Обработка металла

Токарная обработка

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

17.1. Общие сведения

Чтобы повысить производительность и качество токарной обработки, рациональнее использовать рабочее время токаря и повысить эффективность его труда, проводят постоянную работу по автоматизации и механизации токарных станков. Автоматизация — это процесс создания приборов, механизмов и устройств, которым частично или полностью передаются функции управления станком и контроля качества обработки деталей. М е-ханизация — это оснащение станка устройствами, которые облегчают труд токаря и освобождают его от выполнения физически тяжелых, трудоемких и утомительных работ. Технические средства автоматизации и механизации токарного станка схематически представлены на 17.1.

К средствам механизации относят транспортные средства, зажимные устройства (самозажимные поводковые патроны, патроны с пневмо- или гидрозажимом, заднюю бабку с гидро- или пневмоприводом пиноли), механизированный привод подач резцовых салазок, задней бабки, а также гидросуппорт (17.2), который позволяет обрабатывать заготовки по копиру, закрепляемые в центрах и в патроне, по наружным и внутренним поверхностям.

Гидросуппорт устанавливают вместо обычного суппорта. Задающим движением для суппорта является продольная (для обработки наружных или внутренних поверхностей) или поперечная (при обработке торцовых поверхностей) подача. Копир 15 устанавливают на неподвижной поверхности станка профилем вдоль обрабатываемой поверхности. Масло от насоса/с мотором М по гибкому шлангу 2 подается в полость 3 цилиндра 4, из которой по калиброванному отверстию в поршне 5 перетекает в полость 6. Поршень 5 крепится к неподвижным салазкам суппорта. Так как площадь поршня 5 в полости 3 в два раза меньше площади поршня 5 в полости 6, то при одинаковом давлении масла в обеих полостях суппорт 16 будет подведен к линии центров. Давление масла в полости 6 регулируется золотником 10 гидрораспределителя 8, который под действием пружины 11 стремится перекрыть канал 7; при этом штоком 12 и рычагом 13 наконечник 14 щупа прижимается к копиру 15. При движении по копиру наконечника 14 рычаг 13 сжимает пружину И и изменяет проходное сечение для выхода масла из полости 6 в сливную магистраль 9. При этом давление в полости 6 будет падать при сохранении давления в полости 3, что сместит суппорт 4 в направлении от оси центров и относительно неподвижного поршня 5.  Вместе с суппортом 4 переместится корпус гидрораспределителя 8 и приведет систему в равновесие.

К средствам автоматизации можно отнести устройства управления (датчики, кулачки, ограничители, конечные выключатели, упоры) и измерения, загрузочные устройства, устройства уборки стружки, действие которых скоординировано с работой станка и требует вмешательства рабочего только при наладке станка или при подналадке в процессе работы.

Упор, устанавливаемый на направляющих станка (17.3), состоит из корпуса /, прикрепляемого к станине планкой 2 и болтами 3 и 4. На нужный размер упор устанавливают винтом 6 со шкалой, а в заданном положении закрепляют гайкой 5. Упоры применяют для переключения или отключения продольной или поперечной подачи рабочего органа станка.

При обслуживании станка применяют различные загрузочные устройства для сортового материала (прутков, труб, проволоки и т. п.) и штучных заготовок (поковок, штамповок, отливок). Загрузочные устройства для штучных за-

готовок в зависимости от степени автоматизации делят на механизированные (подъемно-транспортное оборудование), полуавтоматические (магазинные устройства), автоматические (бункерные устройства, роботы-манипуляторы).

Подъемно-транспортное оборудование включает различные устройства для механизации установки и съема, транспортирования и складирования заготовок. К ним относят мостовые краны, кран-балки, тельферы, консольные краны и т. п. При более высоких темпах загрузки заготовок (тяжелых) могут быть применены цепные, ленточные, роликовые (рольганги), подвесные цепные и шаговые конвейеры и т. д. Для транспортирования заготовок

и готовых деталей применяют специальную тару и стеллажи, которые перемещают на склад или к металлорежущему станку посредством электрокары, погрузчика, штабелера и другого цехового транспорта.

Полуавтоматические загрузочные устройства предназначены для быстрой загрузки станков заготовками небольшой массы. В зависимости от формы заготовок, темпа загрузки и других факторов магазины выполняют лотковыми, трубчатыми, цепными, секционными и т. д. Загрузочные устройства этого типа состоят в основном из магазина М, предназначенного для создания запаса заготовок, отсекателя ОТС и питателя Я (17.4, а-е). Отсекатели служат для отделения одной или нескольких заготовок от общего потока. Их конструкции (17,5, а—е) зависят в основном от формы заготовок и поэтому отличаются большим разнообразием. Управление отсекателями осуществляется от станка. Питатели служат для подачи заготовок в рабочую зону. Они бывают шиберного, маятникового, револьверного и других типов.

Роботы-манипуляторы облегчают труд рабочего-оператора при обслуживании отдельного станка или группы станков; их применяют для установки и снятия заготовок, для контроля деталей в процессе обработки и выполнения других операций.

На 17.6 показано магазинное загрузочное устройство токарного станка. На кронштейне 2, установленном на передней бабке 12, закреплен лоток /. Заготовку по направляющей 3 в самозажимный кулачковый патрон // подает питатель 5, установленный на шлицевом валу 9, который может поворачиваться в опорах кронштейна 10. При повороте питателя 5 влево для загрузки станка тяга 8 под действием пружины 7 перемещается вправо, так как упор 6 не ограничивает ее перемещение, и зажимает заготовку рычагом 4, который поворачивается на оси О. От выпадения деталь удерживается верхней частью питателя 5. После установки детали в патроне питатель 5 перемещается вправо, а тяга 8, упираясь одним концом в упор 6, поворачивает другим концом рычаг 4 на оси О против часовой стрелки для поступления очередной детали из магазина.

В условиях серийного производства деталей эффективно использование а в-т о матов и полуавтоматов, обрабатывающих детали типа втулок, колец, валов, включая контроль их размеров, автоматически, без участия рабочего, который следит за исправной работой автомата, периодически загружает его заготовками и контролирует качество обработки.

Обработка деталей на полуавтомате производится с участием рабочего, который производит смену заготовки, пуск станка, измерение обработанной детали и др.

Токарные автоматы и полуавтоматы в зависимости от ориентации оси шпинделя подразделяют на горизонтальные и вертикальные, в зависимости от количества шпинделей — на одношпиндельные и многошпиндельные, в зависимости от применяемой заготовки (пруток, труба, поковка, отливка, штамповка и др.) — на прутковые и патронные.

Автоматы и полуавтоматы, связанные между собой транспортными и загрузочными устройствами, образуют автоматизированные участки (если имеется возмож-

ность переналадки на обработку другой детали) или автоматическую линию (если такая возможность практически отсутствует) .

17.2. Токарные станки специального назначения

Винторезные токарные

станки в отличие от токарно-винторез-ных предназначены только для нарезания резьбы на деталях, которые изготовляют в большом количестве, причем требования к ним по точности резьбы выше тех, которые можно обеспечить на обычных токар-но-винторезных станках. Поэтому конструкции винторезных станков должны иметь повышенные точность и жесткость; станина их выполнена жесткой и монолитной, а передняя бабка имеет повышенную жесткость; шпиндель смонтирован на подшипниках скольжения или качения повышенной жесткости и точности; суппорт выполнен без верхней поворотной части, каретка его имеет удлиненные направляющие; ходовой винт большого диаметра смонтирован на роликоподшипниках и размещен внутри станины между направляющими,   что   исключает   перекосы

каретки суппорта при движении по направляющим станка.

Кроме того, на станке имеются корректирующие устройства (линейки), компенсирующие неравномерность тепловой деформации ходового винта, погрешности его изготовления и др. Повышение точности и жесткости винторезной кинематической цепи достигается также сокращением числа звеньев. Например, в станке отсутствует коробка подач, а настройку его винторезной цепи на шаг нарезаемой резьбы выполняют гитарой сменных зубчатых колес. На станке также предусмотрен автоматизированный цикл нарезания резьбы.

Токарные гидрофицированные полуавтоматы предназначены для многорезцовой и копировальной обработки, быстроходны, мощны и высокопроизводительны, их широко применяют в условиях серийного и массового производства.

Многорезцовые токарные полуавтоматы могут иметь один или два шпинделя и от двух до четырех суппортов. Одношпиндельные многорезцовые полуавтоматы могут быть центровыми и патронными, а двухшпиндельные — патронными. На 17.7 показана настройка

центрового полуавтомата на обработку ступенчатого вала. В переднем суппорте закреплены проходные резцы /—5, которые, перемещаясь с продольной подачей, обрабатывают наружные поверхности, а резцы б—8, закрепленные в заднем суппорте, перемещаясь с поперечной подачей, обрабатывают канавки, подрезают торцы и снимают фаски.

Токарные       гидрокопиро-

вальные одношпиндельные полуавтоматы предназначены для изготовления деталей сложного профиля с цилиндрическими, коническими и фасонными поверхностями. Особенность этих полуавтоматов состоит в том, что они оснащены верхним гидрокопировальным суппортом, который расположен над деталью, установленной в центре станка. Обработка фасонного профиля ведется одним резцом, воспроизводящим на детали фасонный профиль шаблона, по которому перемещается щуп гидрокопировального суппорта. Резцами, установленными на нижних суппортах, производят подрезку торцов, протачивание канавок и др. Все суппорты станка осуществляют автоматизированные циклы рабочих и холостых движений, которые выполняются в определенной последовательности. Окончание обработки     одним     суппортом     служит

командой для включения в работу другого суппорта. Управление полуавтоматом производится прикрепленным к кареткам суппортов кулачками, которые при движении вместе с суппортами нажимают на конечные выключатели и выполняют необходимые переключения. Для сокращения цикла обработки, а также переналадки и настройки на другую деталь полуавтоматы оснащены системами числового программного управления.

17.3. Одношпиндельные токарные автоматы

Одношпиндельные токарные автоматы по способу обработки подразделяют на фасонно-отрезные, продольного точения и токарно-револьверные.

Фасонно-отрезные автоматы предназначены для изготовления коротких деталей диаметром до 25 мм. Заготовкой является пруток или проволока, свернутая в бунт. Работа автомата начинается с установки упора 3 по оси шпинделя станка и подачи прутка или проволоки до упора (17.8). Затем упор 3 отводится в исходное положение. Обработка детали 2 производится врезной подачей фасонного резца суппортом 4. 06-

работанная деталь отрезается резцом, установленным в отрезном суппорте 1. Фасонно-отрезные автоматы могут иметь до пяти радиально расположенных суппортов, оснащенных отрезными и фасонными резцами с врезанием поперечной подачей. Кроме того, фасонно-отрезные автоматы могут быть оснащены дополнительным шпинделем, который расположен по оси прутка, имеющим вращательное и поступательное движение, что позволяет сверлить, нарезать резьбу и др.

На автоматах продольного точения (17.9) обработка заготовок из прутка 18 производится осевым перемещением шпиндельной бабки 12 при неподвижных режущих инструментах или при совмещенном радиальном перемещении инструмента в суппортах 1, 2, 3, 4, 5. Сложение этих движений позволяет изготовлять детали сложного профиля — ступенчатые валики, детали со сферической поверхностью и др. Всего на вертикальных суппортах автоматов можно установить до пяти резцов для обработки наружной и внутренней поверхностей. 1 о-ризонтальные суппорты 1 к 2 установлены на балансире 6, который может качаться на оси 7. При вращении кулачка 9 упор 10, прижимаясь пружиной 8, поворачивает балансир 6 и перемещает суппорты 1 и 2 относительно оси шпинделя. Особенностью конструкции автоматов продольного точения является наличие лю-нетной втулки 13, которая служит опорой для обрабатываемой заготовки. Близкое расположение режущего инструмента 15 к люнетной втулке позволяет производить обработку с минимальной деформацией от сил резания и высокой точностью на длине, равной 20—30 диаметрам детали.

После отрезки готовой детали резец 14 не отводится, а используется в качестве упора для подаваемого прутка. После отрезки детали зажимная цанга/7 разжимается, а пруток перемещается грузом 17 через штангу 16 до упора в резец 14. После разжима цанги // бабка 12 отводится от люнетной втулки 13 на рабочий ход; затем цанга зажимается, резец 14 отводится и цикл обработки повторяется.

Одношпиндельные автоматы продольного точения позволяют производить посредством пяти суппортов многоинструментальную обработку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, а также прорезку канавок и подрезку торцов из прутков диаметром до 16 мм. Технологические возможности автоматов продольного точения значительно расширяются с использованием различных приспособлений.

Токарно-револьверные одношпиндельные автоматы центрового полуавтомата на обработку ступенчатого вала. В переднем суппорте закреплены проходные резцы /—5, которые, перемещаясь с продольной подачей, обрабатывают наружные поверхности, а резцы 6—8, закрепленные в заднем суппорте, перемещаясь с поперечной подачей, обрабатывают канавки, подрезают торцы и снимают фаски.

Токарные       гидрокопиро-

вальные одношпиндельные полуавтоматы предназначены для изготовления деталей сложного профиля с цилиндрическими, коническими и фасонными поверхностями. Особенность этих полуавтоматов состоит в том, что они оснащены верхним гидрокопировальным суппортом, который расположен над деталью, установленной в центре станка. Обработка фасонного профиля ведется одним резцом, воспроизводящим на детали фасонный профиль шаблона, по которому перемещается щуп гидрокопировального суппорта. Резцами, установленными на нижних суппортах, производят подрезку торцов, протачивание канавок и др. Все суппорты станка осуществляют автоматизированные циклы рабочих и холостых движений, которые выполняются в определенной последовательности. Окончание обработки     одним     суппортом     служит

командой для включения в работу другого суппорта. Управление полуавтоматом производится прикрепленным к кареткам суппортов кулачками, которые при движении вместе с суппортами нажимают на конечные выключатели и выполняют необходимые переключения. Для сокращения цикла обработки, а также переналадки и настройки на другую деталь полуавтоматы оснащены системами числового программного управления.

17.3. Одношпиндельные токарные автоматы

Одношпиндельные токарные автоматы по способу обработки подразделяют на фасонно-отрезные, продольного точения и токарно-револьверные.

Фасонно-отрезные автома-т ы предназначены для изготовления коротких деталей диаметром до 25 мм. Заготовкой является пруток или проволока, свернутая в бунт. Работа автомата начинается с установки упора 3 по оси шпинделя станка и подачи прутка или проволоки до упора (17.8). Затем упор 3 отводится в исходное положение. Обработка детали 2 производится врезной подачей фасонного резца суппортом 4. 06-

работанная деталь отрезается резцом, установленным в отрезном суппорте /. Фасонно-отрезные автоматы могут иметь до пяти радиально расположенных суппортов, оснащенных отрезными и фасонными резцами с врезанием поперечной подачей. Кроме того, фасонно-отрезные автоматы могут быть оснащены дополнительным шпинделем, который расположен по оси прутка, имеющим вращательное и поступательное движение, что позволяет сверлить, нарезать резьбу и др.

На автоматах продольного точения (17.9) обработка заготовок из прутка 18 производится осевым перемещением шпиндельной бабки 12 при неподвижных режущих инструментах или при совмещенном радиальном перемещении инструмента в суппортах 1, 2, 3, 4, 5. Сложение этих движений позволяет изготовлять детали сложного профиля — ступенчатые валики, детали со сферической поверхностью и др. Всего на вертикальных суппортах автоматов можно установить до пяти резцов для обработки наружной и внутренней поверхностей. 1 о-ризонтальные суппорты 1 и 2 установлены на балансире 6, который может качаться на оси 7. При вращении кулачка 9 упор 10, прижимаясь пружиной 8, поворачивает балансир 6 и перемещает суппорты 1 и 2 относительно оси шпинделя. Особенностью конструкции автоматов продольного точения является наличие лю-нетной втулки 13, которая служит опорой для обрабатываемой заготовки. Близкое расположение режущего инструмента 15 к люнетной втулке позволяет производить обработку с минимальной деформацией от сил резания и высокой точностью на длине, равной 20—30 диаметрам детали.

После отрезки готовой детали резец 14 не отводится, а используется в качестве упора для подаваемого прутка. После отрезки детали зажимная цанга 11 разжимается, а пруток перемещается грузом 17 через штангу 16 до упора в резец 14. После разжима цанги 11 бабка 12 отводится от люнетной втулки 13 на рабочий ход; затем цанга зажимается, резец 14 отводится и цикл обработки повторяется.

Одношпиндельные автоматы продольного точения позволяют производить посредством пяти суппортов многоинструментальную обработку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, а также прорезку канавок и подрезку торцов из прутков диаметром до 16 мм. Технологические возможности автоматов продольного точения значительно расширяются с использованием различных приспособлений.

Токарно-револьверные одношпиндельные автоматы

предназначены для изготовления деталей из прутка диаметром до 40 мм и оснащены тремя или четырьмя поперечными суппортами и шестипозиционной револьверной головкой с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной оси шпинделя станка. Суппорты работают с поперечной врезной подачей, а револьверная головка — с продольной. Токарно-револьверные одношпиндельные автоматы позволяют производить обработку деталей более сложного профиля, чем фасонно-отрезные автоматы.

17.4. Многошпиндельные автоматы

Для обработки заготовок диаметром свыше 20 мм в серийном производстве используют горизонтальные и вертикальные многошпиндельные автоматы. Горизонтальные многошпиндельные автоматы могут быть четырех- и шестишпиндельными (реже пяти- и восьмишпиндельными).

Шпиндели предназначены для закрепления обрабатываемых прутков и получают вращение от одного привода (17.10, б). Шпиндели располагаются (17.10, а) в барабане параллельно горизонтальной оси его вращения. Шпиндельный барабан имеет фиксированные положения, соответствующие числу шпин-

делей, что позволяет последовательно менять их позиции. Число поперечных суппортов соответствует числу шпинделей в барабане. Подвод и отвод инструмента суппортами производится при повороте кулачков распределительного вала, который расположен над шпиндельным барабаном.

Многошпиндельные автоматы имеют продольный суппорт, который представляет собой каретку с числом граней, соответствующих числу шпинделей. Каретка расположена на одной оси со шпиндельным барабаном. По каждой грани каретки перемещаются суппорты с инструментом. Управляются суппорты от кулачков распределительного вала. Изменение хода суппортов производится изменением длины плеч рычагов. В некоторых продольных суппортах размещаются инструментальные шпиндели, которые имеют самостоятельное вращательное движение для сверления отверстий, нарезания резьбы и др.

Наладка шестишпиндельного автомата приведена на 17.11. На позиции / шпиндельного барабана обтачивание шестигранного прутка по наружной поверхности и наружной фаски производится поперечными суппортами, а сверление — продольным суппортом; на позиции 2 производится сверление, подрезание

торца и растачивание внутренней фаски; на позиции 3 — досверливание отверстия и обтачивание наружной поверхности; на позиции 4 — зенкерование отверстия и обтачивание наружной поверхности; на позиции 5 — растачивание канавки; на позиции 6 — нарезание внутренней резьбы и отрезка готовой детали. Наружные поверхности могут обрабатываться режущими инструментами, установленными на продольных и на поперечных суппортах. Нарезание резьб выполняется изменением частоты вращения плашки или метчика, которые вращаются в том же направлении, что и заготовка. При вращении инструмента с частотой вращения большей, чем частота вращения заготовки, происходит нарезание резьбы. По окончании нарезания резьбы частота вращения инструмента становится меньше, чем частота вращения заготовки, происходит свинчивание инструмента. Использование инструментальных шпинделей позволяет устанавливать нужную скорость резания в зависимости от диаметра сверла, развертки и другого инструмента, отличную от скорости вращения заготовки.

Технологический процесс разрабатывается таким образом, чтобы время обработки на всех позициях было по возможности одинаковым. Машинное время цикла равно времени наиболее продолжительной обработки на одной из позиций.

В патронном исполнении при обработке штучных заготовок (штамповок, отливок и т. п.) по приведенному выше автоматическому циклу многошпиндельный автомат   может   работать   как   полуавтомат.

В этом случае после окончания обработки станок останавливают и производят вручную замену готовой детали заготовкой.

17.5. Токарно-затыловочные станки

Токарно-затыловочные станки предназначены для затылования фрез (червячных, дисковых, фасонных) и других инструментов с помощью резца или шлифовального круга. Кроме того, на этих станках можно нарезать метрическую, дюймовую и модульную резьбы. Конструктивно токарно-затыловочный станок аналогичен токарно-винторезному.

Каждый зуб фрезы представляет собой резец, который имеет все параметры режущих кромок, характерные для токарных резцов. Кроме того, у фасонных фрез каждый зуб может иметь определенную форму профиля, которая должна сохраниться при переточках. В этом случае зубья фасонных фрез затачивают, как и фасонные резцы, по передней поверхности, а чтобы сохранить профиль зубьев и требуемые задние углы при переточках, производят затылование зубьев. Затыло-вание производится резцом, который при равномерном вращении фрезы в центрах станка равномерно перемещается в радиальном направлении, начиная от вершины зуба фрезы, по заданной поверхности, образуя нужный профиль.

Зная задний угол а, диаметр D и число z зубьев фрезы, можно определить величину затылования К, т. е. радиальное перемещение резца (17.12, а, б): К = = tp,D/z)tg а- В качестве кривой затылования принята архимедова спираль. Для затылования фрезы необходимо, чтобы ре-

зец (17.13, а—г) за один оборот шпинделя станка совершил столько же двойных ходов, сколько зубьев у фрезы. После каждого полного оборота шпинделя, а следовательно, и обрабатываемой фрезы производится подача суппорта с резцом в направлении фрезы.

17.14. Схема механизма для изменения хода затылования

Затылование зубьев фрезы обеспечивается специальным механизмом, соединенным с поперечными салазками суппорта (17.14). Изменение хода затылования от 0 до 18 мм регулируется изменением положения камня 5 с опорой 4 относительно оси 3 качания рычага 2. Перемещение камня 5, связанного с поперечными салазками суппорта 6, производится винтом 7. При перемещении камня 5 вправо увеличиваются плечо рычага 2 и ход за-

тылования суппорта с инструментом, и наоборот. При этом амплитуда качания рычага 2 от кулачка / остается постоянной, но профиль кулачка обеспечивает плавную подачу резца при резании и быстрый его отвод в конце хода.

После установки фрезы в центрах станка резец закрепляют в резцедержателе. Затылование может выполняться также комплектом из двух-трех резцов. При этом один из них имеет режущую кромку параллельную оси шпинделя. Этим резцом обрабатывают верхнюю затылованную часть фрезы. Установку режущей кромки этого резца выполняют по контрольной оправке. Чтобы проверить правильность установки резца, нужно на обработанные места двух соседних зубьев наложить лекальную линейку. Если между обработанной поверхностью зубьев и линейкой не будет зазора, то резец установлен правильно. Другой резец имеет две главные режущие кромки, у которых угол при вершине равен углу впадины обрабатываемой фрезы. Установку такого резца производят по шаблону. Тыльную сторону шаблона следует прижать к контрольной оправке, установленной в центрах станка. При этом рабочая сторона шаблона должна плотно прилегать к двум главным режущим кромкам резца. После пробной обработки боковой поверхности зуба фрезы проверяют обработанный профиль зуба шаблоном, принимая за базу наружную затылованную   поверхность   зуба.   После

окончания обработки одной боковой поверхности зуба, не изменяя положения резца, подводят его к противоположной стороне соседнего зуба и производят окончательную обработку впадины фрезы. Если необходимо установить другой боковой резец, то применяют тот же способ установки, что и для первого бокового резца. Для шлифования зубьев червяных и других фрез на станке вместо резцедержателя устанавливают шлифовальное устройство. Шлифовальный круг правится специальным устройством по форме шлифуемых зубьев. Затем круг устанавливают на угол винтовой линии и подводят к обра-

батываемой поверхности фрезы. Последовательность обработки и измерения зубьев фрезы в процессе шлифования та же, как и при обработке резцами.