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

Прецизионное точение (тонкое обтачивание и растачивание, алмазная обработка) характе­ризуется высокими скоростями резания (100—1000 м/мин и более), малыми подачами (0,01—0,15 мм/об) и глубинами резания (0,05—0,3 мм) при высокой виброустойчивости технологической системы. Детали из стали, в процессе обработки которых имеют место ударные нагрузки (при наличии пазов, пересекающих отверстий и др.), а также детали из стали и высокопрочного чугуна высокой твер­дости обрабатывают при более низких скоро­стях резания (до 50 м/мин). В некоторых слу­чаях при обработке деталей из стали и высокопрочного чугуна повышенной твердо­сти, при наличии оборудования высокой жест­кости, мощности и соответствующей частоты вращения шпинделя целесообразно применять резцы, армированные СТМ, скорости резания могут быть увеличены до 150 м/мин и более.

Прецизионное точение обеспечивает полу­чение поверхностей правильной геометриче­ской формы, с точным пространственным рас­положением осей и параметр шероховатости поверхности Ra = 0,63 — 0,063 мкм, вместе с тем этот метод высокопроизводителен.

При растачивании деталей из медных спла­вов резцами, армированными алмазами или композиционными материалами, с использова­нием шпиндельных головок с высокоточными подшипниками можно получить параметр ше­роховатости поверхности Rа = 0,032 — 0,020 мкм, при растачивании деталей из алюминиевых и бронзовых сплавов Ra = 0,063—0,04 мкм. При использовании стандартных шпиндельных головок и тех же условиях можно обеспечить параметр шероховатости поверхности Ra = 0,50-0,16 мкм.

Вследствие малых сечений стружки силы резания и нагрев детали во время обработки незначительны. Это исключает образование большого деформированного поверхностного слоя и позволяет ограничиваться малыми си­лами при закреплении детали для обработки. Точность получаемых размеров 8 —9-го квалитета, а при определенных условиях 5 —7-го квалитета. На отделочно-расточных станках обычно выдерживают допуск 5—15 мкм на диаметре 100 мм, отклонение от круглости и конусообразность — в пределах 3-10 мкм.

Более высокую точность получают при обработке деталей из цветных сплавов, при обработке деталей из стали и чугуна точность ниже, так как в большей степени сказывается влияние износа резца в процессе работы. Точ­ность обработки при растачивании зависит от отношения длины к диаметру обрабатываемой поверхности. При обработке на отделочно-ра­сточных станках отверстия, у которых отно­шение длины к диаметру меньше 2, принято считать короткими, равное 2 — 4 — средними, больше 4 — длинными.

Прецизионное точение часто применяют перед хонингованием, суперфинишированием, притиркой. У точных цилиндрических колес после токарной обработки на вертикальных многошпиндельных полуавтоматах одновре­менно растачивают отверстия и подрезают торцы с допуском 0,015—0,02 мм на диаметр и 0,05 мм на линейные размеры, хонингуют отверстия и суперфинишнруют торцы.

Оборудование. При прецизионной обработ­ке частота вращения шпинделя 1500-12000 мин^-1, подача 0,01—0,2 мм/об. Для высокой точности обработки допускается радиальное биение подшипников рабочих шпинделей стан­ка до 3 мкм; должна отсутствовать вибрация шпинделей и приспособлений с обрабатываемыми деталями. Необходимо обеспечить быстрый и удобный отвод стружки, удобное обслуживание и высокую степень автоматиза­ции управления станком — автоматический останов, переключение и торможение шпинде­лей, ускоренные вспомогательные ходы. Обо­рудование должно иметь устройства: для тон­кого регулирования положения и установки резцов, автоматического измерения детали и автоматической подналадки по мере износа инструмента, автоматический загрузки и вы­грузки деталей.

При прецизионной обработке одним из ме­тодов размерной подналадки инструмента является метод регулирования малыми им­пульсами. Измерительное устройство, кон­тролируя размеры каждой обработанной дета­ли, по мере возникновения отклонений подает команду на их компенсацию. Для гарантиро­ванного получения заданного размера кон­такты измерительного устройства налаживают на меньшее предельное значение.

На вертикальных станках и станках с непо­движным столом автоматизация загрузки и выгрузки деталей удачно решается тради­ционными средствами. Значительные трудно­сти возникают при автоматизации отделочно-расточных станков с подвижным столом, когда требуется конкретное решение для обра­ботки определенной детали.

Для устранения вибрации при большой ча­стоте вращения шпинделя части станка дол­жны быть отбалансированы, электродвигатели и гидронасосы расположены отдельно от ста­нины или установлены на особых эластичных прокладках или виброопорах, шпиндель дол­жен быть разгружен от натяжения ремней.

С целью повышения производительности обработки почти все отделочно-расточные станки выполняют с большим числом шпинде­лей. В этом случае каждый вновь вступающий в работу шпиндель (отделочно-расточная го­ловка) снижает точность обработки.

Для прецизионного точения используют станки: отделочно-расточные горизонтальные одно- и многошпиндельные с двусторонним и односторонним расположением шпинделей (головок), с закреплением детали на подвиж­ном столе или в шпинделях; специального на­значения для обработки определенных деталей (наклонные, трех- и четырехсторонние и др.); общего назначения (быстроходные токарные, расточные и многооперационные с ЧПУ), обладающие необходимыми кинематическими параметрами и высокой точностью. Для пре­цизионного точения можно модернизировать обычные токарные и внутришлифовальные станки.

Инструмент. При презиционном точении применяют расточные, проходные и под­резные резцы с режущими элементами из ал­мазов, композиционных материалов, твердых сплавов, сверхтвердых материалов (гексанита, эльбора), минералокерамики и керметов (табл. 41).

Резцы с режущими элементами из алмазов и СТМ имеют высокую твердость; после до­водки таких инструментов можно снимать стружку толщиной 0,02 мм на высоких скоро­стях резания. Этот инструмент обеспечивает малые параметры шероховатости при обра­ботке деталей из баббитов, порошковых мате­риалов, графитов, пластмасс, материалов, оказывающих абразивное действие на инстру­мент. Однако из-за большой хрупкости алма­зов и СТМ, а также недостаточной жесткости и виброустойчивости технологической си­стемы на многих заводах не удается широко использовать инструмент, армированный эти­ми материалами, для обработки деталей из стали и чугуна.

Обработка алмазными инструментами де­талей из материалов с твердыми включениями окиси алюминия исключается.

Наиболее удобны для точной установки и регулирования резцы с цилиндрическим стержнем и резцы-вставки с механическим кре­плением пластины режущего материала (твер­дого сплава), либо специально изготовленные пластины с напайным или заделанным алма­зом, СТМ и др. В зависимости от условий обработки резцы и резцы-вставки закрепляют в борштангах или резцовых головках на шпинделе станка, в резцедержателе на столе станка, в промежуточных державках, закре­пленных в резцедержателе токарного станка; в последнем случае можно применять то­карные резцы обычной конструкции. На точ­ность обработки влияет способ закрепления резца и регулирования его на заданный раз­мер. Для повышения жесткости расточных борштанг следует уменьшать их длину и уве­личивать диаметр, оставляя между борштангой и отверстием зазор, необходимый для выхода стружки (табл. 42).

При конструировании приспособления для установки детали следует исходить из мини­мальной длины борштанги. В расточных борштангах резец следует устанавливать так, чтобы его вершина была выше оси растачи­ваемого отверстия 0 на величину h (табл. 43)

Способы установки резцов в расточной борштанге различны, все они должны обеспе­чивав возможность точного регулирования резцов и их надежное закрепление.

На рис. 217 показана одна из схем закре­пления резца 3 в борштанге 1, при которой применением упорно-регулировочного винта 2 исключается смешение резца под нагрузкой и облегчается регулирование на размер. По­сле наладки на заданный размер осуществляется окончательная затяжка и закрепление резца винтом 4.

Схемы закрепления резцов с точным регу­лированием (резцы «микроборы») показаны на рис. 218,а — в. Резец 1 перемещается при регу­лировании в борштанге 3 с помощью точного винта (стержень резца 1 выполнен с точной ре­зьбой) и поддерживающего кольца 4 отсчетом по нониусной гайке 2. После регулирования резец закрепляют контргайкой 6 и затяжным винтом 5. Этот способ применяют при растачивании отверстий диаметром 15 мм и выше; точность установки резцов 0,001 мм.

На рис. 219 показана многорезцовая рас­точная борштанга. Отклонение от перпендику­лярности базового торца борштанги относи­тельно оси рабочего хвостовика — не более 0,01 мм; биение рабочего хвостовика относи­тельно направляющего выступа — не более 0,01 мм. Фланец 1 регулируемой расточной борштанги (рис. 220) с эксцентрически распо­ложенным хвостовиком (эксцентриситет е = 0,1 мм) устанавливают в отверстие шпин­деля станка. На фланце болтами закреплено кольцо 2 с борштангой 3. В гнезде борштанги установлен резец 6; грубое регулирование на размер осуществляемся упорно-регулиро­вочным винтом 4, а фиксация и окончательное закрепление резца — винтом 5. Поворотом кольца 2 изменяют положение борштанги от­носительно оси шпинделя и тем самым уста­навливают окончательный размер. Такие борштанги используют при точности установ­ки 0,015 мм, а также при подналадке по мере износа резца в этих же пределах. Борштанги с виброгасителями применяют, если необходи­мо устранить вибрации, появляющиеся в про­цессе обработки, а также, когда требуется по­лучить параметр шероховатости поверхности Rа = 0,125 ÷ 0,04 мкм и ниже, либо в случае использования борштанги большой длины (L/D ≥ 5 ÷ 6). Имеется много различных кон­струкций борштанг (рис. 221, а) с виброгасителями. Виброгаситель из свинцового или твер­досплавного грузика 3 (рис. 221, б) со втулкой 4, вставляют в отверстие борштанги 1 с зазором в радиальном направлении 0,08 — 0,1 мм и осевом направлении 0,25—0,3 мм, затем за­крывают пробкой 2, которую приваривают. Гашение вибрации борштанги происходит из-за разных амплитуд колебаний грузика и борштанги. Для надежной работы виброга­сителя важно, чтобы отверстие в борштанге и наружный диаметр втулки, в которой разме­щен грузик, были точно обработаны и имели малый параметр шероховатости поверхности.

Борштанги для прецизионного растачива­ния изготовляют из легированных сталей 18ХГТ, 40Х, 20Х и др., цементуют и закали­вают до твердости HRC 56—62. При выполне­нии ответственных прецизионно-расточных операций для повышения вибростойкости борштанги изготовляют из спеченного воль­фрама либо составными — фланец стальной, а стержень твердосплавный.

При установке резцов в расточных борштангах применяют приборы типа «наездник» (рис. 222) с магнитным корпусом призматиче­ской формы.

Прибор, оснащенный индикатором с ценой деления 0,001 или 0,002 мм, настраивают на радиус растачивания по специально изготов­ленному для данной операции эталону с базо­вой поверхностью d; настроенному размеру соответствует нулевое положение стрелки ин­дикатора. Перенеся прибор на борштангу того же диаметра d, регулируют положение вер­шины резца, добиваясь нулевого положения стрелки индикатора. Приборы типа «наезд­ник» с постоянным магнитом бывают с вы­ключением и без выключения магнитов, могут иметь призму или корпус с плоским основа­нием; стойка и передвижной кронштейн слу­жат для закрепления переходной державки с индикатором. Благодаря магнитным свой­ствам прибор прочно удерживается на плите, борштанге или эталоне для настройки на раз­мер. Таким образом, руки наладчика освобож­дены и он может выполнять все операции по регулированию и настройке инструмента. Приборы с невыключающимися магнитами притягивают к себе металлическую пыль и стружку, загрязняющие базирующие поверх­ности. Более удобны в эксплуатации приборы с выключающимися магнитами. Точность установки резцов по прибору ± 0,005 — 0,015 мм.

Установка деталей для обработки. Детали устанавливают по заранее обработанным ба­зам, а иногда по отверстиям, подлежащим окончательной обработке на данной операции. В этом случае применяют приспособления с ловителями, которые после закрепления де­тали удаляют из отверстий. Приспособления с задним или передним и задним направления­ми борштанги во втулках применяют для рас­тачивания отверстий с отношением L/D > 4 (рис. 223).

Поступательно-индексирующиеся в гори­зонтальном направлении приспособления слу­жат для предварительного растачивания не­скольких отверстий одним шпинделем или для предварительной и окончательной обработки одного отверстия двумя шпинделями. Нахо­дят применение также комбинированные при­способления для установки различных деталей на многошпиндельных станках.

Детали можно закреплять на шпинделе станка с помощью патронов-цанг и центровых оправок (рис. 224). Приспособления этого ти­па требуют хорошей балансировки и должны обеспечивать равномерное и легкое закрепле­ние детали и ее точную фиксацию.

В отдельных случаях используют комбини­рованные приспособления для одновременно­го растачивания нескольких детален, установленных на столе станка, либо для одновремен­ного растачивания и обтачивания деталей, часть которых устанавливают на столе, а часть — в шпинделе станка. Приспособления такого типа позволяют на одном станке без переналадки получать комплектную продукцию. При прецизионном точении применяют копиры, дополнительные резцедержатели и суппорты, позволяющие обрабатывать фа­сонные поверхности; кроме того можно при­менять приспособления для координатного растачивания.

Схемы и условия обработки поверхностей. При прецизионном растачивании небольших отверстий деталь закрепляют на с юле станка (рис. 225), и он совершает движение подачи, а инструмент вращается, так как целесообраз­нее вращать с большой частотой хорошо сба­лансированную борштангу, чем громоздкую деталь.

Внутренние цилиндрические поверхности можно обрабатывать на станках любого типа, а способ закрепления детали и установки инструмента зависит от конфигурации и разме­ров детали, а также типа станка.

При обтачивании наружных цилиндриче­ских поверхностей деталь закрепляют в шпин­деле станка, а резцы — в резцедержателе на столе (рис. 226).

Конические поверхности обраба1ывак>1 только при вращении детали (рис. 227). Лишь на специальных станках возможна обработка таких поверхностей при установке детали в приспособлении на столе станка. Обработку эллиптических и сферических поверхности также осуществляют с установкой детали в шпинделе станка.

Внутренние и наружные уступы небольших размеров обрабатывают «в упор» в конце ра­бочею хода резца, обрабатывающего примы­кающую к уступу цилиндрическую поверх­ность (рис. 228).

Для подрезания торцов используют спе­циальные шпиндельные головки с радиальной подачей, либо специальные станки типа OC-6488 с самодействующими шпиндельными головками. Большие уступы подрезают с по­мощью специальных державок при радиаль­ном перемещении резцов,

В зависимости от требуемой точности и параметра шероховатости обработанной поверхности прецизионное растачивание и обтачивание выполняют в один или два перехода; на первом переходе снимают не менее 2/3 при­пуска; второй переход производят при глуби­не резания 0,03—0,3 мм. Резец устанавливают на размер близко к нижнему (при обтачива­нии) или верхнему (при растачивании) предельному размеру, с тем чтобы более полно использовать допуск на размер. Рекомен­дуемые припуски на диаметр для предвари­тельного и окончательного растачивания и об­тачивания приведены в табл. 44.

В табл. 45 указаны способы подвода СОЖ при прецизионном растачивании; при обтачи­вании СОЖ подводят традиционным спосо­бом. При применении СОЖ повышается размерная стойкость и уменьшаются параметры шероховатости. Однако из-за трудности огра­ждения от разбрызгивания и отвода СОЖ применение ее на горизонтальных отделочно-расточных станках с подвижным столом ограничено. В табл. 46 приведены типовые технологические схемы операций прецизионного точения. Примеры обработки различных деталей представлены в табл. 47.

Рекомендуемые режимы резания деталей из различных материалов при прецизионном растачивании и обтачивании без применения смазочно-охлаждающих жидкостей приведены соответственно в табл. 48 и 49.