Технологии конструкционных материалов

Отверстия большого диаметра, но малой длины, растачивают резцом, закрепленным в радиальном суппорте планшайбы (рис. 58, в). Планшайбе с резцом сообщают главное вращательное движение, а столу с заготовкой - продольную подачу. Отверстия диаметром более 130 мм обрабатывают расточными блоками и головками.

Растачивание параллельных и взаимно перпендикулярных отверстий выполняют с одной установки заготовки. После растачивания первого отверстия перемещают стол в поперечном направлении или шпиндельную бабку в вертикальном направлении на величину, равную межцентровому расстоянию, затем растачивают второе и другие отверстия. Если требуется расточить взаимно перпендикулярные отверстия, то после растачивания первого отверстия стол поворачивают на 90° и растачивают второе отверстие.

Растачивание конических отверстий осуществляют расточными головками, закрепленными в расточном шпинделе, которому сообщают осевую подачу. Конические отверстия диаметром более 80 мм растачивают резцом с использованием универсального приспособления, смонтированного на радиальном суппорте планшайбы (рис. 58, г).

Сверление, зенкерование, развертывание, цекование, зенкование и нарезание резьбы метчиками выполняют на расточных станках также, как и на вертикально-сверлильных. Инструмент закрепляют в расточном шпинделе и сообщают ему главное вращательное движение и осевую подачу. Заготовка, установленная на столе станка, остается неподвижной.

Подрезание торцов выполняют двумя способами: с подачей резца в направлении, перпендикулярном или параллельном оси шпинделя.

На рис. 58, д показано подрезание торца проходным резцом, закрепленным на радиальном суппорте планшайбы. Резцу, вращающемуся вместе с планшайбой, сообщают радиальную подачу перемещением суппорта по направляющим планшайбы. Небольшие плоскости подрезают пластинчатым резцом (рис. 58, е), которому сообщают осевую подачу перемещением расточного шпинделя. Обработка торцовых поверхностей с радиальной подачей обеспечивает большую их точность.

Фрезерование поверхностей показано на рис. 58, ж. При фрезеровании вертикальной плоскости торцовой фрезерной головкой, закрепленной в расточном шпинделе, фрезе сообщают главное вращательное движение и вертикальную подачу перемещением шпиндельной бабки.

При использовании специальных приспособлений на горизонтально-расточных станках можно обрабатывать фасонные поверхности и нарезать резьбу резцами.

Обработка заготовок на координатно-расточных станках.

На координатно-расточных станках обрабатывают с высокой точностью отверстия, при этом обеспечивается большая точность расположения их осей.

На рис. 59 показан одностоечный координатно-расточной станок. На станине 1 смонтирована стойка 2. В верхней части стойки расположена коробка скоростей 3 и расточная головка 4 со шпинделем 5. Шпинделю с инструментом сообщают главное вращательное движение через коробку скоростей 3. Шпиндель станка имеет также вертикальное перемещение (движение подачи).

Заготовку относительно инструмента устанавливают на заданные координаты перемещением стола 6 в двух взаимно перпендикулярных направлениях: продольном по направляющим салазок 7 и поперечном по направляющим станины 1.

Для точного отсчета перемещений (координат) на станке имеются специальные оптические устройства. Точность установки координатных размеров достигает 0,001 мм.

Для обеспечения высокой точности обработки эти станки изолируют от воздействия колебаний соседнего оборудования и устанавливают в помещении с постоянной температурой +20 °С (±1°С).

Координатно-расточные станки используют также для точных измерений и разметки. Наибольшее применение эти станки получили в инструментальном производстве для изготовления штампов, пресс форм, шаблонов, копиров и т. п.

Рис. 59. Координатно-расточной станок

На базе горизонтально- и координатно-расточных станков создают расточные станки с ЧПУ. На этих станках весь цикл обработки заготовки производится в автоматическом или полуавтоматическом режиме. В последнем случае программируется установка заготовки относительно инструмента на заданные координаты и фиксация подвижных узлов станка.

Обработка заготовок на алмазно-расточных станках.

На алмазно-расточных станках окончательно обрабатывают отверстия алмазными и твердосплавными резцами.



Рис. 60. Алмазно-расточной станок

На рис. 60 показан одношпиндельный алмазно-расточной станок с горизонтальным расположением шпинделя. На станине 1 установлена расточная головка 2. В головке расположен шпиндель, в котором закреплена оправка с резцом. Заготовку закрепляют на столе 3, имеющем перемещение по направляющим станины - продольную подачу, величина которой регулируется механизмом подач 4, Два соосных отверстия обрабатывают на алмазно-расточных станках двустороннего действия, имеющих две расточные головки.

Высокая точность и малая шероховатость обработанной поверхности обеспечиваются применением высоких скоростей резания (200-1000 м/мин), малых подач (0,01-0,1 мм/об) и глубин резания (0,05-0,2 мм). Обработка на этих станках ведется по полуавтоматическому циклу.

Алмазно-расточные стайки широко применяют для растачивания отверстий в блоках цилиндров и гильзах тракторных, автомобильных и мотоциклетных двигателей.

Фрезерование.

Фрезерование - высокопроизводительный и распространенный метод обработки поверхностей заготовок: многолезвийным режущим инструментом - фрезой.

Главным движением при фрезеровании является вращение фрезы, а вспомогательным поступательное перемещение заготовки. Движение подачи может быть и вращательное движение заготовки вокруг оси вращающегося стола или барабана (карусельно- фрезерные, и барабанно-фрезерные станки). Каждый режущий зуб при вращении фрезы врезается в заготовку и осуществляет резание только в пределах определенного угла поворота фрезы, а затем вращается в холостую до следующего врезания. Таким образом, особенностью процесса фрезерования является периодичность и прерывистость процесса резания каждым зубом фрезы, при чем процесс врезания зуба сопровождается ударами.

По исполнению фрезы делятся на цилиндрические, когда зубья располагаются только на цилиндрической поверхности фрезы и торцевые, у которых режущие зубья располагаются на торцевой и цилиндрической поверхности фрезы.

Схемы обработки заготовок на станках фрезерной группы представлены на рис. 61.

Рис. 61. Схемы обработки заготовок на станках фрезерной группы

Горизонтальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках цилиндрическими фрезами (рис. 61.а) и на вертикально- фрезерных станках торцовыми фрезами (рис. 61.б).

Вертикальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках торцовыми фрезами (рис. 61.в) и торцовыми фрезерными головками, а на вертикально- фрезерных станках - концевыми фрезами (рис. 61.г).

Комбинированные поверхности фрезеруют набором фрез (рис. 61.д) на горизонтально- фрезерных станках.

Уступы и прямоугольные пазы фрезеруют концевыми (рис. 61.е) и дисковыми (рис. 61.ж) фрезами.

Шпоночные пазы фрезеруют концевыми или шпоночными фрезами на вертикально- фрезерных станках (рис. 61.з).

Фасонные поверхности незамкнутого контура с криволинейной образующей и прямолинейной направляющей фрезеруют фасонными фрезами соответствующего профиля (рис. 61.и).

Пространственно-сложные поверхности обрабатывают на копировально-фрезерных автоматах (рис. 61.к). Обработку производят специальной концевой фрезой. Фрезерование ведут по трем координатам: x, y, z (объемное фрезерование).

Лекция 22. Зубонарезание. Методы изготовления зубчатых колёс

Формообразование профилей зубьев зубчатых колес.

В передачах современных машин и приборов широко применяют зубчатые колеса с эвольвентным зацеплением, т. е. такие, у которых боковая поверхность зуба очерчена эвольвентной кривой. Эвольвентой называют траекторию точки прямой, катящейся по окружности без скольжения.

Различают два метода профилирования эвольвентных зубчатых колес: копирование и обкатку (огибание).

Копирование. Метод основан на профилировании зубьев фасонным инструментом, профиль режущей части которого соответствует профилю впадины нарезаемого зубчатого колеса. По методу копирования зубчатые колеса нарезают дисковой модульной фрезой на горизонтально- или универсально-фрезерных станках (рис. 62, а) и пальцевой фрезой на вертикально-фрезерных станках (рис. 62, б) последовательно по одной впадине с использованием делительной головки.

Рис. 62. Схемы фрезерования зубьев по методу копирования: 1 - фреза; 2 - нарезаемое колесо

В процессе фрезерования впадины между зубьями колеса сообщают фрезе главное вращательное движение, а заготовке - продольную подачу. По окончании фрезерования одной впадины стол отводят в исходное положение и заготовку поворачивают

на - часть оборота (z - число зубьев нарезаемого зубчатого колеса). Пальцевыми фрезами нарезают зубчатые колеса больших модулей и шевронные колеса.

Нарезание зубчатых колес методом копирования не обеспечивает высокой точности вследствие погрешностей фасонного инструмента и неточности делительных головок. Этот метод применяют для нарезания зубчатых колес невысокой точности. Зубонарезание методом копирования производят также долблением одновременно всех впадин зубчатого колеса. В качестве инструмента используют резцовую головку, которая имеет столько радиально расположенных фасонных резцов, сколько впадин у нарезаемого колеса.

Нарезание одновременно всех зубьев колеса по методу копирования обеспечивает высокую производительность, но в связи со сложностью и высокими требованиями к точности изготовлении режущего инструмента этот метод имеет ограниченное применение.

Обкатка. Метод основан на зацеплении зубчатой пары, элементами которой являются режущий инструмент и заготовка. Режущие лезвия инструмента имеют профиль зуба сопряженной рейки (рис. 63, а) или сопряженного колеса (рис. 64, а)

Рис. 63. Схема формообразования зубьев цилиндрического колеса червячной модульной фрезой: 1 - червячная модульная фреза; 2 - нарезаемое колесо

Рис. 64. Схема формообразования зубьев цилиндрического колеса долбяком: 1 - долбяк; 2 - нарезаемое колесо

Боковая поверхность зуба на заготовке образуется как огибающим последовательных положений режущих лезвий инструмента в их относительном движении (рис. 63, б и 64, б).

Различные положения режущих лезвий относительно формируемого профиля зубьев на заготовке получают в результате кинематически согласованных вращательных движений инструмента и заготовки на зуборезном станке.

Метод обкатки обеспечивает непрерывное формообразовании зубьев колеса. Нарезание зубчатых колес этим методом получило преимущественное распространение вследствие высокой производительности и значительной точности обработки. Наиболее широко применяют нарезание зубчатых колес методом обкатки на зубофрезерных, зубодолбежных и зубострогальных станках.

Режущие инструменты для нарезания зубчатых колес по методу обкатки.

Червячная модульная фреза (рис. 65, а). Фреза представляет собой винт с прорезанными перпендикулярно к виткам канавками. В результате этого на червяке образуются режущие зубья, расположенные по винтовой линии. Профиль зуба фрезы и нормальном сечении имеет трапецеидальную форму и представляет собой зуб рейки с задним а и передним у углами заточки. Червячные фрезы изготовляют однозаходными и многозаходными. Чем больше число заходов, тем выше производительность фрезы, но точность ее работы при этом немного снижается. Поэтому для сохранения точности при чистовом нарезании надо применять однозаходные червячные фрезы. Многозаходные фрезы находят применение для чернового зубонарезания. Червячными модульными фрезами нарезают цилиндрические колеса с прямыми и косыми зубьями и червячные колеса.



Рис. 65. Червячная модульная фреза (а); зуборезный долбяк (б) и зубострогальный резец (в)

Зуборезный долбяк (рис. 65, б). Долбяк представляет собой зубчатое колесо, зубья которого имеют эвольвептный профиль с задним а и передним у углами заточки. Различают два типа долбяков: прямозубые для нарезания цилиндрических колёс с прямыми зубьями и косозубые для нарезания цилиндрически колес с косыми зубьями.

Зубострогальный резец (рис. 65, в). Резец имеет призматическую форму с соответствующими углами заточки и прямолинейным режущим лезвием. Режущее лезвие затачивают с передним углом г = 20° и задним углом б = 0°. Задний угол образуется в результате наклонного закрепления резца в державке, при этом уменьшается передний угол у. Эти резцы применяют попарно для нарезания конических зубчатых колес с прямыми зубьями.

Нарезание зубчатых колес на зубофрезерных станках.

На зубофрезерных станках нарезают цилиндрические колеса внешнего зацепления с прямыми и косыми зубьями и червячные колеса червячной модульной фрезой по методу обкатки.

Рис. 66. Общий вид зубофрезерного станка

На рис. 66 показан общий вид зубофрезерного станка. На станке 1 установлена неподвижная стойка 2. Фрезу, закрепленную на оправке, устанавливают в шпинделе фрезерного суппорта 3, который перемещается по вертикальным направляющим стойки. Заготовку закрепляют на оправке вращающегося стола 7. Верхний конец оправки поддерживается подвижным кронштейном 5. Салазки 8 обеспечивают горизонтальное перемещение стойки 6 и стола 7 по направляющим станины. Поперечина 4 связывает обе стойки и тем самым повышает жесткость станка.

Для обеспечения требуемых скоростей вращения и поступательного перемещения фрезы и заготовки в процессе нарезания зубьев станок имеет четыре гитары сменных зубчатых колес.

С помощью гитары скоростей 9 устанавливают частоту вращения шпинделя в минуту. Гитара деления 11 (обкатки) служит для сообщения заготовке окружной скорости, необходимой для автоматического деления заготовки на заданное число зубьев. С помощью гитары подач 10 устанавливают вертикальную подачу фрезы или горизонтальную подачу заготовки. Гитара дифференциала (находится в одной коробке с гитарой подач) сообщает заготовке дополнительное вращательное движение при нарезании колёс с косым зубом. Она позволяет увеличить или уменьшить скорость вращения заготовки, которая определяется настройкой делительной гитары, и получить левый или правый наклон зубьев колеса.

Нарезание цилиндрических колес с прямыми зубьями (рис. 67, а).

При нарезании червячная фреза вращается и перемещается вдоль оси заготовки. Скоростью резания при зубофрезеровании является скорость вращения фрезы, а подачей - перемещение фрезы вдоль оси вращения заготовки.

Рис. 67. Схемы нарезания цилиндрических зубчатых колёс на зубофрезерном станке: 1 - червячная фреза; 2 - заготовка

Скорость резания (в м/мин):

,

где D_ф - наружный диаметр фрезы, мм; n - частота вращения фрезы, об/мин.

Подачу s_B измеряют в миллиметрах на один оборот заготовки и выбирают из нормативов по режимам резания в зависимости от числа зубьев, требуемой шероховатости и точности обработки. Так как червячная фреза представляет собой ряд реек, режущие лезвия которых расположены на винтовых поверхностях червячная фреза и заготовка должны находиться в относительном движении, соответствующем зацеплению колеса с рейкой.

Вращение фрезы и заготовки связано отношением:

,

где n_заг - частота вращения заготовки, об/мин; n_ф-частота вращения фрезы, об/мин; А - передаточное отношение передач цепи обкатки; k - число заходов червячной фрезы; z - число нарезаемых зубьев на заготовке.

Отсюда следует, что при каждом обороте червячной фрезы заготовка должна повернуться на k/z часть оборота. Согласованной и непрерывное вращение заготовки и фрезы являются обкаточным движением. Таким образом, для нарезания цилиндрических колес с прямыми зубьями необходимы три движения: главное вращательное червячной фрезы v, круговая подача заготовки (делительное движение) s_{кp. заг.} и вертикальная подача фрезы s_B. Для согласования этих движений на станке настраивают кинематический цепи: скоростную, делительную и вертикальной подачи.

Кинематическая скоростная цепь связывает вращение черничной фрезы с вращением вала электродвигателя. Кинематическая цепь деления (обкатки) связывает вращение червячной фрезой с вращением заготовки; кинематическая цепь вертикальной подачи - перемещение фрезы в вертикальной плоскости с вращением заготовки.

Чтобы нарезаемые зубья имели симметричный профиль, ось вращения червячной модульной фрезы устанавливают под углом л к торцу заготовки колеса.

При нарезании цилиндрических колес с прямыми зубьями (рис. 67, б) ось червячной фрезы устанавливают относительно плоскости, перпендикулярной к оси заготовки, под углом л, равным углу подъема витков червячной фрезы w.

Нарезание цилиндрических колес с косыми зубьями (рис. 67 в).

При нарезании ось фрезы устанавливают под углом л, при определении которого учитывают угол подъема витков червячной фрезы w и угол наклона нарезаемых зубьев в:

;

знак "плюс" берут при разноименном наклоне зубьев фрезы и колеса, "минус" - при одноименном наклоне.

Для формообразования косого зуба необходимы три движения: вращение фрезы v, вертикальная подача фрезы s_B и ускоренном (или замедленное) вращение заготовки s_{кp. заг}, которое складывается из основного и дополнительного ее вращений. Первые дни движения и основное вращение заготовки осуществляются настройкой тех же кинематических цепей, что и при нарезании колес с прямыми зубьями.

При вертикальном перемещении фрезы на величину подачи s_B зубья фрезы должны перемещаться вдоль винтовых линий зубьев колеса. Для обеспечения этого условия необходимо, чтобы заготовка совершила один дополнительный оборот, что достигается настройкой дифференциальной кинематической цепи. Дифференциальная цепь сообщает заготовке один дополнительный оборот за Т/t_в оборотов вертикального ходового винта фрезерного суппорта (T - шаг винтовой линии зубьев нарезаемого колеса; t_B - шаг резьбы вертикального ходового винта фрезерного суппорта).

Суммирование основного и дополнительного вращательных вращений заготовки осуществляется дифференциалом. Основное и ращение заготовки зависит от отношения числа заходов червячной фрезы к числу зубьев нарезаемого колеса, а дополнительное вращение - от угла наклона нарезаемых зубьев.

Направление дополнительного вращения заготовки Дs_кр.заг совпадает с направлением ее основного движения (ускоренное вращение заготовки), если направления винтовых линий зубьев нарезаемого колеса и фрезы одинаковы. Если же направления винтовых линий различны, то дополнительное вращение будет направлено в сторону, обратную основному движению (замедленное вращение заготовки).

Нарезание червячных колес (рис. 67, г).

При нарезании ось фрезы устанавливают горизонтально (л = 0°) на высоте середины заготовки.

Для нарезания червячных колес необходимы три движения: вращение червячной фрезы v, вращение заготовки s_кp.заг и радиальная подача заготовки s_p. Первые два движения осуществляют настройкой тех же кинематических цепей, что и при нарезании колес с прямыми и косыми зубьями. Для нарезания зуба на полную глубину заготовке сообщают радиальную подачу s_p, настраивая кинематическую цепь горизонтальной подачи. Цепь горизонтальной подачи связывает перемещение заготовки в горизонтальной плоскости с ее вращением (s_p мм/об, заг.).

Нарезание зубчатых колес на зубодолбежных станках.

На зубодолбежных станках нарезают цилиндрические зубчатые колеса внешнего и внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями. На этих же станках можно нарезать блоки зубчатых колес с малым расстоянием между венцами колес, а также шевронные колеса. Зубчатые колеса на зубодолбежных станках нарезают долбяками по методу обкатки, в основу которого положено зацепление двух цилиндрических зубчатых колес (см. рис. 64, б).

Зубодолбежные станки в зависимости от расположения оси нарезаемого колеса делят на горизонтальные и вертикальные.

Рис. 68. Общий вид зубодолбёжного станка

На рис. 68 показан общий вид вертикального зубодолбежного станка. Станина станка состоит из двух частей - нижней 1 и верхней 2. Долбяк, закрепленный в шпинделе 6, получает вращение и одновременно возвратно-поступательное движение. Суппорт 4 перемещается по направляющим станины 2 и в роперечном направлении. Заготовку закрепляют на шпинделе стола 7 и сообщают ей вращательное движение. Кроме того, заготовка имеет возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости для отвода заготовки от долбяка во время его холостого хода. Гитара скоростей 8 предназначена для изменения числа двойных ходов в минуту долбяка. Гитара делении 3 сообщает долбяку окружную скорость для автоматического деления заготовки на заданное число зубьев. С помощью механизма подачи 5 устанавливают радиальную подачу долбяка.

Нарезание цилиндрических колес с прямыми зубьями (рис. 69, а).

Такие колеса нарезают прямозубыми долбяками.

Рис. 69. Схемы нарезания цилиндрических колёс с прямым зубов внешнего (а) и внутреннего (б) зацеплений на зубодолбёжном станке: 1 - долбяк; 2 - нарезаемое колесо

Главным движением, определяющим скорость резания, является возвратно-поступательное движение долбяка. Движение долбяка вниз является рабочим ходом v_p, движение его вверх - холостым ходом v_x. Оба движения - рабочее и холостое составляют двойной ход долбяка.

Скорость резания (в м/мин) при зубодолблении:

,

где L - длина хода долбяка, мм; n - число двойных ходов долбяка в минуту.

Долбяк и заготовка, находясь в зацеплении, вращаются со скоростью, обратно пропорциональной числу их зубьев:

,

где n_заг - частота вращения заготовки, об/мин; n_д - частота вращения долбяка, об/мин; z_д - число зубьев долбяка; z_зar - число зубьев нарезаемого колеса.

Вращение долбяка (круговая подача долбяка s_кp.д) и вращение заготовки (круговая подача заготовки s_{кp. заг}) являются движением обкатки.

Круговая подача выражается длиной дуги делительной окружности долбяка, на которую он поворачивается за один двойной ход (мм/дв. ход). Поперечным перемещением суппорта долбяку сообщают радиальную подачу - движение врезания долбяка в заготовку (s_p мм/об. заг). Радиальная подача сообщается до достижения полной глубины впадины между зубьями. В дальнейшем процесс нарезания происходит при постоянном межцентровом расстоянии в течение одного оборота заготовки. Для устранения трения зубьев долбяка о заготовку во время холостого хода заготовка вместе со столом отводится от долбяка, а в начале рабочего хода подводится к долбяку (на схеме - движение Дs).

Рис. 70. Схемы нарезания цилиндрического колеса с косым зубом внешнего зацепления на зубодолбёжном станке: 1 - копир; 2 - долбяк; 3 - нарезаемое колесо

Нарезание цилиндрических колес с прямыми зубьями внутреннего зацепления (рис. 69, б). При нарезании таких колес долбяку и заготовке сообщают те же движения, что и при нарезании колес внешнего зацепления. Различие заключается лишь в том, что при нарезании зубчатых колес внутреннего зацепления направления вращения долбяка и заготовки одинаковы, тогда как при нарезании колес внешнего зацепления они противоположны.

Нарезание цилиндрических колес с косыми зубьями (рис. 70). Нарезают такие колеса косозубыми долбяками. Для нарезания колес с косыми зубьями нужен комплект косозубых долбяков с таким же углом наклона зубьев, как и у нарезаемых колес. Этот комплект состоит из двух долбяков: левого - для нарезания правого колеса и правого - для нарезания левого колеса.

Долбяку и заготовке сообщают те же движения, что и при нарезании колес с прямыми зубьями. Дополнительно долбяку сообщают вращательное движение (дополнительную круговую подачу Дs_кр.д), обусловленное углом наклона зубьев и согласованное с его возвратно-поступательным движением. Дополнительное вращение долбяка обеспечивается установкой на шпинделе станка винтовых направляющих (копиров). Угол наклона винтовой линии копира должен соответствовать углу наклона зубьев нарезаемого колеса.

Цилиндрические колеса с косыми зубьями внутреннего зацепления нарезают долбяками с одноименным направлением зубьев.

Преимуществом метода зубодолбления, помимо возможности нарезания колес внутреннего зацепления и блочных колес, является более высокая точность и меньшая шероховатость боковых поверхностей зубьев по сравнению с поверхностями, получаемыми при зубофрезеровании.

Нарезание конических колес с прямыми зубьями на зубострогальных станках.

Конические зубчатые колеса на зубострогальных станках нарезают методом обкатки. В основу этого метода положено зацепление двух конических колес, одно из которых плоское (рис. 71, а).

Рис. 71. Схема нарезания конического колеса с прямым зубом на зубострогальном станке: 1 - производящее колесо; 2 - нарезаемое колесо; 3 - люлька; 4 - зубострогальный резец

Нарезаемое коническое колесо (заготовка) находится в зацеплении с производящим плоским коническим колесом, у которого угол при вершине конуса ц_п = 90°, а зубья ограничены плоскостями, сходящимися в общей вершине, и имеют форму зуба рейки, т. е. плоское коническое колесо представляет собой кольцевую ройку. Роль производящего колеса выполняют два зубострогальных резца, образуя впадину между зубьями.

На рис. 72 показан общий вид зубострогального станка. На станине 1 слева расположена стойка 3 с люлькой 4. По направляющим люльки перемещаются два резцовых суппорта 5, несущих зубострогальные резцы. Резцы попеременно совершают возвратно-поступательное движение в направлении к вершине конусов комических колес - плоского и заготовки. Число двойных ходов резцов в минуту устанавливают настройкой гитары скоростей 2. Люлька смонтирована на планшайбе и при обкатке вращается вокруг горизонтальной оси, имитируя вращение плоского конического колеса.

В шпинделе делительной бабки 6 на оправке закрепляют заготовку. Салазки 8 делительной бабки, перемещаясь по продольным направляющим станины, подводят заготовку к резцам и отводят ее от них. Величина подвода и отвода заготовки регулируется с помощью барабана механизма 9. Настройкой гитары деления 7 заготовке при отводе ее от резцов сообщают поворот на один угловой шаг, т. е. на 1/z оборота. Делительная бабка 6 может поворачиваться вокруг вертикальной оси для установки оси шпинделя (заготовки) под углом ц (угол при вершине конуса нарезаемого колеса) к оси люльки.

Рис. 72. Общий вид зубострогального станка

В процессе зубострогания конических колес с прямыми зубьями (см. рис 71, б) главным движением является возвратно-поступательное движение резцов. Движение резцов в направлении к вершине конуса заготовки является рабочим - v_p, а обратный ход резцов является холостым - v_х. Оба движения - рабочее и холостое - составляют двойной ход резца.

Вращение заготовки (круговая подача заготовки s_{кp. заг}) и люльки с резцами (круговая подача люльки s_{кp. л}) является движением обкатки и должно соответствовать передаточному отношению:

,

где z_п - фиктивное число зубьев производящего колеса; z - число зубьев нарезаемого колеса.

В результате главного и обкаточного движений на заготовке образуются две неполные впадины и один полностью обработанный зуб. После нарезания одного зуба заготовка отводится от резцов, направление вращения люльки с резцами и заготовки изменяется, затем они возвращаются в исходное положение (холостой ход). Во время отвода заготовки от резцов шпиндель бабки вместе с заготовкой поворачивается на угловой шаг (1/z оборота), обеспечивая деление. Затем заготовке сообщают подачу на глубину впадины, и начинается нарезание второго зуба.

Нарезание конических колес с круговыми зубьями на зуборезных станках.

Конические колеса с круговыми зубьями (с криволинейным профилем, описанным по окружности) имеют значительные эксплуатационные преимущества (плавность и бесшумность работы, большую прочность зубьев, высокий к. п. д. и др.) по сравнению с коническими колесами с прямыми зубьями.

Конические колеса с круговыми зубьями нарезают по методу обкатки резцовыми головками, у которых резцы расположены по окружности, на зуборезных станках специальной конструкции. Общая компоновка и конструкция зуборезного станка принципиально аналогичны зубострогальному станку для нарезания конических колес с прямыми зубьями.

Рис. 73. Схема нарезания конического колеса с круговыми зубьями

На рис. 73 приведена схема нарезания конического колес круговыми зубьями. Нарезаемое коническое колесо 1 (заготовки) в процессе обработки находится в зацеплении с плоским коническим колесом 3 с круговыми зубьями (круговой рейкой), которое является производящим колесом. Роль зубьев производящего колеса выполняют резцы резцовой головки 2, закрепленной на шпинделе люльки. Главным движением является вращение резцовой головки вокруг своей оси. Вращение заготовки 1 вокруг своей оси (круговая подача заготовки s_{кp заг}) и вращение резцовой головки 2 вокруг оси люльки 4 (круговая подача люльки s_кр.л) являются движением обкатки. При повороте заготовки на один зуб резцовая головка также поворачивается на угол, соответствующий одному зубу. Вращательное движение люльки продолжается и тех пор, пока не будет закончена обкатка профиля одной впадины, после чего заготовка отводится от резцовой головки, и люлька начинает вращение в обратную сторону. Заготовка продолжает вращаться в том же направлении. Когда люлька придет в исходное положение, заготовка займет угловое положение, соответствующее новой впадине. Затем заготовку подводят к резцовой головке, сообщая ей движение подачи s_t на глубину впадины, и цикл обработки повторяется.

Отделочная обработка зубьев зубчатых колес.

В процессе нарезания зубчатых колес на поверхностях зубьев возникают погрешности профиля, появляется неточность шага зубьев и др. Для уменьшения или ликвидации погрешностей зубья дополнительно обрабатывают. Отделочную обработку для зубьев незакаленных колес называют шевингованием. Предварительно нарезанное прямозубое или косозубое колесо 2 плотно зацепляется с инструментом 1 (рис. 74, а). Скрещивание их осей обязательно. При таком характере зацепления в точке А можно разложить скорость v_ш на составляющие. Составляющая v направлена вдоль зубьев и является скоростью резания, возникающей в результате скольжения профилей. Обработка состоит в срезании (соскабливании) с поверхности зубьев очень тонких волосообразных стружек, благодаря чему погрешности исправляются, зубчатые колеса становятся более точными, значительно сокращается шум при их работе. Отделку проводят специальным металлическим инструментом - шевером (рис. 74, б). Угол скрещивания осей чаще всего составляет 10-15°. При шевинговании инструмент и заготовка воспроизводят зацепление винтовой пары. Кроме этого, зубчатое колесо перемещается возвратно-поступательно (s_пp) и после каждого двойного хода подается в радиальном направлении (s_t). Направления вращения шевера (v_ш) и, следовательно, заготовки (v_заг) периодически изменяются. Шевер режет боковыми сторонами зубьев, которые имеют специальные канавки (рис. 67, в) и, следовательно, представляют собой режущее зубчатое колесо.

На закаленных зубчатых колесах погрешности боковых поверхностей зубьев удаляют хонингованием (если припуск на обработку не превышает 0,01-0,03 мм на толщину зуба). Процесс хонингования заключается в совместной обкатке заготовки и абразивного инструмента, имеющего форму зубчатого колеса. Оси заготовки и инструмента скрещиваются под углом 15-18°. При вращении зубчатой пары (рис. 74, г) возникает составляющая скорости скольжения. Абразивные зерна хона обрабатывают боковые стороны зубьев заготовки (рис. 74, д). Скорости v_x и v_заг вращения пары, находящейся в зацеплении при хонингованин, во много раз больше, чем скорости вращения при шевинговании.

Рис. 74. Схема отделочной обработки зубьев зубчатых колес

Хонингуемые прямозубые или косозубые цилиндрические колеса вращаются в плотном зацеплении с хоном. Зубчатое колесо кроме вращения совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси (s_пp). Направление вращения пары изменяется при каждом двойном ходе.

При изготовлении хонов в качестве абразива используют карбид кремния или электрокорунд. Число зубьев как хона, так и шевера не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса. Вершина зуба колеса постоянно контактирует с впадиной зуба хона. Благодаря этому уменьшается скорость изнашивания хона, а вследствие постоянного внедрения головки зуба колеса во впадину хона происходит автоматическое восстановление его зубьев. Необходима лишь периодическая правка хона по его наружной поверхности, чтобы поддерживать требуемый зазор Д (рис. 74, д).

Значительные погрешности зубчатых колес, возникшие после термической обработки, исправляют методом зубошлифования. Этот метод отделки обеспечивает получение высокой точности с малой шероховатостью поверхности зубьев и может быть использован при обработке цилиндрических и конических зубчатых колес.

Шлифование зубьев цилиндрических колес возможно копированием и обкаткой. Метод копирования по своей сущности соответствует зубонарезанию дисковой модульной фрезой. Эвольвентный профиль зуба воспроизводится абразивными кругами, имеющими профиль впадин обрабатываемого колеса.

Шлифование зубьев методом обкатки основано на принципе зацепления обрабатываемого колеса с зубчатой рейкой. При этом элементы воображаемой зубчатой рейки образованы абразивными инструментами. Так, рейку могут представить два абразивных круга, шлифующие торцы которых расположены вдоль сторон зубьев рейки. Элемент рейки может быть образован и одним абразивным кругом, заправленным по форме ее зуба. Для выполнения процесса шлифования методом обкатки осуществляют не только все движения указанной пары, находящейся в зацеплении, но и движения, необходимые для процесса резания. После обработки двух боковых поверхностей зубьев колесо поворачивается на величину углового шага (1/z). Движения резания и деления обеспечивает специальное устройство зубошлифовальных станков.

Результаты, получаемые при обработке зубчатых колес зубошлифованием, могут быть улучшены зубопритиркой. С ее помощью можно получать поверхности высокого качества, увеличивать плавность хода и долговечность работы зубчатой пары. Такой метод отделки применяют для закаленных зубчатых колес.

Притиры выполняют в виде зубчатых колес. В зацеплении в результате давления между зубьями притира и обрабатываемого колеса мелкозернистый абразив в смеси с маслом внедряется в более мягкую поверхность притира. Благодаря скольжению, возникающему между зубьями при вращении пары, зерна абразива снимают мельчайшие стружки с обрабатываемого колеса. При зубопритирке происходит искусственный износ материала колеса в соответствии с профилем зуба притира.

В ходе обработки притир и колесо, находящиеся в зацеплении, совершают возвратно-поступательное движение. Кроме того, притир совершает возвратно-поступательное перемещение вдоль своей оси, что обеспечивает равномерность обработки по всей ширине зуба. Наибольшее распространение получили схемы обработки тремя притирами. Такой метод увеличивает производительность обработки.

Зубопритирка может обеспечить более высокое качество обработки, чем зубошлифование, лишь в случае точного изготовления зубчатого колеса. Максимальный припуск, удаляемый притиркой, не должен превышать 0,05 мм.

Лекция 23. Обработка на шлифовальных станках и сборка соединений

Шлифование.

Шлифование - процесс обработки заготовок резанием с помощью инструментов (кругов), состоящих из абразивного материала.

Абразивные зерна расположены беспорядочно. При вращательном движении в зоне контакта с заготовкой часть зерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек (до 100000000 в мин.).

Процесс резания каждым зерном осуществляется мгновенно. Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов абразивных зерен и имеет малую шероховатость.

Шлифование применяют для чистовой и отделочной обработки деталей с высокой точностью.

Главным движением при шлифовании является вращение шлифовального круга, а перемещение круга относительно детали является движением подачи.

Различают следующие основные схемы шлифования: плоское, круглое, внутреннее (рис. 75).

При плоском шлифовании (рис. 75.а) возвратно-поступательное движение заготовок необходимо для обеспечения продольной подачи . Для обработки поверхности на всю ширину заготовка или круг должны иметь поперечную подачу , которая осуществляется прерывисто при крайних положениях заготовки в конце продольного хода. Периодически осуществляется движение вертикальной подачи , в крайних положениях заготовки в конце поперечного хода.

Плоское шлифование может осуществляться периферией или торцом шлифовального круга.

При круглом шлифовании (рис. 75.б) движение продольной подачи осуществляется возвратно-поступательным перемещением заготовки. Подача соответствует осевому перемещению заготовки за один ее оборот. Вращение заготовки является движением круговой подачи. Подача на глубину резания происходит при крайних положениях заготовки.

Движения, осуществляемые при внутреннем шлифовании показаны на рис. 75.в.

Для выполнения процесса шлифования наружных поверхностей деталей используются кругло-шлифовальные, плоскошлифовальные и бесцентрово-шлифовальные станки. Для обработки сложных фасонных поверхностей используются специальные ленто- шлифовальные станки.

В ленто-шлифовальных станках применяется инструмент в виде бесконечной абразивной ленты. Лента в процессе шлифования поверхности сложной формы (например, лопатки турбин) огибает сложную поверхность и перемещается в осевом и продольном направлениях.

Абразивный слой наносят на бумажную или тканевую основу ленты.

Шлифованием обрабатываются только жесткие детали, не формирующиеся в процессе обработки. Данный способ не допускает обработки малых отверстий.



Рис. 75. Основные схемы шлифования

Основы технологии сборки машин и механизмов.

Составными частями изделия являются группы, узлы и детали. Деталь - это часть изделия изготовленная без применения сборочных операций.

Узел - разъёмное или неразъёмное соединение из составных частей изделия.

Группа - узел, для которого целесообразна самостоятельная организация производства (участок или цех шасси автомобиля, рулевого управления.

В дополнение к этим стандартным составным частям изделия используются термины:

Подузел и подгруппа - они входят в состав узлов или групп. При этом если подгруппа является составной частью группы её называют подгруппой первого порядка. Если она входит в подгруппу первого порядка, то она считывается подгруппой второго порядка.

В машине или изделии различают конструктивные и сборочные элементы. Конструктивные элементы могут быть сборочными и наоборот. конструктивные элементы выделяются на основе назначения их в машине (механизм рулевого управления, механизм газораспределения).

Обязательным условием сборочных элементов является возможность осуществления сборки каждого из них независимо друг от друга.

Процесс комплектования сборочных элементов изображают в виде схем.

Для сложных машин с большим количеством деталей и узлов развёрнутая схема громоздка, поэтому применяют укрупненные схемы, на которые наносят обозначения групп, а также деталей, не входящих в группу (крепеж - выносят вверх).

Сборочной операцией называется законченная часть технологического процесса сборки, выполненная над данным узлом одним или несколькими рабочими на отдельном рабочем месте.

Часть операций, выполняемая над одним соединением при неизменном инструменте, называется переходом. Отдельное законченное действие рабочего в процессе сборки или подготовки к сборке называется элементом перехода.

Классификация соединений деталей.

Лекция 24. Методы обработки заготовок без снятия стружки. Изготовление деталей из композиционных материалов

Чистовая обработка пластическим деформированием.

Методы обработки без снятия стружки все больше применяют при изготовлении деталей машин в связи с их высокой производительностью, способностью создавать поверхность с малой шероховатостью и необходимые физико-механические свойства поверхностного слоя.

Формы заготовок в современном производстве должны приближаться к формам готовых деталей. Методами обработки без снятия стружки получают только те поверхности, которые будут сопрягаться с поверхностями других деталей. Представляется возможность отказаться от традиционных методов обработки резанием. Производство деталей упрощается, отходы практически отсутствуют.

Методы обработки основаны на использовании пластических свойств металлов, т. е. способности металлических заготовок принимать остаточные деформации без нарушения целостности металла. Отделочная обработка методами пластического деформирования сопровождается упрочнением поверхностного слоя, что очень важно для повышения надежности работы деталей. Детали становятся менее чувствительными к усталостному разрушению, повышаются их коррозионная стойкость и износостойкость сопряжений, удаляются риски и микротрещины, оставшиеся от предшествующей обработки. В ходе обработки шаровидная форма кристаллов поверхности металла может измениться, кристаллы сплющиваются в направлении деформации, образуется упорядоченная структура волокнистого характера. Поверхность заготовки принимает требуемые форму и размеры в результате перераспределения элементарных объемов под воздействием инструмента. Исходный объем заготовки остается постоянным.

В зоне обработки не возникает высокая температура. Поэтому в поверхностных слоях фазовые превращения не происходят.

Обработку без снятия стружки выполняют на многих металлорежущих станках, используя специальные инструменты. Созданы также особые станки, на которых наряду с резанием заготовки обрабатывают пластическим деформированием. Методы чистовой обработки используют для всех металлов, способных пластически деформироваться, но наиболее эффективны они для металлов с твердостью до НВ 280.

Обкатывание и раскатывание поверхностей.

Обкатыванием и раскатыванием отделывают и упрочняют цилиндрические, конические, плоские и фасонные наружные и внутренние поверхности.

Сущность этих методов состоит в том, что в результате давления поверхностные слои металла, контактируя с инструментом высокой твердости, оказываются в состоянии всестороннего сжатия и пластически деформируются. Инструментом являются ролики и шарики, перемещающиеся относительно заготовки. Микронеровности обрабатываемой поверхности сглаживаются путем смятия микровыступов и заполнения микровпадин.

Обкатывают, как правило, наружные поверхности, а раскатывают внутренние цилиндрические и фасонные поверхности. При обкатывании роликами основными параметрами режима упрочнения являются давление в зоне контакта с роликом, число его проходов, подача и скорость обкатывания. Глубину деформированного слоя определяет давление.

На рис. 76 показаны распространенные схемы обкатывания и раскатывания поверхностей. К вращающейся цилиндрической заготовке подводят закаленный гладкий ролик - обкатку (рис. 76, а), который под действием рабочего давления деформирует поверхность. Продольная подача позволяет обрабатывать всю заготовку. Аналогичным инструментом обрабатывают элементы заготовок, но с поперечной подачей (рис. 76, б). При раскатывании ролик-раскатку закрепляют на консольной оправке (рис. 76, в). Более совершенна конструкция инструмента с несколькими роликами (рис. 76, г).

Рис. 76. Схемы обкатывания и раскатывания поверхностей

Для обеспечения значительной однородности форм микронеровностей используют разнообразные конструкции инструментов, различающихся числом и формой деформирующих частей (роликов, шариков). Наилучшие результаты обеспечивают инструменты, на которые усилие передается через упругие элементы. Этим достигается постоянное усилие обработки в любой точке обрабатываемой поверхности. Усилие может регулироваться.

Для обработки поверхностей обкатыванием и раскатыванием чаще всего используют токарные или карусельные станки, применяя вместо режущего инструмента обкатки и раскатки. Суппорты обеспечивают необходимую подачу. Раскатки можно устанавливать в пиноли задних бабок. Глубокие отверстия раскатывают на станках для глубокого сверления.

Так как нагрев заготовок в местах контакта с инструментом незначителен, охлаждения не требуется. Для уменьшения трения используют смазывание веретенным маслом или керосином.

Обкатыванием и раскатыванием лишь в незначительной степени исправляют погрешности предшествующей обработки. Поэтому предварительная обработка заготовок должна быть точной с учетом смятия микронеровностей и изменения окончательного размера детали. Решающее значение в достижении необходимого качества поверхностного слоя имеет давление на поверхность. Чрезмерно большое давление также, как и большое число проходов инструмента, разрушает поверхность и может привести к отслаиванию ее отдельных участков.

Алмазное выглаживание.

Малой шероховатости поверхности и ее упрочнения можно достичь алмазным выглаживанием. Сущность этого метода состоит в том, что оставшиеся после обработки резанием неровности поверхности выглаживаются перемещающимся по ней прижатым алмазным инструментом. Алмаз, закрепленный в державке, не вращается, а скользит с весьма малым коэффициентом трения. Рабочая часть инструмента выполнена в виде полусферы, цилиндра или конуса. Чем тверже обрабатываемый металл, тем меньше радиус скругления рабочей части алмаза.

Преимущества алмазного выглаживания состоят в повышении эксплуатационных свойств обработанных поверхностей, снижении шероховатости поверхности, отсутствии переноса на обрабатываемую поверхность посторонних частиц, возможности обработки тонкостенных деталей и деталей сложной конфигурации, простоте конструкции выглаживателей.

Заготовки обрабатывают на токарных станках. Державку с подпружиненным наконечником с алмазом устанавливают в резцедержателе вместо резца. Движения заготовки и инструмента аналогичны движениям заготовки и инструмента при обтачивании.

Силы прижатия алмаза к обрабатываемой поверхности сравнительно малы и колеблются в интервале 50-300 Н. Процесс выглаживания ведут со смазыванием веретенным маслом, что примерно в 5 раз уменьшает износ алмаза по сравнению с износом при выглаживании всухую. Применение керосина или эмульсии приводит к интенсивному износу алмаза. Число проходов инструмента не должно быть более двух.

Калибровка отверстий.

Калибровкой повышают точность отверстий и получают поверхности высокого качества. Метод характеризуется высокой производительностью.

Сущность калибровки сводится к перемещению в отверстии с натягом жесткого инструмента. Размеры поперечного сечения инструмента несколько больше размеров поперечного сечения отверстия. При этом инструмент сглаживает неровности, исправляет погрешности, упрочняет поверхность.

Простейшим инструментом служит шарик, который проталкивается штоком (рис. 77, а). Роль инструмента может выполнять также оправка - дорн (рис. 77,б), к которому прикладывается сжимающая или растягивающая (рис. 77, в) сила. Заготовки обрабатывают за один или несколько ходов инструмента.

Рис. 77. Схемы калибровки отверстий

Заготовки обрабатывают с малыми или большими натягами. В первом случае зона пластической деформации не распространяется на всю толщину детали. Так обрабатывают толстостенные заготовки. Во втором случае зона пластической деформации охватывает всю деталь. Этот вариант обработки используют для тонкостенных деталей, что существенно повышает их точность.

Шарики, как инструмент, не обеспечивают оптимальных условий деформирования и имеют малую стойкость. Калибрующие оправки выполняют одноэлементными, многоэлементными или сборными. Каждый из элементов - поясков имеет свой размер. Деформирующие элементы изготовляют из твердого сплава или стали, закаленных до высокой твердости.

В качестве смазочного материала для сталей и бронз применяют сульфофрезол. для чугунов - керосин. Разработаны специальные смазочные материалы, обеспечивающие жидкостное трение. Они снижают рабочее усилие, способствуют повышению качества поверхности, увеличивают точность обработки и стойкость инструмента.

Отверстия калибруют на прессах (рис. 77, а, б) или горизонтально-протяжных станках (рис. 77, в). Для правильного взаимного расположения инструмента и заготовки обычно применяют самоустанавливающиеся приспособления с шаровой опорой. Заготовку не закрепляют.

Вибронакатывание.

Для повышения износостойкости деталей машин на поверхностях трения целесообразно выдавливать слабозаметные, прилегающие друг к другу канавки. В канавках скапливаются смазочный материал и мелкие частицы, образовавшиеся в процессе изнашивания. Канавки образуются вибронакатыванием.

Упрочняющему элементу - шару или алмазу, установленному в резцедержателе токарного станка, помимо обычного движения s_пp (рис. 78) специальным устройством сообщают дополнительные движения Дs с относительно малой амплитудой. Изменяя v, s_пp, амплитуду и частоту колебаний, можно на обрабатываемой поверхности получить требуемый рисунок. Распространение получили рисунки с непересекающимися канавками, с неполностью пересекающимися и со сливающимися канавками. Возможно также вибронакатывание внутренних и плоских поверхностей.

...