эвольвентного; в — конволютного
условия резания, поэтому эвольвентные червяки с углом подъема витка более 5° нарезают резцами с криволинейным профилем
в осевом или нормальном сечениях.
Для нарезания конволютного червяка резец с прямолинейным профилем устанавливают так, чтобы его режущие кромки соответственно требуемой геометрии червяка лежали в плоскости, нор-
мальной направлению витка или направлению впадины (рис.184,в). Цилиндрические червяки нарезают дисковыми фрезами в серийном и массовом производстве. Для нарезания фрезу устанавливают так, чтобы ее ось вращения была наклонена на угол подъема витка червяка к9, а средняя точка А располагалась на одной высоте с осью червяка (рис. 185). При такой установке фрезы червяк профилируется в нормальном сечении по впадине. Поэтому для
Рис. 185. Схема нарезания цилиндрического червяка дисковой фрезой
нарезания архимедова, эвольвентного и нелинейного червяков фреза должна иметь криволинейный профиль, а для нарезания конволютного червяка — прямолинейный. Червяки с 10 мм фрезеруют в один проход, а с т > > 10 мм — в два прохода, снимая на первом проходе до 0,8 полной глубины впадины.
Фрезерование дисковыми фрезами в основном применяют для чернового нарезания витков червяка. В этом случае используют фрезы с прямолинейным профилем, оставляя припуск под чистовую обработку, превышающий получаемую погрешность профиля
червяка.
360
Пальцевые фрезы используют для нарезания крупномодульных червяков в мелкосерийном и индивидуальном производстве. Фрезу устанавливают так, чтобы ее ось вращения пересекала ось червяка под углом 90°.
Нарезание червяков червячными фрезами по методу обкатки производят на универсальных зубофрезерных и шлицефрезерных станках. Этим методом нарезают эвольвентные червяки с большим углом подъема витка, для чего используют червячные фрезы с прямолинейной режущей кромкой.
Этот метод обеспечивает высокую производительность, так как .все витки многозаходных червяков нарезают одновременно, однако
получаемая при этом точность (8—9-я степень) невысока, поэтому его применяют в основном на предварительных операциях.
Нарезание червяков круглым долбяком (рис. 186) в крупносерийном и массовом производстве производят на специальных станках или универсальных зубофрезерных станках, оснащенных протяжным суппортом. Червяк и долбяк вращаются, их оси вращения скрещиваются под прямым углом. Одновременно происходит относительное перемещение долбяка вдоль оси червяка. Этим методом нарезают архимедовы и эвольвентные червяки.
Для нарезания червяков с углом подъема витка менее 5—6° используют прямозубые долбяки, при угле подъема более 6° — косозубые. <
Угол наклона винтовой линии на делительном цилиндре долбяка должен быть равен углу подъема на делительном цилиндре черняка. Поэтому для нарезания червяков с различным углом наклона винтовой линии требуются отдельные долбяки.
Этот метод обеспечивает высокую точность и большую производительность.
В условиях крупносерийного и массового производства червяки можно нарезать кольцевыми головками на токарных станках
361
(вихревое нарезание) аналогично нарезанию резьб. Для нарезания архимедовых и эвольвентных червяков в кольцевых резцовых головках применяют резцы с соответствующим криволинейным профилем, а для нарезания конволютных червяков — с прямолинейным.
Нарезание червяков торцовой резцовой головкой, оснащенной твердым сплавом, выполняют на вертикально-фрезерных станках, оборудованных специальным приспособлением. Приспособление, устанавливаемое на столе станка, обеспечивает вращение червяка в соответствии с продольным перемещением стола. Этот способ обеспечивает высокую производительность и применяется для нарезания червяков большого модуля (т — 6ч-10) 8—9-й степени точности [8].
Шлифование червяков производят дисковыми, чашечными и пальцевыми кругами.
Дисковыми кругами шлифуют архимедовы, эвольвентные и нелинейчатые червяки. При двустороннем шлифовании дисковым кругом ось вращения круга, как при фрезеровании, наклонена к оси червяка под углом подъема витка на делительном цилиндре Кд.
Для шлифования архимедовых - и эвольвентных червяков при такой установке круг должен иметь криволинейный профиль, получаемый путем правки по шаблонам, профиль которых рассчитывается так же, как для дисковых фрез.
При малых углах подъема архимедовы червяки невысокой точности (8—9-я степень точности) можно шлифовать прямобоч-ным кругом. Получаемая при этом погрешность профиля с уменьшением диаметра круга уменьшается.
Для упрощения устройства правки круга при шлифовании эвольвентных червяков допускается заправка круга по радиусу 115]
*=-Sir м - R) cos’ '•*+rJ
где ап — угол профиля в нормальном сечении;
Хд — угол подъема витка на делительном цилиндре;
Хе — угол подъема витка на наружном диаметре;
Гд — радиус делительного цилиндра;
/< — радиус наружного диаметра червяка;
А — расстояние между осями круга и червяка в мм.
Эту же зависимость можно использовать и при профилировании дисковых фрез.
При одностороннем шлифовании эвольвентных червяков дисковым кругом с прямолинейным профилем (рис. 187) образующая круга должна совпадать с образующей червяка.
Половина угла профиля круга аи определяется по формуле
362
где d0 — диаметр основного цилиндра; - zt — число заходов;
т — осевой модуль червяка.
Для шлифования эвольвентного червяка дискового круга ось круга поворачивают в вертикальной плоскостях.
Чашечные конические круги используют для одностороннего шлифования эвольвентных и архимедовых червяков. Схема установки круга дана на рис. 188. Чашечные круги обеспечивают лучшее приближение к архимедову червяку, чем дисковые круги того же диаметра. Точная архимедова поверхность получается при криволинейном профиле круга.
Пальцевые круги применяют как для одностороннего, так и для двустороннего шлифования крупномодульных червяков
(т 15 мм). Одностороннее шлифование применяют при обработке эвольвентных червяков. Круг устанавливают так, что его прямолинейная образующая совпадает с прямолинейной образующей эвольвентной винтовой поверхности.
плоской стороной горизонтальной и
2ац
Рис. 187. Схема шлифования эвольвентного червяка одной стороной дискового круга
Рис. 188. Схема шлифования эвольвентного червяка чашечным кругом
При двустороннем шлифовании архимедовых и эвольвентных червяков пальцевый круг должен иметь криволинейный профиль; ось круга должна пересекать ось червяка под прямым углом (рис. 189).
Червячные колеса нарезают на зубофрезерных станках по методу обкатки с радиальной, тангенциальной или комбиниро
363
Рис. 189. Схема шлифования червяка пальцевым кругом
ванной подачей. Метод радиальной подачи обеспечивает наибольшую производительность и используется при черновом нарезании зубьев цилиндрической червячной фрезой. Метод тангенциальной подачи обеспечивает большую точность и применяется при чистовом .нарезании зубьев конусно-цилиндрической червячной фрезой.
Комбинированный метод заключается в применении радиальной подачи на этапе основного съема и тангенциальной подачи при отделке колеса, т. е. в начале колесо нарезают с использованием радиальной, а затем тангенциальной подачи.
В условиях мелкосерийного производства и для колес крупного модуля зубья нарезают с помощью летучих резцов по методу тангенциальной подачи. Черновое нарезание впадин колес можно производить также на универсально-фрезерных станках с делительной головкой дисковыми фрезами.
Шевингование является отделочной операцией при обработке зубьев колес 6-й и более высокой степени точности. В качестве инструмента используют червячные шеверы. Шевингование производят после фрезерования зубьев или нарезания резцом-летуч кой. Шевингование осуществляется методом радиальной и окружной подач. В обоих случаях механизм привода стола не работает и колеса поворачиваются за счет вращения
фрезы-шевера. После обработки одной стороны зуба направление вращения шевера изменяется и производится шевингование другой частью шевера. Припуск под шевингование оставляют в зависимости от модуля колеса от 0,1 до 0,6 мм на толщину зуба. Для достижения высокой точности сопряжения профилей колеса и червяка шлифование червячного шевера и червяка производят на одном и том же станке при одинаковой статической настройке. Все основные расчетные параметры у шевера принимаются такими же, как у соответствующего ему червяка.
§ 5. Контроль червячных пар
Контроль червяков. Для червяков 3-й и 4-й степени точности предусмотрен контроль винтовой линии как в пределах одного оборота, так и на всей длине червяка. Проверку производят на специальных приборах, червяк вращается, а измерительный наконечник прибора, соприкасающийся с боковой поверхностью витка, перемещается параллельно оси червяка соответственно номинальной величине хода, задаваемой эталоном. При наличии отклонения наконечник смещается относительно суппорта, что фиксируется прибором. У менее точных червяков (5—9-й степени) вместо контроля винтовой линии контролируют осевой шаг, профиль и радиальное биение-витков;
364
Для измерения точности шага червяк устанавливают в центра и с помощью индикатора и двух наконечников, один из которых неподвижен1* проверяют расстояние между витками. Угол и форму профиля ви!ка червяка проверяют шаблонами или на специальных приборах и приборах для контроля шага, обычно проверяют в сечении, в котором профиль витка номинально прямолинеен. Погрешность профиля определяется как отклонение фактического профиля витка от номинальной прямой.
Биение витков червяка (оси делительной окружности) относительно опорных шеек проверяют с помощью калиброванных роликов и индикатора, с помощью инструментальных микроскопов или проекторов.
Контроль червячных колес. В зависимости от степени точности ГОСТ предусматривает комплекс проверок, в которые входит контроль таких параметров, как кинематическая и циклическая погрешность обработки, радиальное биение зубчатого венца, накопленная погрешность окружного шага, колебание измерительного межосевого расстояния.
Требования к точности червячных колес во многом совпадают с нормами точности для цилиндрических колес, поэтому ‘методы контроля и применяемые приборы аналогичны. Однако у червячных колес в отличие от цилиндрических, параметры зубчатого венца проверяют в средней плоскости и дополнительно контролируют погрешности производящей поверхности инструмента.
Кинематическую и циклическую погрешности обработки контролируют путем измерения точности делительной цепи зубофрезерного станка, предназначенного для нарезания червячного колеса. Контроль производят с помощью оптических теодолитов и коллиматоров или специальных приборов-самописцев. Погрешность производящей поверхности инструмента определяется как расхождение винтовой производящей поверхности шевера или червячной фрезы, применяемых для нарезания колеса, и винтовой поверхности сопрягаемого червяка. Измерение производят с помощью прибора для контроля винтовой линии червяков. Точность окружного шага проверяют шагомерами или на специальных приборах. Колебание измерительного межосевого расстояния проверяют в сопряжении с эталонным червяком на приборах для комплексной двухпрофильной проверки.
Правильность пятна контакта червячной передачи проверяют по краске на контрольно-обкатных станках или специальных приспособлениях.
/
Разделшестой /
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЫЧАГОВ, ВИЛОК И ШАГУНОВ
/
Глава I
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЫЧАГОВ И ВИЛОК
§ 1. Служебное назначение и особенности конструкции
К деталям типа рычагов (именуемым в дальнейшем для сокращения рычагами) относятся рычаги, коромысла, собачки, поводки, ручки, прихваты. Схематические эскизы различных рычагов приведены на рис. 190.
Рис. 190, Детали типа рычагов
Рычаги являются звеньями систем машин, аппаратов, приборов, приспособлений. Совершая качательное или вращательное движение, рычаги передают необходимые силы и движения сопряженным деталям, заставляя их выполнять требуемые перемещения 366
с надлежащей скоростью. В других случаях рычаги, например, прихваты, Остаются неподвижными и фиксируют относительное положение ^сопряженных деталей.
Одной из основных баз рычага обычно является поверхность отверстия, большинстве конструкций представляя двойную направляющую базу, которой рычаг присоединяется к базирующей детали. В комплексе вспомогательных баз у большинства
Рис. 191. Детали типа вилок переключения (а) и шарнирных вилок (б)
рычагов имеются поверхности гладких отверстий, параллельные основной базе, и реже поверхности резьбовых или гладких отверстий, перпендикулярные" ей.
У некоторых рычагов (коромысел клапанов, храповых собачек) имеются исполнительные в большинстве криволинейные поверхности, при помощи которых механизм выполняет свое служебное назначение.
Вилками в машиностроении называют детали, имеющие два различных служебных назначения, в связи с чем в дальнейшем они различаются на два вида.
К первому виду относятся вилки переключения, которые при осевом перемещении переключают зубчатые колеса, муфты и подобные им кинематические звенья машин. Схематические эскизы типовых вилок переключения приведены на рис. 191, а.
367
I
/
Переключаемые детали передвигаются вилками преимущественно с помощью исполнительных, в большинстве плоских, поверхностей. В зависимости от конкретного служебного/назначения вилок переключения их внешний вид несколько различается, вследствие чего их можно разделить на плоские и продолговатые вилки, имеющие более развитые бобышки вида втулок. Основной двойной направляющей базой у вилок переключения является поверхность отверстия.
При передвижении вилкой переключаемой детали создается момент, стремящийся повернуть вилку и перекосить ее относительно валика и передвигаемой детали за счет зазора в отверстии. ' Для уменьшения этого перекоса основная двойная направляющая база даже у плоской вилки должна иметь достаточную длину бобышки и точный диаметр отверстия.
Ко второму виду относятся вилки, служащие промежуточными деталями шарнирных соединений в машинах — шарнирные вилки (рис. 191, б). Для выполнения служебного назначения они обычно имеют ушки с двумя соосными гладкими отверстиями, сочетание поверхностей которых дает вспомогательную двойную направляющую базу вилки. Основной двойной направляющей базой вилки является поверхность нарезанного отверстия в хвостовике или гладкая цилиндрическая или нарезанная наружная поверхность хвостовика вилки.
Длина рычагов и вилок в средних станках, текстильных машинах, автомобилях, тракторах и других машинах в большинстве случаев не превышает следующих размеров: рычагов 400 мм, вилок переключения 250 мм, шарнирных вилок 120 мм.
§ 2. Технические условия на рычаги и вилки
Технические условия, определяющие служебное назначение рычагов и вилок, характеризуются многими показателями, из которых наиболее существенные приведены ниже.
Отверстия — основные и вспомогательные базы, поверхностями которых рычаги и вилки сопрягаются с валиками, проектируют у рычагов и шарнирных вилок по 2—4-му классам точности, а у вилок переключения для уменьшения перекоса при осевом перемещении — по 2—2а классам.
Точность расстояний между параллельными исполнительными поверхностями вилок переключения назначают по 4—5-му классам.
Расстояния между осями отверстий основных и вспомогательных баз рычагов должны соответствовать расчетным; допускаемые отклонения в зависимости от требуемой точности колеблются от ±0,1 до ±0,3 мм.
Для обеспечения прочности и хорошего внешнего вида отверстия у рычагов и вилок должны быть соосны с необрабатываемыми поверхностями бобышек; допускаемые отклонения (несоосность) от 0,5 до 1,5 мм. В некоторых случаях вводятся еще дополнительные 368
ограничения на колебание толщины стенок бобышек в определенных направлениях.
Для хорошего прилегания поверхностей отверстий к сопряженным деталям оси поверхностей отверстий — вспомогательных баз-рычагов должны быть параллельны осям поверхностей отверстий — основных баз; допускаемое отклонение от 0,05 : 100 до 0,3 : 100.
У рычагов, имеющих плоские обрабатываемые стороны, в некоторых случаях по служебному назначению обусловливается перпендикулярность осей отверстий относительно плоскости с допускаемым отклонением от 0,1 : 100 до 0,3 : 100.
Если у рычагов имеются исполнительные поверхности, то для хорошего прилегания их к сопряженным деталям и уменьшения контрактных напряжений требуется, чтобы они были параллельны осям поверхностей отверстий — основных баз; допускаемое отклонение от 0,1 : 100 до 0,5 : 100.
Для хорошего сопряжения исполнительных поверхностей вилок переключения с поверхностями передвигаемых деталей требуется, чтобы исполнительные поверхности вилки были перпендикулярны оси поверхности отверстия — основной базе; допускаемое отклонение от 0,05 : 100 до 0,2 : 100.
Обрабатываемые торцы бобышек рычагов должны быть перпендикулярны осям соответствующих отверстий; допускаемое отклонение от 0,1 : 100 до 0,3 : 100.
Оси отверстий ушек шарнирных вилок должны быть перпендикулярны оси основной базы, допускаемое отклонение от 0, 1„: 100 до 0,4 : 100. Базовые торцы ушек должны быть перпендикулярны оси отверстий; допускаемое отклонение от 0,2 : 100 до 0,4 : 100.
Точность формы отверстий рычагов и вилок специальными допусками обычно не ограничивают, считая, что она находится в пределах допуска на диаметр отверстия.
Шероховатость поверхности отверстий у рычагов и вилок в зависимости от точности диаметров отверстий назначают от V7 до V5; шероховатость исполнительных поверхностей у рычагов назначают от V9 до V5, а у вилок переключения — от V7 до V5.
Для увеличения срока службы твердость исполнительных поверхностей рычагов и вилок устанавливают от HRC 40—50 до HRC 56—62.
§ 3. Материалы и заготовки для рычагов и вилок
В качестве материалов для изготовления рычагов служат: серый чугун марок от СЧ 12-28 до СЧ 24-44, ковкий чугун марок КЧ 35-10, КЧ 37-12 и др., сталь обычного качества марки 5 и конструкционные стали марок 20, 35, 45, 40Х. Работающие при незначительных нагрузках рычаги изготовляют из пластмасс.
Плоские вилки переключения изготовляют из серого и ковкого чугунов и сталей, примерно тех же марок, которые приме-369
няются при изготовлении рычагов. Для изготовления продолговатых вилок переключения обычно применяют серый чугун тех же марок, что и для рычагов. Шарнирные вилки изготовляют из стали обычного качества и из конструкционных сталей марок 35, 45 и др.
Выбор материала зависит от служебного назначения и экономичности изготовления детали. Рычаги и вилки сложной формы могут быть достаточно экономично изготовлены из заготовки-отливки. Для деталей, работающих в машинах под небольшими, неударными нагрузками, выбирается менее дорогой и прочный серый чугун марок от СЧ 12-28 до СЧ 18-36. Детали, испытывающие более значительные нагрузки, изготовляют из более прочного и дорогого чугуна марок СЧ 21-40 и СЧ 24-44. Для нежестких деталей, работающих с толчками и ударами, недостаточно вязкий серый чугун является ненадежным материалом и заменяется ковким чугуном. При получении ковкого чугуна обязательным становится отжиг, после которого нежесткие заготовки коробятся и должны дополнительно подвергаться правке. Введение дополнительных операций отжига и правки удорожает заготовки, поэтому в ряде случаев рычаги и вилки изготовляют из стали.
Чугунные заготовки рычагов и вилок получают обычно литьем в песчаные формы, отформованные большей частью на машинах по металлическим моделям. При повышенных требованиях к точности отливок заготовки отливают в оболочковые формы.Отливки из ковкого чугуна следует подвергать отжигу и последующей правке для уменьшения остаточных деформаций.
Отливки плоских вилок компонуют из двух и даже из трех деталей.
Припуски на обработку и допуски на размеры отливок рычагов и вилок должны быть не более указанных в ГОСТе 1855—55.
Стальные заготовки рычагов и вилок получают ковкой, штамповкой, литьем по выплавляемым монелям и реже сваркой. При штамповке заготовок в небольших количествах применяют подкладные штампы. С увеличением масштаба изготовления заготовок более экономичным становится штамповка их в открытых и закрытых штампах. В серийном производстве штамповки выполняют на штамповочных молотах, фрикционных и кривошипных прессах, а в крупносерийном и массовом производстве — на кривошипных прессах и горизонтально-ковочных машинах. Для повышения производительности и уменьшения себестоимости штампованных заготовок их предварительное формирование в массовом производстве в ряде случаев производят на ковочных вальцах.
Припуски на обработку и допуски на размеры заготовок рычагов и вилок, полученных в открытых штампах, должны быть не более указанных в ГОСТе 7505—55.
. Для повышения точности отштампованных заготовок плоских вилок и в некоторых случаях рычагов в массовом и крупносерийном производстве применяют калибрование и чеканку.
370
Калибрование является дополншельной штамповкой на штамповочных молотах, фрикционных и кривошипных прессах, выполняемой во избежание лишней окалины с одного нагрева сразу же после обрезки заусенцев.
Чеканка — холодная штамповка в специальных штампах и обычно на специальных чеканочных прессах, выполняемая после термической обработки (нормализации, отжига или закалки с отпуском) заготовок и очистки их от окалины. Точность расстояния по высоте между поверхностями заготовок после чеканки может быть получена в пределах от ±0,08 мм до ±0,2 мм.
Для уменьшения трудоемкой механической обработки, уменьшения расхода металла и улучшения внешнего вида сложных по конструктивной форме стальных рычагов и вилок их заготовки вместо ковки или штамповки получают литьем по выплавляемым моделям. Модели заготовок и литниковой системы из легкоплавких модельных составов, приготовленных на основе парафина, полистирола, стеарина и подобных компонентов, получают в специальных пресс-формах.
Шероховатость поверхности отливок по выплавляемым моделям соответствует V5.
Допуски на размеры и припуски на обработку отливок рычагов и вилок по выплавляемым моделям могут быть взяты из соответствующих справочников. Во всех случаях допуски на размеры и припуски на обработку отливок по выплавляемым моделям рычагов и вилок не должны превышать указанных в ГОСТе 2009—55 для отливок 1-го класса.
Высокая себестоимость литья по выплавляемым моделям по сравнению с другими способами получения заготовок ограничивает область его применения. Поэтому метод получения заготовок рычагов и вилок следует выбирать на основе технико-экономического сравнения технологических вариантов с учетом себестоимости получения заготовок и последующей механической обработки деталей.
Отверстия по чертежу диаметром меньше 25 мм в заготовках литьем в песчаные формы и штамповкой обычно не получают; литьем по выплавляемым моделям экономично получать отверстия меньших размеров.
Работающие при значительных нагрузках стальные рычаги и вилки из среднеуглеродистой стали для повышения прочности перед механической обработкой термически обрабатывают (закалка и высокий отпуск).
§ 4. Обработка рычагов и вилок
Анализ чертежей и приведенных выше технических условий, которым должны отвечать рычаги для выполнения служебного назначения, показывает, что поверхности отверстий вспомогательные базы — и исполнительные поверхности рычагов должны
371
занимать определенное положение относительно поверхностей отверстий — основных баз; торцу бобышек, отверстия для фиксирующих винтов и штифтов должны быть перпендикулярны, а шпоночные пазы параллельны осям соответствующих отверстий; пазы вильчатых рычагов в большинстве должны быть перпендикулярны осям отверстий — основным базам.
Для получения указанных связей поверхностей обработку рычагов строят в такой последовательности:
1. При наличии у рычагов плоских обрабатываемых сторон или торцов бобышек в одной плоскости вначале обрабатывают эти поверхности. Затем, принимая обработанную плоскость или сочетание торцов бобышек с одной стороны в качестве установочной технологической базы, обрабатывают отверстия — основную и вспомогательные базы, получая соответствующие требуемые связи. На последующих операциях, принимая соответствующие обработанные поверхности отверстий в качестве технологических баз, создают требуемые связи остальных обрабатываемых поверхностей рычага, последовательно обрабатывая пазы, уступы, резьбовые и мелкие отверстия.
2. При обработке рычагов, имеющих торцы коротких бобышек в разных плоскостях, вначале в ряде случаев обрабатывают гладкие отверстия — основную и вспомогательные базы и торцы бобышек с одной стороны. Затем обрабатывают торцы бобышек с другой стороны, далее — остальные поверхности в последовательности, указанной в первом варианте.
3. Если рычаг имеет длинную бобышку, в которой расположено отверстие — основная база, и значительно более короткие бобышки, в которых расположены отверстия — вспомогательные базы, то вначале обрабатывают поверхность отверстия — основную базу — и торец длинной бобышки с одной стороны Затем, приняв обработанную поверхность отверстия в качестве двойной направляющей технологической базы, обрабатывают торец длинной бобышки с другой стороны и, если требуется, наружную цилиндрическую поверхность длинной бобышки. Затем для получения соответствующих связей обрабатывают поверхности отверстий — вспомогательные базы — и торцы коротких бобышек с одной стороны, затем торцы бобышек с другой стороны. Далее обрабатывают остальные поверхности в последовательности, указанной в первом варианте.
В зависимости от конкретных условий последовательность обработки поверхностей рычагов может несколько изменяться по сравнению с приведенными типовыми схемами. Например, применяя во втором варианте фрезерование торцов бобышек, их обрабатывают до обработки отверстий или при обработке рычагов с короткими бобышками вначале обрабатывают поверхность отверстия — основную базу, а затем на последующей операции поверхности отверстий — вспомогательные базы рычага. Такая последрвательность в конкретных случаях обоснована экономична
ностью достижения точности поверхностей отверстий — вспомо гательных баз — раздельно от обработки поверхности отверстия — основной базы, например при обработке поверхности отверстия — основной базы рычага — на агрегатном станке, или при использовании соответствующих групповых приспособлений.
Если у рычагов имеются исполнительные поверхности, то их обычно сначала обрабатывают предварительно после обработки основных баз рычага, а затем окончательно в конце технологического процесса
При обработке плоских боковых сторон или торцов бобышек рычагов на первой операции установочной технологической базой принимают противолежащую плоскую поверхность стержня или сочетание торцов бобышек. Направляющую и опорную базу выбирают из условий удобства установки детали. При обработке гладких отверстий—основной и вспомогательной баз—рычага с короткими бобышками установочной технологической базой принимают также противолежащую плоскую поверхность стержня или сочетание торцов бобышек рычага, а направляющую и опорную технологические базы выбирают обычно для обеспечения требуемой соосности отверстий с соответствующими бобышками.
Схемы вариантов (/—V) базирования заготовки рычага с двумя короткими бобышками при обработке в них отверстий даны на рис. 192 *.
Выбор варианта базирования конкретного рычага зависит от задачи, поставленной техническим условием. Отразив техническое условие исходным звеном размерной цепи и построив размерную цепь, можно рассчитать допуски на составляющие звенья размерной цепи. Допуск на неточность исходного звена должен быть назначен меньше заданного техническим условием, так как часть допуска технического условия должна быть зарезервирована на компенсацию неточностей, вызываемых закреплением детали в приспособлении и неточностями динамической настройки системы СПИД.
Для выявления особенностей и оценки представленных вариантов целесообразно сопоставить их, определяя допуски на составляющие звенья размерной цепи, исходя из предельных отклонений ее замыкающего звена. Для более четкого сравнения вариантов можно ограничиться рассмотрением только тех отклонений, которые вызываются неточностью базирования заготовки и координирования инструмента. Тогда замыкающим звеном будет получаемая при каждом варианте несоосность инструмента и бобышек заготовки рычага.
Схемы размерных цепей, с помощью которых для первого варианта базирования достигается соосность инструмента и
1 Пример предложен .А. В. Брющковым и развит автором.
373
бобышек рычага по осям X и Y, показаны на рис. 193 и 194. Полная несоосность будет вектором геометрического сложения замыкающих звеньев размерных цепей по осям X и Y и в виде величины Е для звеньев Ал и Лд показана на рис. 193. В дальнейшем для четкости формул большая бобышка рычага условно называется первой, а малая — второй.
Анализ размерных цепей показывает, что большая несоосность будет для удаленной от опоры /7 второй бобышки рычага, так как размерная цепь Б имеет большее количество звеньев, чем раз
Рис. 192. Типовые варианты базирования рычага с короткими бобышками при обработке двух отверстий
мерная цепь А. При достижении точности замыкающего звена размерной цепи по методу неполной взаимозаменяемости допуски на составляющие звенья размерной цепи по оси X для партии рычагов можно рассчитывать по формуле
6бд = t ]/" AjSej + + A.36bs + М6б4,
а по оси Y
8вд = z ]/^i6b; + ^Бг + в'*
где t — коэффициент риска;
Xi, %2, %з, М — коэффициенты, характеризующие законы распределения размеров;
374
индексы Б\—Bi и Б{—Б'з у допусков 6, показывают звенья размерных цепей, приведенные на рис. 194.
Рис. 193. Схемы размерных цепей, определяющих соосность инструмента и первой бобышки рычага при базировании рычага по варианту /
Вектор геометрического сложения бБ и 6б' будет А А
Г -А
Считая, что приспособление настраивают на координаты середин полей допусков, можно написать для верхнего предельного отклонения от соосности
в • 2 у 1 Бд а для нижнего предельного отклонения
Ан-
Для допускаемой несоосности необходимо установить допуски 6,. Звено Б3 = R — а звено Б'з = г = где R и г — радиусы, a D и d — диаметры торцов первой и второй бобышек рычага. Допуски на диаметры первой 6D и второй 6(/ бобышек рычага и на расстояние 6L = 6в. между их осями задать 375
в технических требованиях на заготовку. Допуски 6Б и бБ на неточность координирования инструмента от опорных точек можно приближенно заменить допусками на расстояния от оси отверстия кондукторной втулки до базирующих устройств приспособления и задать их в технических условиях на приспособление. Допуски 6Б> и 6б' могут быть выражены по формулам
= Cg Ртах Ш Pmln)»
® в' — ^2 Сё Ртах Рт|П),
где hi и Tt2 — расстояния по вертикали от опорных точек поверхностей первой и второй бобышек рычага до торцов бобышек;
Ртах» Ртш — допускаемые наибольший и наименьший углы наклона поверхности бобышки к вертикали
Вид А
Рис. 194. Схемы размерных цепей, определяющих соосность инструмента и второй бобышки рычага при базировании рычага по варианту 1
Анализируя вариант 7, можно сделать вывод, что толщина стенок первой f и второй g бобышек рычага (здесь и далее по рис. 192) могут быть в значительной мере неравномерны. Требуемая толщина стенки f первой бобышки в направлении оси X может быть довольно точно выдержана. Конструкция приспособления является наиболее простой по сравнению с другими вариантами.
Рассматривая вариант II, можно установить, что несоосность по оси X будет соответствовать несоосности по варианту 7, так как базирование по оси X не изменилось. Несоосность по оси Y будет вызываться только неточностью координирования инструмента, так как направляющей технологической базой является плоскость симметрии бобышек. Таким образом, при варианте II толщина стенок f и g обеих бобышек в направлении оси Y получается более равномерной, но может значительно отличаться от толщины в направлении оси X. Толщина стенки первой бобышки в направлении оси X так же, как и при варианте 7, может быть 376
довольно точно выдержана. Колебание толщины стенки g второй бобышки будет примерно такое же, как и в варианте /. Конструкция приспособления сложнее, чем по варианту I.
При варианте III несоосность по оси Y по той же причине, как и при варианте II, будет вызываться только неточностью координирования инструмента. Несоосность по оси X изменяется по сравнению с вариантами / и // за счет изменения звена В2 (рис. 195) по сравнению со звеньями Лх, Л2 (рис. 193) и Б2 и Б3 (рис. 194). Звено Вг является замыкающим звеном /7Л производной размерной цепи /7 и В2 = /7Д = /7Х + П2, где 77х— рас-
Рис. 195. Схема размерной цепи, определяющей соосность инструмента и второй бобышки рычага при базировании рычага по варианту ///
стояние от вершины двугранного угла призмы до точек контакта первой бобышки рычага с губками призмы, а П2 — расстояние от точек контакта до оси первой бобышки. Звено В2 может быть найдено по формуле
О ___ RK__________
2 **“" п " q >
sjn 2 sin -g-
где jRk — радиус, a DK — диаметр бобышки в плоскости касания с губками призмы;
а — двугранный угол призмы.
В свою очередь, диаметр DK может быть определен по формуле
DK = D + 2ЛХ tg ₽,
где D — диаметр торца первой бобышки;
Лх — расстояние от торца бобышки до плоскости касания бобышки с призмой;
0 — угол наклона поверхности бобышки к вертикали.
377
Допуск на звено В2
л _ 6p + 2Mtg Ртах — Iff Pmin) 2 о . «
2 sm -%
При анализе варианта /// можно отметить, что толщина стенок f и g бобышек в направлении оси Y подобно варианту II получается довольно равномерной, но может отличаться от толщины в направлении оси X больше, чем по вариантам I и //. Толщина стенки f первой бобышки в направлении оси X может значительно отличаться от номинальной. Колебание толщины стенки g второй бобышки больше, чем по вариантам I и II. Конструкция приспособления сложнее, чем по варианту /, но проще, чем по варианту II.
Рис. 196. Схема размерной цепи, определяющей соосность инструмента и второй бобышки рычага при базировании рычага по варианту IV
Размерные цепи, с помощью которых достигается соосность инструмента с первой (цепь Г) и второй (цепь Е) бобышками рычага по оси X для варианта IV показаны на рис. 196, а.
Несоосность инструмента и первой бобышки рычага вызывается неточностью координирования инструмента (звено /\) относительно оси конической поверхности базирующего устройства и смещением (звено Г2) оси первой бобышки относительно оси конической поверхности базирующего устройства. Смещение звена Г2 возникает из-за неперпендикулярности торца бобышки к оси конического базирующего устройства приспособления. Условно считая коническую поверхность базирующего устройства приспособления сплошным конусом и пренебрегая неперпендику-лярностыо оси этого конуса и оси поверхности бобышки к установочной технологической базе рычага, смещение звена Г2 схематически показано на рис. 196, б. Ориентировочно
378
где D — диаметр проекции верхнего торца бобышки на плоскость, перпендикулярную оси конуса (этот диаметр приближенно может быть заменен диаметром верхнего торца бобышки);
Y — угол отклонения верхнего торца бобышки от перпендикулярности к оси конуса, или приближенно угол отклонения от параллельности к установочной базе; для определения наибольшей величины звена Г2 условно считается, что наибольшее отклонение у находится
э на оси X;
0 — угол конуса базирующего устройства.
Предельные отклонения от соосности инструмента и первой бобышки по оси X при настройке приспособления на координаты середин полей допусков для расчета допусков на составляющие звенья:
Ав == + V*;
Лн =---2 V^Г, + ^2бг2 9
где бГ1 и бг2 — допуски на звенья и Г2.
Несоосность инструмента и первой бобышки рычага по оси Y выражается аналогично несоосности по оси X. Ввиду того, что наибольшее отклонение у может быть в направлении между осями X и У, смещения Г2 по осям X и Y будут соответственно изменяться.
Предельные отклонения от соосности инструмента и второй бобышки рычага по оси X при настройке приспособления на координаты середин полей допусков
Ав = + у * V+ ^з6е8 ;
Дн = 2 t V+ ^З^Е8 9
где бЕ1 — допуск на неточность координирования инструмента относительно оси конической поверхности базирующего устройства;
6е2 = бг2 — допуск на смещение оси первой бобышки относительно оси конической поверхности базирующего устройства;
бЕз — допуск на расстояние между осями бобышки рычага.
Несоосность инструмента и второй бобышки рычага по осн Y будет определяться в зависимости от базирования, которое может быть выбрано по вариантам / — точка 5, // — точка 4, III — точка 5 (рис. 192). Анализируя вариант /V, можно сделать вывод, что толщина стенки f первой бобышки выдержится довольно равномерной во всех направлениях. Колебание толщины стенки g второй бобышки в направлении оси X при прочих равных усло-
379
виях будет меньше, чем по вариантам /, II, III. Конструкция приспособления сложнее, чем по предыдущим вариантам, особенно если точка 6 материализована самоцентрирующим устройством.
При базировании по варианту V несоосность по оси Y аналогично варианту III будет вызываться только неточностью координирования инструмента. Возникновение несоосности по оси X показано на схемах рис. 197. В соответствии со схемами рис. 197, показывающими положения равномерно передвигающихся призм при наименьшем и наибольшем размерах заготовки рычага, смещения осей первой и второй бобышек при наибольших размерах заготовки (относительно положений при наименьших размерах заготовки) будут
_ Ьц—Ьг . 61 . 6/? —бу
2 „ . а ’ 2 ' о . а *
2 sm у 2 sin у
где обозначения аналогичны ранее принятым.
В частном случае при 6Л = 6Г смещение осей бобышек будет -у-.
При некоторых сочетаниях размеров заготовок рычагов колебание положения оси первой бобышки может быть от-------------
2 sin-у
(при /?шах, Гщл), Lmln) до -х I — (при /?пцп, гшах, £шах), 2 Sin у
а оси второй бобышки от--------(при /?т1п, гшах, Lmln) до +
2 sin у 2
4 (при 7?tnax, гт1п, £шах).
2s,nT
В таких условиях величина колебания положения оси каждой бобышки будет
бд । 6д । бу
2 ‘ „ . а . а
2 sm -х- 2 sm -х-
Ввиду того, что получение всех этих сочетаний размеров в партии рычагов весьма маловероятно, для расчета допусков на составляющие звенья, как и ранее, следует применить вероятностный метод расчета.
Для уменьшения количества знаков в будущих формулах, определяющих отклонения от соосности инструмента и бобышек по варианту V, используя ранее принятые обозначения, можно 380
Рис. 197. Схемы положения призм при базировании рычага по варианту V
381
принять с учетом конусности бобышек следующие сокращенные обозначения:
(tg Рmax — tg Pmln) __ g .
~h ^2 (tg fimax — tg Pmln) _____ s . &L ________ д .
------------------~------------— °3> ~2~ — °*>
2 sin ~
6X — допуск на неточность координирования инструмента (принимаемый одинаковым для первой и второй бобышек).
В соответствии с этими обозначениями при настройке приспособления на координаты середин полей допусков выражения предельных отклонений от соосности инструмента и бобышек рычага _______________________________________________ /
Дв = 4- У / Х161 + Л262 4* ^363 И- ^464;
Дв = — у / j/"Х161 4- Л262 4“ ^3^3 Ч- ^4^4.
, Анализ варианта V показывает, что толщина стенок f и g бобышек рычага в направлении oeit Y аналогично вариантам II и III выдержится довольно равномерной, но может отличаться от толщины в направлении оси X. Колебание толщины в направлении оси X стенки g второй бобышки меньше, чем по предыдущим вариантам, а стенки f первой бобышки больше, чем по вариантам /, II и IV и может быть больше чем по варианту 111. По сложности конструкции приспособление примерно соответствует варианту II.
Выбор установочной технологической базы в комплекте баз при обработке отверстия у рычагов с длинной бобышкой нецелесообразен, так как из-за неперпендикулярности бобышки к установочной технологической базе на одном из концов бобышки возникнет существенная несоосность отверстия и бобышки. Поэтому при обработке отверстия у рычагов, имеющих длинную бобышку, в комплекте технологических баз вместо установочной базы следует выбирать двойную направляющую базу.
Одним из таких вариантов может быть базирование рычага по длинной бобышке на неподвижной призме. Тогда у партии рычагов зависящая от колебания <oD диаметра длинной бобышки доля со рассеяния несоосности отверстия и бобышки будет
<0 = ^^-,
2sinT
где а — двугранный угол призмы.
Для устранения этой погрешности в качестве базирующего устройства приспособления может быть принята самоцентрирую-щая призма (рис. 198, а) или самоцентрирующий патрон.
382
В некоторых случаях технологическими базами принимают переходные поверхности (закругления или фаски) между боковой поверхностью и торцами Длинной бобышки рычага (рис. 198, б). При таком базировании возникает несоосность е отверстия и бобышки рычага (рис. 198, в) вследствие неперпендикулярности торцов к оси бобышки.
После обработки поверхности отверстия — основной базы рычага — его обычно принимают в качестве одной из технологических баз на последующих операциях обработки рычага.
а) ё)
Рис. 198. Варианты базирования рычага с длинной бобышкой:
а — базы — плоскости симметрии и торец длинной бобышки, боковая поверхность короткой бобышки; б — базы — переходные поверхности (закругления или фаски) между боковой поверхностью и торцами длинной бобышки, боковая поверхность короткой бобышки; в — перекос детали вследствие неперпендикулярности торцов к оси цилиндрической поверхности длинной бобышки при базировании рычага
При выборе методов обработки поверхностей рычагов можно исходить из следующих применяемых на практике вариантов.
Плоские поверхности рычагов фрезеруют или при точных заготовках шлифуют на плоцкошлифовальных станках.
Отверстия 2-го и 3-го классов точности диаметром примерно до 15 мм сверлят и развертывают, а диаметром свыше 15 мм сверлят, зенкеруют и развертывают. Если отверстие получено в заготовке, то его зенкеруют и развертывают. В крупносерийном и массовом производстве для обработки отверстий диаметром свыше 20 мм становится экономичным применять протягивание. Отверстия 4-го класса обычно не развертывают.
Торцы коротких бобышек фрезеруют или цекуют, а торцы длинных бобышек цекуют или обтачивают. Преимущества цекования: уменьшение длины рабочего хода инструмента; упрощение и удешевление приспособления вследствие прижима детали к опо
383
ре под действием осевой составляющей силы резания; уменьшение вспомогательного времени за счет более простой установки детали в приспособлении и сокращения времени на отдельную установку детали при совмещенной обработке отверстия и торца.
Преимуществом обтачивания является получение более точной перпендикулярности торца к оси отверстия и возможность обработки больших торцов. Преимущества фрезерования: возможность обрабатывать широкие и некруглые торцы; параллель
Рис. 199. Варианты базирования рычага при обработке торца бобышки и схемы изгиба центрирующего пальца приспособления под действием осевой составляющей силы резания
ная обработка двух торцов бобышки; совместная обработка нескольких деталей; совмещение времени смены детали с машинным временем при использовании поворотных столов или при маятниковой подаче.
При раздельной обработке торца бобышки технологическими базами могут быть поверхности: отверстия — двойная направляющая база и противоположного торца бобышки—опорная база (рис. 199, а, в), или отверстия — двойная опорная база и противоположного торца бобышки — установочная база (рис. 199, б); третья база на схемах не показана, так как во всех трех вариантах она лишает деталь одной степени свободы — вращения вокруг оси отверстия. При базировании по вариантам, показанным на рис. 199, а, б, деталь надевают на гладкий палец приспособления с зазором в отверстии, а по варианту, изображенному на рис. 199, а—на разжимной палец, центрирующий деталь без зазора в отверстии.
384
По техническим условиям неперпендикулярность торцов бобышки рычага к оси отверстия в ней ограничивается допуском. Требуемая перпендикулярность обрабатываемого торца Т бобышки к оси ранее обработанного отверстия в ней при базировании рычага по вариантам а, б, в достигается с помощью размерных цепей р, у, £ (рис. 199, а, б, в). Неточность базирования рычага вызывает поворот оси отверстия в бобышке рычага относительно плоскости Е—Е стола станка, что влияет на получение неперпен-дикулярности обрабатываемого торца Т к оси отверстия в бобышке.
По варианту а неточность базирования рычага вызывается погрешностями на звеньях р2 и рз, которые должны быть ограничены допусками:
р2 — допуск на неперпендикулярность оси базирующего пальца приспособления П к плоскости основания приспособления П, контактирующегося с плоскостью Е—Е стола.
б₽, — допуск на поворот оси отверстия в бобышке относительно оси пальца вследствие зазора между пальцем и отверстием:
« + +$м
«Р. «-------h----
где и Sd, — допуски на диаметры отверстия и базирующего пальца приспособления;
— гарантийный зазор между пальцем и отверстием.
По варианту б неточность базирования рычага вызывается погрешностями на звеньях у2 и у8 (рис. 199, б). Ограничивая эти погрешности допусками, можно установить: — допуск на непараллельность базирующей поверхности Б приспособления П к плоскости основания приспособления, контактирующегося с плоскостью Е—Е стола станка;
6¥з —допуск на неперпендикулярность базового торца бобышки рычага к оси отверстия в ней.
По варианту в неточность базирования рычага вызывается погрешностью на звене £2 (рис. 199, в). Ограничение ее дает 6g, — допуск на неперпендикулярность ' оси базирующего пальца приспособления П к плоскости основания приспособления.
Относительный поворот оси отверстия в бобышке, а следовательно, и неперпендикулярность обрабатываемого торца бобышки к оси отверстия по вариантам айв увеличивается вследствие изгиба пальца приспособления под действием осевой составляющей Рв силы резания (рис. 199, г, д) при цековании или под суммарным действием и других составляющих силы резания при фрезеровании и обтачивании. Рассматривая палец приспособления как консольную балку, можно считать, что под действием силы Рв палец приспособления изгибается моментом
13 В. Л. Беспалов и др.
385
по схеме рис. 199, г и моментом
м2 = (Рв-л(4- + ^)
по схеме рис. 199, д. Пренебрегая малыми величинами сх, с2, можно считать момент
и момент
M2«(Pb-F)4,
где D — диаметр бобышки;
F — сила трения между отверстием и пальцем.
Допуск на вызываемый изгибом пальца дополнительный поворот оси отверстия в бобышке относительно плоскости П—П будет по варианту рис. 199, а, г
а по варианту рис. 199, в, д, приближенно считая, что момент h
приложен на высоте -g- от опорного торца
где Е — модуль упругости;
I — момент инерции пальца.
Сравнительный анализ вариантов показывает, что наименьшая точность получается при втором варианте (б) базирования и при обработке обоих торцов раздельно от отверстия. Если один торец бобышки цекован при одной установке с обработкой отверстия, то точность значительно повышается, и при втором варианте можно получить более высокую точность, чем при первом варианте. Наивысшую точность можно обеспечить при третьем (в) варианте базирования, однако в этом случае приспособление получается более дорогим и сложным и третий вариант может быть рекомендован в основном при обтачивании торца бобышки. Окончательный выбор варианта базирования рычага при обработке торцов бобышки рычага может быть сделан с учетом допусков на неточность статической и динамической настроек системы СПИД.
Шпоночный паз, шлицы или зубчики в отверстии протягивают.
Если рычаг имеет вильчатую форму, то паз вилки обычно фрезеруют. При отсутствии паза в заготовке рычага фрезерование его в зависимости от жесткости ушка выполняют до или после обработки отверстий в ушках. Если жесткость ушка достаточна, то паз следует фрезеровать по первому, более экономичному варианту; если же жесткость ушка незначительна, то во избежание недопустимых деформаций ушка при последующей обработке в нем от-386
верстия, приходится фрезеровать паз по второму варианту — после обработки отверстия в сплошном материале. Преимущество второго варианта — отсутствие заусенцев на кромках отверстия, которые появляются при выходе инструмента в паз детали при обработке по первому варианту.
Отверстия, перпендикулярные основной базе, можно обрабатывать раздельно или за одну установку, используя поворотное приспособление. Оптимальный вариант выбирается в результате технико-экономического сравнения.
Технологический маршрут обработки рычага, имеющего поверхности отверстий — вспомогательные базы — параллельно и перпендикулярно поверхности отверстия — основной базе — и торцы бобышек в разных плоскостях, для условий серийного производства приведен в табл. 40.
Мелкие отверстия, входящие в другие отверстия, обрабатывают на конечных операциях. Заусенцы, образовавшиеся на месте их выхода, должны быть сняты.
Исполнительные поверхности рычагов V5 с допускаемой непа-раллельностью относительно оси отверстия — основной базы рычага— больше 0,4 : 100 можно не обрабатывать, а получать литьем по выплавляемым моделям. При более высокой точности их следует обрабатывать. Для повышения износостойкости исполнительных поверхностей, работающих обычно в условиях полусухого трения и в ряде случаев при довольно значительных нагрузках, соответствующие участки рычагов из среднеуглеродистой стали (0,40ч-0,50% С ) подвергают местной закалке обычно с нагревом т. в. ч., а рычаги из малоуглеродистой стали (0,20-г--г-0,35% С) — химико-термической обработке.
Глубина закаленного слоя металла при поверхностной закалке с электронагревом т. в. ч. у рычагов колеблется обычно в пределах 2—3 мм, а твердость на поверхности, например для стали 45, получается HRC 56—62.
Эффективным видом химико-термической обработки рычагов является нитроцементация, называемая также газовым цианированием. Сущность нитроцементации состоит в насыщении поверхностного слоя стальных деталей одновременно углеродом и азотом, что после закалки и- отпуска обеспечивает повышение поверхностной твердости и особенно износостойкости деталей, подвергающихся истиранию при работе в машинах. Процесс нитроцементации ведется обычно при температуре 840—850° С в среде газовой смеси, состоящей из 70—80% науглероживающего газа и 20—30% аммиака. Глубину термически обработанного слоя у деталей получают в пределах 0,2—0.5 мм. В зависимости от глубины слоя процесс нитроцементации длится 1,5—3 ч. После закалки и отпуска твердость слоя металла на поверхности достигает HRC 56-62.
До термической обработки исполнительные поверхности рычагов предварительно фрезеруют профильными фрезами или в мас-* 387
ч Таблица 40
Технологический маршрут обработки рычага с бобышками
Номер I операции! Эскиз Содержание операции Технологические базы
1 ф— .fig- Сверление отверстий, цекование торцов бобышек и развертывание отверстий диаметром 8А и ЮЛ Противолежащая плоская поверхность стержня; поверхности бобышек, в которых обрабатывают отверстия
2 Цекование противоположного торца бобышки диаметром 30 мм Поверхность обработанного отверстия в средней бобышке; противолежащий торец бобышки; боковая поверхность стержня
3 Сверление отверстия под резьбу, цекование торца бобышки, зенкование фасок, нарезание резьбы М10 Поверхность обработанного отверстия в средней бобышке; противолежащий торец бобышки, в которой обрабатывается отверстие; поверхность бобышки
4 —- Зачистка заусенцев —
5 — Промывка и продувка детали —
388
совом производстве протягивают, используя при очень больших выпусках рычагов (например, коромысел клапана) станки непрерывного действия. После термической обработки при требуемой шероховатости V7 исполнительные поверхности рычагов шлифуют на плоскошлифрвальных станках, а для достижения V9 еще и полируют, используя в массовом производстве"станки с гибкой лентой.
В комплекте технологических баз при обработке исполнительных поверхностей рычагов в большинстве случаев следует выбирать поверхности отверстия — основные базы, с которыми исполнительные поверхности связаны расстояниями и относительными поворотами.
Оборудование и оснастка при обработке рычагов зависят от серийности производства. Для единичного и мелкосерийного производства в некоторых случаях по технико-экономическим расчетам является экономичным введение разметки плоскостей, торцов бобышек, отверстий, пазов рычагов. Обработку ведут на универсальных станках с выверкой деталей по разметке. При затруднительности и ненадежности получения требуемой точности относительного положения обрабатываемых поверхностей рычагов или при значительных затратах времени на разметку и выверку заготовок обработку рычагов выполняют в универсально-сборных приспособлениях (УСП). При достаточно большой номенклатуре рычагов в мелкосерийном производстве становится экономичным организовать их групповую обработку и применять уйиверсаль-но-наладочные (УНП) и специализированные (групповые) приспособления.
В серийном производстве рычаги обрабатывают в основном без разметки на настроенных универсальных станках, используя специальные приспособления или организуя групповую обработку с применением УНП и групповых приспособлений. Преимущество УНП по сравнению с групповыми приспособлениями — большая универсальность и возможность обработки деталей с различными комплектами технологических баз, недостатки — большие габариты и вес.
Распространение групповой обработки рычагов обусловлено сходством формы и технических условий на изготовление, однородностью обрабатываемых поверхностей, небольшим диапазоном размеров, что позволяет объединять различные рычаги в группа для обработки на однотипном оборудовании с незначительной переналадкой технологической оснастки.
Для обоснованного выбора УНП, групповых или специальных приспособлений должен быть проведен технико-экономический расчет. При фрезеровании плоскостей и торцов бобышек рычагов в качестве УНП часто используют станочные тиски со сменными губками (наладками) для установки различных рычагов.
Обработку отверстий рычагов выполняют в кондукторах. Групповой кондуктор показан на рис. 200. Для переналадки
389
кондуктора передвигают призму 1 и укрепленный на ползуне сухарь 2 и, если требуется, регулируют винтовую опору прихвата 3. Закрепление рычага в приспособлении одновременно в двух местах сухарем 2 и прихватом 3 механизировано при помощи пневмоцилиндра 4, показанного на рис. 200.
Групповой кондуктор, с помощью которого при одной установке можно обрабатывать несколько параллельных отверстий в различных рычагах, приведен на рис. 201, а. Один из обрабатываемых рычагов показан на рис. 201, б, а сменная наладка для этого рычага — на рис. 201, в.
Рис. 200. Групповой кондуктор, применяемый при обработке одного отверстия в рычаге
Кондукторная плита сменной наладки базируется плоскостью (контактирующейся с планками группового кондуктора) и поверхностями двух отверстий, которыми кондукторная плита координируется по установочным пальцам кондуктора. Закрепление сменной плиты на кондукторе производится двумя гайками. Для быстрой установки и съема плиты предусмотрены вильчатые шайбы.
Рычаг устанавливают в призмах сменной наладки (рис. 201, в). Сами призмы базируются плоскостями и крестообразными выступами по плоскостям и соответствующим крестообразным пазам салазок группового кондуктора. Базирование и закрепление рычага происходит при одновременном сближении обеих призм, закрепленных на салазках кондуктора. Сами салазки передвигаются с помощью двух двуплечих рычагов. Для поворота рычагов служит тяга, соединенная со, штоком не показанного на рисунке силового узла.
Для уменьшения времени на переналадку специальных приспособлений при обработке деталей на радиально-сверлильных станках применяют круглые поворотные столы, на которых устанавливают приспособления, подводимые в рабочее положение поворотом стола, а для вертикально-сверлильных станков применяют поворотные кольцеобразные столы, охватывающие колонну станка.
390
Вид И
Рис. 202. Схема приспособления для базирования и закрепления рычага и для координирования фрезы при фрезеровании торца бобышки рычага
л-л
Рис. 203. Схема непрерывного фрезерования паза у рычагов на вертикально-фрезерном станке с вращающимся столом
Оснащая вертикально-сверлильный станок многошпиндельной головкой и круглым поворотным столом, мо'жно организовать многопозиционную обработку рычагов в групповых переналаживаемых приспособлениях. Первая позиция может служить для смены обрабатываемых деталей. При использовании, например, трехшпиндельной головки на первой позиции можно сменять деталь, на второй позиции сверлить отверстие в бобышке рычага, на третьей — зенкеровать, на четвертой •— развертывать. Если не требуется какого-либо из перечисленных переходов обработки, то на одной из позиций можно цековать торец бобышки.
Для уменьшения расходов на изготовление кондукторов и сокращения сроков освоения нового производства обработку рычагов можно выполнять на станках с программным управлением. Целесообразность их применения должна быть подтверждена технико-экономическим расчетом.
В крупносерийном и массовом производстве при изготовлении рычагов используют многоместные приспособления схема одного из них
показана на рис. 202, организуют непрерывную обработку и применяют агрегатные многопозиционные станки.
На рис. 203 приведена схема непрерывного фрезерования паза у рычагов при установке на вертикально-фрезерном станке, оснащенном круглым вращающимся столом. На столе закреплены 12 сменных приспособлений для установки деталей. Детали закрепляются с помощью гидроцилиндров, смонтированных у периферии стола. При подходе к зоне резания детали автоматически закрепляются, а при выходе автоматически открепляются. Загрузка и разгрузка приспособлений рабочим по времени совмещены с обработкой деталей.
На рис. 204 показана групповая установка шести различных рычагов на одной из позиций 33-шпиндельного агрегатного четырехпозиционного сверлильного станка. Одна из позиций служит для смены деталей, в то время когда на трех других производится обработка (сверление, зенкерование, развертывание) отверстий О в установленных рычагах. Рычаги устанавливают в сменной установочной наладке, плита 1 которой смонтирована на корпусе 2, закрепленном на поворотном столе станка. Всего на столе установ-
393
лено четыре корпуса по числу позиций станка. Для перехода на обработку других деталей сменяют плиту 1.
При большом выпуске организуют переменно-поточную обработку рычагов. В массовом производстве при очень большом выпуске и многопереходной обработке становится экономичным изготовлять рычаги, например коромысла клапанов автотракторных двигателей, на автоматических линиях.
Анализ чертежей и приведенных в § 2 технических условий на вилки переключения показывает, что исполнительные поверхности и ряд других обрабатываемых поверхностей связаны расстояниями и относительными поворотами с основной двойной на-
Рис. 204. Схема установки рычагов на агрегатном многошпиндельном четырехпозиционном сверлильном станке
правляющей базой вилки — поверхностью отверстия. В свою очередь, поверхность отверстия — основная база вилки — должна быть соосна с бобышкой.
Для получения этих связей у большинства плоских вилок сначала обрабатывают поверхность отверстия — основную двойную направляющую базу вилки, а затем для получения связей с ней других поверхностей принимают её одной из технологических баз на последующих операциях. Затем в зависимости от наличия у вилки тех или иных поверхностей обрабатывают центральное полуотверстие, плоскости, пазы, исполнительные поверхности, мелкие отверстия. Если по служебному назначению исполнительные поверхности вилки должны иметь повышенную твердость, то их обрабатывают сначала предварительно, подвергают термической обработке, а в конце технологического процесса обрабатывают окончательно.
Приведенная схема последовательности обработки плоских вилок может несколько изменяться, в зависимости от конструктив-394
ных особенностей и экономичности достижения требуемого качества вилки. Если, например, у вилки должны быть обработаны торцы бобышки, то один торец обрабатывают при одной установке с обработкой отверстия в бобышке, а другой торец — на последующей операции или оба торца одновременно фрезеруют до обработки отверстия в бобышке. Если у вилки имеется большая обрабатываемая плоскость, то ее обрабатывают на первой операции и принимают в качестве установочной технологической базы при обработке отверстия — основной базы вилки. При сдвоенной заготовке, т. е. ее компоновке из двух вилок, вводится дополнительная операция разрезания заготовки на две отдельные вилки. Эта операция выполняется обычно после обработки отверстий в бобышках и центрального отверстия, которое можно экономично обработать при одной установке с обработкой отверстий в бобышках.
При опасности возникновения недопустимых деформаций из-за перераспределения внутренних напряжений исполнительные поверхности вилки даже дбычной твердости обрабатывают в самом конце технологического процесса после обработки мелких отверстий.
У продольных вилок сначала обрабатывают поверхность отверстия — основную двойную направляющую базу вилки — и, если требуется, торец бобышки. Затем, используя в качестве одной из технологических баз поверхность обработанного отверстия, протягивают шлицы в отверстии, если они предусмотрены конструкцией, далее обрабатывают связанные с поверхностью отверстия — основной базой — плоскости и пазы, а затем мелкие отверстия.
Исходя из особенностей конструкции плоских вилок, имеющих достаточно большие габариты, установочной технологической базой на первой операции обработки отверстия в бобышке может служить сочетание наиболее удаленных поверхностей вилки. Варианты базирования единичной заготовки плоской вилки при обработке отверстия показаны на рис. 205. Зависящая от колебания диаметра бобышки несоосность отверстия и бобышки вилки для первого варианта, в направлении оси Y будет равна нулю, а по оси X равна —, где — допуск на диаметр бобышки и а — 2sinl
угол призмы. По второму варианту аналогично подобной ранее рассмотренной схеме базирования рычага несоосность по осям X и Y, не учитывая действия других факторов, будет зависеть от неперпендикулярности торца к оси бобышки вилки. Конструктивно второй вариант сложнее первого. Если исполнительные поверхности вилки в заготовке получены недостаточно точно, то за установочную базу следует принять сочетание торца бобышки и плоских наиболее удаленных от бобышки необрабатываемых боковых участков вилки.
395
При обработке сдвоенных заготовок, скомпонованных из двух плоских вилок, базирование может быть выполнено по одному из двух вариантов, показанных на рис. 205, б. Получаемые несоосности аналогичны ранее рассмотренным для вариантов III и V базирования рычага с двумя короткими бобышками.
Базирование продолговатых вилок с длинной бобышкой может быть взято по одному из вариантов базирования рычага с длинной бобышкой.
а)
Рис. 205. Схемы базирования плоской вилки: а единичной заготовки; б т* сдвоенной заготовки, скомпонованной для двух вилок
Технологические маршруты обработки двух характерных вилок в условиях серийного производства приведены в табл. 41 и 42.
Методы обработки отверстий и торцов бобышек в основном аналогичны ранее рассмотренным для рычагов. Разрезание сдвоенных заготовок плоских вилок обычно выполняют на фрезерных станках. Пазы и уступы вилок фрезеруют, а в массовом производстве протягивают. Исполнительные поверхности плоских вилок в виде параллельных плоскостей, полученных в заготовках неточными методами (литье в песчаные формы, штамповка), фрезеруют набором дисковых фрез. Если же они в заготовке получены достаточно точно (чеканкой после штамповки или литьем по выплавляемым моделям), то их можно экономично обрабатывать плоским 396 .
Таблица 41
Технологический маршрут обработки плоской вилки (заготовка на одну вилку)
I Номер I операции! Эскиз Содержание операции Технологические базы
1 Сверление и зенкеров ан ие отверстия, цекование торца бобышки, зенкование фаски ' в отверстии, развертывание отверстия диаметром 25 А Сочетание противолежащего торца бобышки и исполнительной поверхности вилки; поверхность бобышки; удаленный участок боковой поверхности стержня вилки
2 Цекование другого торца бобышки и зенкование фаски в отверстии Поверхность обработанного отверстия; противолежащий торец бобышки; удаленный участок боковой поверхности стержня вилки
3 Зенкерование полуотверстия диаметром 60 мм одновременно у двух деталей Поверхность обработанного отверстия; торец бобышки; удаленный участок боковой поверхности стержня Примечание. Для повышения жесткости установки подводятся подвижные опоры под противолежащую исполнительную поверхность
4 п Фрезерование исполнительных поверхностей до размера 12Х4 Поверхность обработанного отверстия; менее выступающий торец бобышки; удаленный участок боковой поверхности стержня
397
Продолжение табл. 41
Номер I операции 1 Эскиз Содержание операции Технологические базы
5 — Сверление отверстия в стенке бобышки Поверхность обработанного отверстия; торец бобышки; поверхность обработанного по л у отверстия
6 — Зачистка заусенцев —
7 — Промывка и продувка детали —
Таблица 42
Технологический маршрут обработки продолговатой вилки
Номер 1 операции [ Эскиз Содержание операции Технологические базы
1 1 1 1 It ч 1 А J Сверление и зенкерование отверстия диаметром 244 5 в бобышке, цекование торца, зенкование фаски Наружная поверхность втулки; противолежащий торец втулки; боковая поверхность полки
2 Протягивание шлицевого отверстия 284 X Х244в Поверхность обработанного отверстия; торец втулки; боковая поверхность полки
398
Продолжение табл. 42
Номер 1 операции I Эскиз Содержание операции Технологические базы'
3 р Фрезерование паза 16Л5 Поверхность отверстия; торец втулки; боковая поверхность полки
4 Фрезерование уступа полки 53+0,4 Поверхность шлицевого отверстия; торец втулки
Л
5 — Сверление отверстия под резьбу в бобышке, цекование торца, нарезание резьбы М16 То же
6 — Сверление двух отверстий под резьбу М8 (остальные отверстия в полке обрабатываются под конические штифты при сборке) Поверхность шлицевого отверстия; торец втулки
7 — Сверление отверстия под резьбу М10, цекование углубления диаметром 23 мм То же
8 — Нарезание двух отверстий М8 и отверстия М10 То же
9 — Зачистка заусенцев —
10 — Промывка и продувка детали —
399
шлифованием. Для повышения износоупорности исполнительных поверхностей соответствующие участки вилок закаливают и отпускают, а стальные малоуглеродистые вилки подвергают химико-термической обработке с последующей поверхностной закалкой участков исполнительных поверхностей. После термической обработки исполнительные поверхности шлифуют. Если исполнительные поверхности оформлены в виде пазов, то их экономично фрезеровать, а в массовом производстве протягивать.
Организация производства и оборудования для обработки вилок подобны применяемым при обработке рычагов. Для примера на рис. 206, а дана схема обработки двух крайних отверстий (ос-
Рис. 206. Схема обработки отверстий у сдвоенной заготовки плоских вилок на агрегатном станке:
а — переходы обработки; б — схема расположения заготовок вилки совместно с заготовками другой вилки на столе станка
новных баз двух вилок) и центрального отверстия у сдвоенной заготовки (для двух плоских вилок) в условиях крупносерийного производства на специализированном четырехпозиционном вертикально-сверлильном станке. Схема совместного расположения на столе станка двух различных сдвоенных заготовок вилок при их групповой обработке дана на рис. 206, б.
Распространение групповой обработки вилок обусловлено теми же причинами, что и для рычагов. При обработке у вилок таких же поверхностей, как и у рычагов, например, торцов бобышек и отверстий, стремятся использовать одни и те же базовые групповые приспособления, оснащая их специальными наладками. Например, для показанного ранее (см. рис. 201) группового кондуктора проектируют специальную наладку, при помощи которой в групповом кондукторе обрабатывают три отверстия в сдвоенной заготовке плоской вилки.
При выполнении специфических операций, какими являются разрезка сдвоенных и строенных заготовок плоских вилок на отдельные вилки, обработка исполнительных поверхностей, приме-400
няют более специализированные групповые и специальные приспособления. Например, при помощи группового приспособления и специальных наладок к нему разрезают сдвоенные заготовки плоских вилок на отдельные вилки.
Специальное приспособление для базирования и закрепления плоской вилки и для координирования инструмента при фрезеровании исполнительных поверхностей двух вилок набором четы
рех дисковых фрез показано на рис. 207. Исполнительные поверхности плоских вилок можно обрабатывать и непрерывным фрезерованием набором двух фрез на вертикально-фрезерном станке, оснащенном круглым вращающимся столом, аналогично ранее показанной схеме фрезерования паза
рычагов.
У шарнирных вилок основной двойной направляющей базой служит наружная гладкая или резьбовая поверхность хвостовика или поверхность резьбового отверстия в хвостовике. В первом случае сначала следует обработать гладкую поверхность хвостовика, принимая технологическими базами поверхности ушек вилки. Затем, принимая за технологическую базу хвостовик, надо обработать вспомогательные базы — торцы (если требуется) и поверхности отверстия ушек вилки. Во втором и третьем случаях, при наличии резьбовых поверхностей, последовательность обработки изменяется,
Рис. 207. Схема приспособления для базирования и закрепления двух плоских вилок и для координирования фрезы при фрезеровании исполнительных поверхностей вилок
так как нецелесообразно использовать резьбовые поверхности в качестве технологических баз. Поэтому сначала надо обработать торцы ушек, принимая технологическими базами хвостовик и закругленные необрабатываемые поверхности ушек. Затем, используя торцы ушек в качестве технологической базы, можно обработать отверстия в ушках, а потом наружную резьбовую поверхность или резьбовое отверстие хвостовика.
§ 5. Контроль рычагов и вилок
Диаметры отверстий, ширину пазов у рычагов и вилок, а также расстояние между плоскими исполнительными поверхностями вилок контролируют в большинстве случаев калибрами, Расстоя-
401
ния между осями отверстий проверяют универсальными измерительными инструментами, передвижными и жесткими скобами и индикаторами в приспособлениях. Расстояния исполнительных поверхностей вилок в осевом направлении от соответствующих основных баз вилок проверяют универсальными измерительными средствами или при больших выпусках при помощи флажковых приспособлений. Параллельность и перпендикулярность поверх-
Рис. 208. Схема приспособления, применяемого при контроле перпендикулярности исполнительных поверхностей вилки переключения относительно оси отверстия вилки
ностей рычагов и вилок контролируют индикаторами в универсальных или при больших выпусках в специальных приспособлениях, например по рис. 208, принимая двойной направляющей измерительной базой поверхность отверстия вилки.
Глава II ИЗГОТОВЛЕНИЕ ШАТУНОВ
§ 1. Служебное назначение
и конструкции шатунов
Шатуны являются передаточными звеньями шатунно-кривошипных механизмов различных машин, в основном поршневых двигателей внутреннего сгорания и компрессоров. Связывая поршень (или ползун) с коленчатым валом, шатун служит у двигате-402
лей для преобразования поступательно-возвратного движения поршня (или ползуна) во вращательное движение коленчатого вала и для передачи усилия поршня на шатунную шейку коленчатого вала или у компрессоров, наоборот, для преобразования вращательного движения коленчатого вала в поступательновозвратное движение поршня (или ползуна) и для передачи усилия с шатунной шейки коленчатого вала на поршень (или ползун) компрессора. При работе машины шатун находится под действием знакопеременных сил: вдоль шатуна от суммирования рабочих нагрузок и слагающих сил инерции; в поперечном направлении от других слагающих сил инерции. У быстроходных машин действие силы приобретает характер ударов. Для сопротивления действующим силам и уменьшения влияния сил инерции шатун должен иметь достаточную жесткость, прочность и возможно меньший вес.
Общность служебного назначения определяет и основную общность конструкции различных шатунов, характеризуемую наличием кривошипной (большой) и поршневой (малой) головок, соединенных стержнем. Однако конструкция этих основных частей шатунов бывает различна. У большинства шатунов кривошипные головки работают на шейках коленчатых валов с трением скольжения и делаются разъемными. Кривошипные головки шатунов мотоциклетных двигателей работают с трением качения и выполняются неразъемными. Кривошипные головки шатунов больших компрессоров в ряде случаев конструируют не только разъемными, но дополнительно еще и отъемными от стержней шатунов. У шатунов автотракторных двигателей кривошипные головки больших размеров довольно часто делают с косым разъемом, чтобы облегчить продевание большой головки через цилиндр двигателя при монтаже шатуна на коленчатом валу.
Поверхность отверстия кривошипной головки (работающей с трением скольжения) в большинстве подготовляется под вкладыши с внутренней поверхностью из антифрикционного сплава.
Крышку (разъемную часть кривошипной головки) ориентируют относительно верхней неразъемной части головки при помощи призонных болтов или по специальным уступам на поверхностях стыка обеих частей. Крышки головок шатунов пока еще не взаимозаменяемы и окончательно обрабатываются в сборе с шатуном, так как достижение требуемой точности их соединения с неразъемной частью головки методами взаимозаменяемости пока неэкономично.
Поршневая головка шатунов обычно неразъемна. У малых шатунов в нее запрессовывают бронзовые или биметаллические (сталь—бронза) тонкостенные втулки. У больших шатунов в некоторых случаях поршневые головки конструируют со вставными вкладышами, укрепляемыми специальными клиньями. У многих шатунов быстроходных машин на головках располагают бобышки для съема металла при подгонке шатунов по массе.
403
Стержни большинства малых шатунов имеют двутавровое сечение, а больших шатунов — двутавровое или круглое сечение. У некоторых шатунов в стержне предусмотрено длинное маслопроводное отверстие, соединяющее поршневую и кривошипную головки.
Шатун автомобильного двигателя показан на рис. 209, а, б, а шатун тепловозного дизеля — на рис. 209, в, г. На рис. 209, б буквами Б и В обозначены бобышки для съема металла при подгонке шатунов по массе.
§ 2. Технические условия на шатуны
Для создания нормальных условий работы шатуна внутренняя поверхность вкладыша кривошипной головки должна хорошо прилегать к шатунной шейке коленчатого вала, а втулки или вкладыши поршневой головки — к пальцу поршня. Это обеспечивается параллельностью оси отверстия поршневой головки относительно оси отверстия кривошипной головки шатуна, а также точностью диаметральных размеров и формы и шероховатостью поверхностей отверстий обеих головок.
Рис. 209. Шатун автомобильного двигателя отдельно без крышки (а) и в сбо
404
Для уменьшения влияния неуравновешенных сил инерции у быстроходных машин разность масс шатунов ограничивается допусками не только в комплекте, но и по головкам. У автомобильных и тракторных двигателей допуски на колебание массы каждой головки и приведенной части стержня шатуна в комплекте задают в пределах примерно 4—10 г.
Б-б в-в
г)
ре (б); шатун тепловозного дизеля отдельно без крышки (в) и в сборе (г)
405
Прочность шатунов обеспечивается выбором металла и требованиями к его макро- и микроструктуре. Расслоения, пузыри, усадочные рыхлости, трещины и неметаллические включения в металле и трещины, закаты, заковы, раковины, плены, окалина, забоины, заусенцы и коррозия на всех поверхностях шатунов не допускаются.
Технические условия на изготовление шатунов автомобильных двигателей регламентированы ГОСТом 845—67, шатунов тракторных двигателей — ГОСТом 5417—68, шатунов стационарных и тепловозных дизелей, а также газовых двигателей — ГОСТом 8521—68.
Основные технические требования и'точности шатунов по указанным ГОСТам и заводским данным характеризуются следующими цифрами.
Отверстие под втулку в поршневой головке и отверстие во втулке, запрессованной в поршневой головке шатунов дизелей, получают по 1-му и 2-му классам точности. Для повышения точности сопряжения с пальцем поршня автомобильные шатуны сортируют на группы по диаметрам отверстия втулок поршневых головок с градацией 0,0025 мм, а тракторные шатуны — по соответствующим заводским техническим условиям. Отклонения от цилиндричнорти отверстия втулки поршневой головки у автомобильных шатунов допускаются не выше 0,0025 мм, у тракторных шатунов — V степени точности по ГОСТу 10356—63, у шатунов дизелей — 2/3 диаметрального допуска. Шероховатость поверхности отверстия втулки поршневой головки автомобильных и тракторных шатунов должна быть не грубее V 8, а дизельных шатунов — V8 и V7.
Отверстия под тонкостенные вкладыши в кривошипной головке автомобильных и тракторных шатунов обрабатывают по 1-му классу и выше, а под вкладыши в кривошипной головке шатунов дизелей — по 1-му и 2-му классам точности. Шероховатость поверхности отверстия в кривошипной головке может быть у автомобильных шатунов не грубее V86, у тракторных шатунов — V8, а у дизельных шатунов — V8 и V7. Отклонения от цилиндрич-ности отверстий кривошипной головки допускаются у автомобильных шатунов не более 0,004—0,006 мм, у тракторных шатунов — VII степени точности по ГОСТу 10356—63, у дизельных шатунов — а/3 диаметрального допуска.
Отклонение от параллельности оси отверстия втулки поршневой головки относительно оси отверстия кривошипной головки не должно превышать у автомобильных шатунов 0,04 : 100, у тракторных шатунов — VIII степени точности по ГОСТу 10356—63, у дизельных шатунов — 0,02 : 100 и 0,03 : 100. Положение в одной плоскости оси отверстия втулки поршневой головки относительно оси отверстия кривошипной головки может отклоняться у автомобильных шатунов не более 0,04 : 100, у тракторных шатунов — 0,06 : 100, у дизельных шатунов — 0,03 : 100 и 0,05 : 100. 406
Отклонения межосевого расстояния отверстий во втулке поршневой головки и кривошипной головки у автомобильных и тракторных шатунов колеблются от ±0,03 мм до ±0,1 мм.
Отклонения от перпендикулярности торцов кривошипной головки относительно оси отверстия допускается у автомобильных шатунов не более 0,05 : 100, у тракторных шатунов — IX степени точности по ГОСТ 10356—63, а у дизельных — 0,1 : 100.
Отклонения от перпендикулярности площадок под гайку и головку шатунного болта относительно оси отверстия под шатунный болт у дизельных шатунов допускается не более 0,07 : 100 и 0,1 : 100,а у тракторных шатунов—XI степени точности по ГОСТ 10356—63.
§ 3. Материалы и заготовки для шатунов
Шатуны изготовляют из конструкционных среднеуглеродистых и легированных сталей. В последнее время некоторые заграничные фирмы начали изготовлять шатуны автомобильных двигателей из высокопрочного чугуна.
Заготовки шатунов автомобильных и тракторных двигателей в условиях крупносерийного и массового производства получают штамповкой на штамповочных молотах и кривошипных прессах. В массовом производстве становится экономичным предварительно формировать заготовки шатунов на ковочных вальцах и окончательно штамповать на кривошипных прессах. Применяется также и поперечно-винтовой прокат.
Заготовки изготовляют целыми вместе с крышкой, отрезаемой при механической обработке, или с отдельной крышкой. При первом способе уменьшается расход металла и количество штампов, зато требуются штамповочное оборудование большей мощности, более сложные штампы и дополнительные операции механической обработки. Выбор варианта решается технико-экономическим расчетом.
Отверстие кривошипной головки обычно получают в заготовках с припуском на обработку. Отверстия поршневой головки шатуна получают целиком механической обработкой или прошивают в заготовках с припуском на обработку.
Штампованные заготовки шатунов и крышек автотракторных двигателей часто подвергают калиброванию и чеканке. Калибрование повышает точность заготовки по всему профилю, уменьшая погрешности установки заготовок на первых операциях механической обработки и обеспечивает меньшую разность масс заготовок, что позволяет получить не только более высокое качество шатуна, но и уменьшение трудоемкости его механической обработки вследствие меньшего съема металла. Чеканка торцов заготовок шатунов и крышек, обеспечивая точность расстояния между торцами ±0,08—±0,2 мм, обусловливает большую точность уста-407
новки заготовок и позволяет исключить операцию обработки торцов лезвийным инструментом и обрабатывать торцы только шлифованием. Перед механической обработкой заготовки шатунов и крышек обычно подвергают термической обработке примерно до НВ 207—289.
Заготовки шатунов дизелей и больших компрессоров получают штамповкой на молотах или прессах или ковкой на молотах.
§ 4. Обработка шатунов
V Требуемая техническими условиями высокая точность обработки шатунов должна быть достигнута при относительно незначительной жесткости шатунов в поперечных сечениях. В связи с этим приходится предусматривать многопереходную обработку поверхностей шатуна, чтобы постепенным съемом металла компенсировать остаточные деформации в результате перераспределения и возникновения внутренних напряжений при обработке и свести эти деформации до пренебрежимо малой величины на последних переходах технологического процесса. Кроме того, в конструкциях приспособлений следует предусматривать такое расположение закрепляющих устройств, при котором не создавалось бы опасности появления больших деформаций шатуна во время его закрепления.
'-^Последовательность обработки шатунов автотракторных двигателей зависит не только от конструкции шатуна и особенностей производства, но и от вида заготовки.,
Шатуны с призонными болтами, изготовляемые из раздельно штампованных заготовок, обрабатывают примерно по следующей схеме. У части шатуна, включающей поршневую головку, стержень и неразъемную половину кривошипной головки (в дальнейшем для сокращения называемой .шатуном), вначале обрабатывают торцы кривошипной и поршневой головки. Сочетание обработанных торцов обеих головок с одной стороны шатуна принимают за установочную технологическую базу на ряде последующих операций. Для обеспечения требуемой точности последующего базирования шатуна расстояние между обработанными торцами, образующими эту базу, приходится ограничивать специальным технологическим допуском, например 0,04 мм, значительно меньшим, чем это требуется служебным назначением.
Для укомплектования технологических баз протягивают специальные площадки на весовой бобышке поршневой головки или площадки на боковой поверхности поршневой головки и площадку на весовой бобышке. Протягивают боковые поверхности кривошипной головки, используя их в комплекте технологических баз на последующих операциях. Протягивают полуотверстие под вкладыш, плоскости стыка и опорные площадки под головки болтов.
408
Обрабатывают отверстие в поршневой головке под втулку и в большинстве случаев, когда отверстие уже обработано, принимают его поверхность в качестве технологической базы вместо сочетания площадок на боковых поверхностях поршневой головки и весовой бобышки при выполнении отдельных последующих операций. Предварительно обрабатывают отверстия под болты, фрезеруют паз под замок вкладыша, шлифуют плоскости стыка.
, У крышки шатуна вначале обрабатывают торцы. Затем протягивают боковые поверхности, полуотверстие под вкладыш, плоскости стыка и опорные площадки под гайки болтов, обрабатывают предварительно отверстия под болты, фрезеруют паз под замок вкладыша, шлифуют плоскости стыка.
На дальнейших операциях шатун и крышку обрабатывают совместно. Соединяют шатун с крышкой по плоскостям стыка и обрабатывают отверстия под болты окончательно. Собирают шатун с крышкой на болты.
Запрессовывают втулку в поршневую головку и уплотняют втулку проглаживанием. Производят промежуточную обработку отверстия в кривошипной головке. Сверлят маслопроводное отверстие.
Подгоняют шатун по массе. Шлифуют торцы головок. Производят тонкое растачивание отверстий в кривошипной головке и втулке поршневой головки, хонингуют отверстие в кривошипной головке, раскатывают отверстие во втулке поршневой головки.
Снятие фасок в отверстиях и заусенцев в рассматриваемой и последующей схемах обработки для краткости не отражено.
В некоторых случаях приведенную схему обработки по отдельным деталям несколько изменяют. Отверстие под втулку в поршневой головке иногда обрабатывают в два этапа, сначала предварительно у шатуна без крышки, а затем окончательно, после сборки шатуна с крышкой при одной установке с промежуточной обработкой отверстия в кривошипной головке. При таком процессе получают большую точность положения оси отверстия под втулку в поршневой головке относительно оси отверстия в кривошипной головке. Благодаря этому получают более равномерный припуск при последующем тонком растачивании отверстия во втулке поршневой головки,- а во время эксплуатации машины при смене износившейся втулки в ряде случаев у новой запрессованной втулки только калибруют отверстие разверткой. По конструкции некоторых шатунов нельзя обработать протягиванием площадки под головки болтов и их цекуют обычно при одной установке с обработкой отверстий под болты. Для лучшего уравновешивания подгонку шатунов по массе в некоторых случаях производят после тонкого растачивания отверстий в обеих головках. Маслопроводные отверстия обрабатывают в зависимости от конструкции шатунов; при наличии, например, наклонного короткого отверстия в кривошипной головке (см. рис. 207, а) его обрабатывают после предварительной обработки отверстий под болты.
409
Шатуны с призонными болтами, изготовляемые из цельноштампованных заготовок, обрабатывают примерно по следующей схеме.
Вначале обрабатывают торцы кривошипной и поршневой головок и принимают сочетание их с одной стороны за установочную технологическую базу на ряде последующих операций.
Для создания комплекта технологических баз протягивают площадки на боковых сторонах поршневой головки и весовой бобышки и боковые стороны кривошипной головки. Если возможно по конструкции, протягивают опорные площадки под гайки и головки болтов.
^Предварительно обрабатывают отверстие в кривошипной головке, формируя его овалом в виде двух полуотверстий, разнесенных на ширину будущего разреза кривошипной головки. Предварительно обрабатывают отверстие в поршневой головке, отрезают крышку от шатуна, клеймят шатун и крышку, но эту операцию в ряде случае выполняют и до отрезания крышки.
Раздельно у шатуна и крышки протягивают плоскости стыка, обрабатывают отверстия под болты, фрезеруют паз под замок вкладыша, шлифуют плоскости стыка.
Обычно у шатуна с крышкой вместе окончательно обрабатывают отверстия под болты и цекуют опорные площадки. Собирают шатун с крышкой на болты. Обрабатывают отверстие в кривошипной головке под тонкое растачивание и окончательно обрабатывают отверстие в поршневой головке под втулку. Запрессовывают втулку в поршневую головку и уплотняют ее проглаживанием. Дальнейшую обработку проводят примерно так же, как у шатуна, изготовляемого из раздельно штампованной заготовки.
В некоторых случаях схема обработки в отдельных деталях может несколько изменяться.
Приведенные процессы обработки относились к шатунам с призонными болтами. При обработке шатунов других конструкций схема обработки несколько изменяется, например вводят протягивание уступов на поверхностях стыка, нарезание резьбы в отверстиях под болты.
Обработку поверхностей шатунов автотракторных двигателей в основном проводят следующими методами.
Предварительную обработку торцов головок шатунов, изготовляемых из нечеканенНых заготовок, выполняют на фрезерных и протяжных станках, а. окончательную — на плоскошлифовальных станках. Протягивание производительнее фрезерования, и в последнее время применение его расширяется. Торцы головок чеканенных шатунов обрабатывают на плоскошлифовальных станках.
Торцы крышек раздельно штампованных заготовок шатунов в некоторых случаях до сборки обрабатывают протягиванием. Для шлифования применяют двусторонние станки, где обработка торцов головок производится одновременно с обеих сторон, или 410
многошпиндельные односторонние с обработкой каждой стороны головки последовательно. В последнее время получают распространение пяти шпиндельные станки непрерывного действия. Три круга предназначены для шлифования торцов кривошипной головки, а два круга — для шлифования торцов поршневой головки. Станки снабжают устройствами автоматической подналадки.
Базовые площадки на боковых поверхностях поршневой и кривошипной головок и другие боковые поверхности контура кривошипной головки шатуна обычно протягивают на вертикальных двухпозиционных станках. При этом стремятся протянуть одновременно несколько поверхностей кривошипной головки, например поверхность полуотверстия и боковые поверхности, а затем плоскости стыка и площадки под головки болтов или поверхность полуотверстия и плоскости стыка, а затем боковые поверхности и площадки под головки болтов или другие сочетания поверхностей кривошипной головки.
Приспособление, применяемое при протягивании поверхности полуотверстия и боковых поверхностей кривошипной головки шатуна автомобильного двигателя, показано на рис. 210. Чтобы предотвратить ослабление зажима шатунов под действием силы резания, шток поршня большого пневматического цилиндра после закрепления шатунов фиксируется клиновидным стержнем, передвигаемым клином штока малого цилиндра.
Поверхности крышки шатуна наиболее производительно обрабатывать на горизонтально-протяжных станках непрерывного действия.
Окончательную обработку плоскостей стыка у шатуна и крышки производят на плоскошлифовальных двухшпиндельных станках карусельного типа с круглым вращающимся столом в многоместных приспособлениях (рис. 211). Закрепление и раскрепление деталей происходит автоматически при помощи зажимных рычагов, управляемых кулачками^
Обработку отверстияТГпоршневой головке под втулку в заготовке без прошитого отверстия выполняют обычно в три перехода — сверлят, зенкеруют и развертывают или протягивают или применяют тонкое растачивание. При наличии в заготовке прошитого отверстия его в" большинстве случае зенкеруют и протягивают или растачивают. Применяются и другие композиции переходов.
Отверстие под вкладыши в кривошипной головке шатуна обрабатывают предварительно: у раздельноштампованных заготовок протягиванием до сбора шатуна с крышкой: у цельноштампованных заготовок — зенкерованием до отрезания крышки. После сборки шатуна с крышкой отверстие в кривошипной головке дополнительно обрабатывают под тонкое растачивание.
Отверстия под болты обрабатывают сначала предварительно у шатуна и крышки раздельно, а затем окончательно обычно совместно для достижения соосности отверстий у обеих деталей.
411
Предварительную обработку отверстий под болты выполняют обычно сверлением, а окончательную — зенкерованием и развертыванием на многопозиционных и многошпиндельных агрегатных сверлильных станках.
У некоторых конструкций шатунов имеется длинное маслопроводное отверстие в стержне шатуна, служащее для подачи масла в отверстие поршневой головки. Его сверлят обычно ружей-
Рис. 211. Схема приспособления для базирования и закрепления шатунов при шлифовании плоскостей стыка с крышкой
ными сверлами на специализированных станках. Для повышения производительности и увеличения стойкости инструмента целесообразно использовать системы автоматического управления упругими перемещениями в системе СПИД (САУ).
Сборку шатуна с крышкой на болты выполняют на специальных автоматах. Для завертывания гаек применяют гайковерты с ограничением крутящего момента.
Втулку запрессовывают в отверстие поршневой головки шатуна на гидравлическом прессе- Обычно применяют втулки, свернутые из полосы. После запрессования для лучшего прилегания
413
наружной поверхности втулки к отверстию поршневой головки внутреннюю поверхность втулки проглаживают (лорнируют) прошивкой с выглаживающими зубьями.
После этого для получения требуемой параллельности и положения в одной плоскости оси отверстия поршневой головки относительно оси отверстия кривошипной головки растачивают оба отверстия при одной установке шатуна на тонко-расточном станке. Для уменьшения неравномерности припуска при растачивании в качестве одной из баз можно принимать отверстие во втулке поршневой головки, вдвигая в него установочный палец при базировании и выводя его после закрепления шатуна перед обработкой отверстия. Для этой же цели в качестве баз можно использовать не одно, а даже оба растачиваемых отверстия, применяя в этом случае более сложное приспособление с двумя подвижными установочными пальцами и делая один из них срезанным. Приспособление, применяемое при тонком растачивании отверстий в головках шатуна с использованием одного установочного пальца, показано на рис. 212.
Для уменьшения шероховатости и уплотнения поверхностного слоя после растачивания отверстие во втулке раскатывают.
Требуемую точность диаметра, формы и шероховатости поверхности отверстия кривошипной головки получают обычно хонингованием после тонкого растачивания. Хонинговальные станки оснащают устройствами активного контроля, автоматически прекращающими обработку при достижении требуемой точности диаметрального размера отверстия. Для хонингования применяют бруски из электрокорунда зернистостью от 320 до М28. В последнее время расширяется применение алмазных брусков.
При подгонке шатунов по массе взвешивают каждый шатун на специальных двухчашечных весах с соответствующими шкалами. Кривошипную головку шатуна кладут на одну чашку весов, а поршневую головку — на другую чашку. Определив взвешиванием, какую массу металла надо снять с одной или с обеих головок шатуна, снимают эту массу обычно фрезерованием с весовых бобышек, расположенных на головках шатуна.
При больших партиях подгонку шатунов по массе производят на автоматических линиях.
На одной из таких линий, имеющей четыре позиции, подгонка шатунов по массе выполняется следующим образом. На первой позиции линии шатун укладывается головками на платформы двух специальных весов. Результаты взвешивания запоминаются двумя устройствами, передающими импульсные команды механизмам управления подачей фрезерных головок на второй позиции. У поданного на вторую позицию шатуна фрезами силовых головок снимается требуемая масса металла. На третьей позиции линии шатун опять взвешивается на весах, подобных установленным на первой позиции. Результаты взвешивания импульсами запоминающего устройства передаются на четвертую позицию. 414
Рис. 212. Схема приспособления, применяемого при тонком растачивании отверстий в кривошипной головке и втулке поршневой головки шатуна
Поступившие на четвертую позицию шатуны в зависимости от полученных после их взвешивания импульсов с третьей позиции идут как годные на дальнейшую обработку или в случае излишней массы возвращаются на первую позицию линии для повторной подгонки по массе или направляются в лоток брака, если их масса ниже допустимой.
При точных размерах весовых бобышек для подгонки шатунов по массе проектируют двухпозиционные линии. На первой позиции линии у шатуна определяется масса металла, подлежащая съему, а на второй позиции она снимается соответственно, командам, поданным с первой позиции линии.
Рис. 213. Схемы размерных цепей при шлифовании торцов кривошипной и поршневой головок шатуна
Для обеспечения требуемой техническими условиями точности расстояний и относительных поворотов поверхностей шатуна при разработке технологического процесса должны быть сделаны точностные расчеты для соответствующих операций его обработки. Далее для некоторых операций даются схемы технологических размерных цепей и уравнения для расчета допусков их составляющих звеньев.
Шлифование торцов головок. Расстояние между торцами кривошипной и поршневой головок шатуна достигается с помощью размерной цепи А (рис. 213).
На схеме линия П—П представляет координатную плоскость станка, за которую можно принять направляющие станины станка. Ввиду малозвенности цепи А допуски на ее составляющие звенья могут быть рассчитаны по методу полной взаимозаменяемости:
^Ад — 6д, + вд,.
Расстояние между торцами кривошипной головки достигается с помощью размерной цепи Б. В связи с большим количеством звеньев цепи расчет допусков на составляющие звенья следует провести по методу неполной взаимозаменяемости:
6бд — t -j- 4" ^З^Б,.
416
Величины Аг = Bv Л2, Б2, Б3 показаны на схеме. При расчете допусков здесь и в последующих расчетах для других операций обработки шатуна следует учитывать допуски на неточность, получаемую при закреплении детали/ и на неточность динамической настройки системы СПИД. Поэтому допуски на исходные звенья размерных цепей по величине должны быть только частью допуска на выходную неточность детали после операции.
Параллельность шлифуемого торца кривошипной головки шатуна относительно противоположного базового торца получается как замыкающее звено 0Д размерной цепи 0. Составляющими звеньями цепи 0 являются: 0j — неперпендикулярность плоскости, создаваемая шлифовальным кругом при работе, относительно оси вращения шлифовального шпинделя: 02 — неперпендикулярность оси вращения шлифовального шпинделя относительно направляющих П—П станины станка; 03 — непараллельность плоскости стола относительно направляющих станины; 04 — поворот базового торца кривошипной головки относительно плоскости стола. Звено 04 является замыкающим звеном ед размерной цепи, возникающей при установке детали на станке. Составляющими звеньями являются ер е2, 83. Звено 84 представляет поворот плоскости контакта торцов детали базирующих устройств приспособления относительно плоскости стола. Поворот зависит от высот /ц и й2 базирующих устройств и расстояния I или Г между точками контакта. При изменении мест контакта расстояние изменится. Звеном 82 является поворот шатуна, зависящий от неточности расстояния h3 между торцами головок шатуна и расстояния I (или Г) между точками контакта. Звено 83 — непараллельность базового (нижнего) торца кривошипной головки шатуна относительно его теоретического положения.
Протягивание базовых площадок на весовой бобышке поршневой головки (рис. 214). Допуски на составляющие звенья размерной цепи В, с помощью которой достигается расстояние / от протянутой площадки Т до оси необрабатываемой боковой поверхности поршневой головки шатуна можно рассчитать, пользуясь уравнением •
бвд = t М+ ^2^в2 -|- А,з6в3 •
Составляющие звенья цепи: Вх— смещение оси боковой поверхности поршневой головки относительно оси центрирующего устройства приспособления; В2—расстояние от оси центрирующего устройства приспособления до направляющих П—П станины станка; В3 — расстояние от протяжки до направляющих П—П станины.
Протягивание базовых боковых поверхностей и поверхности полуотверстия кривошипной головки (рис. 215). При помощи размерной цепи у достигается параллельность плоскости 4—4, проходящей через середину базового выступа поршневой головки и середину расстояния В между протянутыми на данной операции 14 Б. Л. Беспалов и др. г 417
поверхностями кривошипной головки относительно плоскости/—/, проходящей через середину указанного базового выступа и ось поршневой головки. Составляющими звеньями являются: — непараллельность Плоскости 2—2, проходящей через середину базового выступа поршневой головки и точку О, относительно плоскости /—/, причем точка О находится посредине базовой поверхности П кривошипной головки в том сечении S—S, где на дальнейших операциях обработки шатуна будут располагаться опорные точки приспособлений; — поворот плоскости 3—3
Рис. 214. Схема размерной цепи при протягивании базовых площадок на поршневой головке шатуна
(проходящей через середину базового ьйступа и середину расстояния В) относительно плоскости 2—2 при условии, что базовый выступ находится посредине центрирующего паза С стойки приспособления; у3 — поворот плоскости 3—3 в положение 4—4 вследствие бокового зазора между базовым выступом и центрирующим пазом С. Допуски на составляющие звенья можно рассчитать, исходя из уравнения
б?д = t -|- Хгбу, А.з6уа.
Допуск 6г на смещение оси поршневой головки в направлении Y—Y от плоскости, проходящей через середину базового выступа Т и середину расстояния В, будет
8. = f4,
где / — полученное на предыдущей операции расстояние от протянутой площадки Т до оси поршневой головки.
41а
Протягивание плоскости стыка и площадок под головки болтов на кривошипной головке (рис. 216). Перпендикулярность т]д опорных площадок под головки болтов относительно базового торца кривошипной головки в вертикальной плоскости достигается с помощью размерной цепи tj. Составляющими звеньями цепи являются: т]непараллельность базового торца кривошипной головки относительно плоскости стола станка; tj2 — неперпенди-
Рис. 215. Схемы размерных цепей при протягивании базовых боковых поверхностей и полуцилиндра отверстия кривошипной головки шатуна
кулярность движения протяжки относительно плоскости стола станка;
Звено т)1 является замыкающим звеном уд размерной цепи v, возникающей при установке шатуна на станке, аналогично ранее рассмотренной размерной цепи е при шлифовании торцов головок шатуна. Звенья v2, vs по характеристикам схожи со звеньями 81, 82, е3 размерной цепи е, а величины h2, Лд, I идентичны с обозначаемыми hlt h2, h3 величинами на схеме для размерной цепи е;
6Уд = i ~Ь W>v, +
Расстояние Гд от опорной технологической базы Т до протягиваемых плоскостей стыка кривошипной головки обеспечивается как замыкающее звено размерной цепи Г при протягивании. Координатной плоскостью П приняты направляющие станины станка. Отклонение от перпендикулярности р, опорных площадок под головки болтов относительно плоскости I, проходящей через середину базового выступа на поршневой головке и середину расстояния между боковыми поверхностями на кривошипной головке, возникает при базировании шатуна вследствие его поворота, вызванного зазорами между шатуном и опорами приспособления.
* 419
Наибольшие допускаемые зазоры Sb, и Sb2 могут быть определены из уравнения
х - + 1SBi
“ ~ 2Ln ’
где Sb,, Sb2, L„ показаны на рис. 216.
Обработка отверстия под втулку в поршневой головке (рис. 217).
Допуски на составляющие звенья размерной цепи Р, при помощи
Рис. 216. Схемы размерных цепей при протягивании плоскости стыка и площадок под головки болтов на кривошипной головке шатуна
которой достигается расстояние Рд между осью отверстия и плоскостями стыка, определяются уравнением
бРд = + ^р2,
где 6р, = 6гд — допуск на расстояние между базовой поверх-, ностью Т малой головки и плоскостями стыка кривошипной головки, обеспеченный на операции протягивания;
6п, = 6лд = М^л, 4* ^л, +
420
Л& — расстояние между базовой поверхностью Т поршневой головки и осью отверстия;
Л— расстояние между опорой и осью отверстия кондукторной втулки;
Л2 — смещение оси инструмента в кондукторной втулке вследствие зазора между инструментом и отверстием втулки;
Ла — смещение инструмента на выходе из детали вследствие перекоса инструмента во втулке
_ 3Б(В + Я)
’л8- л
где SB — наибольший зазор между инструментом и отверстием втулки;
h—высота втулки;
В — расстояние между торцом втулки и торцом головки шатуна;
Н — ширина (расстояние между торцами) поршневой грловки шатуна.
Р,=Гй-
Рис. 217. Схемы размерных цепей при обработке отверстия под втулку в поршневой головке шатуна
Обработка отверстий под болты. Допуски на составляющие звенья размерной цепи 0 (рис. 218), определяющей перпендикулярность опорных площадок под головки болтов относительно осей отверстий под болты в вертикальной плоскости, можно рассчитать, исходя из уравнения
60д = 4- + ^з6еа,
421
где бе, — допуск на неперпендикулярность площадки под головку болта относительно базового торца кривошипной головки; этот допуск был обеспечен при протягивании опорных площадок (размерная цепь г], рис. 216); если на рассматриваемой операции базовым случайно будет торец, противоположный тому торцу, который был на операции протягивания, то следует учесть допускаемую непараллельность б₽д одного торца относительно дру-
Рис. 218. Схемы размерных цепей при обработке отверстий под болты в шатуне
того, обеспечиваемую на операции шлифования торцов; бе, — допуск па непараллельность рабочей поверхности опоры приспособления относительно поверхности стола станка; бэ,— допуск на непараллельность оси вращения инструмента относительно поверхности стола станка.
Аналогичная перпендикулярность в горизонтальной плоскости достигается с помощью размерной цепи у:
бфД = t %1бф, ^бф, Лзбф, +^б4^>
где бФ, — допуск на неперпендикулярность опорных площадок под болты относительно плоскости I, проходящей через середины 422
выступа на поршневой головке и расстояния между базовыми боковыми поверхностями кривошипной головки (плоскость 7, рис. 216). Этот допуск был обеспечен на операции протягивания площадок под головки болтов (бц):
бф2 — допуск на непараллельность плоскости 7/, проходящей через центр отверстия в поршневой головке и середину расстояния между базовыми боковыми поверхностями кривошипной головки относительно плоскости 7;
бФз — допуск на непараллельность плоскости II относительно плоскости III, проходящей через центр установочного пальца и середину расстояния между опорами; это — допуск на поворот
Рис. 219. С^емы размерных цепей при обработке паза под вкладыш по трем технологическим вариантам
шатуна в приспособлении вследствие зазора между установочным пальцем и отверстием и зазора между опорами и боковыми поверхностями кривошипной головки;
бФч — допуск на непараллельность оси вращения инструмента относительно плоскости III.
Для большего отличия и наглядности схемы плоскости 7, II, III на рис. 218 условно повернуты.
Фрезерование паза под вкладыш. При координировании фрезы от торца направляющей втулки (рис. 219, а) расстояние Н от торца кривошипной головки до паза достигается с помощью размерной цепи И: __________________________
$Ид = I 4“ ^2бия 4" ^З^и3 4“ М^И4,
где б^, би2, би3, би4 — допуски на расстояния, указанные на рис. 219, а.
При координировании фрезы от торца кривошипной головки (рис. 219, б) расстояние Н от торца кривошипной головки до паза достигается с помощью размерной цепи К-
Сравнение обоих вариантов показывает, что по первому варианту количество звеньев размерной цепи И будет больше, чем по второму варианту с размерной цепью /С, и для обеспечения тре-423
буемой точности расстояния /7, например в пределах 0,06—0,08 мм, по первому варианту надо означать весьма малые, трудно выполнимые допуски на составляющие звенья размерной цепи.
Наиболее простой и точный вариант координирования фрезы и базирования шатуна приведен на рис. 219, в. Требуемое расстояние Н достигается с помощью короткозвенной размерной цепи С.
Тонкое растачивание отверстий в кривошипной головке и втулке поршневой головки шатуна. На операции тонкого растачивания должны быть окончательно достигнуты требуемые техническими условиями перпендикулярность торцов кривошипной головки к оси отверстия в ней и параллельность оси отверстия поршневой головки относительно оси отверстия в кривошипной голдвке.
Ввиду малых допусков на эти характеристики точности и небольших сил резания при тонком растачивании целесообразно на рассматриваемой операции принять в качестве установочной технологической базы шатуна не сочетание торцов обеих головок, а только один торец кривошипной головки. При такой установочной базе будет исключена ошибка поворота базового торца кривошипной головки относительно рабочей поверхности установочной опоры приспособления из-за неточности расстояний между торцами обеих головок шатуна и рабочих поверхностей соответствующих установочных опор приспособления.
При установке шатуна помимо закрепления кривошипной головки следует предусмотреть боковой плавающий двухсторонний зажим поршневой головки для предотвращения ее дрожания при обработке. Плавающий зажим должен иметь дополнительное устройство для его фиксирования после закрепления шатуна. При необходимости может быть повышение жесткости установки детали путем дополнительных самоустанавливающихся или подводимых опор.
Принципиальная схема тонкого растачивания отверстий в кривошипной головке и втулке поршневой головки шатуна и технологические размерные цепи показаны на рис. 220. Установочную технологическую базу представляет торец кривошипной головки. Остальными базами (во избежание затемнения, не показанными на схеме) являются поверхность отверстия во втулке поршневой головки, куда входит установочный палец, выводимый из отверстия перед растачиванием, и боковые поверхности кривошипной головки.
Требуемая параллельность оси отверстия во втулке поршневой головки относительно оси отверстия в кривошипной головке достигается с помощью размерной цепи ф, где ф] и ф2— непараллельное™ относительного перемещения инструментов и детали к направляющим П—П станины станка.
Требуемая перпендикулярность торцов кривошипной головки к оси отверстия достигается с помощью размерных цепей £ и т; 424
— непараллельность рабочих поверхностей опор относительно базы приспособления;
£2 — неперпендикулярность базовой поверхности приспособления относительно направляющих станины;
£з — непараллельность относительного перемещения инструмента и детали к направляющим станины;
т2 — непараллельность свободного торца относительно базового торца, полученная при плоском шлифовании торцов у собранного шатуна.
В рассмотренных ранее операциях обработки по рис. 215—217, в качестве направляющей базы принималось любое сочетание обработанных боковых площадок весовой бобышки на поршневой
Рис. 220. Схемы размерных цепей при тонком растачивании отверстий в кривошипной и поршневой головках шатуна
голоьке и боковых поверхностей кривошипной головки. В других случаях вместо боковых площадок весовой бобышки обрабатывают площадки на боковой поверхности самой поршневой головки и направляющей базой служит любое, сочетание боковых поверхностей обеих головок шатуна. В том и другом варианте базирования может быть поворот шатуна в приспособлении вследствие зазоров между обработанными поверхностями шатуна и соответствующими опорами приспособления. Эти зазоры схематически показаны на рис. 215, 216 и влияние их учтено в расчетах. Для устранения погрешности, вызываемой поворотом шатуна, у поршневой головки может быть обработана площадка только на одной боковой стороне. Тогда направляющей базой будет сочетания боковых поверхностей обеих головок на той стороне шатуна, где обработана площадка на поршневой головке. Опорной базой остается обработанная площадка весовой бобышки на поршневой головке шатуна.
При больших масштабах выпуска становится экономичной обработка шатунов на автоматических линиях.
425
Для обработки ряда поверхностей тракторного шатуна предназначены две автоматические линии.
Схематический вид шатуна, обрабатываемого на первой линии, показан на рис. 221. На первую линию поступает цельноштампованная заготовка шатуна, у которой предварительно обработаны торцы обеих головок, площадки на боковых сторонах головок и площадка на весовой бобышке поршневой головки. Для применения сочетания торцов Н и Р(рис. 221) в качестве установочной базы предусмотрено, что они должны быть в одной плоскости с допуском 0,05 мм. Для использования любого сочетания площадок Т
В-В
Рис. 221. Схематический вид шатуна при обработке на первой автоматической линии
и Л (рис. 221) в качестве направляющей базы расстояния между площадками Т—Т, а также между площадками Л—Л ограничено технологическими допусками 0,05 мм. Опорной базой служит площадка Ж на весовой бобышке поршневой головки. На линии должны выполняться следующие технологические операции: зенкерование отверстий в кривошипной и поршневой головках, зенкерование двух полуотверстий в кривошипной головке, разнесенных на ширину будущего разреза головки, и вторичное зенкерование отверстия в поршневой головке; цекование площадок на кривошипной головке для последующего клеймения и снятие фасок в отверстии поршневой головки; разрезание заготовки на шатун и крышку; клеймение шатунов и крышек порядковыми номерами. Схема обработки одной заготовки (без клеймения) представлена на рис. 222. Для установки заготовок и сопровождения их от оборудования к оборудованию служат приспособления — спутники, в каждом из которых помещаются две заготовки, закрепляемые механическим ключом. Сами спутники на рабочих позициях закрепляются при помощи гидроцилиндров.
426
На вторую линию поступают комплектно шатун и крышка, у которых обработаны зубчатые поверхности стыка. Технологические базы деталей те же, что и при обработке на первой линии. На второй линии выполняются следующие технологические опе-
рации совместно для шатуна и крышки: сверление отверстий под шатунные болты на небольшую глубину,цекование площадок под головки болтов и снятие фасок в отверстиях (рис. 223), сверление отверстий под болты на большую глубину, двухкратное зен-керование и развертывание отверстий под болты; контроль глубины отверстий под резьбу; нарезание резьбы в отверстиях; ручное наживление болтов; завертывание болтов с заданным крутящим
427
моментом; фрезерование лысок на крышке с двух сторон, растачивание отверстий в кривошипной и поршневой головках (рис. 224). Для установки деталей и сопровождения их от оборудования к оборудованию служат приспособления-спутники, в каждом из которых помещаются четыре комплекта деталей — шатуна с крышкой. Закрепление и открепление деталей в спутниках производится механическими ключами. Часть спутника для двух комплектов деталей показана на рис. 225. Остальные операции обработки шатунов в сборе выполняются вне линии.
Наряду с этим имеются участки, где организована бесспутнико-вая обработка шатунов с комплексной автоматизацией подавляющего большинства технологических операций. Заготовки шатуна и крышки штампованы раздельно. Торцы обеих головок чеканены. Схема участка автоматизированной обработки шатунов показана на рис. 226 [11].
На три параллельно работающие автоматические линии / поступают шатуны и крышки, у которых прошлифованы торцы и протянуты полуотверстия, плоскости стыка и боковые поверхности кривошипной головки, а также площадки на боковой поверхности поршневой головки. На линиях / окончательно обрабатывается отверстие под втулку в поршневой головке, сверлится отверстие для смазки в кривошипной головке, предварительно 428
Рис. 224. Схема растачивания отверстий в кривошипной и поршневой головках шатуна в сборе
сверлятся отверстия под болты в шатуне и крышке, цекуются опорные площадки и фрезеруются пазы под замок вкладышей.
Шатуны и крышки передаются от оборудования к оборудованию па линии штанговыми транспортерами без приспособлений-спутников. На каждой из штанг имеются гнезда, в которых помещаются детали при транспортировании между позициями. После передвижения на расстояние между станками транспортеры фиксируются под соответствующими приспособлениями.
Схематически приспособление портального типа в одной из позиций обработки шатуна показано на рис. 227. Плита 7 смонтирована на четырех стойках 1 (рис. 227, а). На плите 7 для четырех шатунов помещаются базирующие колодки 8, 9 (рис. 227, б). В них имеются пружинные плунжеры, поджимающие шатуны к базовым поверхностям. Технологическими базами шатуна являются торцы кривошипной и поршневой головок, боковые поверхности головок и торец весовой бобышки на поршневой головке.
После передвижения штанг 3 шатуны становятся под соответствующими базовыми гнездами плиты 7. Тогда четыре толкателя 2 с качающимися прихватами поднимаются вверх, снимают шатуны со штанги и поджимают их к выталкивателям 6. При последующем передвижении шатуны, находящиеся между синхронно перемещающимися толкателями и вытал
кивателями, попадают в базовые гнезда верхней плиты. Передвижение толкателей и выталкивателей контролируется путевыми переключателями.
Окончательное закрепление шатунов происходит с помощью клиньев 4, передвигаемых штоками поршней гидроцилиндров 5, Затем начинается обработка шатунов (рис. 227, в), а штанги 3 перемещаются обратно на шаг в исходное положение.
После обработки шатунов, выталкиватели 6 передвигаются вниз до соприкосновения с шатунами, а гидроцилиндры 5 освобождают клинья 4 из клиновых пазов толкателей 2. Затем толкатели и выталкиватели с находящимися между ними шатунами передвигаются вниз и передают шатуны из гнезд плиты 7 в гнезда штанги 3 для транспортирования на следующую позицию линии.
429
Рис. 225. Вид части спутника для двух комплектов сопряженных деталей (шатуна и крышки шатуна)
Рис. 226. Схема участка автоматизированной обработки шатунов
После обработки отверстия в поршневой головке шатуна поверхность отверстия становится технологической базой вместо боковой поверхности поршневой головки и торца весовой бобышки.
После обработки на первых линиях шатуны и крышки автоматически подаются транспортерами // (см. рис. 226) в накопители III двухшпиндельных карусельных плоскошлифовальных станков IV и шлифуются плоскости стыка. Загрузка и выгрузка шатунов и крышек выполняется вручную. На транспортерах V детали
а) 1 2 3 4 £
Рис. 227. Схема приспособления, применяемого на автоматической линии
попадают в моечные камеры, откуда после промывки автоматически подаются на шестипозиционные станки VI, где у шатуна и крышки совместно зенкеруются и развертываются отверстия под болты. Комплекты шатунов и крышек автоматически передаются на многопозиционные сборочные автоматы VII, где шатун с крышкой собираются на болты, завинчиваются гайки с крутящим моментом 6,8—7,5 кгс-м, снимаются заусенцы в отверстии для смазки, запрессовывается и проглаживается (дорнируется) втулка в поршневой головке. Дальнейшие технологические и транспортные операцйи для собранных шатунов могут быть определены по наименованиям оборудования: VIII, X, XII, XIV—накопители; IX — линия, где зенкеруются отверстие в кривошипной головке и снимаются фаски с обеих сторон отверстий в кривошипной головке и втулке поршневой головки; XI — автоматы подгонки по массе; XIII — трехшпиндельные плоскошлифовальные станки 432
для окончательного шлифования торцов шатуна; XV — автома тические линии для тонкого растачивания отверстий в обеих го ловках; XVI — автоматические линии для хонингования отвер стия в кривошипной головке и раскатки отверстия во втулке* поршневой головки; XVII — моечная машина; XVIII — контрольный автомат для проверки всех параметров собранного шатуна и отбора бракованных шатунов.
Обработка шатунов больших дизелей отличается от обработки шатунов автотракторных двигателей. Эти отличия вызываются особенностями конструкции, большими габаритами и весом, а также значительно меньшим количеством их изготовления по сравнению с автотракторными шатунами. Распространенным видом больших дизелей являются тепловозные дизели. Для обеспечения служебного назначения шатуны этих весьма ответственных машин в отличие от автотракторных должны иметь повышенную твердость и обрабатываться по всему контуру. В связи с этим для их обработки требуется большее количество переходов, чем для обработки автотракторных шатунов.
Примером может служить комплексный технологический процесс изготовления показанного ранее на рис. 209, в, г главного шатуна тепловозного дизеля. Для достижения требуемого высокого качества шатуна этот процесс в основном (без второстепенных операций) построен следующим образом.
Заготовку шатуна из высоколегированной стали штампуют раздельно с крышкой.
На продольно-фрезерном станке без предварительной разметки фрезеруют в перекладку торцы кривошипной и поршневой головок шатуна, принимая в качестве установочных баз сочетания торцов противоположных обрабатываемым. Отклонение расстояния от заданного между торцами обеих головок допускается ±0,1 мм.
На вертикально-сверлильном станке, используя сочетание торцов обеих головок в качестве установочной базы, в .боковые поверхности головок — в качестве направляющей и опорной баз, сверлят и зенкеруют отверстие в поршневой головке. Схема приспособления, применяемого при обработке отверстия в поршневой головке, показана на рис. 228. Затем, принимая поверхность только что обработанного отверстия в поршневой головке за одну из баз, сверлят, зенкеруют и развертывают малое отверстие в кривошипной головке (под прицепной шатун). На ряде дальнейших операций принимают поверхности обеих обработанных отверстий ' в качестве направляющей и опорной баз.
На специальном копировально-фрезерном станке фрезеруют по копиру боковую поверхность контура шатуна и поверхность полуотверстия кривошипной головки. Схема приспособления показана на рис. 229. На горизонтально-фрезерном станке фрезеруют торцовые поверхности двутавра шатуна последовательно с обеих сторон. На копировально-фрезерном станке по копиру последовательно с обеих сторон фрезеруют прилегающую к стержню
433
часть бобышки поршневой головки. На горизонтально-фрезерном станке набором фрез последовательно с обеих сторон фрезеруют фасонную поверхность двутавра стержня.
На станке для глубокого сверления сверлят отверстие в стенке поршневой головки и длинное маслопроводное отверстие в стержне
шатуна. Схема приспособления показана на рис. 230.
Фрезеруют паз проушины в кривошипной головке, фрезеруют места под гайки болтов. На карусельном станке растачивают кольцевые пазы проушины с обеих сторон. Проверяют остаточные деформации (коробление) шатуна.
Термически обрабатывают шатун, повышая его твердость до НВ 331—388. Проверяют коробление шатуна после термической обработки.
Фрезеруют торцы обеих головок с одной стороны, принимая за установочную базу торец кривошипной головки и поддерживая для жесткости поршневую головку. Фрезеруют торцы головок с другой стороны, принимая за установочную базу сочетание противолежащих только что обработанных торцов обеих головок.
На карусельном станке, используя в качестве одной из баз поверхности малого отверстия (под прицепной шатун) в кривошипной головке, растачивают отверстие в поршневой головке, а затем, принимая поверхность его в качестве одной из баз, растачивают малое отверстие в кривошипной головке.
Рис. 228. Вид части приспособления, применяемого при обработке отверстий у шатуна дизеля
Штампованную заготовку крышки шатуна фрезеруют, обрабатывая горцы, плоскости стыка и боковые стороны. Фрезеруют фасонные поверхности, сопрягающиеся с боковыми сторонами и торцами. Растачивают полуотверстие. Термически обрабатывают крышку, повышая ее твердость до НВ 331—388. Фрезеруют торцы и боковые поверхности, фрезеруют площадки под головки болтов.
Фрезеруют плоскости стыка у шатуна и крышки при одной установке. Набором из двух гребенчатых фрез фрезеруют зубчики на плоскостях стыка у шатуна и крышки при одной установке 434
Рис. 229. Схема приспособления, применяемого при фрезеровании контура шатуна дизеля
Рис. 230. Схема приспособления, применяемого при глубоком сверлении центрального отверстия для смазки в шатуне
Рис. 231. Схема приспособления, применяемого при фрезеровании зубчиков на поверхностях стыка у шатуна и крышки
Рис. 232. Схема приспособления, применяемого при обработке отверстий под болты у шатуна и крышки совместно
с приспособлением, схема которого показана на рис. 231. Клеймят шатун и крышку одинаковыми номерами. Притирают зубчики у m.Tiyiia с крышкой совместно.
После притирки зубчиков сверлят, зенкеруют, развертывают отверстия под болты и подрезают площадки под гайки и головки болтов совместно у шатуна и крышки, применяя приспособление, схема которого показана на рис. 232. Собирают шатун с крышкой на технологические болты.
Рис. 233. Обработка двух шатунов из титана на вертикально-фрезерном станке с числовым программным управлением
На специальном станке растачивают отверстия, подрезают торцы обеих головок и обтачивают выступающую часть бобышки поршневой головки.
На специальном расточном станке растачивают пазы проушины под прицепной шатун в кривошипной головке.
На карусельном станке растачивают выемку в пазу кривошипной головки. Растачивают кольцевую канавку в отверстии поршневой головки. Фрезеруют боковые стороны кривошипной головки. Фрезеруют скосы на кривошипной головке.
Разбирают шатун. Фрезеруют паз проушины в кривошипной головке шатуна. Полируют стержень шатуна и проушины.
Проверяют на дефектоскопе отсутствие поверхностных дефектов. Производят дробеметный наклеп.
Шлифуют затылочную цилиндрическую часть поршневой головки. Собирают шатун с крышкой на болты, затягивая их в определенной последовательности. Шлифуют торцы кривошипной головки. Производят тонкое растачивание всех трех отверстий в обеих головках окончательно. Разбирают шатун.
439
Сверлят маслопроводное отверстие в кривошипной головке, выходящее в отверстие для прицепного шатуна. Для прочистки после термической обработки зенкеруют ранее просверленные отверстия в стенке поршневой головки и в стержне шатуна.
Фрезеруют канавку в отверстии поршневой головки. Фрезеруют выемку в отверстии кривошипной головки.
Вставляют палец в отверстие для прицепного шатуна. Сверлят и развертывают отверстие под конический штифт в шатуне совместно с пальцем. Вынимают палец. Фрезеруют скосы на проушине.
Подгоняют шатун по массе, для чего взвешивают шатун с крышкой, размечают карманы на кривошипной головке для съема излишнего металла, фрезеруют карманы по разметке.
Шлифуют окончательно затылочную цилиндрическую часть поршневой головки.
Промывают и протирают шатун и крышку.
При экономической обоснованности для обработки шатунов используют станки с числовым программным управлением.
На рис. 233 показано одновременное фрезерование двух авиационных шатунов.
§ 6. Контроль шатунов
Диаметры отверстий в кривошипной и поршневой головках больших шатунов проверяют калибрами или индикаторными приборами, точность формы — индикаторными, приборами, а диаметры и точность формы отверстий в головках шатунов автотракторных двигателей — пневматическими приборами.
Перпендикулярность торцов кривошипной головки к оси отверстия контролируют при помощи индикаторных приспособлений, а у шатунов автотракторных двигателей также и при помощи пневматических приспособлений.
Параллельность и положение в одной оси отверстия поршневой головки относительно оси отверстия кривошипной головки и в ряде случаев одновременно точность расстояния между осями отверстий обеих головок шатунов автотракторных двигателей контролируют при помощи специальных индикаторных, а в последнее время также и пневматических приспособлений. Принципиальные схемы пневматического измерения относительного положения отверстий в обеих головках шатуна показаны на рис. 234.
По типу чувствительного элемента пневматические измерительные системы могут быть манометрическими, с устройствами, реагирующими на изменение давления, и расходомерными, обычно ротаметрическими с конической прозрачной трубкой и поплавком, реагирующим на скорость потока. Если требуется 440
получить электрические сигналы, то для преобразования одного из параметров потока воздуха в электрические сигналы применяются ппевмоэлсктроконтактные и пневмофотоэлектрические датчики.
Параллельность и положение в одной плоскости оси отверстия в поршневой головке относительно оси отверстия в кривошипной головке у больших шатунов проверяют индикатором, устанавливая шатун на контрольной плите так, чтобы ось отверстия в кри-
Рис. 234. Принципиальные схемы пневматического контроля точности отверстий в головках шатуна:
а — межосевого расстояния; б — неперпеидикулярности оси отверстия к торцу; в — непараллельное™ оси одного отверстия относительно оси другого отверстия; г — положения оси одного отверстия в одной плоскости с осью другого отверстия
вошипной головке была параллельна плоскости плиты. Для уменьшения времени на установку шатуна применяют индикаторные приспособления в большинстве вертикального типа.
При больших количествах изготовляемых шатунов автотракторных двигателей для комплексного контроля точности диаметров, формы, межосевого расстояния отверстий обеих головок, параллельности и положения в одной плоскости оси отверстия поршневой головки относительно оси отверстия кривошипной головки и перпендикулярности торцов к оси отверстия кривошипной головки применяют специальные контрольные полуавтоматы.
ЛИТЕРАТУРА
1. А ба джи К. М.» Дружинин Б. И., Исаев Б. И. Контроль взаимного расположения поверхностей деталей машин. М., Машгиз, 1962, 116 с.
2. Балакшин Б. С. Основы технологии машиностроения. М., «Машиностроение», 1969, 560 с.
3. Б о й ц о в В. В. Механизация и автоматизация в мелкосерийном и серийном производствах. М., «Машиностроение», 1971, 416 с.
4. Балакшин Б. С., Базров Б. М., Тимирязев В. А. Разработка и использование систем автоматического управления упругими перемещениями для повышения точности и производительности обработки на токарных станках. М., НИИмаш, 1969, 138 с.
5. Беляев Г. С., Табачников П. И. Технология производства валов. Машгиз, 1961, 251 с.
6. Григорьев И. А.,Дворецкий Е. Р. Контроль размеров в машиностроении. М., Машгиз, 1959, 400 с.
7. Кован В. В., К о р с а к о в В. С., К о с и л о в а А. Г. и др. Основы технологии машиностроения, «Машиностроение», 1965, 492 с.
8. Коганов И. А., Л ашнев С. И,. Воеводин А. Б. Нарезание крупномодульных червяков торцовыми резцовыми головками, оснащенными твердым сплавом. Тула, Приокский ЦНТИ, 1970, 120 с.
9. К о р а б л е в П. А. Точность обработки на металлорежущих станках в приборостроении. М., Машгиз, 1962, 228 с.
10. К о р с а к о в В. С., Н о в и к о в М. П. Справочник по механизации сборочных работ. М., Машгиз, 1961, 375 с.
11. Л и п н и к А. Н. Агрегатные станки и автоматические Линии для обработки шатунов. Научно-исследовательский институт информации по машиностроению (НИИмаш) 1968, 32 с.
12. Н о в и к о в М. П. Основы технологии сборки машин и механизмов. М., «Машиностроение», 1969, 632 с.
13. Р у с с и а н С. В. и Г о л о в а н о в Н. Н. Производство точного литья по выплавляемым моделям. М., Судпромгиз, 1958, 346 с.
14. Рыбкин Е. А., У с о в А. А. Шестеренные насосы для металлорежу щих станков, М., Машгиз, 1960, 188 с.
15. Производство зубчатых колес. Справочник под ред. Б. А. Тайца, М., Машгиз, 1963, 683 с.
16. Самоподнастраивающиеся станки. Управление упругими перемещениями системы СПИД. Под ред. Б. С. Балакшина, М., «Машиностроение», 1970, 416 с.
17. С а с о в В. В., Д е м е н т ь е в В. М. и др. Технология автотракторостроения. М., «Машиностроение», 1968, 444 с.
442
18. Ф а д i<» hi и и II. JI Piiciочные инструменты, ocii.'ihkhhi.K’ < nun
вом для обраГ..... oiih |h nil! в корпусных деталях. Высоконрон шодин-льпыЛ р<
жущий инец»\м< нI. М , Машгиз, 1961, 135 с.
19. Ч а р н к о Д. В. Основы выбора технологического процесса мгхшшчг ской обрабо|кн. М., Машгиз, 1963, 320 с.
20. 3 II 11 М С Типовые технологические процессы механической обработки ступенча 1ых налов. М., Машгиз, 1960, 123 с
21. Я г у д и и М. Л. Технология производства двигателей внутреннего сгорания. М., «Машиностроение», 1967, 348 с.
22. Якобсон М. О. Технология механической обработки в автоматизированном производстве. М., Машгиз, 1962, 432 с.
23. Якобсон М. О. Технология машиностроения, М., «Машиностроение», 1966, 476 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие....................................................
Раздел первый
СБОРКА МАШИН
Глава /. Разработка технологического процесса сборки машины . . .
§ 1. Ознакомление со служебным назначением машины. . . § 2. Анализ соответствия технических условий и норм точности служебному назначению машины....................
§ 3. Выбор методов достижения требуемой точности машины. Корректировка рабрчих чертежей .......................
§ 4. Разработка последовательности и выбор вида и формы организации процесса сборки машины....................
§ 5. Выбор средств облегчения труда и увеличения его производительности ......................................
§ 6. Нормирование, определение трудоемкости сборки . . . . § 7. Пример разработки технологического процесса сборки узла машины................................................
Глава II. Методы и средства контроля качества машин ‘..........
§ 1. Погрешности сборочных процессов..................
§ 2. Методы контроля точности машин и их узлов........
§ 3. Испытания машин .................................
Глава III. Особенности достижения требуемой точности типовых узлов машин..........................................................
§ 1. Монтаж валов.....................................
§ 2. Зубчатые передачи................................
§ 3. Сборка деталей, соединяемых при помощи направляющих
Раздел второй
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТАНИН И РАМ
Глава I. Основные требования, предъявляемые к станинам и рамам . . .
§ 1. Служебное назначение станин и рам................
§ 2. Конструктивные виды станин ......................
§ 3. Технические условия на изготовление станин.......
444
Глава II, Заготовки для станин...................................... 78
§ I. Литые и сварные станины............................... 78
§ 2. Из»отопление литых заготовок станин .................. 80
§ 3. Изготовление сварных заготовок станин ................ 81
Глава III. Технологические процессы механической обработки станин . . 82
§ 1. Технологические базы при обработке станин............ 82
§ 2. Типовые технологические маршруты обработки станин 86
§ 3. Разметка станин ...................................... 89
§ 4. Черновая обработка основания ......................... 91
§ 5. Чистовая обработка основания ......................... 99
§ 6. Черновая и чистовая обработка верхних привалочных плоскостей и направляющих ................................... 103
§ 7. Обработка торцовых плоскостей........................ 115
§ 8. Особенности обработки составных станин............... 116
§ 9. Обработка крепежных отверстий........................ 117
§ 10. Упрочнение и отделочная обработка направляющих . . . 120
§ 11. Контроль станин...................................... 128
Раздел третий
? ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Глава 1. Основные требования, предъявляемые к корпусным деталям . . 132
§ 1. Служебное назначение и классификация корпусных деталей машин ............................................... 132
1 § 2. Технические условия на изготовление корпусных деталей 136
' / § 3. Материал и способы получения заготовок для корпусных деталей машин ............................................... 147
Глава II. Технологические процессы механической обработки корпусных деталей.......................................................... 1-51
§ 1. Базирование деталей ................................ 151
J 2. Разметка корпусных деталей ......................... 159
3. Методы обработки наружных плоскостей................. 160
§ 4. Методы обработки основных отверстий................. 167
§ 5. Обработка крепежных и других отверстий.............. 191
§ 6. Методы отделки основных отверстий................... 195
§ 7. Особенности построения технологических процессов обработки корпусных деталей в автоматизированном производстве 198
Глава III. Контроль корпусных деталей . . ........................ 203
Раздел четвертый
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВАЛОВ
Глава I. Изготовление ступенчатых валов............................. 210
/ / § 1. Материалы и способы получения заготовок для ступенчатых валов ............................................... 213
с § 2. Технологический процесс обработки ступенчатых валов 215
- ^> § 3. Обработка шлицев и шпоночных пазов на валах .... 230
/§ 4. Нарезание резьбы на валах.............................. 237
§ 5. Изготовление ступенчатых валов на автоматических линиях 238
Глава II. Изготовление шпинделей ................................... 248
§ 1. Служебное назначение и технические требования к шпинделям ..................................................... 248
445
§ 2. Материал и способы получения заготовок для шпинделей
§ 3. Технологический процесс обработки шпинделей.........
§ 4. Термическая обработка шпинделей.....................
§ 5. Обработка поверхностей шпинделя после термической обработки .................................................
§ 6. Отделочные операции наружных и внутренних поверхностей шпинделя.................................................
§ 7. Особенности обработки шпинделей прецизионных станков
§ 8. Балансировка шпинделей..............................
§ 9. Контроль шпинделей .................................
Глава III. Изготовление ходовых винтов............................
§ L Служебное назначение ходовых винтов.................
§ 2. Материал для ходовых винтов.........................
§ 3. Технологический процесс изготовления ходовых винтов нормальной точности .....................................
§ 4. Особенности изготовления прецизионных ходовых винтов § 5. Особенности изготовления длинных ходовых винтов . . .
/
Глава IV. Изготовление коленчатых валов...........................
§ 1. Служебное назначение и требования к точности коленчатых валов ...................................................
§ 2. Материал и способы получения заготовок для коленчатых валов....................................................
§ 3. Механическая обработка коленчатых валов.............
§ 4. Балансировка коленчатых валов ......................
§ 5. Обработка крупных коленчатых валов..................
Раздел пятый
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Глава I. Изготовление цилиндрических зубчатых колес..............
§ 1. Служебное назначение зубчатых колес . ............
§ 2. Типовые конструкции зубчатых колес и размерные ряды
§ 3. Материал и термическая обработка зубчатых колес . .
§ 4. Технические требования к зубчатым колесам и заготовкам до нарезания зубьев ...............................
§ 5. Характеристика заготовок, обоснования для их выбора
§ 6. Выбор баз и технологического маршрута обработки зубчатых колес .............................................
§ 7. Выбор оборудования для выполнения отдельных операций
§ 8. Технологическая оснастка .........................
§ 9. Автоматизация производственных процессов..........
§ 10. Контроль зубчатых колес ..........................
§ 11. Расчет технологической себестоимости обработки . . .
Глава II. Изготовление конических зубчатых колес.................
§ 1. Служебное назначение, технические условия, материал и конструктивные разновидности..........................
§ 2. Технологический процесс обработки конических колес . . .
§ 3. Методы нарезания конических зубчатых колес.........
§ 4. Контроль конических зубчатых колес ................
Глава III. Изготовление червячных передач .......................
§ 1. Служебное назначение и технические требования......
§ 2. Конструктивные виды и материал.....................
446
§ Л | < Ъ ||iH|ii| ||l| II И м| M|i'ti ll НН ЧГ|НИ1 hull II ‘It 1'11)1*1111.1 t к. I'll
§ I M< МИЫ 11 11 и * । 1111111 ‘hpiiHiHiii и «II |Hi<i'iiti.i x h"U<
§ Il h I III I |H • 'll, 'll 11 |l i|' 1111.1 h I LI 11 • M« I
P II I /I (’ JI III <• C I о Й
ИЗГОТОВЛЮ BIB РЫЧЛ1ОВ, BII./IOK II 1ПМУНОВ
Глава 1. Изготовление рычагов и вилок.................................. <36G
§ 1. Служебное назначение и особенности конструкции . . . 366
§ 2. Технические условия на рычаги и вилки.................... 368
§ 3. Материал и заготовки для рычагов и вилок................. 369
§ 4. Обработка рычагов и вилок................................ 371
§ 5. Контроль рычагов и вилок ................................ 401
Глава II. Изготовление шатунов ......................................... 402
§ I. Служебное назначение и конструкции шатунов .... 402
§ 2. Технические условия на шатуны............................ 404
§ 3. Материалы и заготовки для шатунов........................ 407
§ 4. Обработка шатунов........................................ 408
§ 5. Контроль шатунов ........................................ 440
Литература ........................................................... 442
Коллектив авторов
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Редактор издательства Л. И. Воронина Технический редактор Л. П. Гордеева Корректоры А. М. Усачева и И. М. Барейша Художник Е. В Бекетов
Сдано в набор 23/11 1973 г.
Подписано к печати 11/VI 1973 г.
Г 09087. Формат 60 x90 1/16. Бумага № 3
Печ а. 28.0 Уч.-изд. л. 28,8
Тир<аж 60000 (2-й завод 30 001—60 000) экз.
Зак. № 339 Цена 1 р. 24 к.
Издательство «МАШИНОСТРОЕНИЕ», Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3
Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном Комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 193144, Ленинград, ул. Моисеенко, 10