- Устройство, назначение вертикально-фрезерных головок (станков)
Основное предназначение этих станков – это механическая обработка заготовок из черных и цветных металлов и сплавов. В качестве режущего инструмента применяются различные типы фрез (торцевые, концевые, шпоночные, угловые, фасонные и др.) Вертикально-фрезерные станки предназначены для обработки вертикальных и горизонтальных плоских поверхностей. Однако при использовании специальной оснастки (делительные головки и поворотные столы) появляется возможность механической обработки поверхностей расположенных по дуге окружности и концентрических канавок.
Металлорежущее оборудование данного типа состоит из станины, в корпусе которой разместилась коробка скоростей. Сверху на станине располагается шпиндельная бабка. Конструкция данного узла такова, что имеется возможность поворота бабки на определенный угол и изменять наклон оси шпинделя по отношению к рабочей поверхности стола. Основным движением резания является вращение режущего инструмента. Крутящий момент шпинделю передается от главного электродвигателя через коробку скоростей.
Обрабатываемая деталь устанавливается на столе, который может перемещаться в продольном и поперечном направлении по направляющим суппорта. Суппорт вертикально-фрезерного станка крепится к направляющим станины и может совершать перемещения в вертикальной плоскости. Во время механической обработки детали, расположенной на рабочем столе возможно одновременное перемещение по трем направлениям. Рабочая подача передается от главного привода через коробку подач, размещенную в суппорте станка.
Для надежной фиксации заготовки на рабочем столе используются различные приспособления (универсальные и специализированные). К первой группе приспособлений можно отнести станочные тиски, прихваты, призмы, подкладки УСП и др. При обработке больших партий заготовок возможно применение специализированной оснастки с пневмо- и гидроприводом. Применение данного типа приспособлений дает возможность увеличения производительности труда за счет сокращения времени на установку и закрепления детали.
Крайне необходимой оснасткой для вертикально-фрезерных станков являются делительные головки и поворотные столы. При помощи данных поворотных устройств возможна фрезерная обработка сложных криволинейных поверхностей. К числу обязательной технологической оснастки относятся и инструментальные оправки, предназначенные для закрепления в шпинделе станка различных типов фрез и передачи режущему инструменту крутящего момента.
Благодаря высокой жесткости конструкции оборудования и мощному электроприводу в качестве режущего инструмента можно использовать фрезы с ножами, выполненными из твердого сплава. Применение данного инструментального материала позволяет увеличить режимы обработки в несколько раз, и получить за счет экономии рабочего времени солидный экономический эффект.
- Силы резания
Сила резания – результирующая сил сопротивления перемещению, действующих на инструмент.
Силы резания являются важными параметрами процесса резания. От их величины зависит мощность, необходимая для осуществления резания. Они оказывают влияние на износ инструмента и вибрации, а значит, и на качество обработанной поверхности. Силы резания являются исходными данными при расчетах на прочность и жесткость режущих инструментов, элементов оснастки, узлов деталей металлорежущих станков.
На переднюю поверхность резца стружка давит с нормальной силой N1 (рис. 1). Вследствие движения стружки по передней поверхности возникает сила трения F1. На заднюю поверхность резца действуют силы: нормальная N2 и трения F2. Сложение сил N1 и F1 дает равнодействующую Q1, а сложение сил N2 и F2 – равнодействующую Q2. Сила R является равнодействующей всех сил, действующих на резец и называется силой резания.
Значение силы R зависит от ее составляющих N1, F1, N2, F2. Если силы N1 и F1 больше сил N2 и F2, то изменение силы R будет в значительной мере определяться изменением первых двух сил и наоборот.
Силы N2 и F2 невелики по сравнению с силами N1 и F1:
1) при работе острым резцом;
2) при преимущественном изнашивании резца по передней поверхности;
3) при наличии нароста, когда нет контакта задней поверхности с обрабатываемой деталью или он незначителен;
4) при снятии сравнительно толстых стружек.
Силы, действующие на переднюю поверхность резца, зависят от свойств обрабатываемого материала, размеров срезаемого слоя и других условий стружкообразования.
Силы, действующие на заднюю поверхность резца, в основном, зависят от свойств обрабатываемого материала, размеров заднего угла, размеров площади контакта и коэффициента трения на задней поверхности.
Силы N2 и F2 увеличиваются с повышением твердости обрабатываемого материала, с уменьшением заднего угла, с увеличением площадки контакта и коэффициента трения на задней поверхности инструмента, а также при обработке пластичных материалов, склонных к упрочнению.
- Режимы резания на токарно-расточном станке. Их зависимость от конструкции детали.
Режимы резания устанавливаются совокупностью значений глубины резания, подачи (или скорости движения подачи) и скорости резания, а также геометрических параметров и стойкости инструментов, силы резания. Параметры режима резания взаимосвязаны, поэтому нельзя произвольно изменять значение одного из них, не изменяя соответственно всех прочих.
Выбор режимов резания начинают с определения глубины резания. Она связана с припуском. На операциях окончательной обработки припуск составляет не более 0,5 мм. На промежуточных операциях припуск на обработку изменяется в пределах (0,5 – 5) мм. На операциях предварительной обработки заготовок в зависимости от их размеров и способа изготовления припуск может быть более 5 мм.
Значение подачи S, как и глубины резания, определяется видом технологической операции. Операции окончательной обработки ведут с подачами SO<0,1 мм. При операциях промежуточного формообразования подачу назначают в пределах SO=0,1…0,4 мм. На тяжелых станках обработку можно вести с глубиной резания до 30 мм и с подачей до 1,5 мм. Предварительное значение скорости резания V вычисляют при известных глубине резания и выбранном интервале подач S.
Основные задачи, которые решает технолог – найти такие режимы резания, при которых сочетание всех факторов обеспечит наилучшие условия обработки конкретной заготовки и минимальную стоимость продукции. Такие режимы называют оптимальными.
Обязательные элементы режима резания при любом виде лезвийной обработки следующие: глубина резания t, скорость резания V, скорость подачи S.
Рассмотрим элементы режима резания при точении:
- Глубина резания t (мм) – толщина слоя материала, срезаемая за один рабочий ход резца.
При точении цилиндрической поверхности глубина резания равна полуразности диаметров до и после обработки, t = (D – d)/2; при подрезке канавок и отрезке глубина резания равна ширине отрезного резца. Рекомендуется глубину резания назначать равной расчетному максимально возможному значению. - Скорость резания V (м/мин) – расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в единицу времени.
Скорость резания при точении назначается по эмпирической (выведенной экспериментально) зависимостям. - Подача S (мм/об) – при точении это путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот заготовки.
Назначается подача также по справочникам в зависимости от глубины резания и других условий резания. Обычно при точении S=(0,05 — 0,25) t.
Режим резания выбирают в зависимости от конструкции, свойств обрабатываемого материала, жесткости технологической системы, вида обработки (черновой, чистовой или отделочной) и других условий резания.
- Требования безопасности при закреплении инструмента в центрах делительной головки
При обработке зубьев, шлицев, пазов, нарезании винтовых канавок и других операциях на фрезерных станках часто применяют делительные головки. Делительные головки, как приспособления, используют на консольных универсально-фрезерных и широкоуниверсальных станках. Различают простые и универсальные делительные головки.
При закреплении заготовки в центрах делительной головки должны быть соблюдены следующие правила: не должно нарушаться положение, достигнутое при ее установке; закрепление должно быть таким, чтобы положение заготовки оставалось неизменным; возникающие при закреплении деформации заготовки и смятие ее поверхностей должны находиться в допустимых пределах.
Выполнение указанных правил достигается рациональным выбором схемы закрепления и величины зажимного усилия.
При выборе схемы закрепления детали необходимо пользоваться следующими соображениями:
- Для уменьшения усилия зажима заготовку необходимо установить так, чтобы сила резания была направлена на установочные элементы приспособлений (опорный штырь, палец и др.), расположенные на линии действия этой силы или вблизи нее
- Для устранения возможного сдвига детали при закреплении усилие зажима Q следует направлять перпендикулярно к поверхности установочного элемента.
- В целях устранения деформации детали при закреплении необходимо, чтобы линия действия усилия зажима пересекала установочную поверхность установочных элементов.
- Для уменьшения смятия поверхностей при закреплении заготовок необходимо применять в зажимных устройствах такие контактные элементы, которые позволяют распределить усилие зажима между двумя, тремя точками или рассредоточить по кольцевой поверхности.
- Приёмы растачивания вертикальных и горизонтальных плоскостей
Растачивание производят для обработки отверстий, имеющихся в заготовке (отливке или поковке), и исправления положения оси ранее просверленного отверстия. Растачивание может производиться резами или многолезвийными инструментами (зенкерами и расточными головками) при вращении инструмента (на сверлильных и расточных станках) или при вращении заготовки (станки токарной группы).
Как и при сверлении на положение и прямолинейность оси отверстия после растачивания оказывает влияние способ обработки: растачивание с вращением заготовки позволяет обеспечить прямолинейную ось отверстия, совпадающую с осью вращения шпинделя станка.
При растачивании с вращением инструмента применяют направляющие втулки для обеспечения меньшего увода оси отверстия и большей ее прямолинейности.
Наиболее/распространенной схемой процесса растачивания является растачивание отверстия во вращающейся детали, закрепленной в патроне или в специальном приспособлении на шпинделе станка.
Выбор того или иного способа растачивания зависит от размеров и веса обрабатываемых деталей, диаметра шпинделя, его вылета и оснащенности станка.
Первый способ применяется в тех случаях, когда вылет шпинделя при соответствующем значении диаметров растачиваемого отверстия не будет превышать определенную величину. Вылет шпинделя складывается из расстояния между деталью и планшайбой станка и из длины растачиваемого отверстия.
Способ растачивания отверстия вылетом шпинделя является наиболее удобным и экономически выгодным. Он применяется при обработке некрупных станин, траверс и архитравов с диаметором отверстий 450—500 мм и длиной растачиваемых отверстий, не превышающей 2,5—3 диаметров.
Сущность следующих двух способов растачивания вылетом шпинделя с переустановкой или поворотом детали на столе состоит в том, что все отверстия с одной стороны последовательно растачиваются предварительно, а затем в размер с выдерживанием координат по нониусу с точностью до 0,1 мм. После переустановки или поворота детали на столе выполняются те же переходы с другой стороны, с обеспечением концентричности растачиваемых отверстий в пределах технических требований.
Растачивание этими способами может производиться во всех случаях, когда диаметр и вылет шпинделя позволяют выполнить эту работу без снижения производительности. Трудность способа растачивания отверстий с переустановкой детали состоит в том, что как при первой установке, так и при последующей переустановке требуется очень тщательная выверка детали в трех направлениях для обеспечения необходимой точности. В этом отношении способ растачивания с поворотом детали более выгоден, так как не требует кропотливой выверки детали и выполнения крановых операций, связанных с переустановкой, кроме выверки, связанной с поворотом стола.
Четвертый способ растачивания с применением борштанги используется в тех случаях, когда диаметр отверстий или вылет шпинделя превышает допустимые пределы консольной обработки. Ограниченное применение этого способа связано, во-первых, с затратой большого времени на подготовку оснастки (подбор и установка люнетной стойки, установка борштанги, многократная их переустановка при растачивании очередных отверстий и т. д.) и, во-вторых, со сложностью установки борштанги по центру растачиваемого отверстия.
Могут быть случаи, когда для некоторых деталей рассматриваемой группы приходится применять различные способы обработки. Одни отверстия следует растачивать вылетом шпинделя с одной установки, другие —с поворотом или с переустановкой детали, а третьи — с применением борштанги.
- Зависимость технологического процесса от конструкции и размеров детали, требуемой точности и шероховатости обработки
От конструкции и размеров детали зависит число операций, проходов и переходов, которое назначается при разработке процесса обработки на станке и, наряду с параметрами режима, составляет содержание разрабатываемой технологии обработки резанием, оказывая существенное влияние на точность и производительность обработки.
Увеличение числа проходов при выполнении перехода является эффективным способом повышения точности обработки при выполнении операций.
К конструкциям деталей, обрабатываемых точением, предъявляется ряд требований, обеспечивающих их технологичность при обработке. Технологичной является конструкция детали, масса которой уравновешена относительно оси вращения, отсутствуют нежесткие валы и втулки; в чертеже детали используются одинаковые радиусы скруглений; режущий инструмент имеет свободный вход и выход из материала заготовки; отсутствуют фасонные поверхности, требующие изготовления фасонных резцов; диаметры ступеней ступенчатых валов располагаются по возрастающей степени; участки вала или отверстия, имеющие один и тот же размер, но разный допуск, разделены кольцевой разделительной канавкой.
По технологическим возможностям точение условно подразделяется на черновое, получистовое, чистовое и тонкое. К черновому точению относят обдирку, отрезку и подрезку торцов заготовок. Обычно черновое точение используют для предварительной обработки заготовок за один проход. Чистовое многопроходное обтачивание и растачивание обеспечивают обработку по 8—10-му квалитету и шероховатость поверхности v — v . Тонкое точение позволяет при обтачивании получить 6—7-й квалитет и шероховатость т.
Основная область применения процесса шлифования — чистовая и отделочная обработка деталей для обеспечения высокой точности размеров и малой шероховатости поверхности. Кроме того, шлифование используется как один из методов размерной обработки труднообрабатываемых материалов: керамики, металлов, твердых сплавов, деталей из закаленных сталей и т.д.
Шлифование обеспечивает размеры по 5—8-му квалитету и следующие значения шероховатости поверхности.
- Установка, регулировка зажимных и подающих устройств рабочего хода суппорта
Суппорт универсального токарного станка предназначен для перемещения закрепленного в резцедержателе резца вдоль оси шпинделя, поперек оси шпинделя и под углом к оси шпинделя.
Суппорт станка имеет крестовую конструкцию и состоит из трех основных движущихся узлов — каретка суппорта, поперечные салазки суппорта, резцовые салазки. В технической литературе эти узлы называют по разному, например, каретка суппорта может называться — нижние салазки, продольные салазки, продольная каретка. В нашем описании мы будем придерживаться терминологии из Руководства по эксплуатации станка 1к62.
Суппорт состоит из следующих основных частей (рис.):
- Каретка для продольного перемещения суппорта по направляющим (продольные салазки, нижние салазки)
- Станина станка
- Поперечные салазки (поперечная каретка)
- Резцовые салазки (верхние салазки, поворотные салазки)
- Винт ходовой подачи поперечной каретки
- Гайка безлюфтовая разъемная
- Рукоятка ручной подачи поперечной каретки
- Зубчатое колесо для механической подачи поперечной каретки
- Поворотная плита
- Резцедержатель четырехпозиционный
В круговых направляющих поперечной каретки 3 установлена поворотная плита 9, в направляющих которой перемещаются резцовые салазки 4 с четырехпозиционным резцедержателем 10. Такая конструкция позволяет устанавливать и зажимать болтами поворотную плиту с резцовыми салазками под любым углом к оси шпинделя. При повороте рукоятки 11 против часовой стрелки резцедержатель 10 приподнимается пружиной 12 — одно из нижних отверстий его сходит с фиксатора. После фиксации резцедержателя в новом положении его зажимают, повернув рукоятку 11 в обратном направлении.
Каретка суппорта
Каретка суппорта (нижние салазки, продольные салазки) перемещается по направляющим станины вдоль оси шпинделя. Каретка приводится в движение как вручную, так и механически с помощью механизма подачи. Движение каретке передается с помощью фартука, жестко закрепленного на каретке. Каретку можно зажать на станине прижимной планкой и винтом для проведения тяжелых торцовочных работ.
В фартуке размещены механизмы и передачи, предназначенные для преобразования вращательного движения ходового валка и ходового винта в прямолинейно-поступательное движение каретки суппорта, продольных и поперечных салазок. Фартук жестко скреплен с кареткой суппорта.
В верхней части каретки перпендикулярно оси шпинделя расположены направляющие в форме ласточкина хвоста для установки поперечных салазок суппорта.
Поперечные салазки суппорта
Поперечные салазки суппорта установлены на каретке суппорта и перемещается по направляющим каретки в форме ласточкина хвоста под углом 90° к оси шпинделя. Поперечные салазки также приводятся в движение как вручную, так и механически механизмом подачи. Поперечные салазки перемещаются в направляющих нижних салазок с помощью ходового винта и безлюфтовой гайки. При ручной подаче винт вращается с помощью рукоятки 7, а при механической — от зубчатого колеса 8.
Точное перемещение салазок определяется с помощью лимба.
На поперечные салазки может быть установлен задний резцедержатель, используемый для проточки канавок и для других работ, выполняемых с поперечной подачей.
В верхней части поперечных салазок расположены круговые направляющие для установки и закреления поворотной плиты с резцовыми салазками.
Резцовые салазки
Резцовые салазки (верхние салазки) установлены на поворотной части поперечной каретки и перемещаются по направляющим поворотной части, смонтированной в круговой направляющей поперечных салазок. Это позволяет резцовые салазки вместе с резцедержателем устанавливать под любым углом к оси станка при обтачивании конических поверхностей.
Резцовые салазки перемещаются по направляющим поворотной части, смонтированной в круговой направляющей поперечных салазок. Это позволяет устанавливать верхние салазки вместе с резцедержателем при отпущенных гайках под углом к оси шпинделя станка от —65° до +90° при обтачивании конических поверхностей. При повороте зажимной рукоятки против часовой стрелки осуществляется разжим резцовой головки и вывод фиксатора, а затем поворот ее в нужное положение. Обратным вращением рукоятки резцовая головка зажимается в новом зафиксированном положении. Головка имеет четыре фиксированных положения, но может быть также закреплена в любом промежуточном положении.
На верхней поверхности поворотной части расположены направляющие в форме ласточкина хвоста, по которым при вращении рукоятки перемещается — резцовые (верхние) салазки суппорта.
Резцовые салазки несут на себе четырехгранную резцовую головку для закрепления резцов и имеют независимое ручное продольное перемещение по направляющим поворотной части суппорта.
Точное перемещение салазок определяется с помощью лимба.