Обработка металла

Токарная обработка

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

3.1. Классификация приспособлений

Назначение приспособлений. Приспособления предназначены для расширения технологических возможностей станков, повышения их производительности и точности при обработке заготовок и облегчения условий работы на станке. По назначению приспособления для токарных станков можно разделить на три группы:

для закрепления обрабатываемых заготовок;

для закрепления режущего инструмента (вспомогательный инструмент);

специальные приспособления, расширяющие технологические возможности станков, т. е. позволяющие производить не свойственные им работы (фрезерование, сверление нескольких отверстий и т. д.).

Приспособления для закрепления режущего инструмента и заготовок должны обеспечивать быструю установку, надежность и правильность закрепления. Эти устройства должны быть удобны и безопасны в работе.

Приспособления, вспомогательный и режущий инструменты составляют технологическую оснастку станка.

Основные конструктивные элементы приспособлений. Деталь, закрепленная в приспособлении, должна быть лишена подвижности от начала до конца обработки. Требуемое неподвижное положение обеспечивается установочными и зажимными элементами, между которыми деталь устанавливается и закрепляется. Установочные элементы называют опорами, которые делят на основные и вспомогательные.

Основными называют неподвижные опоры (постоянные, регулируемые и плавающие), координирующие обрабатываемую деталь в приспособлении в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

В качестве постоянных опор при установке заготовок применяют опорные штыри (3.1, а—д). Регулируемые и плавающие опоры используют при установке заготовок на необработанные или грубо-обработанные поверхности, чтобы уменьшить деформацию нежестких заготовок (3.2).

Когда деталь устанавливают в приспособлении по необработанным и неточным поверхностям и если она может принять неправильное или неустойчивое положение, в местах приложения сил резания и сил зажима применяют вспомогательные (подвижные) опоры, которые подводят к детали  после того,  как деталь займет определенное положение на основных опорах. Число вспомогательных опор определяется конфигурацией и жесткостью обрабатываемой детали, направлением приложения сил резания и зажима.

Зажимные устройства, закрепляя заготовку в приспособлении, обеспечивают прилегание ее базовых поверхностей к основным и вспомогательным опорам приспособления с силой, способной противодействовать силам резания.

3.2. Регулируемая   (а)   и  плавающая  (б) опоры

Заготовки с наружной цилиндрической поверхностью могут закрепляться в призмах, втулках и кольцах, а с внутренней цилиндрической поверхностью — на оправках и установочных пальцах. Наиболее часто применяют в приспособлениях винтовые зажимные устройства, которые отличаются простотой конструкции, надежностью, универсальностью и самоторможением.

3.2. Кулачковые патроны

На токарных станках применяют двух-, трех- и четырехкулачковые патроны. В двухкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют различные фасонные отливки и поковки, причем кулачки таких патронов часто предназначены для закрепления только одной детали. В трех-кулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют детали круглой и шестигранной формы или круглые прутки большего диаметра. В четырехкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляются прутки квадратного сечения, а в патронах с индивидуальной регулировкой кулачков — детали прямоугольной или несимметричной формы. Кулачковые патроны выполняются с ручным и механизированным приводом зажимов.

3.3. Трехкулачковый  самоцентрирующийся патрон

Наиболее распространен с а м о ц е н-трирующий трех кулачковый патрон (3.3, а, б). Кулачки/, 2, 3 перемещаются одновременно по спирали на диске 4, в витки которой заходят кулачки нижними выступами. На обратной стороне диска нарезано коническое колесо, сопряженное с тремя коническими зубчатыми колесами 5. При повороте ключом одного из колес 5 поворачивается диск 4, который с помощью спирали перемещает одновременно и равномерно все три кулачка по пазам корпуса 6 патрона. В зависимости от направления вращения колес 5 кулачки приближаются или удаляются от центра, соответственно зажимая или освобождая деталь. Кулачки изготовляют обычно трехступенчатыми, для повышения износостойкости их закаливают. Различают кулачки для закрепления заготовок по внутренней и наружной поверхностям.  При  закреплении  заготовки  по

внутренней поверхности заготовка должна иметь отверстие, в котором могут разместиться кулачки.

Кулачковые патроны с механизирован

ным приводом зажимов могут оснащаться

тяговым или встроенным приводом. Пат

роны с тяговым приводом имеют зажим

ные элементы, связанные тягами с пневма

тическим, гидравлическим или каким-либо

другим приводом. На 3.4 представле

на конструкция д в у х к у л а ч к о в о г о

рычажного патрона со сменными

кулачками 14, предварительная установка

которых по детали (относительно оси вра

щения)            осуществляется         сухаря

ми 12 и винтами 13 по пазам в ползу

нах 11. Ползуны /У перемещаются к цент

ру патрона рычагами 10, которые, опира

ясь поверхностями 7 в ползуны, пово

рачиваются вокруг оси 9 в корпусе 8 при

перемещении упора 15 вместе с тягой 3.

Разведение кулачков 14 производится ко

нической поверхностью упора 15 при об

ратном движении тяги 3 вместе с направ

ляющей втулкой 6, соединенных деталя

ми 2, 4 и 5. Патрон крепится к станку

винтами /.

Патрон с встроенным пневматическим приводом (3.5) имеет встроенный пневмоцилиндр 6 с поршнем 5 и крепится к станку фланцем /. Резиновое кольцо 11 смягчает удары поршня о фланец 4. Уплотнительные'кольца 10 и 12 обеспечивают герметичность. Ползуны 7 с зажимными кулачками 8 имеют выступы 9, которые входят в пазы по-. ршня 5. Угол наклона пазов составляет 40° 30', что обеспечивает условия самоторможения. При подаче воздуха по каналам 2 и 3 в левую или правую полость цилиндра ползуны 7 перемещаются и производят разжим или зажим заготовки.

Ч е т ы р е х к у л а ч к о в ы й патрон с независимым перемещением кулачков применяют преимущественно для закрепления и обработки деталей некруглой и несимметричной формы. Четырехку-лачковый патрон с независимым перемещением кулачков (3.6) состоит из корпуса /, в котором выполнены четыре паза, в каждом пазу смонтирован кулачок 4 с винтом 3 для независимого перемещения кулачков по пазам в радиальном направлении.      От     осевого     смещения

винт 3 удерживается сухарем 2. Кулачки могут быть повернуты на 180° для закрепления заготовок деталей по внутренней или наружной поверхности. На передней поверхности патрона нанесены концентричные риски (расстояние между ними 10—15мм), которые позволяют выставить кулачки на одинаковом расстоянии от центра патрона.

3.3.  Центры. Хомутики

Центры. В зависимости от формы и размеров обрабатываемых деталей применяют центры различных типов (3.7, а—е). Угол при вершине рабочей части центра (3.7, а) обычно равен 60°. Конические поверхности рабочей и хвостовой части центра не должны иметь забоин, так как это приводит к погрешностям при обработке деталей. Диаметр опорной части 3 меньше меньшего диаметра хвостовой части конуса. Это позволяет выбирать центр из гнезда без повреждения конической поверхности хвостовой части.

Центр, показанный на 3.7, б, служит для установки заготовок диаметром до 4 мм. У таких заготовок вместо центровых отверстий имеются наружные конические поверхности с углом при вершине 60°, который входит во внутренний конус центра, названный обратным. Если необходимо подрезать торец заготовки, применяют срезанный центр (3.7, в), который устанавливают только в пи-ноль задней бабки.

Центр со сферической рабочей частью (3.7, г) применяют в тех случаях, когда требуется обработать заготовку, ось которой не совпадает с осью вращения шпинделя станка.

Центр с рифленой рабочей п о-верхностью рабочей части (3.7, д) используют при обработке заготовок с большим центровым отверстием без поводкового патрона.

В процессе обработки детали в центрах передний центр вращается вместе с ней и служит только опорой, а задний центр при этом неподвижен. Вследствие нагрева при вращении он теряет.твердость и интенсивно изнашивается. Поэтому задний центр изготовляют из углеродистой стали с твердосплавной рабочей частью (3.7, г). При обработке с большими скоростями и нагрузками применяют задние вращающиеся центры (3.8). В хвостовой части 4 центра на опорах качения 2, 3, 5 вращается ось, на конце которой выполнена рабочая часть 1 центра

Хомутики. Они предназначены для передачи вращения обрабатываемой детали, установленной в центрах станка. Хомутик надевают на обрабатываемую деталь и закрепляют винтом 1. Хвостовиком 2 хомутик упирается в палец поводкового патрона (3.9, а).

Более удобны в работе самозатягивающиеся хомутики. В таком хомутике хвостовик 2 закреплен в корпусе 5 подвижно на оси 4. Нижняя часть хвостовика 2, обращенная к детали, выполнена эксцентрично по отношению к оси 4 и имеет насечку (3.9, б). Для установки хомутика на деталь хвостовик 2 наклоняют в сторону пружины 3, которая создает предварительную затяжку детали хвостовиком. Окончательную затяжку в процессе обработки обеспечивает палец-поводок / патрона.

3.4. Поводковые, цанговые и мембранные патроны

Поводковые патроны. Их применяют при обработке деталей в центрах 4 и 6 станка. Передача вращения осуществляется поводковым патроном / через палец-поводок 2 хвостовику 3 хомутика, который крепится на детали 5 винтом (3.10).

Цанговые патроны. Их применяют главным образом для закрепления материала в виде прутков или для повторного зажима заготовок деталей по предварительно обработанной поверхности. По конструкции различают цанговые патроны с втягиваемой выдвижной и неподвижной (3.11, а—в) цангами. По назначению цанги делят на подающие и зажимные.

Подающая цанга (3.12, а) представляет собой стальную закаленную втулку, имеющую три неполных разреза, образующих пружинящие лепестки, концы которых поджаты друг к другу. Форма и размеры отверстия подающей цанги должны соответствовать профилю прутка. Подающая цанга навинчивается на подающую трубу, которая получает осевое перемещение для подачи расположенного в ней прутка от привода. При загрузке станка пруток проталкивается между лепестками подающей цанги и раздвигает их. Лепестки прижимаются силой своей упругости к поверхности прутка. При перемещении подающей трубы лепестки подающей цанги под действием сил трения сжимаются и увеличивают силу сцепления при подаче прутка.

Зажимная цельная цанга может быть выполнена в виде втулки с 3— 6 пружинящими лепестками (3.12, в). Цанга с тремя лепестками применяется при обработке заготовок до 3 мы, с четырьмя — до 80 мм и с шестью — свыше 80 мм. Угол при вершине конуса цанги обычно 30°.

На 3.12, б показана зажимная цанга со сменными вкладышами. Перед обработкой прутка другого сечения ослабляют винты 3, устанавливают вкладыши / нужного профиля и размера, ориентируя их по штифтам 2.

Для обработки заготовок малого диаметра применяют зажимные разъемные цанги (3.12, г), у которых разведение кулачков обеспечивается пружинами. В некоторых случаях применяют разъемные цанги со сменными вкладышами (3.12, д), форма и размеры которых

зависят от оораоатываемого прутка (3.12, е).

Мембранные патроны. Их применяют, если необходимо произвести обработку партии деталей с более высокой точностью центрирования.

В мембранном патроне рожкового типа (3.13, а, б) обрабатываемую заготовку 1 устанавливают между торцами винтов 4, которые через рожки 3 связаны с мембраной 2. При прогибе мембраны в сторону заготовки / концы рожков 3 с винтами 4 расходятся и освобождают заготовку, а при снятии нагрузки с мембраны закрепляют ее. Настройка патрона на размер заготовки и усиление зажима регулируется перемещением винта 4.

Мембранные патроны чашечного типа позволяют закреплять заготовку за внутреннюю (3.13, в) и за наружную (3.13, г) поверхности. Закрепление заготовки в обоих случаях производится с помощью мембраны / при затяжке винта 2.

3.5. Способы закрепления заготовок на станке

Способ установки и закрепления заготовок на станке выбирают в зависимости от размеров, жесткости и требуемой точности обработки. Заготовки при //£><; 4 (где / — длина обрабатываемой детали, D — ее диаметр) закрепляют в патроне, при 4< <;//£) — в центрах или в патроне с поджимом задним центром, при //D> >10 в центрах станка или в патроне и центре задней бабки с поддержкой люнетом.

Заготовку на токарном станке обрабатывают в центрах, если необходимо обеспечить концентричность обрабатываемых поверхностей при переустановке заготовки для последующей обработки в центрах на шлифовальном станке.

Заготовки закрепляют в центрах с применением токарных оправок 2 (3.14), которые устанавливают в предварительно обработанное отверстие заготовки. На среднюю часть оправки 2 (3.14, а), выполненную с малой конусностью (обычно 1:2000) и предварительно смазанную, устанавливают с натягом заготовку /. Для создания натяга наносят легкие удары по торцу оправки молотком с медным наконечником или деревянной киянкой с тем, чтобы не повредить торцы оправки и центровые отверстия. Лыска 3 оправки служит опорой для болта, которым закрепляют хомутик. При базировании по этому способу положение всех обрабатываемых заготовок 4 вдоль оси оправки 1 не одинаково и зависит от отклонений размеров отверстия.

Заготовку / можно закрепить на цилиндрической   оправке 2  с   помощью  гайки 4 и  быстросменной  шайбы (3.14,   б).   Наружный   диаметр   гайки 4 обычно меньше посадочного диаметра оправки,   что  позволяет  значительно  сократить время  на  смену заготовки.  При этом способе базирования точность обработки снижается, так как деталь устанавливается на оправку с зазором.

Когда отверстия заготовки имеют значительно большие отклонения диаметру, применяют разжимные (цанговые) оправки (3.14, в). Цанга 5 представляет собой втулку, внутренняя поверхность которой коническая, а наружная, предназначенная для базирования закрепляемой заготовки /,— цилиндрическая.

Цангу 5 с заготовкой / перемещают и закрепляют на оправке 2 гайкой 4, а освобождают противолежащей гайкой б, предварительно ослабив гайку 4. Пружинящие свойства цанги 5 обеспечиваются наличием   продольных   прорезей  с   обоих торцов.

Шпиндельную оправку 2 (3.14, г) конусной поверхностью устанавливают в шпиндель станка. Заготовку / устанавливают на посадочную с прорезями цилиндрическую поверхность 7. Натяг между цилиндрической частью 7 оправки 2 и обрабатываемой заготовкой / создают болтом 8 с конической головкой.

Для закрепления деталей могут быть применены    оправки     с     упруго й оболочкой   (3.14, д). Корпус оправки 2   крепится    к   фланцу   шпинделя станка. На корпусе закрепляется втулка 9; канавки которой вместе с канавками корпуса образуют полости Л, В, С, заполняемые   гидропластом.   При   вращении   винта 10 плунжер // перемещается, выдавливая гидропласт из полости С в полость Л. Тонкая   стенка   втулки 9   под   давлением гидропласта   деформируется,   увеличивая посадочный диаметр втулки и создавая натяг при закреплении заготовки 1. Упор 12 ограничивает перемещение плунжера 11, а пробка 13 закрывает отверстие, через которое выходит воздух при заполнении полостей оправки гидропластом.

Для заготовок при длине выступающей части из кулачков патрона более 2— 3 диаметров в качестве второй опоры используют задний центр (3.15). Предварительно закрепленную в патроне заготовку поджимают задним ц е н т-р о м и окончательно зажимают кулачками патрона. Такой способ установки обеспечивает повышенную жесткость крепления заготовки и применяется преимущественно при черновой обработке.

При установке заготовок, у которых длина выступающей части из патрона составляет 12—15 диаметров и более, в качестве дополнительной опоры применяют неподвижные и подвижные люнеты.

Неподвижный люнет (3.16) устанавливают на направляющих станины станка и крепят планкой 5 с помощью болта и гайки 6. Верхняя часть / неподвижного люнета откидная, что позволяет снимать и устанавливать заготовки на кулачки или ролики 4 люнета, которые служат опорой для обрабатываемой заготовки и поджимаются к детали винтами 2, после установки заготовки винты 2 фиксируют болтами 3. На заготовке, в местах установки роликов люнета, протачивают канавку. Проточку обычно выполняют посередине заготовки.

Подвижный люнет (3.17) крепится на каретке суппорта и перемещается при обработке вдоль детали. Подвижный люнет имеет два кулачка, которые служат опорами для заготовки. Третьей опорой является резец.

Для обработки заготовок часто применяют планшайбы. Планшайба 2 представляет собой плоский диск, который крепится к фланцу 1, устанавливаемому на шпинделе станка (3.18, а). Рабочая поверхность планшайбы может быть выполнена с радиальными или концентрическими пазами. Обрабатываемые заготовки центрируют и закрепляют на планшайбах с помощью сменных наладок и прихватов.

Заготовку 4 типа кольца устанавливают на опорную втулку 3 и закрепляют шайбами 5 и 6 и винтом 8 с гайкой 7 при обработке наружных поверхностей, а при обработке внутренних поверхностей — прихватами 9.

На 3.18, б показано закрепление заготовки 4 типа кронштейна. Ее устанавливают на угольнике 10 по центрирующим пальцам 11 и закрепляют откидным зажимом 12. Возникающий при этом дисбаланс устраняют противовесом 13. На 3.18, в, г показано закрепление заготовок 4 (типа колец, крышек, фланцев и т. п.), которые крепятся к планшайбе 2 прихватами 9.

 3.6.  Приводы приспособлений

Для облегчения ручного труда рабочих при закреплении деталей на станки устанавливают механизированные приводы: пневматические, гидравлические, электрические и магнитные.

Пневматические приводы по сравнению с приводами других типов отличаются высоким быстродействием и обеспечивают регулирование и контроль силы зажима заготовки, удобны в направлении и не требуют приложения больших физических усилий.

На 3.19 показан токарный патрон с вращающимся пневмоприводом, который

позволяет автоматизировать закрепление заготовки. Патрон 5 связан с пневмоци-линдром 2 тягой 4 с муфтой 3, которые размещены внутри шпинделя станка. Сжатый воздух из магистрали через вла-гоотделительб и кран управления 7 подается через неподвижную муфту / в переднюю или заднюю полости пневмоцилин-дра 2, вращающегося вместе со шпинделем станка. Перемещение поршня со штоком и связанных с ним муфты 3 и тяги 4 приводит в действие кулачки патрона. На 3.20 показано применение пневмоцилиндра для автоматизации пино-ли задней бабки токарного станка. Усилие,

необходимое для зажима детали центром, создается сжатым воздухом, который поступает в полость 3 цилиндра 4 и перемещает поршень 2 вместе с пинолью 1. Перемещение поршня 2 прекращается только после создания необходимой осевой силы для зажима обрабатываемой заготовки. После окончания обработки воздух подается в полость 5 цилиндра. Вначале перемещается влево цилиндр 4 вместе с тягой 6, поворачивающий колесо 7. При этом отводится фиксатор 8, которым стопорится пиноль в выдвинутом положении, перемещается вправо поршень 2 вместе с пинолью / и освобождается заготовка.

Гидравлические приводы по принципу работы аналогичны пневматическим приводам, но по сравнению с ними они обладают рядом преимуществ: создают большие усилия при относительно небольших габаритных размерах гидроцилиндров, более устойчивы к изменяющейся нагрузке на деталь в процессе обработки. Однако гидроприводы более трудоемки в эксплуатации, для них необходимо иметь более герметичные уплотнения, систему сбора и отвода утечек и др.

На 3.21 показан лопастный гидроцилиндр, который устанавливается на другом конце шпинделя и вращается вместе с ним. Масло подается в лопастный гидроцилиндр, закрытый кожухом 8, через неподвижную муфту 5, смонтированную на валу 6 на шарикоподшипниках, и поступает в корпус /, приводя в движение лопасть 4 (между крышками 7 и 10 до упо-

ра 2), связанную с ротором.?. Ротор 3 жестко соединен с гайкой 9, которая вращается в корпусе на роликоподшипниках 13 и заставляет винт 11 перемещаться вдоль оси шпинделя. Винт 11 через тягу 12 сводит или разводит кулачки патрона для закрепления и освобождения обрабатываемой заготовки.

Электромеханические приводы устроены значительно проще пнев-мо- и гидроприводов и более удобны в эксплуатации. В состав электромеханического привода входят электродвигатель, передаточный механизм и электрическая система управления электродвигателем.

На 3.22 показан токарный патрон с электромеханическим приводом. Патрон 12 соединен с электродвигателем 7 посредством червячной передачи 3 и вала 8, тяги 11, гайки 10 и муфт 4 и 9. Для зажима   детали 14    в    кулачках 13    патрона 12 включается электромагнит 6, кото

рый через рычаг 5 вводит в зацепление

зубья муфты 4, обеспечивая передачу вра

щения от электродвигателя 7 через чер

вячную передачу 3 на вал 8 с гайкой 10.

Гайка 10, навинчиваясь или свинчиваясь

с резьбы тяги //, заставляет тягу (при

перемещении вдоль оси) сводить или раз

водить кулачки патрона. При достижении

необходимой силы зажима кулачки муф

ты 9 выходят из зацепления, сжимают

пружину 2 и нажимают на концевик/, ко

торый выключает     электродвига

тель 7 и электромагнит 6.

Магнитные приспособления имеют следующие преимущества перед другими приспособлениями: немеханический способ крепления деталей, исключающий приложение сосредоточенной нагрузки; свободный доступ к обрабатываемой поверхности; удобство установки и закрепления заготовки.

Закрепление заготовки на зеркале магнитного приспособления осуществляется магнитным потоком, создаваемым электромагнитом   или   постоянным   магнитом.

Магнитный патрон (3.23) предназначен для закрепления заготовок (типа дисков, колец и др.) из магнитных материалов. Патрон состоит из неподвижного магнитного блока 1 с набором радиально расположенных магнитов и подвижного блока 2, перемещение которого осуществляется вручную рукояткой 4 через конические зубчатые колеса 3. Этим осуществляется изменение магнитного потока для закрепления или снятия заготовки. Патрон крепится на конце шпинделя с помощью переходного фланца, так же как и токарный патрон.

3.7.  Вспомогательный инструмент

Вспомогательный инструмент обеспечивает правильную установку и закрепление на станке режущего инструмента и во многом определяет точность и производительность токарной обработки.

На токарных станках резцы могут устанавливаться и закрепляться в специальных оправках, а сверла, развертки, метчики и плашки — в патронах, предох-

раняющих инструмент от поломок и обеспечивающих самоустановку инструмента по оси обрабатываемой детали и т. д.

Цилиндрические державки (3.24, а, б), устанавливаемые в отверстия револьверной головки, применяют при относительно тяжелых режимах резания. Они служат для крепления различных резцов прямоугольного и круглого сечений.

3.25. Хвостовая    регулируемая державка

Хвостовая регулируемая державка с косым креплением резца (3.25) предназначена для станков с вертикальной осью вращения револьвер

ной головки. Корпус 5 державки имеет направляющие пазы типа «ласточкин хвост», в которых перемещается каретка / с помощью регулировочного винта 3 со шкалой 4, каретка фиксируется зажимным винтом 2.

Байонетные   державки

(3.26) состоят из байонетных патронов и оправок; применяют их главным образом для крепления разверток, которые получают возможность самоустанавливаться в процессе резания. Они позволяют быстро удалять и вставлять режущий инструмент с большим вылетом.

Упоры для ограничения подачи прутка или поворота револьверной головки бывают жесткие, регулируемые и откидные. Регулируемый упор (3.27) состоит из втулки 3, в которую на нужную величину L завинчивают упор-винт 2 и фиксируют его гайкой /. Жесткие упоры отличаются тем, что величина L у них не регулируется. Откидные упоры обычно применяют в тех случаях, когда все гнезда револьверной головки заняты и крепятся к передней стенке станка.