Справочник технолога-машиностроителя
Глава 6. ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ

К токарным относится большая группа станков, предназначенных в основном для обработки поверхностей вращения, соосных оси шпинделя (цилиндрических, конических, фасонных, винтовых, а также торцовых). Для обработки наружных поверхностей деталей ти­па валов применяют как центровые, так и бес­центровые токарные станки. Концентрические поверхности деталей типа втулок и колец обрабатывают на токарно-центровых и па­тронных токарных станках. Детали типа ди­сков (со значительными по размеру торцовы­ми поверхностями) обрабатывают на лоботокарных станках, которые занимают меньшую площадь, чем центровые станки, и лучше при­способлены для обработки наружных и вну­тренних торцовых поверхностей детали. Лоботокарные станки имеют устройства для поддержания постоянной скорости резания, а также устройства для нарезания торцовых резьб (спиралей).

Обработку на токарных бесцентровых станках осуществляют вращающимися много­резцовыми головками при продольной подаче заготовок. На этих станках обтачивают трубы, сортовой прокат цилиндрической формы. Станки характеризуются высокой производи­тельностью; они относятся к группе спе­циальных станков. Широко применяют в про­мышленности универсальные токарные патронно-центровые станки горизонтальной компоновки.

Способы установки и выверки заготовок. Наиболее часто применяемые способы уста­новки и выверки заготовок приведены ниже. Погрешность установки заготовок см. гл. 1.

Установку на центрах наиболее часто при­меняют для валов, барабанов, цилиндров, а также различных заготовок, закрепленных на оправках. Мелкие и средние по массе заготов­ки устанавливают на цельные упорные центры (рис. 1,а). В случае подрезания торца заготов­ки со стороны задней бабки используют полуцентр. Задние центры при обработке с высоки­ми скоростями резания выполняют вращающимися (масса деталей до 20 т). Точность установки на таких центрах ниже, чем на цельных (радиальное биение допускается до 0,007 и 0,015 мм соответственно для центров повышенной и обычной точности). Заготовки с отверстием устанавливают на центры увели­ченного диаметра со срезанной вершиной ко­нуса (грибковые центры). На рис. 1,б задний центр — грибковый вращающийся, пере­дний — рифленый. Применение рифленого цен­тра (трехгранного или многозубого) позволяет полностью обработать гладкий вал или цилиндр по наружной поверхности и подрезать оба торца у заготовки, так как обработку ве­дут без поводка. Однако установка на ри­фленые центры не обеспечивает высокой точ­ности (радиальное биение до 0,5 мм), допу­скает только однократное использование базы вследствие ее повреждения при первой уста­новке.

Заготовки малого диаметра устанавливают на обратные центры (рис. 1,в), используя при этом конусные фаски на наружной поверхно­сти. Передача крутящего момента при чисто­вой обработке таких заготовок возможна без поводка. Обработку конусов методом смеще­ния задней бабки осуществляют с установкой на шаровые центры (рис. 1,г).

Установка на плавающий передний центр (рис. 1,д) с базированием заготовки по торцу обеспечивает высокую точность размеров по оси (при способе автоматического получения размеров). Для уменьшения вибрации системы предусматривают стопорение центра вруч­ную—винтом 1 или автоматически — при заклинивании центра плунжерами 2 (рис. 1, е). Наличие в конструкции поводковой шайбы 3 позволяет вести обработку заготовки за один установ, так как отпадает необходимость применения поводкового устройства. Эту схе­му применяют при обработке заготовок диа­метром до 80 мм, длиной до 400 мм. При чер­новой обработке шайбу выполняют трехзубой (рис. 1, ж), при чистовой — многозубой (рис. 1,з). В последнем случае от зубьев поводково­го устройства на торце детали остаются более мелкие следы, Заготовки с отверстием боль­шого диаметра устанавливают на центры с помощью пробок или крестовин (рис.1, и — н). Пробки выполняют цельными для D = 10 ÷ 150 мм (рис. 1, к) разжимными для D = 40 ÷ 350 мм (рис. 1, л), саморазжимными для D = 70 ÷ 450 мм (рис. 1,и). Регулируемые крестовины применяют при D = 400 ÷ 1500 мм (рис. 1,м); при D>1500 мм используют сварные крестовины (рис. 1,н).

Установку на пробках выполняют без вы­верки с точностью 0,03—0,10 мм, на сварных крестовинах — с точностью 0,2 мм. В случае установки заготовки на регулируемые крестовины контролируют радиальное биение и положение детали в горизонтальной и вертикальной плоскостях с точностью 0,5 мм.

Установку в патроне и на заднем центре применяют в случае обработки заготовок больших диаметра и длины, при отсутствии центрового отверстия со стороны передней бабки. Точность установки в самоцентрирующихся патронах 0,05-0,10 мм; при использо­вании четырехкулачкового патрона установку выполняют с выверкой положения заготовки со стороны патрона по высоте и биения с точ­ностью 0,05 мм.

Установку в патроне и на неподвижном люнете используют для обработки отверстия и торца заготовки, а также участка заготовки, расположенного между люнетом и патроном.

При обработке тяжелых заготовок применяют люнеты открытого типа, в других случаях — закрытого типа. Под люнеты протачивают (рис. 2,а) специальные пояски, В некоторых случаях валы диаметром 30-200 мм можно устанавливать без обработки поясков с помощью регулируемых муфт (рис. 2,б). Установку заготовок проводят с выверкой положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях и биения с точностью 0,03 — 0,05 мм. Без выверки устанавливают заготовки в специальных патронах (рис. 2, в).

Установку на центрах с использованием подвижного люнета используют при обработке нежестких заготовок (рис. 3). К установоч­ной поверхности под люнет предъявляют вы­сокие требования по суммарным отклонениям и допускам формы и расположения поверхно­стей.

При установке в патронах обрабатывают заготовки небольшой длины. Наибольшая жесткость системы обеспечивается при крепле­нии заготовки за наружную или внутреннюю поверхность обода (венца), а наименьшая — при креплении за ступицу. Установку в само­центрирующихся патронах проводят без вы­верки с точностью 0,1 мм; в разрезной втулке или незакаленных кулачках — 0,03 мм; в четырехкулачковых патронах с выверкой по наружному диаметру и торцу — с точностью 0,05 мм.

Заготовки с отверстием при высоких требо­ваниях к расположению баз и обрабаты­ваемых поверхностей устанавливают на кон­цевых или центровых оправках. Применяют оправки гладкие с зазором (рис. 4, а), кониче­ские (рис. 4,б), кулачковые (рис. 4,в), шари­ковые (рис. 4, г), роликовые самозаклинивающиеся (рис. 4, д), цанговые (рис. 4, е), с тарель­чатыми пружинами (рис. 4, ж), с гидропластом (рис. 4, з), упругими элементами гофрирован­ного типа (рис. 4, и), с натягом (рис. 4, к) и т.д.

На кулачковой оправке (см. рис. 4, в) заго­товка закрепляется несколькими кулачками 1, которые при установке оправки на центрах разводятся пальцами 2. Для закрепления заго­товки на шариковой оправке (рис. 4, г) сепара­тор с шариками необходимо сместить вдоль оси влево. Шарики при этом заклиниваются между заготовкой и втулкой 1. Роликовая оправка (рис. 4, д) - самозаклинивающаяся. В начальный момент обработки заготовка не­сколько проворачивается относительно корпу­са 1; ролики 2 при этом заклиниваются между поверхностью отверстия и лысками корпуса. На оправки с упругими элементами (рис. 4, е — и) заготовку устанавливают с зазором, затем деформируют упругий элемент, с по­мощью которого устраняют зазор.

Оправка с натягом (рис. 4, к) позволяет за один установ обрабатывать наружную поверх­ность и торцы заготовки, в результате чего обеспечивается высокая точность расположе­ния поверхностей. На таких оправках часто обрабатывают зубчатые колеса перед нареза­нием зубьев. При запрессовке заготовки на оправку необходимо точно выдержать размер L. Для облегчения установки на оправке имеется направляющая часть 1 с направляю­щей шпонкой 2. Оправки такого типа приме­няют также для установки заготовок с глад­ким и шлицевым отверстием. Наибольшую точность расположения поверхностей обеспечивают оправки с натягом и оправки с упруги­ми элементами.

Детали сложной формы (рычаги, кор­пусные детали) при обработке на токарных станках устанавливают на планшайбе. Пра­вильность установки проверяют выверкой по­ложения цилиндрических поверхностей, торца и плоскости разъема. Для уменьшения вибра­ции применяют балансир.

Установку на угольнике применяют при обработке корпусных деталей, подшипников и т. д. Заготовку крепят в специальных при­способлениях (рис. 5) без выверки (точность установки 0,1 мм) или на универсальном угольнике с выверкой по разметке или обрабо­танным ранее поверхностям и плоскости разъ­ема — точность установки 0,5 мм. Крепление на угольнике часто применяют при обработке системы соосных отверстий разного диаметра в корпусных деталях на станках с ЧПУ. Сме­щением резца по радиусу можно получить за­данные размеры отверстий. На расточных станках с ЧПУ это сделать сложнее.

При отсутствии расточных станков тя­желые неуравновешенные корпусные детали обрабатывают на токарных станках с установ­кой заготовки на суппорте; инструмент крепят в шпинделе с дополнительной опорой на за­дней бабке.

При выверке цилиндрических заготовок, устанавливаемых в трех- и четырехкулачковых патронах, проверяют биение заготовки (при большой длине биение проверяют у па­трона и у свободного конца) (рис. 6, а) и правильность расположения ее в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Контрольный инструмент при этом закре­пляют на суппорте или на станине станка. Правильное положение заготовки прямоуголь­ной формы обеспечивают следующими спосо­бами. При первом способе (рис. 6, б) заготовка поступает на токарную обработку с нане­сенными на торце разметочными рисками, на­ходящимися на расстоянии а и b от граней. При установке заготовки точку пересечения рисок необходимо совместить с осью враще­ния. Для этого измеряют расстояние от гори­зонтально расположенной риски (например, а) до направляющих или суппорта. После двух измерений (при исходном положении и после поворота патрона на 180°) определяют необ­ходимое смещение заготовки. Путем ослабле­ния одного и поджатия противоположного ку­лачка заготовку смещают в необходимое по­ложение.

При втором способе для ускорения уста­новки точку пересечения рисок кернят, заго­товку поджимают центром, а затем осторож­но подводят кулачки.

Для выверки положения составных загото­вок размечают положение диаметральной пло­скости, а затем индикатором проверяют поло­жение стыка (добиваются горизонтального положения плоскости стыка и совмещения ее с осью вращения).

При установке в патроне и неподвижном люнете контролируют биение заготовки у па­трона. Затем проверяют положение вала около люнета следующими методами. При наличии центрового отверстия положение за­готовки проверяют по кольцевому зазору ме­жду отверстием и центром с помощью щупа (рис. 7, г). Отклонение от соосности пиноли за­дней балки или осевого инструмента контро­лируют инструментом, закрепленным на пино­ли или на заготовке (рис. 7, а).

Правильность положения в вертикальной и горизонтальной плоскостях оценивают по зазору между иглой рейсмуса и поверхностью заготовки (рис. 7, б), с помощью индикаторов. Индикаторы можно закреплять на специаль­ном приспособлении (рис. 7, в). Показания ин­дикаторов корректируют с учетом фактическо­го диаметра заготовки в месте контроля, Некоторые заготовки после выверки (роторы турбин, генераторов и т. п.) окончательно устанавливают по методу, схема которого приведена на рис. 7, в. Отклонение от соосно­сти с контрольным пояском, расточенным в люнете, контролируют путем измерения расстояния от этого пояска до поверхности заго­товки в трех точках.

Схемы выполнения основных операций. Об­тачивание одним резцом — основной метод обработки на токарных станках. Вылет резца принимают не более 1,0—1,5 высоты его стержня соответственно для резцов с пластин­ками из твердого сплава и быстрорежущей стали. Вершину резца устанавливают на высо­те центров или несколько выше (черновое об­тачивание) или ниже (чистовое обтачивание). При R > 50 мм смещение проводят на величи­ну h ≤ 0,01R (где R — радиус обрабатываемой заготовки). При чистовой обработке такая установка предохраняет от возможного брака вследствие деформации резца. Положение вер­шины резца проверяют по риске, нанесенной на пиноли задней бабки, по центру или с по­мощью специальных шаблонов. Наладку ин­струмента на размер по диаметру ведут мето­дом пробных ходов. Партию заготовок обра­батывают методом автоматического получе­ния размеров без смещения резца в попереч­ном направлении по лимбу, с помощью индикаторных и жестких упоров.

При обработке ступенчатых заготовок ис­пользуют поворотные многопозиционные упоры в сочетании с мерными плитками (рис. 8, а). Продольные размеры выдерживают по лимбу, по размеченным ранее рискам, по упорам (упоры могут быть жесткими, жесткими с плитками, барабанными и индикаторными) (рис. 8, б). Обтачивание с использова­нием многорезцовой наладки позволяет сокра­тить время обработки партия деталей.

Обработка торцов одним резцом. При обработке заготовок, закрепленных в патроне, применяют проходные резцы. Применение подрезных резцов при снятии больших припу­сков с подачей к центру приводит к образова­нию вогнутости. Поэтому чистовую обработ­ку торцов ведут с подачей резца от центра к периферии. С такой же подачей обрабаты­вают торцы у заготовок больших размеров, так как в результате изнашивания резца обра­зуется менее опасное при сборке деталей от­клонение — вогнутость.

Обработка отверстия осевым режущим ин­струментом. Инструмент (сверло, зенкер, раз­вертку) крепят в задней бабке или суппорте. Сверление спиральным сверлом ведут при l/d < 10. Инструментом для глубокого сверле­ния (рис. 9) обрабатывают отверстия с отно­шением l/d > 10. Отверстия значительной длины для уменьшения вибраций и повыше­ния точности обрабатывают с «обратной по­дачей» (оправка работает с растяжением).

Обработка отверстий расточным резцом. Отверстия d<70 мм, l < 150 мм при l/d<5 обрабатывают резцом, закрепленным в суп­порте (рис. 10,а); при d > 70 мм, l > 150 мм, l/d < 5 — резцом, закрепленным в расточной оправке (рис. 10,б); при l/d > 5 устанавливают дополнительную опору в шпинделе (рис. 10, в); при l/d > 10 применяют расточные головки с направляющими колодками (рис. 10, г). Закрытые отверстия, например камеры валков, обрабатывают специальными инстру­ментами. После ввода инструмента в отверстие вершина резца рычажным или иным ме­ханизмом устанавливается в рабочую пози­цию.

Обработка отверстия абразивным инстру­ментом. Используя специальные приспособле­ния, отверстия обрабатывают путем внутрен­него шлифования (рис. 11), суперфиниширова­ния, хонингования.

Прорезание канавок и отрезка. Обработка одним резцом — основной метод обработки простых канавок и отрезки деталей. Резцы устанавливают строго по высоте центров, без перекоса к оси заготовки. Узкие (шириной до 20 мм) канавки невысокой точности проре­зают за одни рабочий ход, более точные канавки — за три рабочих хода. Широкие канав­ки низкой точности прорезают сразу за несколько рабочих ходов; для канавок высо­кой точности после черновой выполняют чи­стовую обработку боковых стенок. Неответ­ственные фасонные канавки прорезают за один рабочий ход. В других случаях обработ­ку ведут вначале прорезным резцом, а затем фасонным. Прямым резцом отрезают тонко­стенные детали, отогнутым — толстостенные и валы. С использованием специальной налад­ки (рис. 12) можно отрезать несколько деталей или прорезать одновременно наружную и вну­треннюю канавки на детали.

Обработка конусных поверхностей. Фа­сонным резцом обрабатывают короткие на­ружные и внутренние конусы. Обработку мож­но вести с продольной и поперечной подача­ми. При высоких требованиях к точности инструмент устанавливают по шаблону с уче­том деформации системы.

Внутренние конусы (центрирующие фаски) при d < 1000 мм и конические отверстия обра­батывают специальными зенковками, зенкера­ми и развертками, Стандартизованные ко­нусные отверстия (в насадных инструментах и т. п.) обрабатывают комплектом разверток после сверления (диаметр сверла на 0,5— 1,0 мм меньше номинального размера первой развертки). При обработке с поворотом верх­них салазок суппорта наибольшая длина конуса ограничена, так как определяется ходом верхних салазок суппорта.

Способом смещения задней бабки обраба­тывают пологие наружные конусы невысокой точности. Метод прост, так как не требует специальной оснастки. При обработке проис­ходит смятие центрового гнезда, поэтому для установки лучше применять шаровой центр. Необходимое смещение задней бабки (обычно на величину не более 0,01 длины конусной по­верхности заготовки) устанавливают по шка­ле, нанесенной на этой бабке, по индикатору или по лимбу суппорта (при контроле с по­мощью щупа и бруска, закрепленного в суп­порте).

По конусной линейке обрабатывают ко­нусы с углом наклона до 12°. Способ обеспе­чивает более высокую точность по сравнению с предшествующим. Обработка по копиру с помощью электрических или гидравлических устройств по сравнению с обработкой по ко­нусной линейке обеспечивает большую точность и меньший износ копира. Обратная ко­нусность не более 30—40°. С помощью гитары поперечной подачи резцу задаются одновре­менная продольная и поперечная подачи. Meтод получения конуса при одновременной осе­вой и радиальной подачах широко применяют на станках с ЧПУ.

Обработка фасонных поверхностей. Фа­сонными резцами обрабатывают поверхности длиной до 60 мм (на крупных станках длиной до 150 мм) и переходные поверхности радиу­сом до 20 мм. Черновую обработку для повы­шения производительности ведут обычными резцами. При использовании поворотных при­способлений вершина резца перемещается на угол α по дуге окружности радиусом R, обра­батывая при этом сферическую наружную (рис. 13, а) и внутреннюю поверхности (рис. 13,б) или бочкообразный профиль (рис. 13,в) заготовки. Резец перемещают обычно с по­мощью червячной передачи (рис. 13, г).

Сферические поверхности заготовок сред­них размеров обрабатывают с помощью ры­чажных приспособлений разных конструкций. Например, одну опору рычага закрепляют на станине (рис. 14), другую - на суппорте. При подаче суппорта к оси резец перемещается по радиусу R, обрабатывая сферическую поверх­ность.

При обработке по копиру применяют при­способления прямого действия (сила резания действует на копир; износ и упругие деформа­ции копира велики, точность обработки низ­кая) и приспособления с усилительным эле­ментом. В приспособлениях прямого действия копир устанавливают соосно с деталью, кре­пят на задней бабке с помощью кронштейна сзади или спереди (рис. 15, а) станка. При этом ролик прижимается к копиру с разной силой (рис. 15,б). При чистовой обработке применяют схему II, на легких работах — схе­му I, при черновой обработке на тяжелых ра­ботах - схему III. В наиболее точных приспособлениях вместо ролика используют ножевой щуп. Для обработки поверхностей с углами подъема профиля более 35° применяют растя­нутые копирные линейки. С помощью спе­циального механизма такая линейка переме­щается относительно щупа с большей ско­ростью, что позволяет на линейке сделать углы подъема меньшими, чем на детали.

С помощью гидросуппорта можно обрабо­тать поверхности с возрастающими диаметра­ми и убывающими, но не более чем на величи­ну D-d≤l, где l — длина обрабатываемого участка. Применение гидросуппорта обеспечи­вает повышение производительности в 1,5—2 раза.

Специальными чашечными инструментами обрабатывают сферические внутренние (рис 16, а) и наружные (рис. 16,б — г) поверхности радиусом R, Шпиндель инструмента устано­влен под углом α:

,

где D — диаметр чашечного инструмента; b — расстояние между вершиной инструмента и центром сферы Инструмент при обработке вращается от специального привода.

Обработка кулачков, криволинейных кана­вок. По копиру, установленному соосно с де­талью, обрабатывают кулачки небольшой длины. Рычажное приспособление (рис. 17, а) применяют при перепадах профиля Rmax — Rmin ≤ 0,5Rmin, но не более 150 мм. Аналогично обрабатывают спиральные канавки.

При изготовлении кулачка по копиру и обработанной поверхности копир неболь­шой толщины крепят к торцу заготовки (рис 17,б). По нему обрабатывают небольшой на­чальный участок; далее ролик перемещается по обработанному ранее участку поверхности. Этот метод применяют при обработке плавных кулачков с перепадом Rmax — Rmin ≤ 0,2Rmin, но не более 100 мм. Точность обработки низкая.

Обработка эксцентрических поверхностей. При эксцентриситете более 8—10 мм в валах с эксцентриками сверлят смещенные центровые отверстия (рис. 18, а) по разметке или кондуктору. Детали с отверстиями устанавли­вают на оправки (рис. 18,б). При большом эксцентриситете применяют центросмесители (бугели): для D = 45÷860 мм — цельные (рис. 18,в), для D — 55÷250 мм — разъемные (рис. 18, г). При креплении на консольных оправках обработку выполняют без выверки. Точность обработки зависит от погрешности базирования детали на оправке (рис. 18, д).

Положение смещенной заготовки при ис­пользовании четырехкулачкового патрона (рис. 19, а) контролируют с точностью 0,05 мм (по чисто обработанной поверхности). При использовании трехкулачковых патронов (рис. 19, б) толщина мерной пластинки b = 1,5е[1 + e/(2D)], где D — диаметр базы; е — эксцентриситет.

Эксцентрические поверхности обрабаты­вают также с помощью специальных патронов (рис. 19, в), состоящих из трехкулачкового па­трона 1, поворотного стола 2 и суппорта 3 для создания эксцентриситета. При установке де­тали в специальные кольца (рис. 20) растачи­вают отверстия, расположенные эксцентрично и под углом к наружной поверхности. При установке колец необходимо обеспечить их правильное расположение (обычно выверку проводят по риске, нанесенной на торцах ко­лец и образующей детали). При обработке правое кольцо крепят в патроне, левое — на люнете.

Проектирование токарной операции. На станках токарной группы обрабатывают раз­нообразные по форме и размерам детали, в основном относящиеся к классу тел враще­ния. Среди них детали типа валов имеют дли­ну в несколько раз большую диаметра; у дета­лей типа дисков диаметр больше длины, а у деталей типа втулок, цилиндров диаметр и длина — одного порядка. Различие форм и размеров деталей влияет на способ установ­ки заготовок для обработки и последователь­ность обработки. Но в то же время у этих деталей есть и много общего. Объединяющим признаком является то, что они образованы в основном наружными, внутренними и тор­цовыми поверхностями, имеющими общую ось вращения. Поэтому при обработке таких деталей помимо общей задачи получения за­данных размеров стоит технологическая зада­ча обеспечения соосности этих поверхностей и точного расположения торцов относительно оси детали. Эти требования обеспечиваются следующими способами установки и обработ­ки заготовок на токарных станках: 1) обра­боткой соосных поверхностей с одного установа; 2) обработкой в два установа — сначала наружных поверхностей, а затем внутренних с базированием детали по наружной поверхно­сти (обработка от наружной поверхности); 3) обработкой в два установа — сначала вну­тренней поверхности, а затем наружной с ба­зированием по внутренней поверхности (обра­ботка от отверстия).

Обработка за один установ обеспечивает при изготовлении деталей высокой жесткости малые отклонения от соосности и перпендику­лярности торцов оси детали. Сказанное отно­сится и к обработке валов с установкой на центры, хотя эта обработка соответствует третьему способу. При зацентровке вала мож­но обрабатывать и отверстия. Переустановка вала не вызывает больших отклонений распо­ложения поверхностей Рассмотренные второй и третий способы относятся к обработке дета­лей, закрепляемых в патроне и на оправке.

Обработка от наружной поверхности (с ба­зированием по этой поверхности при обработ­ке отверстия) обеспечивает надежное закрепле­ние и передачу большого крутящего момента. Однако точность установки детали в патронах по наружной поверхности низкая, так как на размеры наружной поверхности назначают широкие допуски и погрешность установки в патроне высока, Но в некоторых случаях ис­пользование этого способа диктуется особен­ностями технологического процесса.

Если используется третий способ (обработ­ка от отверстия), то окончательная обработка детали проводится с установкой ее на оправке, что во многих случаях обеспечивает высокую точность расположения поверхностей (сравни­мую с точностью обработки за один установ) и позволяет использовать более простые и точные приспособления (оправки). Крупно­габаритные детали на оправках не обрабаты­вают.

Кроме рассмотренных способов возможны и другие. Так, на станках с ЧПУ обработку выполняют за два установа. Сначала деталь обрабатывают с одной стороны, затем пово­рачивают ее на 180° и обрабатывают с другой стороны. В этом случае поверхности, свя­занные жесткими допусками, желательно обрабатывать за один установ.

В качестве заготовок при обработке на то­карных станках можно использовать поковки, отливки, штучные заготовки из проката. В ав­томатизированном производстве, в частности при обработке на станках с ЧПУ, использова­ние заготовок с низкой точностью недопусти­мо. В этом случае допуски и припуски загото­вок должны быть на 10—30% меньше, чем при обработке на станках с ручным управле­нием.

Валы перед обработкой должны подвер­гаться правке и термической обработке для улучшения обрабатываемости и снятия оста­точных напряжений. Термической обработке подвергают и другие детали.

Ужесточение требований по точности и свойствам материала заготовок, обрабаты­ваемых на станках с ЧПУ, объясняется необ­ходимостью уменьшить нагрузку на станок, стремлением уменьшить количество стружки, образующейся при обработке, создать наибо­лее благоприятные условия работы режущего инструмента. Станок, на котором проводятся обдирочная и черновая обработки, требует по­стоянного внимания оператора. Следователь­но, при этом нельзя организовать многоста­ночное обслуживание и включить станок в состав гибких производственных модулей и систем.

В некоторых случаях целесообразно при изготовлении деталей применять комплексные заготовки. Из комплексной заготовки можно обработать несколько деталей, различных, но близких по форме и размерам (рис. 21).

В качестве заготовки (особенно при авто­матизированном производстве: массовом — при обработке на автоматах и полуавтоматах и серийном — при обработке на станках с ЧПУ) часто используют прокат. Прокат раз­резают на части мерной длины на отрезных станках: ножовочных, ленточнопильных и круглопильных. Точность выполнения этой опера­ции влияет на последующую токарную опера­цию. Необходимо, чтобы отклонение от пер­пендикулярности торца наружной поверхности было минимальным. Наиболее производи­тельными способами являются отрезка прока­та дисковыми пилами и абразивными кругами. Наибольшая точность обеспечивается при вращении отрезаемой заготовки. При диаме­тре заготовки более 50 мм — заготовка штуч­ная (на одну деталь); при меньшем диаметре одну заготовку можно использовать для не­скольких деталей.

После получения штучной заготовки вала среднего размера обрабатывают технологиче­ские базы — два торца и центровые отверстия. Центровые отверстия и торцы валов являются базой не только на токарной, но и на шлифо­вальной операциях, а также при ремонте дета­лей. Поэтому к выполнению их предъявляют высокие требования по соосности, постоянству глубины, диаметра и угла конуса. Для выполнения этой операции применяют центро­вальные, центровально-подрезные, фрезерно-центровальные, центровально-отрезные стан­ки, а также универсальные токарные, фре­зерные, сверлильные и другие станки.

Обработка может вестись с последова­тельным или с параллельно-последова­тельным выполнением переходов. Целесооб­разность выполнения того или иного варианта обработки определяется технико-экономиче­ским расчетом. Как правило, совмещение переходов и применение станков для ком­плексной обработки во многих случаях целе­сообразно даже при небольшой загрузке стан­ков (10% и более). Кроме того двусторонние станки обеспечивают при обработке более вы­сокую точность расположения поверхностей (торцов и центровых отверстий) технологиче­ских баз. Так, при обработке на двустороннем центровальном автомате 2910 отклонение от соосности центрового отверстия к наружной поверхности не превышает 0,072-0,120 мм; допуск на глубину центрового отверстия со­ставляет 0,18—0,30 мм.

Двусторонние центровально-подрезные станки (например, МР179, 2931, 2932 и др.) по­зволяют также обтачивать концы валов, сни­мать фаски, сверлить и растачивать отверстия, нарезать резьбу. Применение оборудования подобного типа существенно влияет на после­дующую токарную обработку — во многих случаях вал можно обработать за один уста­вов, т. е. нет необходимости его переустана­вливать, так как наружная поверхность край­них шеек уже обработана.

Если токарная операция выполняется на станках с ЧПУ, то обработку технологических баз целесообразно выполнять на центровально-подрезных станках. Кроме того, после обработки на центровально-подрезных стан­ках не требуется дополнительная подрезка торца на токарном станке (после фрезерова­ния торцов их подрезка на токарном станке обязательна). Допуск на длину заготовок перед обработкой на станках с ЧПУ — не бо­лее 0,6 мм.

При последующей обработке валов (после термической обработки) требования к точно­сти обработки центровых отверстий повы­шаются. При шлифовании центровых отвер­стий на специальных станках (3922Р, 3922Е, MB-119 и др.) обеспечивается отклонение от круглости 1 — 3 мкм, отклонение от прямоли­нейности образующей до 4—6 мкм; параметр шероховатости поверхности до Ra = 0,63 мкм.

При закреплении заготовки типа втулок, дисков и т. п. в патроне станка с ЧПУ часто перед основной токарной операцией обра­батывают технологические базы на станках с ручным управлением. На станке с ЧПУ заго­товки закрепляют в патронах с использова­нием незакаленных кулачков. Для повышения точности установки незакаленные кулачки перед обработкой детали растачивают по спе­циальной программе за два перехода — черно­вой (рис. 22, а) и чистовой (рис. 22,б).

Правильный выбор технологических баз определяет отклонение расположения поверх­ностей заготовки в рабочей зоне станка, а сле­довательно, равномерность припуска при обработке, точность обработки взаимосвя­занных поверхностей, жесткость крепления за­готовки и производительность обработки.

На токарных станках патронного типа за­готовки закрепляют: в патроне, на планшайбе, на угольнике, расположенном на планшайбе. Наиболее часто используют автоматические (с приводом) быстропереналаживаемые трехкулачковые патроны. При этом базой у заготов­ки служат торец, цилиндрическая и коническая (длиной не менее 8 —10 мм) наружные поверхности. Кулачки могут быть закаленными или незакаленными. Закаленные кулачки приме­няют для крепления заготовок с необработанными поверхностями. Для зажима штам­пованных заготовок или отливок, имеющих уклоны, рабочим поверхностям кулачков мож­но придать коническую форму. В некоторых случаях применяют специальные кулачки с ка­чающимися вставками, обеспечивающими контакт по большей длине. Незакаленные ку­лачки обеспечивают высокую точность уста­новки, так как сами кулачки перед обработкой партии деталей непосредственно обрабаты­вают на станке, а у заготовки используют ра­нее обработанные поверхности.

При выборе баз и конструкции сменных ку­лачков стремятся закрепить заготовку воз­можно ближе к патрону и в качестве базы ис­пользовать цилиндрическую поверхность на­ибольшего диаметра. Однако иногда исполь­зуют торец и предварительно обработанную внутреннюю цилиндрическую поверхность. Этот вариант базирования менее предпочтите­лен по условиям жесткости и точности обра­ботки.

Специальные патроны позволяют без смены кулачков обработать деталь с двух сто­рон (рис. 23).

Применяют также специальные патроны, обеспечивающие обработку деталей арматуры типа крестовин с двух и четырех сторон с по­воротом на определенный угол для совмеще­ния оси обрабатываемого элемента с осью шпинделя. У обычных патронов ход кулачков относительно небольшой.

На станках, входящих в гибкие производ­ственные модули, применяют патроны с боль­шим ходом кулачков, патроны с быстросмен­ными системами замены кулачков и т. д.

Проектирование токарной операции является частью более общей задачи разра­ботки технологического процесса изготовле­ния детали (см. гл. 5). Необходимо знать не только, в каком виде заготовка поступает на токарную операцию, но и какова должна быть ее точность после обработки. Технологиче­скую разработку токарной операции на станках с ЧПУ начинают с составления эскиза за­готовки в том виде, который она принимает после предшествующей обработки с указанием всех размеров и технических требований. Рекомендуется на эскизе тонкими линиями пока­зать контур детали, получаемый после обра­ботки, с указанием допустимых отклонений и качества поверхности.

Несмотря на то, что перед разработкой технологических процессов проводится анализ технологичности детали, при проектировании токарной операции на станках с ЧПУ реко­мендуется дополнительно проанализировать ее технологичность. При этом обращается внимание на унификацию элементов детали, упрощение геометрической формы, обеспече­ние жесткости при обработке.

При применении станков с ЧПУ необходи­мо наиболее полно использовать технологиче­ские возможности этого оборудования. Для каждого станка имеется определенный ком­плект инструмента. Следует проверить воз­можность обработки детали с его примене­нием. В случае необходимости разрабатывают предложения по изменению конструкции дета­ли.

Наибольший эффект достигается при ис­пользовании станков с ЧПУ для решения на­иболее сложных технологических задач, на­пример для обработки деталей сложного профиля, в случае высокой концентрации пере­ходов обработки, исключения слесарных ра­бот и сложных приспособлений. На станках с ЧПУ нецелесообразно обрабатывать детали с числом ступеней меньше трех и детали, вре­мя установки и выверки которых велико. Ста­нок с ЧПУ должен быть занят обработкой де­талей одного наименования в год в течение 10-25 ч.

Поверхность детали после токарной обра­ботки в зависимости от назначения и требова­ния точности разделяют на основные и допол­нительные участки. Основные участки опреде­ляют положение данной и сопряженной с ней деталей в изделии. Точность обработки этих участков должна быть наиболее высокой. Ос­новные участки поверхности обрабатывают проходными, копировальными и расточными резцами, дополнительные участки — торцовые и угловые канавки, резьбовые поверхности, ка­навки под клиновые ремни и т. п. обрабаты­вают канавочными, резьбовыми резцами и т. п.

Несмотря на разнообразие форм деталей, можно установить типовую последователь­ность выполнения переходов обработки. Обы­чно основные участки поверхности обрабаты­вают за несколько переходов. Переходы мож­но осуществить на одном станке за одну операцию, если деталь не подвергается промежуточной термической обработке, или за не­сколько операций на разных станках, если де­таль подвергают термической обработке.

Деление всех переходов на отдельные опе­рации проводят, исходя из возможной точно­сти обработки поверхностей на данном станке или при наличии промежуточных операций термической обработки.

На токарных станках с ЧПУ последова­тельность переходов обработки следующая: а) предварительная (черновая) обработка ос­новных участков поверхностей детали: подрез­ка торцов, центрование перед сверлением от­верстий диаметром до 20 мм, сверление (если используются два сверла, то вначале сверлом большего диаметра), рассверливание отвер­стий, точение (получистовая обработка) на­ружных поверхностей, а затем растачивание внутренних поверхностей; б) обработка до­полнительных участков поверхностей детали (кроме канавок для выхода шлифовального круга, резьбы и т. п.); в тех случаях, когда черновая и чистовая обработки внутренних по­верхностей проводятся одним резцом, все до­полнительные участки обрабатывают после чистовой обработки; в) окончательная (чисто­вая) обработка основных участков поверхно­сти детали, сначала внутренних, потом на­ружных; г) обработка дополнительных участков поверхностей детали, не требующих чер­новой обработки: сначала в отверстиях или на торцах, затем на наружной поверхности.

Комплекты режущих инструментов, ис­пользуемые при обработке наружных поверх­ностей детали на станках с ЧПУ токарной группы, приведены в табл. 1 и 2. Участки по­верхности детали, обрабатываемые этим ин­струментом, указаны в табл. 3. Комплект ин­струментов   для   станков   1723ФЗ,   1734ФЗ, 1751ФЗ приведен на рис. 24, а для станка 16К20ФЗ-на рис. 25.

Обработка на токарных станках с ЧПУ ха­рактеризуется следующей точностью. Одно­кратная обработка поверхности обеспечивает точность 12—13-го квалитета и параметр ше­роховатости поверхности Rа = 3,2 мкм. Ра­диус при вершине резца при этом назначают по наименьшему радиусу галтели на детали; в других случаях галтель выполняют по про­грамме. При более высоких требованиях к ка­честву поверхности (Ra менее 1,6 мкм) на по­следнем чистовом переходе уменьшают по­дачу и увеличивают частоту вращения. При более высоких требованиях (точности 7 —9-го квалитета) окончательную обработку осущест­вляют чистовым резцом с коррекцией на раз­мер. Для обеспечения высокой точности раз­меров при чистовой обработке резец устана­вливают в такой плоскости, чтобы погреш­ность позиционирования револьверной голов­ки не влияла на точность размера обрабаты­ваемой поверхности.

Черновую обработку со снятием напуска проводят по-разному: если перепад диаметров ступеней больше длины ступени, то обработку ведут с поперечной подачей (в противном слу­чае — с продольной подачей). Современные системы ЧПУ позволяют вести эту обработку по постоянному циклу. При составлении про­граммы задают исходный и требуемый кон­тур. Система ЧПУ автоматически формирует управляющие команды для выполнения обра­ботки. Схемы перемещения инструментов при обработке основных участков поверхности приведены на рис. 27—29. Обычно эти участки обрабатывают черновыми, а затем чистовыми резцами.

На станках с ЧПУ фаски, канавки для вы­хода инструмента обрабатывают, как указано выше, или тогда, когда это наиболее целесо­образно применительно к стойкости инстру­мента и производительности обработки. При этом учитывают, что работа вершины резца при врезании улучшается, если снята фаска. Если обработка начинается со снятия фасок, то детали будут без заусенцев (по этой же причине канавки выполняют нередко после чи­стового перехода). Фаски целесообразно сни­мать серединой режущего лезвия инструмента.

Для уменьшения трудоемкости программи­рования канавки сложной формы обрабаты­вают по типовой программе резцами за несколько переходов (рис. 30, 31). Оконча­тельный профиль детали получают при чисто­вом переходе. Критериями для выбора схемы обработки и инструментов служат глубина ка­навки h = 0,5(D₂ — D₁) и ширина канавки В (рис. 30, а). Если h < 5 мм, то предвари­тельную обработку ведут с продольной пода­чей канавочным резцом при В < 30 мм (рис. 30, б) и проходным резцом при В > 30 мм (рис. 30, в). При h > 5 мм и В < 30 мм приме­няют канавочные резцы и работают методом ступенчатого врезания (рис. 30, г). При В < 30 мм после получения канавки шириной до 10 мм (рис. 30, д) оставшийся материал убирают подрезным резцом (рис. 30, е). Окон­чательную обработку во всех случаях прово­дят двумя канавочными резцами по контуру (рис. 30, ж и з). Аналогично обрабатывают внутренние канавки.

Обработку торцовых канавок, показанных на рис. 31, а, ведут следующим образом. При ширине канавки В = 0,5 (D₂ — D₁) < 60 мм пред­варительную обработку ведут по схеме, пред­ставленной на рис. 31,б (глубина канавки h < 3 мм), или по схеме на рис. 31, в и г (глу­бина канавки h > 3 мм). Окончательную обработку торцовых канавок ведут двумя одина­ковыми резцами, различающимися положе­нием формообразующей вершины (рис. 31, д и е).

В процессе подготовки программы обра­ботки деталей на токарных станках с ЧПУ со­гласуют системы координат станка, патрона, детали и режущего инструмента (рис. 32).

В системах управления токарными станка­ми с ЧПУ предусмотрена возможность ввода коррекций на положение инструмента для компенсации упругих деформаций и износа. При этом корректирующие переключатели (блоки коррекции) выбираются программой обработки либо на всю зону обработки одним инструментом, либо на отдельные поверхно­сти. Блоки коррекций не назначают на сверла, развертки и другой осевой мерный инстру­мент.

По одному блоку коррекции выделяют: на резцы для чистовой обработки основных участков поверхностей; на прорезные и рас­точные резцы для обработки дополнительных участков поверхностей; на черновой резец для окончательной обработки торца; на черновой резец для обработки наружных и внутренних поверхностей (если остаются незанятые бло­ки).

Два блока коррекции на один инструмент с разделением кадров программы назначают: при нарезании резьбы (на зачистных ходах блоки чередуются через ход); при обработке мерных канавок немерным прорезным резцом (для чистовой обработки правой и левой сто­рон канавки); для каждого наладочного режи­ма с остановом и измерением детали (при обработке поверхностей высокой точности).

Три блока коррекции назначают на чисто­вой резец, формирующий сложный и точный контур детали, например зубчатый венец ко­нического колеса. В этом случае блоки коррек­ции должны быть «привязаны» к кадрам, обеспечивающим получение наружного диаме­тра зубчатого колеса, передней и задней кони­ческих поверхностей.

Схемы обработки детали на токарном станке с ЧПУ приведены на рис. 33.

Особенно широкими технологическими возможностями характеризуются современные токарные станки с ЧПУ (например, станки 1П732Ф4, 1П732Ф4А). Кроме различных то­карных работ с использованием специальных инструментальных шпинделей с вращающим­ся инструментом (сверлами, фрезами и т. п.) на них обрабатывают различные отверстия (в том числе и поперечные), фрезеруют канавки, лыски, пазы, нарезают резьбу (рис. 34). На та­ких станках возможна полная обработка дета­лей, если они не подвергаются термической обработке. Для выполнения этих переходов обработки шпиндель останавливается в фиксированном положении. Инструмент закреплен в специальных инструментальных шпинделях. На некоторых станках эти шпиндели встроены в револьверные головки.