Автор: Ермолаев В.В.
Теги: детали машин передачи (механические) подъемно-транспортное оборудование крепежные средства смазка общая технология машиностроения обработка металлов машиностроение учебник
ISBN: 978-5-4468-1562-3
Год: 2015
Текст
В. В. Ермолаев, А. И. Ильянков
РАЗРАБОТКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Учебник
Профессиональный модуль
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
В. В. ЕРМОЛАЕВ, А. И. ИЛЬЯНКОВ
РАЗРАБОТКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
УЧЕБНИК
Рекомендовано
Федеральным государственным автономным учреждением
«Федеральный институт развития образования»
в качестве учебника для использования
в учебном процессе образовательных учреждений,
реализующих программы среднего профессионального
образования по специальности «Технология машиностроения»
Регистрационный номер рецензии 126
от09 апреля 2015 г. ФГАУ «ФИРО»
ACADEMA
Москва
Издательский центр «Академия»
2015
УДК 621.81(075.32)
ББК 34.5я723
Е741
Рецензент —
профессор кафедры автоматизированных ( истом
обработки информации и управления Московского государственного
технологического университета «Станкин», канд. техн, наук, д-р под. наук
А. Г. Схиртлад.и'
Ермолаев В. В.
Е741 Разработка технологических процессов изготовления
деталей машин : учебник для студ. учреждений сред. проф.
образования / В. В. Ермолаев, Л. И. Ильянков. — М. : Издатель-
ский центр «Академия», 2015. — 336 с.
ISBN 978-5-4468-1562-3
Учебник создан в соответствии с Федеральным государетвенпым об-
разовательным стандартом среднего профессионального образования для
специальности «Технология машиностроения», ПМ.01 «Разработка техно-
логических процессов изготовления деталей машин».
Рассмотрены вопросы, сопутствующие разработке экономически целе-
сообразных технологических процессов изготовления деталей, от проекти-
рования заготовок с высоким коэффициентом использования материала до
отделки рабочих поверхностей деталей, обеспечивающих высокое качество
и ресурс работы готовой машины. Приведены сведения об автоматизиро-
ванном проектировании технологических процессов и принципах состав-
ления программ для обработки деталей на оборудовании с программным
управлением.
Для студентов учреждений среднего профессионального образования.
УДК 621.81(075.32)
ББК 34.5я723
ISBN 978-5-4468-1562-3
© Ермолаев В. В., Ильянков А. И., 2015
© Образовательно-издательский центр «Академия», 2015
© Оформление. Издательский центр «Академия», 2015
Уважаемый читатель!
Данный учебник является частью учебно-методического ком-
iiwKTd для специальности «Технология машиностроения».
Учебник предназначен для изучения профессионального моду-
«Разработка технологических процессов изготовления деталей
машин».
Учебно-методические комплекты нового поколения включают
п себя традиционные и инновационные учебные материалы, по-
шоляющие обеспечить изучение общеобразовательных и общепро-
(|н‘(сиональных дисциплин и профессиональных модулей. Каждый
|'(>м11лект содержит учебники и учебные пособия, средства обучения
и кон троля, необходимые для освоения общих и профессиональных
компетенций, в том числе и с учетом требований работодателя.
Учебные издания дополняются электронными образовательными
ресурсами. Электронные ресурсы содержат теоретические и прак-
тические модули с интерактивными упражнениями и тренажерами,
мультимедийные объекты, ссылки на дополнительные материалы и
ресурсы в Интернете. В них включен терминологический словарь
и электронный журнал, в котором фиксируются основные пара-
метры учебного процесса: время работы, результат выполнения
к< и ттрольных и практических заданий. Электронные ресурсы легко
п< траиваются в учебный процесс и могут быть адаптированы к раз-
мен ним учебным программам.
Учебно-методический комплект по дисциплинам «Технология
m<i hi и построения», «Технологическое оборудование» для специаль-
ности «Технология машиностроения» включает в себе электронные
< и >р<1 зевательные ресурсы «Технология машиностроения. Основные
методы разработки технологических процессов в машинострое-
нии», «Технология машиностроения. Принципы проектирования
технологических процессов изготовления деталей машин» и «Тех-
нологическое оборудование машиностроительного производства».
I 1редлагаемые электронные образовательные ресурсы могут быть
полезны при изучении профессионального модуля «Разработка
технологических процессов изготовления деталей машин» для
< нециальности «Технология машиностроения».
Предисловие
Высокая конкуренция между специалистами на рынке труда
сформировала новые факторные условия трудоустройства личности
как конкурентоспособного специалиста. Существующие информа-
ционные потоки приводят к некоторому отставанию имеющейся
учебной базы, формирующей основу готовности выпускника
учреждения среднего профессионального образования к профес-
сиональной деятельности, от требований работодателя. В связи
с этим в Федеральном государственном образовательном стандарте
среднего профессионального образования (ФГОС СПО) по специ-
альности «Технология машиностроения» содержатся требования,
на основании которых качество современного образования должно
определяться компетентностью выпускников образовательного
учреждения в решении возникающих конкретных проблем с ис-
пользованием полученных в процессе обучения знаний и связей
между ними.
Содержание учебника полностью соответствует профессио-
нальному модулю ПМ.01 «Разработка технологических процессов
изготовления деталей машин», в результате изучения которого
выпускник учреждения среднего профессионального образования
(техник или специалист по технологии) должен обладать следу-
ющими профессиональными компетенциями:
уметь использовать конструкторскую документацию при раз-
работке технологического процесса изготовления деталей;
уметь выбирать метод получения заготовок и схемы их базиро-
вания;
уметь составлять маршруты изготовления деталей и проектиро-
вать технологические операции;
уметь разрабатывать и внедрять управляющие программы об-
работки заготовок деталей;
уметь использовать системы автоматизированного проек-
тирования технологических процессов обработки заготовок
деталей.
В учебнике в определенной последовательности изложен мате-
риал, в результате изучения которого и его практического освоения
4
студенты получают необходимый комплекс знаний и практический
опыт для работы техником-технологом на машиностроительном
предприятии.
Изучая теоретический материал, студент должен усвоить:
конструктивно-технологические признаки и показатели качества
деталей машиностроения и правила отработки их конструкций
па технологичность;
физико-механические свойства конструкционных и инструмен-
тальных материалов;
методику проектирования технологического процесса изготовле-
н ия детали, выбор способов получения заготовок для деталей;
правила выбора технологических баз и методику расчета по-
грешностей базирования заготовок при использовании различ-
ных установочных элементов приспособления;
методику назначения методов механической обработки загото-
вок;
различные виды режущих инструментов, элементы технологи-
ческих операций и методику расчета режимов резания;
технологические возможности металлорежущих станков и на-
значение станочных приспособлений;
методику технического нормирования операций;
различные виды технологических документов и требования
стандартов к их оформлению;
методику разработки и внедрения управляющих программ для
обработки заготовок простых деталей на автоматизированном
оборудовании;
возможности использования информационных технологий в ма-
шиностроении.
Выполняя практические работы, студент должен приобрести
практический опыт:
использования конструкторской документации для проектиро-
вания технологических процессов изготовления деталей;
выбора способов получения заготовок и схем их базирования
в рабочей зоне металлообрабатывающего станка;
составления технологических маршрутов изготовления деталей
и проектирования технологических операций;
разработки и внедрения управляющих программ для обработки
заготовок типовых деталей на металлообрабатывающем обо-
рудовании;
разработки технической документации и проектирования тех-
1 юлогических процессов с использованием пакетов прикладных
программ.
5
Изложенный в учебнике материал базируется на знании изучен-
ных ранее общепрофессиональных дисциплин, что позволяет сту-
денту получить профессиональные компетенции с наименьшими
временными затратами и наибольшей эффективностью.
В учебнике обобщены практически все основные вопросы, со-
путствующие грамотной разработке экономически целесообразных
технологических процессов изготовления типовых деталей маши-
ностроения.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
I
РАЗДЕЛ
<----------------------------------------
Глава 1. Общая характеристика
машиностроительной продукции
Глава 2. Характеристики заготовок для де
Глава 3. Основы базирования обрабатыва
заготовок
Глава 4. Режущий инструмент
и инструментальные материалы
Глава 5. Методы обработки поверхностей
Глава 6. Основы проектирования
технологических процессов
изготовления деталей машин
Глава 7. Нормирование технологических
операций
Глава 8. Разработка технологических опе|
Глава 9. Технологические процессы
изготовления основных деталей
машины
Глава 1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ
ПРОДУКЦИИ
1.1.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАЧЕСТВЕ
И НАДЕЖНОСТИ МАШИН
Каждое изделие машиностроительной отрасли (машина) предна-
значено для выполнения определенных функций, т. е. каждая машина
имеет определенное служебное назначение. Например, стиральная
машина предназначена для стирки белья, токарный станок — для
обтачивания, растачивания, сверления, зенкерования заготовок,
а авиационный двигатель — для создания тяги. Для того чтобы маши-
на как можно дольше выполняла свое служебное назначение и при
этом была экономичной, она должна быть качественной.
Под качеством машины понимают совокупность ее свойств,
определяющих служебное назначение машины и отличающих ее
от других машин.
Качество каждой машины характеризуется множеством пока-
зателей, правильно отработанных при ее доводке на предприятии.
Для каждого из этих показателей устанавливаются номинальные
значения с допусками на отклонения и с учетом экономической
формулы « цена—качество ».
Комплекс показателей качества машины называют техническими
условиями, или нормами точности, на приемку готовой машины.
К основным показателям качества машины относятся:
стабильность выполнения машиной ее служебного назначения;
гарантийный ресурс и возможность проведения капитального
ремонта;
качество выпускаемой с помощью машины продукции;
физическая долговечность, т. е. способность машины сохранять
первоначальное качество во времени;
моральная долговечность, т. е. способность машины экономично
выполнять служебные функции во времени;
8
производительность;
безопасность в работе;
удобство и простота обслуживания;
экологичность, т. е. небольшой уровень создаваемого при работе
шума и отсутствие вредных выбросов в атмосферу;
коэффициент полезного действия:;
степени механизации, автоматизации и новизны;
возможность безотходной утилизации после выработки ре-
сурса.
От каждой, детали машины (гайка, вал, рабочая лопатка ком-
прессора и др.), представляющей собой изделие, изготовленное из
определенного материала без применения сборочных операций,
и выполняющей определенные функции при работе машины, на-
ходясь во взаимодействии с другими деталями, зависят надежность
и качество готовой машины.
От каждой сборочной единицы, в которой детали соединены
и скреплены между собой с применением сборочных операций
(свинчивание, сварка, запрессовка, склеивание), и от каждого по-
лученного во время сборки соединения (подвижного или неподвиж-
ного, разъемного или неразъемного) зависит работоспособность
готовой машины.
Качество готовых деталей определяют в основном следующие
параметры:
точность рабочих и свободных поверхностей;
шероховатость рабочих и свободных поверхностей;
точность взаимного положения поверхностей;
состояние поверхностного слоя;
прочность материала;
твердость рабочих поверхностей.
Необходимые параметры качества деталей обеспечиваются
в процессе их изготовления на производстве в механических и тер-
мических цехах.
Технические условия на изготовление детали содержат
требования, которые технолог должен реализовать в процессе ее
изготовления на машиностроительном предприятии. Правильная
постановка этих требований во многом предопределяет время
и затраты на их решение (с учетом того, что технолог принимал
активное участие в отработке конструкции машины на техноло-
гичность).
Технические характеристики и качественные показатели неко-
торых машин и их составных частей могут утверждаться государ-
ственными метрологическими и стандартизационными организа-
9
циями и оформляться в виде нормативных документов, например
государственных стандартов. Такими нормативными документами
являются стандарты на электродвигатели, станки, подшипники
качения (роликовые, шариковые, игольчатые) и др.
Безусловно, качество готовой машины, ее надежность и гаран-
тийный ресурс определяют не только качеством и точностью техно-
логических процессов изготовления ее деталей, но и целым рядом
других факторов, например свойствами материалов, из которых
изготовлены детали, шероховатостью рабочих поверхностей дета-
лей, правильным обслуживанием машины во время эксплуатации
И др.
В качестве примера, подтверждающего сказанное, рассмотрим
работоспособность пары сопрягаемых деталей, рабочие поверхно-
сти которых плотно прилегают одна к другой и находятся в отно-
сительном движении. Несмотря на наличие смазочного материала,
процесс трения поверхностей этих деталей сопровождается из-
носом, и динамика процесса износа зависит не только от размера
неровностей (шероховатости) их поверхностей, но и от направления
этих неровностей. Процесс износа таких деталей подразделяется
на три стадии.
Стадия 1 характеризуется тем, что в процессе приработки тру-
щихся поверхностей новых деталей в начале эксплуатации машины,
происходит довольно быстрый износ вершин их неровностей, что
приводит к интенсивному увеличению достигнутого при сборке
зазора между сопрягаемыми поверхностями. По этой причине
при изготовлении наиболее ответственных изделий, например
авиационных двигателей, приработка трущихся поверхностей де-
талей производится во время испытаний, при которых создаются
условия работы соединения с наибольшим трением. При переборке
изделия после таких испытаний заново обеспечивают требуемые
зазоры в соединениях деталей, сопрягаемые поверхности которых
достаточно приработаны (притерты) одна к другой.
Стадия 2 характеризуется нормальной работой деталей, при
которой происходит замедленный износ сопрягаемых поверхно-
стей, поскольку в результате приработки их шероховатость при-
обрела некоторое оптимальное значение и производится полное
смазывание площадей этих поверхностей.
Для стадии 3, являющейся завершающей в работе соеди-
нения, характерно появление сколов, трещин и других дефектов
трущихся поверхностей, что приводит к отказу в работе, напри-
мер заклиниванию или появлению недопустимо большого зазора
в соединениях.
10
1.2.
( трогое соблюдение условий эксплуатации изделия, своевремен-
ное смазывание трущихся поверхностей и выполнение предупре-
дительного ремонта создают условия, при которых увеличивается
Иремя до отказа соединения.
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРИЗНАКИ И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА
ДЕТАЛЕЙ
Практически каждая готовая машина (изделие машиностроения)
Включает в себя детали, изготовляемые на данном предприятии,
Покупные изделия, крепежные детали и расходные материалы. На
стадии предварительной сборки из этих составляющих получают
сборочные единицы, которые в ряде случаев могут иметь свои вы-
ходные параметры. На стадии общей сборки сборочные единицы
состыковывают друг с другом, прикрепляют к ним другие детали
и получают готовое изделие.
Чтобы готовая машина была качественной, т. е. соответствовала
своему служебному назначению, была экономичной и безопасной
II эксплуатации и безотказной в работе в течение всего гарантий-
ного срока, необходимо, чтобы все ее составные части также были
качественными. По этой причине для каждой составной части
машины, и в том числе для деталей, устанавливают количествен-
ные параметры с допусками на их отклонения, учитывая при этом
себестоимость готовой машины. Совокупность значений параме-
тров машины в целом и ее составных частей входит в технические
требования на изготовление, испытание и приемку машины.
Так как основные показатели качества машины во многом оп-
ределяются технологическими процессами изготовления ее де-
талей, рассмотрим параметры, характеризующие каждую деталь
машины.
Будем считать, что деталь представляет собой изделие, изготов-
ленное из одного материала (металла или неметалла) без примене-
ния сборочных операций (например, литой корпус, вал редуктора
или лопатка осевого компрессора).
Каждая деталь имеет определенную геометрическую форму,
( формированную из ряда простых поверхностей, основными из
которых являются:
плоские поверхности;
цилиндрические (наружные и внутренние) поверхности;
конические (наружные и внутренние) поверхности;
11
Рис. 1.1. Виды простых поверхностей детали:
А — плоские; В — конусные; Р — резьбовая; М — цилиндрические; К — сфериче-
ская
сферические поверхности;
резьбовые поверхности;
фасонные поверхности.
Деталь, представленная на рис. 1.1, содержит плоские, цилин-
дрические, конические и фасонные (резьбовую и сферическую)
поверхности. Все поверхности детали подразделяют на рабочие
и нерабочие (свободные). К рабочим относятся поверхности дета-
ли, которыми она взаимодействует с поверхностями сопрягаемых
деталей при сборке и в процессе эксплуатации изделия.
Каждый размер поверхностей детали имеет номинальное зна-
чение, которое конструктор рассчитывает из условий прочности
и работоспособности изделия. Однако, поскольку изготовить любую
деталь абсолютно точно практически невозможно, все размеры
поверхностей детали имеют предельные (допустимые) отклонения
от номинальных значений. Допустимые отклонения размеров от
номинальных значений назначают исходя из служебного назна-
чения детали в машине и возможностей технологического обо-
рудования, используемого для получения из исходной заготовки
готовой детали.
На рабочем чертеже детали кроме отклонений размеров от но-
минальных значений указывают отклонения формы ее поверхно-
сти от правильной геометрической формы (например, отклонение
цилиндрической поверхности от круглости, отклонение плоской
поверхности от плоскостности), а также шероховатость всех по-
верхностей.
Шероховатость и твердость рабочих поверхностей детали явля-
ются наиболее важными показателями ее качества.
Шероховатость оказывает заметное влияние на износостой-
кость рабочих поверхностей деталей, их усталостную прочность,
12
герметичность стыков и другие эксплуатационные свойства ма-
шины. На рабочем чертеже детали параметры шероховатости ука-
imimiiot с помощью условных обозначений. Например, надпись Ra
1/25 означает, что среднее арифметическое отклонение профиля
Шероховатости не должно превышать 1,25 мкм, а надпись Rz 80
означает, что высота неровностей профиля шероховатости, изме-
ренная но десяти точкам, не должна превышать 80 мкм.
Твердость сопрягаемых поверхностей деталей задают в едини-
цах I IRC или НВ и указывают в технических требованиях на изго-
товление детали. Параметры твердости поверхностей технолог учи-
тывает при назначении вида термической или химико-термической
обработки детали.
Некоторые поверхности детали для повышения твердости насы-
щают па некоторую глубину углеродом (цементируют) или азо-
Том (азотируют). В этих случаях должны быть соответствующие
надписи, отнесенные к данным поверхностям. Технические усло-
вия на изготовление детали также могут содержать требование
(н сутствия различных дефектов на поверхностях деталей, указание
необходимости полирования поверхностей или нанесение на них
покрытия, например лакокрасочного.
1.3.
ТОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Под точностью детали понимают степень ее приближения
к геометрически правильному прототипу. Изготовить любую деталь
абсолютно точно практически невозможно в силу наличия множе-
стве! технологических и других факторов. Поэтому на все размеры
поверхностей детали устанавливают предельные отклонения от их
поминальных значений.
О точности готовой детали судят по результатам измерений ее
параметров, в том числе шероховатости и твердости поверхностей,
(’равнением результатов измерений с допустимыми отклонениями
определяют годность детали для ее использования в машине.
Различают заданную и действительную точность детали.
Заданными параметрами точности детали являются допустимые
отклонения, указанные на ее рабочем чертеже. Действительная
точность определяется результатами измерений (с некоторой по-
греми ностью) параметров поверхностей готовой детали.
Вследствие возникновения погрешностей технологу удобно под-
разделять все параметры точности на две группы.
13
Рис. 1.2. Виды отклонений поверхностей деталей от идеального профиля:
а — некруглость; б — овальность; в — конусность; 1 — реальный профиль попереч-
ного сечения цилиндрической детали; 2 — прилегающая окружность; 3 — реальный
профиль продольного сечения цилиндрической детали; 4 — прилегающий цилиндр
К группе 1 относят параметры точности размеров, характе-
ризующих непосредственно поверхность. Например, овальность,
конусность или отклонение от круглости цилиндрической поверх-
ности.
К группе 2 относят параметры точности, характеризующие
взаимное положение поверхностей. Например, радиальное бие-
ние одной цилиндрической поверхности относительно оси другой
(базовой) цилиндрической поверхности, или отклонение от пер-
пендикулярности двух плоских поверхностей, или отклонение от
соосности двух цилиндрических поверхностей.
Параметры точности поверхностей и параметры их шерохо-
ватости технолог учитывает при назначении методов обработки
поверхностей. Параметры точности взаимного положения по-
верхностей технолог учитывает при назначении способа базиро-
вания заготовки в зоне обработки на металлообрабатывающем
оборудовании.
На рабочем чертеже детали задают значения искажения формы
или профиля поверхности в виде ее отклонения от идеальной в гео-
метрическом отношении формы, для чего используют прилегающие
прямые, прилегающие профили или прилегающие плоскости.
Отклонение от круглости поверхности тела вращения пред-
ставляет собой допустимое наибольшее отклонение А в плоскости
поперечного сечения цилиндрической, конической или сфериче-
ской поверхности от точек реального профиля 1 до прилегающей
окружности 2 (рис. 1.2, а).
Овальность является частным случаем отклонения от кругло-
сти, при котором реальный профиль 1 (рис. 1.2, б) поперечного
14
। сни‘иия цилиндрической поверхности в отличие от прилегающей
окружности 2 имеет форму овала. В этом случае наибольший (dmax)
и нл и меньший (dmin) диаметры действительного профиля не только
ярко выражены, но и расположены во взаимно-перпендикулярных
направлениях. Количественно овальность Лов действительного про-
филя определяется измерением диаметров ее поверхностей в двух
в мнмно-перпендикулярных направлениях и последующим расче-
том нолуразности этих диаметров:
^ов — 0»5(^тах — ^min)*
Конусность представляет собой отклонение профиля цилиндри-
ческой поверхности детали, при котором образующие реального
профиля 3 (рис. 1.2, в) являются прямыми, но не параллельными
линиями в отличие от прилегающего цилиндра 4. Количественно
конусность Дкон определяется измерением диаметров dmax и c?min
цилиндрической поверхности в двух крайних сечениях и после-
дующим расчетом:
при линейном выражении
^кон 0'5(б?тах — ^min)i
при угловом выражении угол конуса а находят по формуле
tg"®’ (^max —
гд(» L — длина конуса.
I 1араметры точности взаимного расположения поверхностей
ни рабочем чертеже детали задают в виде условных обозначений
и соо тветствии со стандартами ЕСКД. Так, на рис. 1.3 показано, что
Рис. 1.3. Указание точности взаимного расположения поверхностей на
чертеже детали:
и радиальное биение; б — соосность; А, В и К — цилиндрические поверхности
до талой
|©|0,05| К
15
радиальное биение цилиндрической поверхности В относительно
оси (базовой) цилиндрической поверхности А не должно превышать
0,01 мм (рис. 1.3Г а), а несоосность (несовмещение) оси цилиндри-
ческой поверхности С с осью базовой поверхности К не должно
превышать 0,05 мм (рис. 1.3, б).
Следует различать действительную точность изготовления одной
детали и действительную точность изготовления партии деталей.
Действительная точность изготовление одной детали представ-
ляет собой степень соответствия действительных размеров этой
детали, полученных при изготовлении, размерам, заданным на ее
рабочем чертеже. Сравнением действительного размера £д, получен-
ного в результате измерения детали после изготовления, с предель-
ными значениями данного размера на рабочем чертеже этой детали
(L3 max и L3 min) получают ее действительную точность: Тд1 = £д - L3 max
и Тд2 = LA - L3 min. Эти два результата (Тд1 и Тд2) полностью определяют
действительную точность изготовления одной детали.
Действительная точность изготовления партии деталей харак-
теризуется разными размерами отдельных деталей, т. е. возникает
рассеивание размеров, которое равно разности между имеющи-
мися наибольшим (£д тах) и наименьшим (£д min) размерами деталей
в партии, т. е. V= LAmax - LAmin- Полную действительную точность
изготовления партии деталей получают статистической обработкой
результатов проведенных измерений, после чего делают вывод
о том, что действительная точность изготовления партии деталей
равна сумме значения V поля рассеивания их действительных раз-
меров и значения £ смещения середины Лд ср этого поля относитель-
но среднего значения £ср заданного размера, т. е. Тд = V + е.
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ МАШИНЫ
И ОТДЕЛЬНЫХ ЕЕ ДЕТАЛЕЙ
Под технологичностью следует понимать совокупность свойств
конструкции машины, позволяющих минимизировать затраты
труда, средств и времени на всех стадиях ее изготовления и экс-
плуатации.
Конструкция каждой машины отрабатывается на технологич-
ность во время разработки и доводки при непосредственном
участии технологических служб цехов предприятия. Конструктор
машины должен привести в соответствие количественную сторону
технических требований и норм точности на все составные части
машины со служебным назначением машины. Технолог при отладке
16
1.4.
технологического процесса изготовления деталей и сборки машины
может вносить предложения по изменению технических требо-
ваний и норм точности к отдельным параметрам деталей в целях
снижения себестоимости машины.
Деталь считается технологичной, если при заданном объеме
выпуска обеспечивается кратчайший производственный цикл ее
изготовления при наименьшей трудоемкости и наибольшем коэф-
фициенте использования материала.
Различают следующие виды технологичности:
эксплуатационная технологичность машины — обеспечиваемая
упрощением ее технического обслуживания и сокращением затрат
на него, а также созданием ремонтопригодной конструкции;
производственная технологичность деталей — обеспечивае-
мая максимальным приближением форм заготовок к формам
соответствующих деталей из заданных материалов. При этом
изготовление деталей упрощается и становится более эконо-
мичным.
Производственная технологичность изделия в основном характе-
ризуется материалоемкостью, трудоемкостью и себестоимостью.
Материалоемкость машины характеризуется суммарным рас-
ходом материалов на ее изготовление. Общая материалоемкость
машины рассчитывается по формуле
О>бщ = Gi + G2 + ... + Gn,
где Glr G2,..., Gn — расходы соответственно различных видов мате-
риалов на изготовление машины; п — число видов используемых
материалов.
Расход материала для каждой конкретной детали характеризует-
ся коэффициентом использования материала (Ки м), т.е. отношением
массы готовой детали к массе ее заготовки:
*и. м ““ ^дет/^заг*
Этот коэффициент показывает долю материала заготовки, ухо-
дящего в стружку. При проектировании заготовки и назначении
способа ее получения стремятся приблизить форму заготовки
к форме детали, что обеспечивает уменьшение общего припуска
на механическую обработку и, следовательно, увеличение коэффи-
циента использования материала, т.е. повышает технологичность
детали.
При необходимости рассчитывают относительную ма-
териалоемкость, которая показывает долю конкретного
материала в общей материалоемкости изделия, и удельную
17
материалоемкость, которая показывает расход материала на
единицу определяющего параметра изделия, например на единицу
тяги реактивного двигателя.
Трудоемкость изделия характеризует затраты труда на его из-
готовление. Общая трудоемкость изделия определяется временем,
затрачиваемым рабочими на изготовление одного изделия:
Т’изд = Т3 + Тм + тсб + тпр,
где Т3 — трудоемкость заготовительных работ; Тм — трудоемкость
механической обработки; Тсб — трудоемкость сборочных работ;
Тпр — трудоемкость прочих работ, например нанесения лакокрасоч-
ных покрытий, испытаний и др.
При необходимости рассчитывают относительную трудо-
емкость, которая показывает долю трудозатрат по данному виду
работ в общей трудоемкости, и удельную трудоемкость,
которая показывает трудозатраты на единицу определяющего па-
раметра изделия, например на единицу мощности автомобильного
двигателя.
Общая себестоимость изделия определяется суммой всех рас-
ходов на его изготовление:
С = М + 3 + О + П + И,
где М — расходы на используемые в конструкции изделия мате-
риалы; 3 — расходы на заработную плату; О — расходы на амор-
тизацию и содержание оборудования; П — расходы на амортизацию
и содержание приспособлений; И — расходы на амортизацию и со-
держание инструмента.
При необходимости рассчитывают удельную себестои-
мость изделия, которая определяет трудозатраты на единицу его
определяющего параметра, например на единицу грузоподъемности
лифта.
Дополнительно технологичность машины могут характери-
зовать:
уровень стандартизации ее составных частей, так как основной
функцией стандартов (ГОСТ, ОСТ, СТП) является повышение
качества и ремонтопригодности изделий;
уровень унификации — уменьшение многообразия форм и раз-
меров деталей, марок материалов, форм технической докумен-
тации;
преемственность конструкции — заимствование элементов
конструкции из изделий, ранее освоенных и выпускаемых
предприятием-изготовителем;
18
использование функционально-блочного конструирования —
пбъодипение сборочных единиц в самостоятельные блоки со
< моими выходными параметрами и последующей компоновкой
их в изделие;
создание параметрического ряда машин — объединение изделий
одного типа в ряд с возрастанием (или убыванием) определяю-
щего параметра, например гидравлических домкратов разной
грузоподъемности;
использование автоматизированного проектирования при раз-
работке новых изделий.
О тработка технологичности вновь создаваемой машины на-
ми нп< чтя в основном на стадии конструкторской подготовки про-
изводства, затем продолжается при технологической подготовке
Производства и при изготовлении деталей, и при сборке изделия.
Следова тельно, технологичность конструкции машины отрабаты-
вается па всех стадиях ее жизненного цикла с дальнейшим ис-
пользованием полученных результатов при создании нового, более
технологичного, изделия.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что следует понимать под качеством готовой машины?
2. Какие параметры характеризуют точность готовой детали?
3. Какие параметры шероховатости указывают на рабочем чер-
теже детали?
4. Какие основные поверхности образуют деталь машины?
5. Что такое овальность поверхности тела вращения?
6. Что такое конусность цилиндрического вала?
7. Какие поверхности детали являются рабочими?
8. Каковы основные составляющие себестоимости готовой де-
тали?
9. Охарактеризуйте стадии износа трущихся поверхностей дета-
лей.
10. На каком чертеже указывают заданную точность детали?
11. Как влияет на технологичность детали коэффициент использо-
вания материала?
12. Какая информация содержится в технических условиях на из-
готовление детали?
13. Каким образом указывают на рабочих чертежах деталей твер-
дость поверхностей?
14. Каким образом определяют действительную точность готовой
детали?
15. Что следует понимать под ресурсом машины?
Глава 2
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАГОТОВОК
ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ
2.1.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАГОТОВКАХ
Заготовка для детали представляет собой монолитный кусок
материала, полученный литьем, штамповкой, прессованием или из
стандартного профиля. Снятием припуска с поверхностей заготов-
ки получают деталь. С заготовки начинается процесс изготовления
детали. На конкретную операцию технологического процесса по-
ступает заготовка, а выходит с этой операции деталь, которая на
последующую операцию поступает также в виде заготовки. На
первую операцию механической обработки поступает исходная
заготовка, а после окончательной операции технологического про-
цесса получают готовую деталь.
Исходными материалами для получения заготовок являются раз-
нообразные виды проката черных и цветных металлов, стальные
слитки, чугун и алюминий в виде чушек, порошковые металличе-
ские материалы, гранулированные и порошковые неметаллические
материалы и др.
Очевидно, что чем короче будет путь превращения исходного
материала в готовую деталь, тем более экономичным будет техно-
логический процесс изготовления этой детали. По этой причине
многие детали машиностроения изготовляют из полуфабрикатов,
поступающих на склад материалов. Например, на токарных прут-
ковых автоматах и револьверных станках наиболее рационально
изготавливать детали из круглого проката. При изготовлении болтов
с шестигранной головкой используют профильный прокат. Винты
и шпильки изготовляют из проволоки соответствующего диаметра.
Однако в ряде случаев вследствие функционального назначения
детали полуфабрикаты непригодны для непосредственного изготов-
ления детали. В этих случаях сначала из полуфабриката получают
20
ин отопку, а затем из заготовки получают деталь. Для обеспечения
имиюмичпости получения заготовки для детали форма полуфабри-
юи'1 должна соответствовать форме и методу получения будущей
hl Г()тонки.
Для получения наиболее высокого коэффициента использования
материала форму заготовки приближают к форме детали, рассчи-
। i.iнам припуски для каждой поверхности в зависимости от способа
получения заготовки и требуемой точности поверхности детали.
В современном машиностроении для получения заготовок дета-
лей используют разнообразные технологические процессы:
литьем в земляные, металлические (кокиль) и оболочковые фор-
мы, центробежным литьем, литьем по выплавляемым моделям
и литьем под давлением получают заготовки-отливки;
пластическим деформированием металлов (свободная ковка
и ковка в подкладных штампах, штамповка в закрытых и откры-
тых штампах, штамповка на горизонтально ковочных машинах,
периодический и поперечный прокат) получают заготовки-
поковки;
штамповкой-вырубкой и штамповкой-вытяжкой получают за-
готовки из листовых материалов;
। к >рошковая металлургия обеспечивает получение прессованных
металлических и неметаллических заготовок.
Заготовки-отливки используют при изготовлении деталей
сложной конфигурации, например корпусов агрегатов, рабочих
и направляющих лопаток осевых компрессоров и турбин, дисков
совместно с лопатками для насосов и центробежных компрессо-
ров. Материалами для получения этих заготовок являются сплавы
алюминия и магния, литейные стали и специальные жаропрочные
сплавы.
Заготовки-поковки используют для изготовления деталей, ра-
ботающих в готовой машине под большими нагрузками, например
налов, дисков, зубчатых колес. Это объясняется тем, что ковка зна-
чительно улучшает механические свойства материала. Кроме того,
в процессе штамповки заготовки волокна материала располагаются
па илучшим образом по отношению к усилиям, действующим в про-
цессе эксплуатации машины на деталь.
Заготовки из листового материала используют для изготовления
топливных баков, патрубков, камер сгорания и др. При этом для по-
лучения таких заготовок широко применяются различные методы
разрезания листа, штамповка-вытяжка, гибка и др.
Заготовки из сортового материала (прутки, трубы, уголки и др.)
in пользуют для менее ответственных деталей из-за их незначи-
21
тельной прочности и для деталей, форма которых близка к форме
сортового материала.
Разрабатывают чертеж заготовки по рабочему чертежу детали,
предусматривая при этом общие припуски на обработку ее поверх-
ностей в зависимости от метода получения заготовки, требуемых
точности и шероховатости поверхностей готовой детали. Конфигу-
рация заготовки определяется формами готовой детали и возмож-
ностями избранного метода получения заготовки. При этом указы-
вают необходимые штамповочные и литейные уклоны и радиусы.
В большинстве случаев способ получения заготовки предопределяет
рабочий чертеж детали, на котором указывают материал заготовки,
форму и размеры готовой детали.
Для заготовок, у которых необходимо обрабатывать все поверх-
ности, технолог может выбирать способ получения (поковка или
отливка), ориентируясь только на материал, из которого должна
изготовляться деталь.
Для заготовок, у которых часть поверхностей не подлежит меха-
нической обработке, что определяется рабочим чертежом детали,
метод получения выбирает конструктор. В этом случае требуемые
конфигурацию и точность необрабатываемых поверхностей, за-
данные чертежом детали, необходимо получить при изготовлении
заготовки, что возможно, например при использовании прецизи-
онного литья или литья в кокиль.
Заготовки для ответственных деталей (в зависимости от служеб-
ного назначения готовой детали в машине) принято подразделять
на три группы контроля, которые указывают на рабочем чертеже
заготовки.
В первую группу контроля входят заготовки, механические
свойства материала которых должны проверяться на соответствие
заявленным параметрам для каждой заготовки. Размеры таких за-
готовок несколько увеличивают, чтобы обеспечить возможность
получения достаточного объема их материала для изготовления
испытательных образцов.
Во вторую группу контроля входят заготовки, механические
свойства материала которых должны проверяться на соответствие
заявленным параметрам в одной-двух заготовках из партии, а твер-
дость материала — для каждой заготовки.
В третью группу контроля входят заготовки, у которых про-
веряют на соответствие заявленным значениям только твердость
материала в состоянии поставки.
Главными факторами, от которых зависит выбор технологиче-
ского процесса получения заготовки, являются следующие:
22
конструктивные формы готовой детали;
материал, из которого должна изготовляться деталь;
размеры и масса заготовки;
число деталей, выпускаемых в единицу времени по неизменным
чертежам, и объемы партий деталей;
стоимость полуфабриката для получения заготовки;
себестоимость заготовки, получаемой выбранным способом;
расход материала и затраты, связанные с получением из заго-
товки готовой детали.
Одним из критериев, определяющих правильность выбранного
Процесса получения заготовки, является себестоимость готовой
детали, включающая в себя себестоимость заготовки и затраты на
ее механическую обработку.
Технолог составляет рабочий чертеж заготовки, на котором обя-
зательно указывает в соответствии с ЕСКД все ее геометрические
размеры и их допустимые отклонения с учетом износа элементов
ш тампа, шероховатость поверхностей и др. Требования к изготов-
лению заготовки, которые невозможно изобразить в виде условных
обозначений на чертеже заготовки, помещают в технических усло-
виях па ее изготовление.
ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ
ОБРАБОТКУ
11а операцию технологического процесса изготовления детали
поступает заготовка, а после операции получают деталь, которая
на последующую операцию снова поступает как заготовка. Тех-
нологический процесс изготовления каждой детали начинается
с получения исходной заготовки, которая поступает на первую
операцию термической или механической обработки. Из исходной
заготовки получают готовую деталь, снимая слои материала с ее
поверхностей, в результате чего изменяется геометрическая форма,
размеры и шероховатость этих поверхностей.
Слой материала, удаляемый с поверхностей заготовки в процессе
го механической обработки, называют припуском на обработку.
В результате снятия припусков на обработку с поверхностей за-
готовки получают требуемые размеры, точность и параметры по-
верхностей готовой детали.
Припуски на обработку снимают поэтапно, удаляя при этом мно-
жество неточностей, сопутствующих процессу резания, например
погрешности установки заготовки в приспособление, искажения
2.2.
23
Рис. 2.1. Расположение припусков на обработку:
а — одностороннего; б — двухстороннего несимметричного; в — двухстороннего
симметричного
формы поверхностей во время термообработки, неточности вза-
имного положения поверхностей, следы режущего инструмента,
используемого на предыдущей операции, и др.
Различают операционные, межпереходные припуски на обработ-
ку и общий припуск.
Операционный припуск на обработку определяется толщиной
слоя материала, удаляемого с конкретной поверхности заготовки
в процессе одной операции. Размер операционного припуска за-
висит от высоты неровностей профиля шероховатости (Rz или Ra}
поверхностей, образованного на предыдущей операции, глубины
дефектного слоя поверхности заготовки, поступившей на операцию,
и точности размера, получаемого на данной операции.
В случаях когда операционный припуск снимают за несколько
переходов, говорят о межпереходных припусках, т.е. о слое мате-
риала, снимаемого за один переход. Для определения операцион-
ных припусков при обработке освоенных материалов используют
опытно-статистические таблицы и графики. Операционные при-
пуски при обработке новых материалов определяют расчетом.
Общий припуск для конкретной поверхности заготовки опреде-
ляют в виде суммы операционных припусков по всему технологи-
ческому маршруту механической обработки данной поверхности.
Можно определить общий припуск на обработку каждой поверх-
ности, зная размер поверхности заготовки и размер этой поверх-
ности у готовой детали.
Различают односторонние припуски на обработку — удаляемые
с одной стороны заготовки и двухсторонние — удаляемые с двух сто-
рон заготовки. При обработке плоских поверхностей припуск Z может
располагаться как с одной стороны заготовки (рис. 2.1, а), так и с двух
сторон (рис. 2.1, б) симметрично (Zx = Z2) или асимметрично (Z{ * Z2).
Припуск Z3 на цилиндрическую поверхность (рис. 2.1, в) задают, как
правило, на диаметр. Применительно к радиусу такой припуск можно
24
I h к сматривать как двухсторонний симметричный располагаемый по
о(>еим образующим цилиндрической поверхности.
11аименыпий припуск, необходимый для полной компенсации
дефектов, оказывающих влияние на получаемую в данной операции
точность, рассчитывают по формуле
Zmin = ^нб + 7’+П + Ф + У,
где Ц.б — наибольшая высота микронеровностей (например, 7?zmax),
полученных на предыдущей операции; Т — расчетная глубина де-
фектного поверхностного слоя, получаемого на предыдущей опе-
рации; П — расчетная погрешность взаимного положения обрабо-
танной на предыдущей операции поверхности относительно базо-
вой поверхности заготовки; Ф — расчетная погрешность формы
поверхности детали, полученная при обработке на предыдущей
операции; У — расчетная погрешность установки заготовки на
данной операции.
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ
Повышение коэффициента использования материала заготовки
для детали делает заготовку экономически привлекательной, что
дос тигается тщательным расчетом размеров каждой поверхности
заготовки с учетом маршрута ее механической обработки.
Расчет размеров плоских поверхностей заготовки. Для полу-
чения в результате обработки плоской поверхности М детали А
(рис. 2.2) требуемого параметра шероховатости Ra 1,25 и заданного
размера £д следует выполнить четыре операции: черновое фрезеро-
вание, чистовое фрезерование, черновое шлифование и чистовое
шлифование.
2.3.
Рис. 2.2. Расчетная схема для определения размера плоской заготовки
25
Рис. 2.3. Расчетная схема для определения наружного диаметра цилин-
дрической заготовки
Следовательно, для получения размера Lo заготовки по этой по-
верхности необходимо к размеру детали £д прибавить снимаемый
при чистовом шлифовании припуск Zb снимаемый при черновом
шлифовании припуск Z2, снимаемый при чистовом фрезеровании
припуск Z3 и снимаемый при черновом фрезеровании припуск Z4:
Lo = L& + Zi + Z2 + Z3 + Z4 = £д + Zo6uv
где Zo6l4 — односторонний общий припуск для данной поверхности
заготовки, Хобщ = Zj + Z2 + Z3 + Z4.
Расчет размеров наружных цилиндрических поверхностей заго-
товки. Для получения в результате обработки наружной цилиндри-
ческой поверхности М детали А (рис. 2.3) параметра шероховатости
Ra 1,25 и заданного диаметра dA согласно технологическому марш-
руту (см. рис. 6.2) следует выполнить четыре операции: черновое
обтачивание, чистовое обтачивание, черновое шлифование и окон-
чательное чистовое шлифование.
Следовательно, для получения значения наружного диаметра с?0
заготовки необходимо к диаметру детали с?д прибавить снимаемый
при чистовом шлифовании припуск на диаметр Zld, снимаемый при
черновом шлифовании припуск на диаметр Z2d, снимаемый при
чистовом обтачивании припуск на диаметр Z3d и снимаемый при
черновом обтачивании припуск на диаметр Z4d:
С?о - с?д + Zld + Z2d + Z3d + Z4d.
Здесь общий припуск на обработку наружного диаметра
^общ d ~ Z\d + ^2d "I" ^3d + ^4d'
т. e. наружный диаметр цилиндрической заготовки определяется по
формуле
&0 ~ + ^общ d-
26
11рипуски для конкретного метода обработки назначают с ис-
пользованием нормативно-справочных материалов.
Расчет размеров внутренних диаметров цилиндрических по-
верхностей заготовки. Для получения в результате обработки
впутрепней цилиндрической поверхности М детали А (рис. 2.4)
параметра шероховатости Ra 2,5 и заданного диаметра £)д соглас-
но технологическому маршруту (см. рис. 6.3) следует выполнить
три операции: черновое растачивание имеющейся в заготовке
внутренней поверхности, чистовое растачивание и окончательное
внутреннее шлифование.
( ледовательно, для получения значения внутреннего диаметра
заготовки необходимо из значения внутреннего диаметра детали
/)л вычесть размеры всех операционных припусков на диаметр: сни-
маемый при окончательном внутреннем шлифовании припуск Z1D,
и in маемый при чистовом растачивании припуск Z2D и снимаемый
при черновом растачивании припуск Z3D:
А) - ^д ~ ~ ^2D ~ %3D-
: }десь общий припуск на обработку внутренней цилиндрической
поверхности определяется по формуле
^общ D = Z\D + Z-2D + ^3£)f
т.е. внутренний диаметр цилиндрической поверхности заготовки
М) — ^д — ^общ D'
Припуски для каждого конкретного метода обработки назнача-
ют, используя нормативно-справочные материалы.
Расчет длины заготовки вала. Этот размер определяется с уче-
том методов обработки торцов вала. Если торцовые поверхности
Рис. 2.4. Расчетная схема для определения внутреннего диаметра цилин-
дрической заготовки
27
Рис. 2.5. Расчетная схема для определения длины заготовки
заготовки вада обрабатывают на фрезерно-центровальном стан-
ке, следует учитывать припуски на фрезерование. В случае если
обработку торцовых поверхностей М и N заготовки А (рис. 2.5)
производят на токарном оборудовании с получением параметра
шероховатости Rz 80, для расчета длины заготовки Lo к длине вала
Лд следует прибавить размеры припусков Z1M и ZiN на чистовое
обтачивание торцов и размеры припусков Z2M и Z2N на черновое
обтачивание торцов:
Л)= Ъд + z1M + z2M + z1/v+^2N-
При этом общий припуск на обработку торцовой поверхности М
^общ М - Ам
а общий припуск на обработку торцовой поверхности N
^общ N ~ Z[N + Z2N.
Следовательно, длина заготовки вала определяется по формуле
^0 = + ^общ М ^общ ЛЛ
Если припуски на обе торцовые поверхности одинаковые и при-
нимаются, как двухсторонние Zx и Z2, длина заготовки вала опреде-
ляется по формуле
Lq = L& + 2Zj + 2Z2 или Lq = + 2Zo6lIV
28
2.4.
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ОСОБЕННОСТИ ЗАГОТОВОК
ИЗ ДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
()дной из задач, решаемых технологом при проектировании тех-
in >л< н ического процесса изготовления детали, является определение
кратчайшего и наиболее экономичного пути получения из материа-
ла, поступившего на склад, т. е. из так называемого полуфабриката,
готовой детали. Однако ответственные детали машины из полуфа-
брикатов не производят ввиду недостаточной их прочности. Кроме
Т( >г< >, для снижения при обработке отходов материала в виде стружки
следует приблизить форму исходной заготовки к форме готовой
детали. Для этого существует множество технологических методов,
среди которых наибольшее применение нашли методы пластическо-
го деформирования металлов, литья и порошковой металлургии.
.Заготовки из стального проката для валов с небольшой
разницей перепадов диаметров при большой партии выпуска
жоиомически целесообразно изготовлять методом горячекатаного
проката круглого сечения с последующей разрезкой, которой будут
образованы исходные заготовки требуемой длины. Диаметр проката
выбирают исходя из наибольшего диаметра детали с прибавлением
к нему рассчитанного общего припуска в зависимости от видов
требуемой механической обработки данной поверхности. Допуск
на диаметр заготовки устанавливают по нормативным докумен-
там. Длину отрезаемой заготовки рассчитывают с учетом общего
припуска на обработку обоих торцов. Точность заготовки по длине
назначают по И ... 13-му квалитетам.
Заготовки из горячей объемной штамповки для валов по-
лучают с применением молота, прессов и горизонтально-ковочных
машин. В качестве инструмента используют штампы с разъемами
вдоль или поперек заготовки. Вид разъема штампа определяется
в основном формой вала, для которого штампуют заготовку.
Штампы с поперечным разъемом (плоскость разъема а — а на
рис. 2.6, а) используют для получения недлинных (Lo) заготовок
для валов, имеющих с одной стороны расширение в виде флан-
ца А. При наличии у вала со стороны фланца внутренней полости
/< в заготовке можно создать углубление В, что повысит не только
коэффициент использования материала, но и прочность готовой
детали за счет уплотнения материала.
Штампы с продольным разъемом (плоскость разъема с—с на
рис. 2.6, б) используют при получении заготовок для валов с не-
29
Рис. 2.6. Заготовки валов, полученные в штампе:
а — с поперечным разъемом по плоскости а—а, б — с продольным разъемом по
плоскости с—с
значительными перепадами по диаметрам di„.d4. При исполь-
зовании открытого штампа на заготовке по линии его разъема
образуется облой, который удаляют обычно в вырубном штампе.
При использовании закрытого штампа на заготовке вала облой не
образуется.
Штамповку на горизонтально-ковочных машинах применяют для
получения заготовок валов с утолщением А (рис. 2.7), имеющимся
хотя бы с одной стороны. Исходным материалом для штамповки
является пруток 1. Так как матрица штампа разъемная и состоит из
двух (или более) частей (2 и 4), то набранная часть заготовки в виде
утолщения А получается без облоя. Пуансон 3 при необходимости
может иметь внутреннее углубление со штамповочным уклоном,
Рис. 2.7. Заготовка вала, полученная на горизонтально-ковочной машине:
1 — исходный прутковый материал; 2 и 4 — половинки разъемной матрицы; 3 —
фасонный пуансон
30
что позволяет получить соответствующую форму С набираемого
материала.
Методом штамповки на горизонтально-ковочных машинах можно
Iк >лу• 1<।Т1> различные формы набираемого материала, т. е. отличающие-
ся от цилиндрической, если разъемная матрица состоит из несколь-
ких частей, т.е. имеет несколько ручьев соответствующих форм.
('ледует также иметь в виду, что во избежание изгиба прутка
длина его выступающей части В, деформируемая при штамповке
(при ударном движении S пуансона), не должна превышать трех
иго диаметров.
I (олученная данным методом заготовка является достаточно
технологичной, имеет удобную установочную базу в виде цилинд-
рической части исходного пруткового материала, используемую на
первой операции механической обработки.
Заготовки для пустотелых валов цилиндрической и ко-
нической форм получают методом ротационного выдавливания.
Исходная заготовка представляет собой плоский диск 3 (рис. 2.8),
диаметр D которого равен диаметру фланца А будущей заготовки 2.
Толщину В заготовки-диска 3 рассчитывают из условия равенства
объемов его металла и получаемой заготовки 2 вала.
Заготовки из мягких материалов и высокопрочных сталей дан-
ным методом получают при нормальной температуре, а исходную
заготовку-диск из титана и его сплавов нагревают до температуры
МО °C перед выдавливанием вращающимся твердосплавным ро-
ликом 4.
Рис. 2.8. Заготовка пустотелого вала, полученная ротационным выдавли-
ванием:
/ — оправка; 2 — получаемая пустотелая заготовка; 3 — исходная заготовка-диск;
•/ — твердосплавный ролик
31
Торцовая часть заготовки в этом случае получается с донышком
С, высверливаемым при механической обработке, толщина кото-
рого равна толщине В исходной заготовки. Внутренняя полость
заготовки повторяет форму вращающейся оправки 1, закрепленной
в шпинделе станка.
Точность размеров изготовляемых таким образом заготовок мо-
жет составлять ±0,05 мм, и механические свойства материала таких
заготовок выше, чем свойства материала исходной заготовки.
Заготовки для зубчатых колес получают в основном в штам-
пах с использованием молота, прессов и горизонтально-ковочных
машин. Вид и способ изготовления заготовки определяются ее фор-
мой и размерами, а также программой выпуска. Лучшей формой
исходного материала для получения заготовки-поковки является
пруток, из которого в три-четыре перехода формообразования по-
лучают заготовку (поковку).
На рабочем чертеже заготовки, полученной в открытом штампе
(рис. 2.9, а), указывают все геометрические размеры с допусками,
учитывающими износ штампа. Например, наружный диаметр ука-
зывают в виде 0А^5, а внутренний — в виде Кроме того,
в технических требованиях на изготовление заготовки указывают
материал, группу контроля, вид термической обработки заготовки,
способ очистки заготовки от окалины, допустимую кривизну за-
готовки или допустимое смещение ее верхней части относительно
нижней, шероховатость поверхности (например, Rz 320), массу за-
готовки, допустимые геометрические размеры дефектов на поверх-
Рис. 2.9. Заготовки зубчатых колес:
а — полученная в открытом штампе; б — полученная на горизонтально-ковочной
машине
32
ности заготовки. Припуски на обработку показывают штрихпун-
ктирной (или штриховой) линией. При этом в качестве первичной
установочной базы целесообразно использовать цилиндрический
поясок (0F), полученный при обрубке облоя.
На рабочем чертеже заготовки, полученной на горизонтально-
ковочной машине (рис. 2.9, б), имеются цилиндрическая поверх-
ность М длиной £1Г диаметр Р которой равен диаметру исходного
пругкового материала; фасонная (или цилиндрическая) поверхность
/< длиной £2, профиль (или диаметр N) которой соответствует про-
филю (или диаметру) внутренней поверхности разъемной матрицы;
♦коническая поверхность С длиной £3 и углубление О длиной £4,
()бразованные пуансоном, имеющим соответствующую форму. Тех-
нические требования на изготовление заготовки в этом случае ана-
логичны требованиям на изготовление штампованной заготовки.
При мелкосерийном, (или единичном) производстве заго-
товки различных форм и габаритных размеров целесообразно
получать свободной ковкой. Известно, что при свободной ковке
перемещающиеся слои металла под давлением не испытывают
( опротивления своему движению, так как в этом случае от-
сутствует штамп как инструмент. Исходными заготовками для
свободной ковки могут быть многогранные или цилиндрические
слитки, а также катанные или прессованные заготовки из стали
или цветных металлов.
Применением операций осадки, высадки, вытяжки, раскатки,
прошивки, рубки, гибки и кручения можно получать заготовки
разнообразных форм, которые другими способами изготовить за-
труднительно.
При получении плоской заготовки осадкой площадь попереч-
ного сечения исходной заготовки 1 (рис. 2.10, а) под воздействием
усилия W, передаваемого пуансоном 2, увеличивается постепенно
за счет уменьшения ее высоты h (hlt h2). Это позволяет получать
плоскую заготовку 4, например из цилиндрического прутка, если
соотношение высоты прутка и его диаметра (во избежание изгиба
пруткового материала) не превышает 2,5 (h/d < 2,5).
Заготовку с образованием плоского утолщения (высотой 1ц)
с одной стороны пруткового материала можно получить высадкой
(рис. 2.10, б). При этом приспособление 6 определяет высоту h де-
формируемой части заготовки.
Увеличить длину исходной заготовки 1 за счет уменьшения
ее толщины (Т2 > 7\) можно вытяжкой (рис. 2.10, в), когда
заготовку 1, опирающуюся на подкладку 7, последовательно об-
жимают, поворачивая всеми сторонами под удары с усилием W,
33
передаваемыми через пуансон 2. При этом заготовку не только
поворачивают (движение со), но и подают вперед (движение S)
после каждого удара.
Заготовку в виде бесшовного кольца с относительно большим
диаметром можно получить машинно-ручной или машинной рас-
каткой. При машинно-ручной операции раскатки нагретую до
определенной температуры заготовку 1 (рис. 2.10, г) устанавливают
на приспособление 6 и подставку 5. Передаваемое через пуансон 2
ударное усилие W деформирует заготовку в месте удара. В момент
движения пуансона вверх заготовку поворачивают (движение со)
на небольшой угол. Таким образом кольцо заготовки утоняется,
а его диаметр увеличивается. При машинной операции раскатки
исходная заготовка в виде кольца располагается между двумя
Рис. 2.10. Заготовки, полученные свободной ковкой:
а — осадкой; б — высадкой; в — вытяжкой; г — раскаткой; 1 — исходная заготовка;
2 — пуансон; 3 — форма промежуточной заготовки; 4 — форма окончательной за-
готовки; 5 — подставка; 6 — приспособление; 7 — подкладка
34
Рис. 2.11. Заготовки с отверстиями, полученными прошивкой с одной (а)
и с двух (б) сторон:
/ пуансон; 2 — инструмент (прошивень); 3 — обрабатываемая заготовка; 4 — под-
папка; 5 — вырубленный отход материала
вращающимися и сближающимися роликами, обеспечивающими
непрерывность процесса раскатки. При достижении заданного
диаметра заготовки нажимной ролик отходит от нее, и раскатка
прекращается.
Заготовку с отверстием можно получить прошивкой. В этом
случае сначала прошивают (движение S на рис. 2.11, а) отверстие
па некоторую глубину h с одной стороны исходной заготовки 3,
нагретой до определенной температуры, специальным инструмен-
том 2 (прошивнем), закрепленным в пуансоне 1. Затем перевора-
чивают заготовку 3 и прошивают отверстие с другой ее стороны
(рис. 2.11, б), вырубая отход материала в виде круга 5. Полученную
после прошивки заготовку направляют или на калибровку, или на
раскатку.
Небольшие по размерам заготовки, а также заготовки с ровными
краями можно получить рубкой с использованием кузнечных
топоров.
Заготовки сложного контура с небольшим поперечным сечением
можно получить гибкой кручением, поворачивая одну часть за-
готовки относительно другой ее части.
2.5.
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ОСОБЕННОСТИ ЗАГОТОВОК ИЗ ЛИТЕЙНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
В современном машиностроении для получения заготовок из
литейных материалов используют земляные, металлические и обо-
лочковые формы, а также выплавляемые модели, центробежное
35
литье и др. Для технолога главными факторами, определяющими
применение литья для получения заготовки, являются материал, из
которого должна быть изготовлена деталь, и сложность ее формы.
Для конструктора главными факторами, определяющими исполь-
зование литейного материала для изготовления детали, являются
сложность формы детали и условия ее работы в готовом изделии.
На этапе отработки конструкции изделия на технологичность при-
нимается совместное решение технолога и конструктора, для каких
деталей использовать заготовки-отливки. Чаще всего решение по
корпусным деталям отрабатываемого на технологичность изделия
бывает однозначным.
Заготовки корпусных деталей относятся к изделиям с доста-
точно сложными формами: они могут быть пустотелыми, могут
иметь внутренние перегородки и внутренние или наружные ребра
жесткости, а также приливы и другие конструктивные элементы,
заданные конструктором. Размеры, масса, материал и сложность
формы заготовки в основном предопределяют применение того
или иного способа для получения отливки.
Заготовки корпусных деталей отливают:
для ответственных деталей, например блок цилиндров автомо-
биля, — из серого чугуна марок СЧ24 и СЧ26;
для подъемно-транспортных машин — из серого чугуна марок
СЧ15 и СЧ18;
для малонагруженных деталей — из серого чугуна марки СЧ12;
для деталей с износостойкими направляющими — из модифи-
цированного чугуна марок СЧ32 и СЧ35;
для деталей, работающих с большими нагрузками, например кар-
тера коробки переключения передач автомобиля, — из ковкого
чугуна марки КЧ35-10;
для корпусов высоконапорных насосов — из чугуна повышенной
прочности марок СЧ24 и СЧ28;
для корпусов электродвигателей — из литейной стали марки 15Л;
для корпусов паровых машин — из литейной стали марки 35Л;
для корпусов, работающих в агрессивных средах, — из
коррозионно-стойких сталей марок 12ХН9Т и 20Х23Н13;
для корпусов литейно-сварной конструкции — из низкоутлеро-
дистых сталей марок СтЗ и Ст4;
для более легких и тонкостенных деталей с малыми припусками
на механическую обработку — из алюминиевых сплавов марок
АЛ4 и АЛ9 или магниевого сплава марки МЛ5.
При единичном и мелкосерийном производстве экономически
целесообразно получать заготовки литьем в закрытые земляные
36
{песочно-глинистые) формы и с использованием деревянных
моделей, а для создания внутреннего профиля заготовки следует
применять земляные стержни. Однако поверхностный слой таких
м готовок при низкой точности и рыхлости содержит различные
примеси, т.е. требуется увеличение одностороннего общего при-
пуска (12... 18 мм) на рабочие поверхности для их механической
обработки.
Заготовки, получаемые литьем в оболочковые формы, почти
отвечают требованиям, предъявляемым к готовым деталям, одно-
сторонний припуск на механическую обработку их рабочих по-
верхностей составляет 5...7 мм, что резко снижает общую трудо-
емкость изготовления детали и количество материала, уходящего
в стружку.
Заготовки крупных деталей получают литейно-сварным мето-
дом, т. е. крупную заготовку на чертеже разделяют на несколько
(юлее простых мелких частей, которые получают методом литья,
а затем соединяют высококачественной сваркой. Трудоемкость по-
лучаемой таким методом заготовки по сравнению с изготовлением
цельнолитой заготовки значительно ниже. Однако следует иметь
в виду, что отсутствие отжига после сварки может привести в про-
цессе эксплуатации к некоторому отклонению формы детали от
первоначальной, полученной после механической обработки.
Литьем в металлические формы (в кокиль) получают, как пра-
вило, тонкостенные заготовки со сложным профилем и сложными
сечениями. Полученные таким образом заготовки имеют достаточно
высокую точность и хорошую плотность материала.
Литьем под давлением, или центробежным литьем, получа-
ют высококачественные заготовки из алюминиевых и магниевых
сплавов, нерабочие поверхности которых в ряде случаев механиче-
ски не обрабатывают, что указывается на рабочем чертеже детали
условными обозначениями.
На заготовках сложной формы могут иметься небольшие ради-
альные или долевые следы в местах состыковки частей разъемного
кокиля. При необходимости эти следы зачищают на слесарных
операциях.
Заготовки, полученные литьем по выплавляемым моделям,
имеют высокую точность и хорошее качество поверхностного слоя,
поэтому сложнофасонные поверхности таких заготовок не подвер-
гают механической обработке. Механически (протягиванием или
шлифованием) обрабатывают в основном их базовые поверхности.
Так как внутренние полости в пустотелых заготовках получают
с помощью керамических стержней, которые затем удаляются из
37
2.6.
заготовки-отливки, например выщелачиванием, требуется тщатель-
ный контроль полноты удаления стержневой массы из внутренних
полостей заготовки.
Рабочий чертеж заготовки-отливки должен содержать:
виды, разрезы и сечения, обеспечивающие полное представле-
ния о формах поверхностей заготовки;
профиль готовой детали, изображенный штрихпунктирной (или
штриховой) линией;
геометрические размеры, необходимые для изготовления заго-
товки-отливки и соответственно модели и стержней;
предельные отклонения всех размеров;
литейные радиусы, уклоны и скругления;
параметры шероховатости поверхностей;
точность взаимного расположения базовых поверхностей;
марку материала с указанием стандарта;
твердость материала;
допустимые поверхностные дефекты;
способ очистки заготовки от формовочных материалов;
вид термической обработки.
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ОСОБЕННОСТИ ЗАГОТОВОК ИЗ ЛИСТОВЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Заготовки из листовых материалов используют для изготовле-
ния баков, камер сгорания, воздуховодов, патрубков, реактивных
сопел и др. На производство стандартный листовой материал по-
ступает большими листами требуемой толщины в отожженном
и протравленном состоянии. Далее листы разрезают на части, из
которых вырубают или вырезают плоские заготовки: заготовки
прямолинейной формы вырубают на гильотинных ножницах, за-
готовки криволинейной формы вырезают роликовыми ножницами,
заготовки правильной круглой формы вырубают штампами. Полу-
ченная заготовка должна соответствовать готовой детали либо по
площади, либо по массе, или по длине средней линии.
Листовой материал должен обладать хорошей пластичностью,
свариваемостью, коррозионной стойкостью и легко обрабатываться
на металлорежущих станках. На поверхностях листовых заготовок
не должно быть складок, сборок, раковин, трещин, а их шеро-
ховатость должна соответствовать шероховатости прокатанного
материала.
38
11аиболее часто применяют листовой материал следующих ма-
рок:
для баков и баллонов для горючего и окислителя — сталь 12ХМА,
ЭИ654 и др.;
для деталей, работающих в условиях высоких температур, —
сталь 1Х18Н9Т, ЭИ814 и др.;
для деталей, работающих в условиях низких температур, —
алюминиевые и магниевые сплавы АД1, АМц, АМгЗ, Д16А-Т,
АМгА-М, а также титановые сплавы ВТ-5, ВТ-6 и др.;
для деталей, длительно работающих в условиях повышенных
температур, — жаропрочные стали и сплавы ЭИ435, ЭП222,
ЗОХГСА и др.
При изготовлении детали методом глубокой вытяжки в несколько
переходов листовая заготовка должна тщательно подготавливаться
к каждому переходу. Такая подготовка включает в себя термиче-
скую обработку для снятия внутренних напряжений и смазывание
ее поверхностей для исключения надиров и сборок, возникающих
вследствие сухого трения листового материала о поверхности пу-
ансона, матрицы и прижима.
После вырубки у заготовок снимают заусенцы по всему пери-
метру.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. По каким причинам назначают припуски на механическую об-
работку?
2. Что называют припуском на механическую обработку конкрет-
ной поверхности?
3. Чем характеризуется общий припуск на обработку?
4. Что представляют собой односторонний и двухсторонний при-
пуски на обработку?
5. В каких случаях двухсторонний припуск на обработку является
симметричным?
6. Каким образом определяется припуск для конкретного вида
обработки?
7. В каких штампах получают заготовки-поковки?
8. Каким образом учитывают износ штампов при объемной штам-
повке?
9. Что представляет собой облой и как его удаляют?
10. Каковы основные технические требования к заготовкам-
поковкам?
11. Каким образом получают внутренние полости в заготовках-
отливках?
39
12. Какие заготовки целесообразно получать методом литья?
13. Каковы основные технические требования к заготовкам-
отливкам?
14. Какие операции включает в себя подготовка заготовки из ли-
стового материала к каждому переходу штамповки-вытяжки?
15. В чем состоит принципиальное различие между заготовкой
и готовой деталью?
Глава 3
ОСНОВЫ БАЗИРОВАНИЯ
ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ЗАГОТОВОК
3.1.
БАЗИРОВАНИЕ ЗАГОТОВКИ В СИСТЕМЕ
ОБРАБОТКИ
Правильное положение заготовки в системе обработки СПИЗ
(станок — приспособление — инструмент — заготовка) имеет
большое значение на всех стадиях технологического процесса
изготовления детали: от первой — заготовительной операции до
последней — контрольной операции. Обеспечение точности поло-
жения заготовки при обработке, от чего зависят параметры готовой
детали, называется базированием.
Требуемое положение заготовки, или траектория ее перемеще-
ния во время обработки, определяется связями, налагающими
ограничения на положение или перемещение заготовки.
Связи, налагающие ограничения только на положение заго-
товки, называются геометрическими, а связи, налагающие огра-
ничения на скорость перемещения заготовки, называются кине-
матическими.
Независимые перемещения заготовки называются степенями
свободы.
Из теоретической механики известно, что абсолютно твердое
тело (заготовка) имеет шесть степеней свободы. Для того чтобы
придать заготовке требуемое положение в системе обработки, не-
обходимо наложить на нее шесть двухсторонних геометрических
связей. Например, чтобы лишить заготовку в виде прямоугольного
параллелепипеда (рис. 3.1) шести степеней свободы в системе коор-
динат OXYZ, в плоскости OXY требуется создать три точки контакта
1... 3, в плоскости OXZ две точки контакта (4 и 5), а в плоскости OYZ
одну точку контакта (6). При этом технолог на операционном эскизе
должен указать с помощью условных обозначений расположение
всех точек контакта.
41
Рис. 3.1. Шесть точек контакта для базиро-
вания заготовки в системе координат:
1... 6 — точки контакта
Конструкция каждой конкретной точки контакта определяется
параметрами поверхности заготовки, с которой будет взаимодей-
ствовать эта опорная точка. На рис. 3.2 представлены конструктив-
ная схема опорной точки в виде штифта 1 для установочной базы —
грубой плоской поверхности М заготовки 2, опирающейся на этот
штифт, и условные обозначения опорной точки на операционном
эскизе (рис. 3.2, б, в).
На рис. 3.3 представлена схема базирования заготовки 1 при
обработке ее поверхностей М и К фрезой 2 в целях получения
операционных размеров А и С. Точки контакта для установочных
поверхностейВиР заготовки здесь создаются опорными точками 5,
3 и 4 приспособления.
При базировании и закреплении длинных цилиндрических за-
готовок в трехкулачковом патроне, например для растачивания
внутреннего отверстия, образующие наружной цилиндрической
поверхности контактируют с опорными точками трехкулачкового
патрона, что лишает заготовку четырех степеней свободы, а тор-
цовая поверхность заготовки контактирует с опорной точкой при-
Рис. 3.2. Конструктивная схема опорной точки (а) и ее условные обозначе-
ния на видах сбоку (б) и сверху (а):
1 — опорная точка в виде штифта; 2 — заготовка
42
Рис. 3.3. Схема базирования заготовки на фрезерной операции:
/ заготовка; 2 — фреза; 3...5 — опорные точки приспособления
способления, что лишает заготовку еще одной степени свободы.
Для лишения заготовки шестой степени свободы — возможности
поворота ее вокруг собственной оси — следует предусмотреть ше-
стую двухстороннюю связь заготовки с приспособлением. Для этого
может быть использован шпоночный паз (например, при установке
id готовки на призму) или поверхность кулачка приспособления,
прижатая к поверхности цилиндра и предотвращающая поворот
id готовки вокруг собственной оси за счет сил трения.
Заготовка прижимается к опорным точкам своими базовыми
поверхностями, и зажимное устройство приспособления надежно
фиксирует созданные связи, т.е. положение, достигнутое устано-
вочными элементами приспособления. При этом положение детали,
достигнутое опорными точками, определяется точностью установки
hi готовки. Погрешность установки заготовки зависит от точности
ее базовых поверхностей и точности установочного элемента при-
способления. При проектировании приспособления для заготовки
необходимо рассчитать ожидаемую точность обработки при задан-
ной схеме ее базирования в системе обработки.
3.2.
БАЗЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ТЕХНОЛОГОМ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОПЕРАЦИЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
В технологии машиностроения под базированием понимают
придание заготовке определенного положения в некоторой системе
координат, связанной с системой обработки. В целях достижения
43
экономически целесообразной точности необходимо на всех ста-
диях изготовления детали учитывать особенности базирования
заготовок.
Конструктор определяет положение каждой конкретной детали
в машине, базируя ее относительно других деталей машины, т. е. он
накладывает на деталь, входящую в конструкцию машины, шесть
геометрических связей, определяя тем самым ее положение отно-
сительно других деталей через точки контакта. При этом точность
базирования детали в машине зависит от точности сопрягаемых
поверхностей данной детали и присоединяемой к ней детали.
Технолог определяет положение заготовки в зоне механиче-
ской обработки относительно элементов станка, устанавливающих
траекторию движения режущего инструмента, т. е. определяет ба-
зирование заготовки в зоне обработки, осуществляемое с исполь-
зованием ее поверхностей, называемых базами, и опорных точек
приспособления для нее.
Таким образом, база — это поверхность, линия или точка де-
тали (или взаимосвязанная с деталью), по отношению к которой
рассматривают положение других поверхностей, линий или точек
этой детали или детали, соединяемой с ней. Поскольку базы ис-
пользуют на всех стадиях изготовления изделия, их подразделяют
на конструкторские, технологические и измерительные.
Конструкторская база — это поверхность, линия или
точка, по отношению к которой на рабочем чертеже детали опре-
делено положение других элементов этой детали (поверхностей,
линий или точек) или сборочных единиц изделия. В качестве кон-
структорских баз детали могут использоваться практически все ее
элементы, относительно которых на рабочем чертеже этой детали
проставляют размеры, определяющие параметры готовой детали.
Технологическая база — это поверхность, используемая
для определения положения заготовки в процессе ее обработки,
Рис. 3.4. Операционный эскиз фрезерования
паза
44
или положения изделия (сборочной единицы) при его сборке или
ремонте. Таким образом, понятие технологической базы распро-
стри няется на все технологические процессы изготовления детали
и ( Порочные процессы.
Для удобства работы технолога технологические базы целесо-
образно условно подразделить на исходные, установочные и из-
мерительные.
Исходной базой называют необрабатываемую в данной
операции поверхность или иной элемент заготовки, относительно
ко торого технолог на операционном эскизе координирует положе-
ние обрабатываемой поверхности заготовки с помощью исходного
размера.
На рис. 3.4 представлен операционный эскиз обработки паза
М, при которой в качестве исходной базы используется образую-
щая А цилиндрической поверхности К, не обрабатываемой в дан-
ной операции. При такой обработке получают операционный
размер С, а ширина паза будет определяться соответствующим
размером фрезы.
Установочной базой называют поверхность заготовки,
с помощью которой обеспечивают определенность положения этой
заготовки в направлении исходного размера в процессе ее установ-
ки в приспособлении или непосредственно на столе металлообраба-
тывающего станка. Точка контакта установочной базы с элементом
приспособления для детали, называемая опорной точкой, лишает
заготовку одной степени свободы.
Различают следующие виды установочных баз:
первичная установочная база — это поверхность заготовки, ис-
пользуемая в качестве установочной базы только лишь на первой
операции механической обработки заготовки детали;
вспомогательная установочная база — это поверхность заго-
товки, которую создают лишь для базирования заготовки в зоне
обработки станка в целях обеспечения наивысшей точности
операционного размера. Примером такой базы являются цен-
тровые отверстия, выполняемые на торцах вала, что обеспечи-
вает возможность обработки всех наружных поверхностей его
заготовки посредством установки ее в центрах на всех этапах
технологического процесса изготовления вала. Кроме того,
вспомогательную установочную базу создают при отсутствии у
заготовки удовлетворительной первичной установочной базы,
для чего возможно изменение формы исходной заготовки;
единая установочная база — это поверхность заготовки, ис-
пользуемая в качестве установочной базы и при получении
45
операционного размера, и при обработке базовой поверхности,
которая является по отношению к обрабатываемой поверхности
конструкторской базой, что позволяет выдержать требования
чертежа с наивысшей точностью.
На рис. 3.5 представлена схема установки заготовки 2 при об-
работке паза М фрезой 1 в целях получения операционных разме-
ров В и С. При этом для операционного размера С установочной
базой является поверхность К заготовки с опорной точкой 3, а для
операционного размера В — поверхность Е заготовки с опорной
точкой 4.
Измерительной базой называют элемент детали (поверх-
ность, линию или точку), используемый для контроля получаемых
размеров либо для определения положения детали или сборочной
единицы. Измерительные базы необходимы не только при измере-
ниях различных параметров готовых изделий, но и при настройке
технологического оборудования для получения операционных раз-
меров.
При разработке контрольной операции технолог выбирает в ка-
честве измерительной базы поверхность, образующую или точку,
относительно которой измерением будет проверяться правильность
положения обработанной поверхности, т. е. точность полученного
операционного размера.
На рис. 3.6 представлена схема контроля расстояния А между
осями и О2 отверстий в детали 3 с использованием двух техно-
логических калибров 1 и 2 и микрометра 4. Технологические кали-
Рис. 3.5. Схема установки заготовки на фрезерной операции:
1 — фреза; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 И 4 — установочные базы
46
Рис. 3.6. Измерительные базы при определении расстояния между цен-
трами отверстий:
/ И 2 — цилиндрические калибры; 3 — измеряемая деталь; 4 — микрометр
бры плотно вставляют в отверстия детали и, используя в качестве
измерительных баз образующие их наружных цилиндрических
поверхностей, измеряют микрометром размер L между этими обра-
зующими. Зная действительные размеры сЦ и d2 калибров, находят
требуемый размер по формуле А = L - 0,5(d} + d2).
3.3.
ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ
Для обеспечения требуемой точности обработки с наименьшими
затратами следует соблюдать накопленные опытом правила выбора
технологических баз при установке заготовки в зоне механической
обработки. В каждом операционном эскизе обрабатываемые по-
верхности координируются относительно необрабатываемых на
данной операции (или обработанных на предыдущих переходах)
поверхностей с помощью операционных размеров. Проектируя тех-
нологический процесс механической обработки заготовки детали,
технолог особое внимание должен обращать на конструкторские
базы по отношению к обрабатываемым поверхностям, так как
эти базы определяют взаимное положение поверхностей готовой
детали.
Получить операционный размер наивысшей точности с наи-
меньшими затратами можно лишь в случае, если в качестве техно-
логических баз использовать поверхности, являющиеся конструк-
47
торскими базами по отношению к обрабатываемым поверхностям.
Отступление от этого правила обусловливает появление дополни-
тельной погрешности операционного размера, равной допуску на
взаимное положение этих поверхностей. Подтвердим сказанное
примером.
Для фрезерной обработки партии заготовок (рис. 3.7, а) в целях
получения детали, показанной на рис. 3.7, б, технолог составил
схему обработки и установки (рис. 3.7, в), согласно которой раз-
меры 2О_оЛ и 15+0,1, координирующие положение обрабатываемых
поверхностей М и К, получают автоматически.
Из анализа схемы базирования заготовки видно, что операци-
онный размер 20_01 получают при условии совмещения исходной
и установочной баз (поверхности С) с конструкторской базой (так-
же поверхностью С). В этом случае точность операционного разме-
ра (20-од) будет соответствовать заданной точности (см. рис. 3.7, б)
этого размера.
Операционный размер 15+0,1 получают при условии совмеще-
ния исходной базы с конструкторской (поверхностью Р), однако
в качестве установочной базы здесь выбрана другая поверхность
Е, которая не является ни конструкторской, ни исходной базой
по отношению к данному размеру. В этом случае при поверочном
расчете точности размера 15+0,1 получают дополнительную погреш-
ность, равную допуску 0,2 мм на взаимное положение поверхностей
Е и Р (см. рис. 3.7, а). Появившаяся дополнительная погрешность
0,2 мм делает невозможным получение детали заданной точности
(допуска 0,1 мм) при такой установке заготовки в зоне обработки
станка, если при наладке операции для определения положения
фрезы использовался упор 3.
Рис. 3.7. Базирование заготовки и совмещение баз:
а — чертеж заготовки; б — рабочий чертеж детали; в — схема обработки и установ-
ки заготовки; 1 — заготовка; 2 и 3 — упоры
48
Рис. 3.8. Пример выбора установочной базы в условиях несовмещения баз:
</ — рабочий чертеж детали; б — операционный эскиз обработки поверхности К;
н — операционный эскиз обработки поверхности М
В ряде случаев невозможно обрабатывать заготовку в условиях
совмещения баз, поскольку не каждая конструкторская база при-
годна для использования в качестве установочной базы. Например,
для получения конструкторского размера Ак (рис. 3.8, а) требуется
фрезерная обработка поверхностей М и К (Rz 20). Однако обра-
ботать поверхность К в условиях совмещения установочной базы
с конструкторской затруднительно, так как геометрические пара-
метры поверхности М не позволяют ей быть удовлетворительной
установочной базой. В этом случае сначала следует определить,
какая из поверхностей может быть хорошей установочной базой.
Поскольку очевидно, что это поверхность К, ее обрабатывают
первой в условиях несовмещения баз (рис. 3.8, б), используя
в качестве установочной базы поверхность С и выдерживая про-
межуточный операционный размер Ао, а затем обрабатывают
поверхность М (рис. 3.8, в), выдерживая операционный размер
Аи при совмещении установочной базы с конструкторской. Таким
образом получают точность операционного размера Аи, соответ-
ствующую заданной конструктором для размера Ак, в условиях
совмещения баз (т. е. при отсутствии дополнительной погрешности
от несовмещения баз) и при хорошей установочной базе — по-
верхности К.
Существует целый ряд рекомендаций, практическое использова-
ние которых позволяет уменьшить последствия несовмещения баз,
если оно неизбежно. Основными из этих рекомендаций являются
следующие:
если при обработке поверхностей заготовки совместить базы
невозможно, следует выбрать в качестве установочной базы
поверхность, наиболее точно координированную (на рабочем
чертеже детали) относительно обрабатываемой поверхности, что
49
уменьшит дополнительную погрешность операционного размера
от несовмещения баз;
из двух взаимосвязанных поверхностей заготовки в первую
очередь следует обрабатывать ту, которая более пригодна для
использования в качестве установочной базы;
последовательность обработки поверхностей заготовки должна
соответствовать координации поверхностей на рабочем чертеже
детали, что исключит появление дополнительных погрешностей
от несовмещения баз.
3.4.
ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ БАЗИРОВАНИЯ
ЗАГОТОВОК НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ
Базирование заготовки связано с выбором установочной (опор-
ной) базы и установочного элемента приспособления, что опреде-
ляет погрешность установки заготовки, которая представляет собой
наибольшее возможное смещение установочной базы заготовки от
своего номинального положения. При составлении заказа на про-
ектирование приспособления для детали следует иметь в виду, что
ожидаемая погрешность обработки зависит не только от погрешно-
сти установки, но и от ее направленности, что определяется методом
базирования, т. е. геометрией установочной базы и установочного
элемента приспособления.
В качестве установочных баз для обработки заготовки наиболее
часто используют наружные цилиндрические поверхности (устано-
вочная база — вал), внутренние цилиндрические поверхности (уста-
новочная база — отверстие), плоские поверхности (установочная
база — плоскость), фасонные поверхности (например, эвольвент-
ные поверхности профиля зубьев зубчатого колеса) и др.
В качестве установочных элементов в приспособлениях исполь-
зуют:
для наружных цилиндрических поверхностей цилиндриче-
ские — отверстия (гнезда), установочные призмы с углом 90°,
полуцилиндрические гнезда;
для внутренних цилиндрических поверхностей — цилиндриче-
ские валы (пальцы), конусные оправки с малой конусностью или
пальцы с большой конусностью;
для плоских поверхностей — штифты, сухарики или плоскости;
для фасонных поверхностей — специальные (роликовые или
резьбовые) оправки.
50
Рис. 3.9. Установка базы — вала в цилиндрическое гнездо:
/ — установочная база — вал; 2 — установочный элемент приспособления с цилин-
дрическим отверстием
При установке базы — вала 1 (рис. 3.9) в цилиндрическое от-
верстие — гнездо 2 погрешности установки рассчитывают по
формуле
8у = а + А + ау,
где а — допуск на диаметр установочной базы; А — гарантирован-
ный зазор, предусмотренный для удобства установки заготовки
и снятия детали; ау — допуск на диаметр отверстия установочного
элемента.
При установке базы отверстием на цилиндрический палец по-
грешность установки рассчитывают по аналогичной формуле.
Поскольку направление этой погрешности предсказать невоз-
можно, при расчете ожидаемой точности обработки ее учитывают
полностью.
При установке базы — вала 2 на установочную призму 1 (рис. 3.10),
рабочие поверхности А и В которой расположены под углом 2у (угол
призмы), погрешность установки рассчитывают по формуле
8y = 0,5a/sin у,
где а — допуск на диаметр установочной (наружной цилиндриче-
ской поверхности) базы.
Направление этой погрешности, определяющей максимально
возможное смещение центра базы из положения О в положении
О1Г совпадает с осью симметрии призмы.
При установке базы — вала в полуцилиндрические гнезда, кото-
рые представляют собой две совмещенные детали 1 и 2 (рис. 3.11),
погрешность установки рассчитывают по формуле
51
Рис. 3.10. Установка цилиндриче-
ской базы — вала на призму:
/ — установочная призма; 2 — база—
вал устанавливаемой заготовки
Рис. 3.11. Установка цилиндриче-
ской базы — вала в полуцилиндри-
ческие гнезда:
1 — нижний полуцилиндр; 2 — нижний
полуцилиндр; 3 — база—вал устанавли-
ваемой заготовки
5у = 0,5(а + ау),
где а — допуск на диаметр наружной установочной (цилиндриче-
ской) базы; ау — допуск на диаметр установочного отверстия по-
луцилиндрических гнезд.
При установке заготовки точной цилиндрической базой отвер-
стием на точную оправку с малой конусностью к = 1/5 000... 1/1 000
создается надежный контакт по поверхностям их соприкосновения,
и заготовка удерживается за счет сил трения, достаточных для ее
закрепления. Погрешность установки заготовки в направлении
Рис. 3.12. Установка цилиндрической базы—отверстия на конусные
оправки:
а — с малой конусностью; б — с большой конусностью; 1 — конусная оправка; 2 —
установочный палец; 3 — устанавливаемая заготовка; 4 — упор; 5 — пружина
52
радиуса обрабатываемой цилиндрической поверхности в этом
случае практически отсутствует. Однако положение заготовки 2
(рис. 3.12, а) в осевом направлении не фиксируется и будет неопре-
деленным. Возможное осевое смещение L заготовки, не влияющее
на точность обработки, рассчитывают по формуле
L = а/к,
где а — допуск на диаметр установочной базы (цилиндрического
отверстия); к — конусность оправки.
При установке заготовки цилиндрической базой — отверстием
на коническую оправку с большой конусностью (с углом конуса
а - 15... 45°) эту оправку делают утапливающейся под воздействием
закрепляющего усилия W (рис. 3.12, б). В этом случае заготовка 3
будет хорошо центрироваться на конусной поверхности подпру-
жиненного установочного пальца 2 и, выравниваясь, прижиматься
к плоской поверхности упора 4. Погрешность установки заготовки
в радиальном направлении в основном будет определяться разме-
ром радиального зазора А в сопряжении установочного пальца 2
и цилиндрической поверхности упора 4, обеспечиваемого при из-
готовлении приспособления.
К особым случаям установки заготовки относят одновременное
использование двух баз, а при анализе точности обработки необхо-
димо учитывать погрешность их взаимного положения.
Известны два варианта оптимального обеспечения точности
обработки с учетом погрешности взаимного положения устано-
вочных баз.
В первом варианте одну базу устанавливают относительно точно,
в погрешность взаимного положения установочных баз полностью
относят в погрешность установки второй базы. Тогда погрешность
установки первой базы определяется точностью установочного эле-
мента и точностью базовой поверхности, а погрешность установки
второй базы представляет собой сумму погрешностей установки
первой базы и взаимного расположения установочных баз.
Во втором варианте погрешность взаимного расположения баз
распределяется между обеими установочными базами (чаще делится
пополам), т.е. к погрешностям установки каждой базы, определяе-
мым способом их базирования, прибавляется по половинке погреш-
ности взаимного расположения установочных баз.
Для правильного выбора варианта установки заготовки сле-
дует сопоставить точность операционных размеров, заданную
точность обработки и погрешность взаимного расположения
установочных баз.
53
Рис. 3.13. Влияние направленностей погрешности установки и операцион-
ного размера на точность обработки:
а — направленность одинаковая; б — направленность под углом 0; 1 — устанавли-
ваемая для обработки заготовка; 2 — установочная призма
При оценке ожидаемой точности обработки особое внима-
ние следует уделять направленности погрешности установки за-
готовки относительно направления операционного (исходного)
размера. Если направление погрешности установки 8у совпадает
с направлением операционного размера Аи (рис. 3.13, а), ее зна-
чение полностью входит в качестве составляющей в погрешность
обработки. Если же между направлением погрешности установки
8у и направлением операционного размера Аи имеется некоторый
угол Р (рис. 3.13, б), на погрешность обработки оказывает влияние
лишь проекция погрешности установки на направление операци-
онного размера 8р, значение которой (возможное смещение центра
О установочной базы) определяют из соотношения
8р = 8ycos р.
Таким образом, при угле 90° между направлениями погрешности
установки и исходного (операционного) размера способ базирова-
ния заготовки не оказывает влияния на точность обработки, а при
нулевом угле это влияние будет наибольшим.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что следует считать конструкторской базой?
2. Что следует считать технологической базой?
3. Сколько степеней свободы имеет тело в системе кординат
XYZ?
54
4. Как влияют заготовка и станочное приспособление на точность
базирования заготовки в системе обработки?
5. В чем заключается принцип совмещения баз?
6. Какие возможны последствия в случае нарушения технологом
принципа совмещения баз?
7. Из чего исходят при выборе первичной установочной базы?
8. В чем заключается особенность установки заготовки одновре-
менно на две базы?
9. Какое направление погрешности установки относительно на-
правления операционного размера приводит к наименьшей
погрешности операционного размера?
10. Каков принцип выбора измерительной базы?
11. Что называют единой установочной базой?
12. Какое решение должен принять технолог, если принцип со-
вмещения баз реализовать невозможно?
13. Какова будет дополнительная погрешность операционного
размера от несовмещения конструкторской и технологической
баз?
Глава 4
РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
4.1.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИХ СВОЙСТВА
В процессе снятия стружки режущая часть инструмента, непо-
средственно соприкасающаяся с материалом обрабатываемой за-
готовки, испытывает большие давление, трение, нагрев и износ. Это
и определяет основные требования к материалам, применяемым для
изготовления режущей части любого режущего инструмента: они
должны быть достаточно твердыми, прочными и износостойкими
при высоких температурах в течение времени, определяющего
стойкость режущего инструмента.
В зависимости от твердости материала обрабатываемой заго-
товки для изготовления режущей части инструмента используют
следующие материалы:
стали (углеродистые, быстрорежущие, легированные и конструк-
ционные);
твердые сплавы (вольфрамовые, титановольфрамовые, титано-
танталовольфрамовые);
минералокерамику;
алмазы;
эльбор и др.
Углеродистые стали являются основным материалом для из-
готовления режущей части инструмента, используемого для обра-
ботки заготовок из дерева, неметаллических материалов и металла
с невысокой твердостью. Содержание углерода в сталях марок У10А
и У12А, определяющее их свойства, составляет 0,6... 1,4%. После
термической обработки режущая часть инструмента из этих ста-
лей имеет твердость HRC 58...60 и может выдерживать нагрев до
температуры 200...250 °C. При более высокой температуре нагрева
твердость инструмента резко снижается, и он выходит из строя.
56
Быстрорежущие стали, содержащие 6... 9 % вольфрама
и З...4,6% хрома, выдерживают в процессе резания нагрев до
температуры 600 °C, не теряя при этом своих режущих свойств.
11(к ле термической обработки инструмент из таких сталей имеет
твердость HRC 62...63 и может работать при скоростях резания,
и 2... 3 раза превышающих скорости, допустимые для инструмента,
и । готовленного из углеродистой стали. Применяют эти стали для
обработки заготовок из конструкционных углеродистых сталей.
В химический состав быстрорежущих сталей, который и опреде-
ляет их стоимость, входят не более чем по 0,5 % марганца, кремния
и никеля, не более 0,03 % серы, не более 0,035 % фосфора, не более
I % молибдена (кроме сталей, в маркировке которых содержится
оуква М).
Используют следующие марки быстрорежущих сталей:
сталь Р18, содержащая 17... 18,5 % вольфрама и 1... 1,4 % ванадия,
является дорогостоящей, в настоящее время применяется редко
из экономических соображений, поскольку появились новые,
более дешевые марки сталей, обеспечивающие нормальную
производительность и содержащие меньше дорогостоящего
вольфрама;
сталь Р9, содержащая 8,5... 10 % вольфрама и 2...2,6 % ванадия,
является более дешевой, чем сталь Р18, но при обработке кон-
струкционных углеродистых сталей они равноценны. Поскольку
заготовки из этих сталей плохо поддаются шлифованию, из стали
Р9 не изготовляют режущие инструменты, требующие трудоем-
кой шлифовальной операции, например, шеверы;
сталь Р12, содержащая 12... 13 % вольфрама, близка по режущим
свойствам к стали Р18, но она дешевле и обладает повышенной
пластичностью в нагретом состоянии, а поэтому ее используют
для изготовления режущего инструмента методом пластической
деформации;
сталь Р6М5, содержащая 5,5...6,5% вольфрама и 5,0...5,5% мо-
либдена, по режущим свойствам не уступает стали Р18, но она
значительно экономичнее и так же, как и сталь Р12, обладает
повышенной пластичностью в нагретом состоянии и использу-
ется для изготовления режущего инструмента (например, сверл),
методом пластической деформации;
сталь Р18Ф2, содержащая 1,8...2,4 % ванадия и 17... 18 % воль-
фрама, имеет более высокую износостойкость по сравнению со
сталью Р18 и обеспечивает хорошую производительность;
стали Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5 и Р18К5Ф2, являющиеся кобальто-
выми, поскольку содержат от 5 до 12 % кобальта, имеют более
57
высокую твердость и износостойкость, чем сталь Р18, и поэтому
используются для обработки заготовок из твердых жаропрочных
сталей и сплавов.
Твердые сплавы имеют высокие показатели плотности (9 500...
15 100 кг/м3), твердости, теплоемкости (в 2... 2,5 раза меньше тепло-
емкости стали Р18), теплопроводности и износостойкости. Высокую
твердость они сохраняют при нагреве до температуры 800... 900 °C.
Инструмент, изготовленный из этих сплавов, позволяет выполнять
обработку на высоких скоростях резания (до 500 м/мин при об-
работке заготовок из сталей и до 2 700 м/мин при обработке за-
готовок из алюминия). Режущим инструментом, изготовленном из
этих сталей, обрабатывают заготовки из закаленных (до HRC 67)
и труднообрабатываемых сталей.
Для удобства крепления к основанию режущего инструмента
твердые сплавы используют чаще всего в виде пластин различной
формы. Широко используют трехгранные, четырехгранные, пяти-
гранные и шестигранные пластины. Прикрепляемая к основанию
резца или фрезы такая пластина не перетачивается при полном
износе одной грани, а поворачивается следующей гранью. После
износа последней грани пластину отправляют на переработку, а на
ее место устанавливают новую аналогичную пластину. Для повы-
шения износостойкости на неперетачиваемые твердосплавные
пластины напыляют тонкий слой карбида титана, что повышает
износостойкость режущей кромки инструмента в 3...5 раз.
Также из твердых сплавов изготовляют цельный (монолитный)
режущий инструмент. В машиностроении широко используют про-
резные и отрезные твердосплавные монолитные фрезы, спиральные
сверла диаметром 0,35...6 мм, фрезы для обработки шпоночных
пазов, дисковые мелкомодульные (т = 0,2...0,8 мм) и червячные
мелкомодульные (т = 0,05...0,9 мм) зуборезные фрезы, а также
пальцевые, дисковые и фасонные фрезы.
Для изготовления разнообразного режущего инструмента ши-
роко применяют металлокерамические твердые сплавы.
Вольфрамовые сплавы марок ВК2, ВКЗМ, ВК4, ВК6, ВК6М, ВК8,
ВК8В, состоящие из зерен карбида вольфрама, сцементированных
кобальтом, применяют для обработки заготовок из чугуна, при
которой стружка ломается и возникают ударные пульсирующие
нагрузки, воздействующие на режущую кромку инструмента. Вяз-
кость сплава в этом случае является своеобразным демпфирующим
фактором. Из сплавов этой группы изготовляют также режущий
инструмент для обработки заготовок из цветных и легких сплавов,
резины, пластмассы и других неметаллических материалов.
58
Сравним эти сплавы:
сплавы ВК2 и ВКЗМ являются менее прочными и вязкими, но бо-
лее износостойкими, чем другие сплавы этой группы. Режущий
инструмент из этих сплавов применяют для чистовой обработки
заготовок из чутуна, при которой снимают тонкий слой метал-
ла, а стружка получается тонкой и непрерывной. При снятии
значительного припуска* с большой подачей такой режущий
инструмент быстро разрушается;
сплавы ВК8 и ВК6 являются более прочными и вязкими, но менее
износостойкими, чем другие сплавы из этой группы. Режущий
инструмент из этих сплавов применяют для черновой обработки
заготовок из чугуна, в том числе при неравномерном припуске
и с большими подачами, и он выдерживает возникающие при
этом значительные нагрузки;
сплав ВК4 имеет стойкость при точении в 2...4 раза большую,
чем сплав ВК8. Режущий инструмент из этого сплава применяют
для черновой и чистовой обработки заготовок из чугуна;
сплав ВК6М имеет высокую плотность, мелкую зернистость,
повышенную твердость и выдерживает нагрев (в процессе реза-
ния) до температуры 400... 900 °C. Режущий инструмент из этого
сплава применяют для обработки коррозионно-стойких сталей
и чистовой обработки чугуна. Из этого сплава также изготовляют
сложно-фасонный и прецизионный режущий инструмент;
сплав ВК8В имеет меньшую износостойкость, но большую
прочность, чем справ ВК8. Используют его для изготовления
режущего инструмента, применяемого для чернового точения
заготовок из жаропрочных сталей и сплавов, а также для стро-
гания заготовок из сталей.
Титановольфрамовые сплавы марок Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4,
Т5К12В, состоящие из зерен твердого раствора карбида вольфрама
в карбиде титана, применяют для изготовления режущего инстру-
мента, используемого для обработки заготовок из незакаленных
углеродистых, легированных сплавов, жаропрочных сталей и спла-
вов, обладающих повышенной вязкостью и пониженной теплопро-
водностью. Эти сплавы более износостойкие и менее вязкие, чем
вольфрамовые.
Сравним сплавы этой группы:
сплав Т5К10 является наиболее прочным из них, но обладает
низкой износостойкостью. Режущий инструмент, изготовленный
из этого сплава, применяют для предварительной обработки
заготовок из сталей при больших подачах и неравномерном
сечении стружки;
59
сплавы Т14К8 и Т15К6 являются наименее прочными, но более
износостойкими. Режущий инструмент, изготовленный из этих
сплавов, применяют для получистовой обработки заготовок из
сталей со средними подачами при непрерывном резании с равно-
мерным сечением стружки;
сплав Т30К4 является хрупким, но наиболее износостойким. Ре-
жущий инструмент, изготовленный из этого сплава, применяют
для чистовой обработки заготовок из сталей при малых подачах
и непрерывном резании с высокими скоростями.
Тшпанотанталовольфрамовые сплавы марок ТТ7К12, ТТ10К8Б,
ТТ20К9 состоят из зерен твердого раствора карбида титана, карбида
тантала, карбида вольфрама и избыточных зерен карбида вольфра-
ма, сцементированных кобальтом.
Рассмотрим сплавы этой группы:
сплав ТТ7К12 имеет повышенную прочность. Его плотность со-
ставляет 12 800... 13 300 кг/м3. Инструмент из этого сплава при-
меняют для черновой обработки сталей с большой толщиной
стружки, также он хорошо показал себя при сверлении и удар-
ных нагрузках, возникающих при строгании и фрезеровании;
сплав ТТ10К8Б применяют для изготовления режущего ин-
струмента, обеспечивающего высокую производительность для
черновой и получистовой обработки заготовок из коррозионно-
стойких и немагнитных сталей, а также некоторых марок жаро-
прочных сталей и сплавов;
сплав ТТ20К9 применяют для изготовления режущего инстру-
мента, применяемого для фрезерования стальных заготовок
в тяжелых условиях, например для фрезерования глубоких пазов.
Режущий инструмент из этого сплава выдерживает высокие
тепловые и механические, особенно циклические, нагрузки.
Минералокерамические материалы обеспечивают высокую
производительность и невысокую стоимость изготовления режу-
щего инструмента, который в отдельных случаях успешно заменяет
дорогостоящий инструмент с пластинами из твердых сплавов. К та-
ким материалам относятся термокорунд и микролит, выпускаемые
в виде пластин, изготовляемых из глинозема (А12О3) прессованием
с последующей термической обработкой. Эти материалы имеют
высокие твердость, теплостойкость (до 1 200 °C) и износостойкость.
Режущий инструмент из такого материала позволяет выполнять
обработку с высокими скоростями резания. Недостатком является
высокая хрупкость этих материалов.
Применяют режущий инструмент, оснащенный съемными
пластинами из минералокерамики, для получистового и чистового
60
точения на точном технологическом оборудовании. При этом пла-
стины овальной, круглой или призматической формы припаивают
к державке инструмента или закрепляют на ней механически. При
использовании такого инструмента следует избегать резких ударов.
Высокая производительность обработки обеспечивается в этом
с лучае высокой скоростью резайия, что сокращает основное время
обработки стали в 1,5...2 раза, а чугуна — в 3...4 раза.
Алмазы являются самым твердым материалом, используемым
для изготовления режущего инструмента. Алмазы различают по
форме, качеству и размерам. Широкое применение для обработки
заготовок нашли искусственные (синтетические) алмазы, которые
получают из графита при высоких давлениях и температурах. Режу-
щая часть алмазного инструмента имеет очень острую кромку, не-
большой коэффициент трения, высокую теплостойкость (до 850 °C)
и высокую износостойкость. Недостатками алмазного инструмента
является его дороговизна и хрупкость. Порошок искусственных
алмазов используют для изготовления абразивного инструмента:
кругов, дисков, брусков, надфилей и др.
Алмазные резцы имеют высокую износостойкость и обеспе-
чивают высокое качество обработки при точном обтачивании
и растачивании поверхностей в заготовках из цветных металлов
и неметаллических материалов. При обработке черных металлов
алмазные резцы имеют низкую износостойкость.
Алмаз на стержень резца либо напаивают с применением се-
ребряного припоя, либо механически закрепляют, что позволяет
извлекать его из стержня резца при необходимости перешлифо-
вания.
Заточку и доводку алмаза, прикрепленного к стержню резца,
производят на специальных станках с помощью чугунного диска
с нанесенной на его поверхность смесью алмазного порошка или
с помощью алмазного шлифовального крута с последующей до-
водкой на чугунном доводочном диске.
Эльбор является сверхтвердым синтетическим материалом,
применяемым для изготовления режущего инструмента. Обладая
высокими твердостью и теплостойкостью, он химически инертен
по отношению к утлеродосодержащим материалам и более прочен
по сравнению с алмазом.
Инструмент с режущей частью из эльбора имеет высокую из-
носостойкость.
Эльбор в виде порошка используют для изготовления абразив-
ного инструмента, а в виде поликристаллов — для изготовления
резцов.
61
Поликрасталлы эльбора в качестве режущего инструмента за-
крепляют в металлической державке из стали марки 40Х или 9ХС
методом заливки расплавленной медью, латунью или специальным
припоем.
Резцы из эльбора изготовляют и цельными, например для ис-
пользования на станках с программным управлением.
Силы, возникающие при резании инструментом из эльбора,
в 10 раз меньше сил, возникающих при резании инструментом из
других материалов, поэтому инструмент из эльбора целесообраз-
но применять для чистовой обработки заготовок, закаленных до
высокой твердости и заготовок из труднообрабатываемых сталей
и сплавов, а также заготовок из чугуна.
4.2.
ВИДЫ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Резец. При токарной обработке резец является основным режу-
щим инструментом, конструкция которого во многом определяется
формой обрабатываемой поверхности. Токарные резцы используют
для получения цилиндрических, конических и фасонных поверх-
ностей вращения. Токарный резец при снятии слоя материала с за-
готовки совершает движение подачи при главном вращательном
движении заготовки, связанной со шпинделем станка.
Токарный резец (рис. 4.1, а) состоит из рабочей части (А) и дер-
жавки (Б), сечение которой {И} определяется размерами К и М.
Рабочая часть резца формируется в процессе заточки, в результате
которой получают ее переднюю поверхность (3), главную (В) и вспо-
Рис. 4.1. Вид токарного резца (а) и схема его крепления в резцедержа-
теле (б)
62
мигательную (Д) задние поверхности, главную (Г) и вспомогатель-
ную (Ж) режущие кромки и вершину (Я). Державка и рабочая часть
резца могут изготовляться из одного материала, однако чаще его
рабочую часть изготовляют из более твердого материала в виде пла-
стины особой конструкции, и прикрепляют к державке, служащей
для его закрепления в резцедержателе токарного станка. Сечение
державки может иметь квадратную, круглую или прямоугольную
форму. При закреплении резца с усилием W (рис. 4.1, б) в резце-
держателе необходимый вылет (С) резца определяется формой
обрабатываемой заготовки и прочностью резца.
Геометрия резца во многом определяется направлением его по-
дачи при использовании (левые и правые резцы), а также формой
и расположением головки резца относительно державки (прямые
резцы, отогнутые, изогнутые, с вытянутой головкой). По виду об-
работки токарные резцы (рис. 4.2) подразделяют на проходные,
подрезные, расточные, отрезные, резьбовые и фасонные, а по
марке материала режущей части различают токарные резцы из
быстрорежущей стали, с твердосплавными пластинами, металло-
керамическими пластинами, алмазные и эльборовые.
При снятии слоя материала с заготовки 1 резцом 2 (рис. 4.3, а)
в результате трения стружки (Д) о переднюю поверхность (П) резца
и обработанной поверхности (Г) заготовки о заднюю поверхность
(В) резца происходит износ (М) указанных поверхностей. На из-
нос резца влияют физико-механические свойства материалов
обрабатываемой заготовки и режущей части резца, применяемая
смазочно-охлаждающая жидкость, режимы резания, геометрия
режущей части резца и другие параметры. Чтобы резец можно
было использовать после допустимого износа (М), его затачивают.
В процессе заточки режущей части придают требуемую форму
(рис. 4.3, б), удаляя поврежденные слои металла (О и К) по передней
и задней поверхностям резца.
Токарные резцы изнашиваются по-разному. При резании хруп-
ких металлов (чугуна, бронзы) резцы изнашиваются в основном
по задней поверхности. При резании вязких металлов на малой
скорости изнашивается в основном задняя поверхность резца. На
высоких скоростях резания при снятии тонкой стружки изнаши-
вается в основном задняя поверхность резца, а при снятии толстой
стружки больше изнашивается его передняя поверхность.
Для износа резцов, используемых при чистовой (окончательной)
обработке, характерно несоответствие обработанной поверхности
детали техническим требованиям, например по параметру шеро-
ховатости.
63
Рис. 4.2. Виды токарных резцов по виду обработки:
а — проходные отогнутые (3) для подрезки торца и для обработки вдоль оси заготов-
ки (4); б — расточный (5) для подрезки торца; в — подрезной торцовый с пластиной
из твердого сплава (6); г — проходной упорный со съемной пластиной из твердого
сплава (7); д — отрезной со съемной пластиной из твердого сплава (б); е — фасон-
ные: галтельный (9), резьбовой {10), фигурный {11); 1 — трехкулачковый патрон;
2 — заготовка; 12 — задний центр; S — подача резца; t — глубина срезаемого слоя;
В — ширина паза
б
Рис. 4.3. Схемы износа токарного резца (а) и придания ему требуемой
формы при заточке (б):
/ — обрабатываемая заготовка; 2 — токарный резец
64
Для изготовления режущей части резцов используют быстро-
режущие стали марок Р9 и Р18 с удовлетворительной прочностью
и повышенной износостойкостью, а также марок Р9К5, Р9К10,
Р6М5, Р18К5Ф2 с повышенной прочностью и износостойкостью. Из
н их сталей изготовляют резцы проходные прямые (правые и ле-
вые), проходные отогнутые (правые и левые), проходные упорные
отогнутые с углом в плане 90° (правые и левые), подрезные отогну-
тые (правые и левые), отрезные, специальные автоматные и др.
Материал для твердосплавных пластин определяется свойствами
обрабатываемого материала, видом и характером обработки (табл.
4.1). К державке резца прикрепляют твердосплавные пластины
пайкой или винтами, позволяющими заменять затупившуюся грань
пластины поворотом ее на некоторый угол.
Таблица 4.1. Марки твердых сплавов для различных видов
обработки резанием
Марки твердых сплавов для обработки различных материалов
Вид и харак- тер обработ- ки резанием Углеро- дистая и леги- рованная стали Трудно- обраба- тываемая сталь Закален- ная сталь Титан и его сплавы Цветные метал- лы и их сплавы
Черновое точение по окалине Т5К10, Т5К12, ВК8, ВК8В Т5К12, ВК8, ВК8В — ВК8, ВК8 ВК4, ВК6, ВК8
Черновое точение Т14К8, Т5К10 ВК4, ВК8 — ВК4 ВК4, ВК6
Получи - стовое и чистовое точение Т15К6, Т5К10, Т14К8 ВК4, ВК8 Т5К10, ВК4, ВК8 ВК4 ВКЗ, ВК4
Тонкое точение Т30К4, Т15К6 — Т14К8, Т5К10, ВК4 ВК4 ВКЗ, ВКЗМ, ВК4
Отрезка и прорезка канавок Т15К6, Т14К8, Т5К10 ВК4, ВК8, ВК8М ВК6М, ВК4, ВКЗМ ВК6М, ВК4, ВКЗМ ВКЗ, ВКЗМ, ВК4
Окончатель- ное нареза- ние резьбы Т30К4, Т15К6 Т30К4, Т15К6, В14К8 ВКЗ, ВКЗМ
65
Фреза. Основным режущим инструментом при фрезеровании
является фреза, представляющая собой тело вращения, на цилин-
дрической или торцовой поверхности которого имеются режущие
зубья. Конструкция фрезы, необходимой для обработки конкретной
поверхности заготовки, определяется видом этой поверхности и вы-
бранным методом фрезерования.
Фрезы делают цельными (из одного вида материала) и состав-
ными (сборными), т. е. с режущей частью, из быстрорежущей стали
или твердого сплава и основанием из более дешевой стали.
Фрезы с остроконечными зубьями, затачиваемыми в основном
по задней поверхности, просты в изготовлении, имеют высокую
износостойкость и обеспечивают высокий класс чистоты обрабо-
танной поверхности.
При изготовлении фрез общего назначения используют три
формы зубьев: трапецеидальную, параболическую и с двойной
спинкой. При трапецеидальной форме (рис. 4.4, а) зуб определя-
ется углом т|, а канавка для стружки — углом и. Такой формы зуб
прост в изготовлении, но несколько ослаблен на изгиб. Параболи-
ческая форма задней поверхности зуба (рис. 4.4, б) обеспечивает
равнопрочность на изгиб всех его сечений. Двойная спинка зуба
(рис. 4.4, в), образуемая посредством двойного фрезерования, близ-
ка к параболической форме. Зуб такой формы прост в изготовлении
и равнопрочен на изгиб, что и определило широкое использование
фрез с такой формой зубьев.
Фрезы с остроконечными зубьями различают цилиндрические,
торцовые, дисковые, концевые, фасонные и пилы.
Цилиндрические фрезы с диаметром 60...90 мм ис-
пользуют при требуемой глубине резания до 5 мм, с диаметром
90... 110 мм — при глубине резания до 8 мм, а с диаметром
110... 150 мм — при глубине резания до 12 мм. Для обеспечения
Рис. 4.4. Формы зубьев фрезы:
а — трапецеидальная; б — параболическая; в — с двойной спинкой
66
нормальных условий работы ширина фрезы выбирается несколько
Польше ширины обрабатываемой поверхности (на 2... 5 мм). Диа-
метр фрезы оказывает существенное влияние на процесс резания.
(' увеличением диаметра фрезы увеличивается число режущих
|уб|»ев и, следовательно, улучшаются условия их охлаждения.
Кроме того, больший диаметр фрезы позволяет сделать для нее
оправку более жесткую. Все это позволяет увеличить минутную
подачу фрезы, т.е. сделать процесс фрезерования более произво-
дительным.
Фрезы могут быть крупнозубые с небольшим числом крупных
зубьев с большим шагом и мелкозубые с большим числом мелких
зубьев с малым шагом. Крупные зубья лучше охлаждаются, допу-
скают большое число переточек, впадины между ними вмещают
большой объем стружки, но они не обеспечивают плавный съем
материала при обработке. Фрезы с крупными зубьями применяют
для чернового фрезерования, а фрезы с мелкими зубьями — для
чистовой и получистовой обработок.
Торцовые фрезы используются для выполнения большин-
ства фрезерных работ. Режущие кромки на их торцовой и цилин-
дрической поверхностях позволяют обрабатывать как открытые
поверхности, так и пазы. Небольшие фрезы изготовляют цельными
из быстрорежущей стали, а крупные — сборными, широко ис-
пользуя клиновидные рифленые ножи из быстрорежущей стали.
Диаметр этих фрез 80...250 мм. Корпус с клиновидными пазами
(с углом клина 5°) и рифлениями по задней стенке выполняют из
конструкционной стали. Нож, запрессованный в клиновидный паз,
удерживается в корпусе силами трения. После переточки для со-
хранения диаметра фрезы ножи переставляют в пазу на следующее
рифление. В сборных фрезах с механическим креплением пластин
из твердого сплава пластина надевается на штифт и закрепляется
болтом.
Дисковые фрезы, применяемые для выполнения пазов
и выемок в обрабатываемых заготовках, изготовляют цельными или
сборными. Зубья дисковых пазовых фрез имеют режущую кромку
только на цилиндрической части.
В целях снижения трения по торцовым поверхностям ширина
зубьев цельной дисковой фрезы заужена от периферии к ступице
(рис. 4.5, а). Фрезы с шириной В зубьев менее 5 мм называют про-
резными. У дисковых двухсторонних и трехсторонних фрез режу-
щая кромка зуба имеется не только на цилиндрической, но и на
торцовых поверхностях (на одном или обоих торцах). Дисковые
фрезы с крупными зубьями используют для грубой обработки,
67
Рис. 4.5. Дисковые фрезы цельная (а) и сборная [б]:
1 — основание фрезы; 2 — рифленый нож
а фрезы с мелкими зубьями — для чистовой обработки и обработки
неглубоких выемок.
У сборной дисковой фрезы основание 1 (рис. 4.5, б) имеет кли-
новидные пазы, в которые вставляют клиновидные рифленые ножи
2 из быстрорежущей стали, а пластины из твердого сплава при-
паивают или к основанию фрезы, или к клиновидным ножам. Для
регулирования ширины фрезы после переточки сборных фрез ножи
переставляют на другие рифления, расположенные радиально. Для
исключения влияния переточки фрезы на ширину фрезеруемого
паза используют комплект из двух дисковых фрез, между которы-
ми располагают кольцевой компенсатор. По мере переточки обеих
фрез заменяют компенсатор на аналогичный большей толщины.
Изменяя толщину компенсатора, можно настроить фрезы практи-
чески на любую ширину обрабатываемого паза.
Концевые фрезы в отличие от цилиндрических и торцовых
фрез имеют хвостовик цилиндрической или конической формы
(рис. 4.6) и режущую часть длиной 1. Цилиндрический хвостовик
Рис. 4.6. Конструкция концевой фрезы
68
предназначен для фрез, имеющих диаметр D = 3...20 мм и длину
/, 2...45 мм, а конический — для фрез большего диаметра и дли-
ной L = 32...70 мм. Зубья на цилиндрической части концевой фрезы
аналогичны зубьям цилиндрической фрезы, а зубья на торцовой
нг части аналогичны зубьям торцовой части торцовой фрезы.
Концевые фрезы могут иметь нормальные или крупные зубья.
() к ружной шаг у некоторых фрез может быть неравномерным
и целях снижения вибрации, создаваемой фрезой при снятии слоя
материала с заготовки. Например, если фреза имеет три зуба, то
углы между зубьями а = 110; 123 и 127°. Концевые фрезы малого
диаметра изготовляют полностью из твердого сплава, а концевые
фрезы большого диаметра — сборными с вставными ножами из
твердого сплава.
Фасонные фрезы используют для фрезерования фасон-
ных профилей. Профиль зубьев фасонной фрезы имеет трапецеи-
дальную форму. На задней поверхности по всему профилю зуба
имеется одинаковая фаска. Заточку фасонных фрез производят на
специальных приспособлениях с плоской опорной линейкой, по
ко торой обкатывается копир, имеющий форму профиля фрезы.
При этом шлифовальный круг заточного станка создает на зубе
фрезы профиль, совпадающий с профилем копира. Задний угол
ио всему профилю зуба получают на этом же оборудовании по-
средством смещения центра заточного круга относительно центра
затачиваемой фрезы.
Фрезы с затылованными зубьями используют в основном для
обработки фасонных поверхностей.
Заточка фрез является важной составляющей при их использо-
вании для металлообработки, так как правильная форма зубьев во
многом определяет долговечность фрезы. Для заточки применяют
универсальные и специальные заточные станки.
Заточку фрезы с остроконечными зубьями производят по задней
поверхности торцом шлиф овального круга чашечной формы.
Заточка фрез с затылованными зубьями производится по
передней их поверхности зуба. Затачиваемая фреза в этом слу-
чае устанавливается на оправке в центрах заточного станка,
а шлифовальный круг соответствующей формы, закрепленный
на шпинделе станка, снимает слой материала с передней поверх-
ности зуба.
При заточке затылованных зубьев по передней поверхности
фасонный профиль фрезы остается неизменным до полного ее
износа. Задняя поверхность затылованного зуба ограничена архи-
медовой спиралью.
6S
Пилы используют для холодной распиловки металла. Диско-
вые пилы небольшого диаметра изготовляют в виде цельного
диска с рядом режущих зубьев, расположенных на периферии.
Для уменьшения трения пилы о стенки пропила толщина диска
несколько уменьшается от периферии к центру. Каждый зуб пилы,
выполненный в виде резца, при вращении пилы снимает слой
материала с обрабатываемой заготовки. Число зубьев и форма их
впадин определяются режимами резания с учетом условий работы
пилы. Круглые пилы больших диаметров (более 250 мм) изготовля-
ют сборными. Наиболее широко используют сборные пилы с кор-
пусом в виде диска, к которому по всей окружности прикреплены
сегменты с несколькими зубьями в каждом из быстрорежущей
стали. В местах стыков сегменты дополнительно укрепляют. Мел-
козубые пилы используют для распиловки материалов повышенной
твердости, среднезубые — для распиловки материалов средней
твердости, а крупнозубые — для распиловки мягких материалов.
Заточку дисковых пил производят на полуавтоматических стан-
ках, профиль зуба на которых получается в результате поворота
диска пилы и поступательного движения шлифовального крута со
шпинделем, расположенным на вертикальных салазках. После об-
работки одного зуба механизм станка поворачивает закрепленный
на нем диск затачиваемой пилы на требуемый угол для заточки
следующего зуба.
Бесконечные ленточные пилы позволяют делать распил
материала с малой шириной пропила, что снижает отходы материала
в виде стружки или опилок. Устанавливают эти пилы на специальных
ленточнопильных станках в основном для распила труб.
Сверла. Сверло является сложным по конструкции режущим ин-
струментом, работающим в напряженных условиях. Повышенные
нагрев и износ сверла обусловливают трение стружки о поверх-
ности канавок сверла (винтовых, косых или прямых) и обработан-
ную поверхность, трение сверла об обработанную поверхность,
затрудненные отвод стружки и подвод охлаждающей жидкости
в зону резания. С увеличением диаметра сверла условия выхода
стружки и отвода теплоты из зоны резания улучшаются вследствие
увеличения массы сверла.
Широкое применение находят следующие виды сверл:
спиральные из быстрорежущей стали с цилиндрическими и ко-
ническими хвостовиками;
спиральные с износостойким покрытием;
спиральные ступенчатые для одновременного сверления отвер-
стия под резьбу и снятия фаски;
70
сборные перовые;
центровочные;
с осевым каналом для подвода охлаждающей жидкости;
с пластинами из твердого сплава;
комбинированные (сверло — зенкер) и др.
Канавки для выхода стружки делают винтовыми, косыми и пря-
мыми.
Стандартное спиральное сверло имеет определенной
длины хвостовик и рабочую часть, которую характеризуют следую-
щие' параметры: диаметр, угол при вершине, угол наклона винтовой
канавки, передний угол, задний угол, диаметр сердцевины, толщина
нора, ширина ленточки, обратная конусность. Диаметр сердцевины,
являясь одним из важнейших элементов сверла, определяет его
жесткость, прочность на кручение и легкость удаления стружки.
У большинства сверл диаметр сердцевины постепенно увеличива-
ется по направлению к хвостовику. Режущую часть сверла изготов-
ляют из быстрорежущих сталей, например, марок Р18, Р12 и Р6МЗ,
пли из твердых сплавов.
Сверла из твердых сплавов применяют для сверления
заготовок из чугуна, закаленной стали, тугоплавких металлов и ряда
неметаллических материалов, т.е. когда сверление производят
на высоких скоростях резания с небольшими подачами. Сверла
н('больших диаметров, как правило, изготовленные целиком из
сплавов марок ВК6М, ВК8М и ВК10М, используют для сверления
вольфрама, бериллия, титановых сплавов, жаропрочных сталей
и других труднообрабатываемых материалов.
Сверлами с косыми к а н а в к а м и и пластинами из спла-
ва марки ВК8 обрабатывают неглубокие отверстия.
Сверлами с винтовыми канавками обрабатывают
о тверстия в заготовках из хрупких и вязких металлов и неметаллов
при высоких скоростях резания. При этом обратная конусность
используется только на длине твердосплавной пластины цилин-
дрического хвостовика, что уменьшает трение сверла о стенки
кондукторной втулки.
Сверла с прямыми канавками используют для свер-
ления отверстий глубиной не более двух-трех диаметров сверла
в заготовках из чугуна и хрупких материалов. При сверлении более
глубоких отверстий следует обратить внимание на подвод охлаж-
дающей жидкости и выход стружки.
Сверла для глубокого сверления используют при
обработке отверстий глубиной, превышающей пять диаметров свер-
ла. Обработать глубокое отверстие можно длинным спиральным
71
сверлом, периодически приостанавливая процесс резания и выни-
мая сверло для удаления стружки из его канавок. Однако этот вид
сверления, называемый «шаг за шагом», малопроизводителен.
Сверла с крутыми винтовыми канавками (углом
подъема 50...65°) для выхода стружки, форма которых отлична от
стандартной, обеспечивают хороший выход стружки из зоны ре-
зания и позволяют сверлить отверстия длиной на порядок больше
диаметра сверла в заготовках из чугуна, стали и легких сплавов.
Существуют также сверла для глубокого сверления — это пушечные
и ружейные сверла.
Пушечные (однокромочные) сверла 2 (рис. 4.7) часто ис-
пользуют для получения глубоких отверстий при вращении заготов-
ки 1 со скоростью со. Сверло 2 при этом не вращается, а продольная
подача 5прод и жесткость самого сверла обеспечивают прямолиней-
ность обработки отверстия. Пушечное сверло 2, представляющее
собой стержень, передний конец которого срезан до оси и заточен
с соответствующими углами резания, имеет главную и вспомога-
тельную режущие кромки. Пушечные сверла хорошо работают при
направлении их по предварительно просверленному отверстию или
при предварительном засверливании обрабатываемой заготовки
коротким жестким сверлом. При этом цилиндрическая поверх-
ность сверла опирается при обработке на стенки предварительно
просверленного отверстия.
Ружейные сверла используют для получения точных от-
верстий с прямолинейной осью. Такое сверло состоит из режущей
части, изготовленной из быстрорежущей стали, и стебля, изготов-
ленного из углеродистой стали. Стебель сверла представляет собой
трубу, по которой при сверлении подают в зону резания охлаждаю-
щую жидкость, обеспечивающую отвод теплоты из зоны резания
и удаление образующейся стружки.
Принудительный отвод стружки жидкостью из зоны резания
обеспечивает непрерывную обработку глубоких отверстий, но тре-
бует использования специально приспособленных для этого сверл.
Рис. 4.7. Схема глубокого сверления:
1 — обрабатываемая заготовка; 2 — пушечное
сверло
72
Рис. 4.8. Схема кольцевого сверле-
нии:
/ обрабатываемая заготовка; 2 — труб-
•ытын корпус сверла; 3 — трапецеидальный
прорезной нож; 4 — плоский зачистной
нож; 5 — цилиндрический стержень
1^пример, имеются конструкции сверл, у которых наружные канав-
ки со стенками отверстия образуют каналы для подачи жидкости
под давлением в зону резания, а стружка отводится по отверстию
в стебле сверла. При этом сверлении необходимо производить на
специальном станке с устройством для подачи жидкости.
Сверло для кольцевого сверления (рис. 4.8) пред-
ставляет собой трубчатый корпус 2, в торцовой части которого
закреплены прорезные ножи 3 с трапецеидальным профилем и пло-
ские зачистные ножи 4. Режущие кромки ножей выступают с трех
сторон: со стороны внутреннего диаметра, со стороны наружного
диаметра и с торца. При вращении такого сверла со скоростью со
и при продольной подаче 5прод ножи вырезают в обрабатываемой
заготовке кольцевую полость, оставляя в центральной части заготов-
ки стержень 5, помогающий направлять сверло. Образовавшийся
при кольцевой обработке стержень можно использовать в качестве
заготовки для изготовления других деталей.
Износ сверл, изготовленных из быстрорежущей стали, проис-
ходит по всем поверхностям, взаимодействующим с материалом
заготовки при снятии стружки и со стружкой: изнашивается задняя
и передняя поверхности, ленточка и места перехода от режущих
кромок к ленточке сверла. По мере износа сверла увеличиваются
осевая сила и суммарный момент сопротивления резанию. Износ
по задней поверхности сверла зависит от скорости резания: на
периферии износ больше, а в центре меньше.
Заточка сверл на станках возможна коническая, винтовая или
плоская. При этом затачиваемое сверло устанавливают в специ-
альном приспособлении.
При винтовой заточке сверло закрепляют в патроне и придают
ему медленное вращение вокруг своей оси. Заточный круг в этом
случае выполняет основное вращательное движение и движение
обкатки, управляемое кулачком, а также возвратно-поступательное
73
движение вдоль своей оси. Взаимосвязанные движения абразив-
ного круга и затачиваемого сверла создают условия для заточки
его задней поверхности по винтовому профилю и обеспечивают
увеличение заднего угла от периферии к центру сверла.
Плоскую заточку применяют для сверл диаметром до 3 мм.
В этом случае затачиваемое сверло, закрепленное в державке, при-
жимают к абразивному кругу, обеспечивая требуемый угол наклона
поперечной канавки.
Для образования заднего угла у сверл большего диаметра про-
изводят двухплоскостную заточку, т. е. после образования одной
плоскости сверло поворачивают вокруг своей оси на требуемый зад-
ний угол и снимают с него абразивным кругом материал, создавая
вторую плоскость, а следовательно, задний угол.
Зенкер. Зенкер представляет собой режущий инструмент, со-
стоящий из рабочей части и хвостовика. Зенкеры обладают большей
жесткостью, чем сверла, имеют три-четыре режущих лезвия и спи-
ральные канавки небольшой глубины. Крупные зенкеры делают
насадными и с вставными лезвиями. Форма хвостовика цилиндриче-
ская или коническая зависит от диаметра зенкера. Наиболее часто
применяют следующие зенкеры: цельные и насадные, насадные
с пластинами из твердого сплава, насадные с вставными ножами из
быстрорежущей стали или пластинами из твердого сплава, цельные
твердосплавные для обработки деталей из жаропрочных сталей
и сплавов и др. В зависимости от требуемой точности обработки
отверстия применяют комплект из двух зенкеров: первым — обра-
батывают отверстия под последующее развертывание, а вторым —
отверстия по 11-му квалитету точности.
Зенкеры изготовляют цельными из инструментальных сталей
марок Р18, Р9 или сборными с пластинами из твердых сплавов
(марки Т15К6 — для обработки сталей, марок ВК8, ВК6 и ВК4 —
для обработки чугуна). Рабочую часть зенкера характеризуют диа-
метр, длина, число режущих зубьев, утлы (передний, задний и др.),
а также параметры соединительной части с цилиндрическим или
коническим хвостовиком. Зубья режущей части, имеющие конус-
ную форму (заборная часть), выполняют основную работу резания.
Калибрующая часть зенкера служит для калибрования отверстия
и сохранения диаметра зенкера при его переточке.
Для обработки часто используют зенкеры с направляющей
цапфой А (рис. 4.9, а, б), которую для направления зенкера вводят
в ранее просверленное отверстие. Для образования углубления под
винт с цилиндрической головкой режущую часть зенкера снабжают
винтовыми зубьями с углом 90°. Для образования углублений под
74
Рис. 4.9. Схемы зенкерования:
</ - цилиндрического; б — конического; в — плоского; 1 — обрабатываемая за-
то гонка; 2 — цилиндрический зенкер; 3 — направляющая (кондукторная) втулка;
I - конический зенкер (зенковка); 5 — торцовый зенкер
пинты с потайной (конусной) головкой используют режущую часть
юнкера 4 (см. рис. 4.9, б) с соответствующим углом (45°) и обяза-
тельной направляющей цапфой А.
Зенкеры для обработки конических поверхностей называют
зенковками. Конические зенкеры выпускают с углами при
вершине 30; 60; 90 и 120°. Однако при необходимости этот угол
можно изменить, перешлифовав конусную часть, и заточить зубья
зенкера снова.
У торцовых зенкеров 5 (рис. 4.9, в), используемых для
обработки плоских поверхностей бобышек или приливов, режущие
кромки зубьев расположены только на торце.
Износ режущих кромок зенкера устраняют заточкой, выпол-
няемой на универсально-заточных станках. Затачивают зенкеры
в основном по задней поверхности зубьев.
Показанный на рис. 4.10, а зенкер 2 установлен на специаль-
ной оправке 3 в приспособлении, допускающем поворот зенкера
вокруг его оси на определенный угол. Для фиксирования зенкера
в определенном положении используют передвижной упор 4, кото-
рый упирается в переднюю поверхность затачиваемого зуба. При
заточке зенкер подводят к вращающемуся чашечному шлифоваль-
ному кругу 1 до контакта с задней поверхностью зуба и медленно
проворачивают вокруг оси.
При заточке зенкеров с затылованными зубьями, например двух-
зубого зенкера 2, показанного на рис. 4.10, б, сначала прошлифо-
вывают режущие кромки зубьев, коснувшись абразивным кругом 1
75
Рис. 4.10. Схемы заточки зенкеров:
а — по задней поверхности зуба; б — по
вальный крут; 2 — затачиваемый зенкер;
передней поверхности зуба; 1 — шлифо-
3 — оправка; 4 — передвижной упор
вершин обоих зубьев. После шлифования передней поверхности
одного зуба приспособление с закрепленным на нем зенкером пово-
рачивают на 180° и шлифуют переднюю поверхность второго зуба.
Для заточки в этом случае применяют тарельчатый или чашечный
абразивный крут.
Развертка. Развертка во многом схожа с зенкером, но имеет от 6
до 12 зубьев, которые снимают небольшой припуск (0,02...0,05 мм).
Число зубьев развертки всегда четное для удобства измерения ее
диаметра. Канавки для стружки у развертки в основном прямые
и небольшие, так как стружки образуется мало, и располагаются
по окружности они, как правило, неравномерно. Развертки разли-
чают цельные, сборные с пластинами из твердого сплава, ручные
и машинные.
Ручные развертки, как правило, цельные цилиндрические с пря-
мыми канавками под стружку. Машинные развертки имеют уко-
роченную рабочую часть и меньшее число зубьев. Развертки диа-
метром более 26 мм выполняют насадными.
Цельные развертки изготовляют из инструментальных сталей
и твердых сплавов, а сборные с пластинами из твердого сплава
марки Т15К6 — для обработки сталей и из сплавов марок ВК8, ВК6
и ВК4 — для обработки чугуна. Ручные развертки изготовляют из
сталей марок 9ХС и У12А.
Рабочая часть развертки, которая может быть припаяна к хвосто-
вику, снабжена режущими зубьями и имеет заборную и калибрую-
76
। цу io части. При этом один участок калибрующей части развертки
имеет цилиндрическую форму другой — форму обратного конуса,
•гго заметно снижает трение развертки об обработанную поверх-
ность отверстия.
Износ развертки при снятии стружки является главным ее
। к‘достатком, так как при износе восстановить прежний диаметр
рабочей части развертки невозможно. Однако этот недостаток
< псутствует у раздвижных разверток различных конструкций. За-
тпчивают зубья затупившейся развертки по задней поверхности
на универсально-заточных станках. Поскольку развертка является
чистовым инструментом, то к качеству ее заточки предъявляются
высокие требования.
Развертку 1 (рис. 4.11), затачиваемую по задней поверхности
зуба, устанавливают в приспособление, допускающее ее поворот на
определенный угол а, упирая затачиваемый зуб передней поверх-
ностью в передвижной упор 3. Слой металла снимают чашечным
или тарельчатым шлифовальным кругом 2. Задний угол образуется
в результате опускания на требуемую величину подвижного упо-
рен После заточки одного зуба переходят к заточке следующего
зуба, повернув развертку с помощью делительного устройства за-
точного станка. После заточки развертки производят ее доводку
на специальном точном доводочном станке, используя чашечный
абразивный круг.
Абразивный инструмент. Этот вид инструментов имеет фор-
му, удобную для использования в различных технологических
процессах. Характеристики абразивных инструментов относятся
в основном к абразивным и связующим материалам (связкам), со-
ставляющим их основу.
Шлифовальный материал — это измельченный абразивный
материал, твердость которого выше твердости обрабатываемого
Рис. 4.11. Схема заточки развертки:
/ — затачиваемая развертка; 2 — шлифовальный
круг; 3 — передвижной упор
77
материала и который способен осуществлять обработку резанием.
В зависимости от размера зерна шлифовальный материал подраз-
деляют на четыре группы:
1) шлифзерно с диаметром зерен 2...0,16 мм;
2) шлифпорошки с диаметром зерен 0,125...0,04 мм;
3) микрошлифпорошки с диаметром зерен 0,063...0,014 мм;
4) тонкие микрошлифпорошки с диаметром зерен 0,010...
0,003 мм.
Абразивные инструменты (в зависимости от вида используемого
абразивного материала) подразделяют на алмазные, электрокорун-
довые, эльборовые и карбидокремниевые.
Для придания абразивному инструменту определенной формы
применяют связку, которая во многом определяет износ абразив-
ного инструмента и параметры шероховатости обработанной им
поверхности. Широко используют следующие виды связок:
керамические (К) — для изготовления инструмента из карбида
кремния и электрокорунда;
бакелитовые (Б) — для изготовления абразивных кругов
с окружной скоростью вращения до 100 м/с;
вулканитовые (В) — для изготовления ведущих кругов при
бесцентровом шлифовании и гибких абразивных кругов для
полирования и отделочного шлифования.
Абразивные круги, изготовленные на базе органических связок,
используют для заточки твердосплавных инструментов, шлифова-
ния твердосплавных материалов, тонкого шлифования и полирова-
ния. Алмазные круги повышенной износостойкости для обработки
твердых сплавов и круги для электрохимической абразивной об-
работки изготовляют на базе металлических связок.
Твердость абразивного инструмента определяется способностью
связки удерживать в нем шлифзерно при воздействии внешних сил:
чем легче выкрашивается шлифзерно из абразивного инструмента,
тем он мягче. По твердости абразивные инструменты подразделяют
на мягкие (М), среднемягкие (СМ), средние (С), среднетвердые
(СТ), твердые (Т), весьма твердые (ВТ) и чрезвычайно твердый (ЧТ).
При шлифовании твердым абразивным кругом могут происходить
прижоги материала на поверхностях, так как затупившиеся зерна
не выкрашиваются, а продолжают работать с большим трением
и тепловыделением, т. е. твердые абразивные круги требуют систе-
матической правки. Мягкие абразивные круги при шлифовании
быстро изнашиваются, изменяя свою форму и размеры.
Полная характеристика абразивного инструмента указывается
в его маркировке.
78
Рис. 4.12. Типы шлифовальных кругов:
а — с прямым профилем (ПП); б — с двухсторонним коническим профилем (2П);
и — с коническим профилем (ЗП); г — с выточкой (ПВ); д — с двухсторонней
вы точкой (ПВД); е — с двухсторонней выточкой и ступицей (ПВДС); ж, з — та-
рельчатые (1Т и 1ТП, 2ТП); и — чашечный цилиндрический (ЧЦ); к — чашечный
конический (ЧК)
Например, маркировка Э950СМ1К5; ПП150 х 50 х 65; 30 — 35 м/с
означает, что круг имеет зерна электрокорунда 9 с зернистостью
50, среднемягкую связку на керамической основе структуры № 5,
плоский прямой профиль, наружный диаметр — 150 мм, шири-
ну — 50 мм, центровое отверстие диаметром 65 мм и допускаемую
скорость вращения при шлифовании 30...35 м/с.
Абразивные круги могут иметь различные формы, которые
определяются формой обрабатываемой поверхности и условиями
работы круга. Например, чашечные конические крути (ЧК) исполь-
зуют для заточки режущих инструментов и плоского шлифования
горцом круга. Тарельчатые круги (2Т) используют для заточки
винтовых поверхностей режущих инструментов и для шлифования
профиля зубьев шестерен. На рис. 4.12 показаны наиболее часто ис-
пользуемые типы шлифовальных кругов с наружным диаметром D,
внутренним диаметром d и шириной В.
Шлифовальные головки (рис. 4.13) используют при слесарных
работах для зачистки сварочных швов и обработки внутренних по-
верхностей, закрепляя их за хвостовик 2 в механизированном при-
79
Рис. 4.13. Типы шлифовальных головок:
а — цилиндрическая (AW); б — угловая (DW); в — коническая (EW); г — сводча-
тая (F-1W); д — коническая с закругленной вершиной (KW); е — шаровая (F-2W);
ж — цилиндрическая со сферическим окончанием (FW): 1 — режущая часть; 2 —
хвостовик
воде. При этом форму режущей части 1 шлифовальной головки, ее
наружный диаметр D и ширину В следует согласовывать с формой
обрабатываемой поверхности.
Алмазные круги выпускают с алмазоносным кольцом в виде
тонкой (толщиной 1 ...5 мм) пленки, нанесенной на металлический
диск, а также цельные небольших размеров плоского прямого про-
филя (АПП) или с выточкой (АПВ). Применяют алмазные круги
для заточки и доводки режущих инструментов, изготовленных из
твердого сплава, и для шлифования заготовок из труднообрабаты-
ваемых и неметаллических материалов.
Эльборовые круги по конструкции аналогичны алмазным
кругам, но имеют более высокие режущие свойства и стойкость,
в процессе шлифования не засаливаются и работают с меньшим
тепловыделением. Применяют их для шлифования заготовок из
сталей и сплавов, закаленных до высокой твердости, чистового шли-
фования точных деталей из жаропрочных и коррозионно-стойких
сталей, чистового шлифования профиля резьбы и чистовой заточки
режущих инструментов из быстрорежущих сталей.
80
Шлифовальные сегменты длиной 60... 300 мм различных форм
используют в сборных шлифовальных кругах, т. е. к основанию
круга прикрепляют несколько сегментов с зазорами между ними,
что улучшает подвод охлаждающей жидкости в зону резания
и удаление продуктов износа сегментов и стружки. Применяют
такие круги для плоского шлифования торцом круга, а при no-
li реждении одного из сегментов заменяют лишь этот сегмент.
Шлифовальные бруски выпускают с различными сечения-
ми: с квадратным (БК), прямоугольным (бруски плоские — БП),
треугольным (БТ), круглым (БКр), полукруглым (БПкр), а также
хонинговальные (БХ). Применяют шлифовальные бруски для хо-
нингования, суперфиниширования и ручных слесарных работ.
Шлифовальные шкурки в виде листов, лент и бесконечных
лент имеют бумажную или тканевую основу, на которую наклеены
абразивные зерна. Применяют их для ручной и машинной зачистки
или отделки различных (чаще фасонных) поверхностей деталей.
Различают шкурки для безводного охлаждения и водостойкие.
Абразивные пасты представляют собой абразивные зерна,
чаще всего малого диаметра, связанные маслом, воском, стеарином
или животным жиром. Применяют такие пасты для доводки, при-
тирки и полировки отдельных поверхностей деталей и режущих
инструментов.
Установка и правильное крепление абразивного инструмента
являются важными этапами технологического процесса абразивной
обработки, поскольку являются залогом безопасной работы (часто
абразивный инструмент в процессе снятия слоя металла с заготовки
вращается с большой скоростью и испытывает большие динамиче-
ские нагрузки).
Шлифовальный крут должен быть сбалансирован, испытан на
прочность, надежно закреплен на шпинделе шлифовального станка
и огражден защитным кожухом. Между металлическими зажимны-
ми деталями и шлифовальным кругом устанавливают прокладки
толщиной 0,5...3 мм из кожи или резины. При этом круг должен
надеваться на оправку с зазором 0,1... 1,5 мм.
Методы крепления абразивного инструмента стандартизо-
ваны:
шлифовальные головки приклеивают к специальной шпильке;
круги с наружным диаметром до 70 мм крепят на оправке вин-
том, круги диаметром 70... 100 мм — с помощью фланцев, а круги
большего диаметра — непосредственно на шпинделе шлифо-
вального станка, используя фланцы или переходные фланцы (с
обязательной балансировкой);
81
шлифовальные сегменты крепят винтами и контрят от самоот-
винчивания.
Особое внимание следует уделять защитному кожуху, который
обеспечивает рабочему защиту от разбрызгиваемой смазочно-
охлаждающей жидкости. Защитный кожух, изготовляемый из стали
или ковкого чугуна, должен надежно закрепляться на станке с обе-
спечением следующих зазорв:
3...25 мм — между наружной цилиндрической поверхностью
нового круга и внутренней цилиндрической поверхностью
кожуха;
10... 15 мм — между плоскостями крута и боковыми стенками
кожуха.
В процессе снятия слоя металла износ и засаливание абразив-
ного инструмента приводят к ухудшению его режущих свойств,
для восстановления которых требуется правка режущей части
инструмента. При правке удаляют затупленные зерна, засален-
ный слой и восстанавливают первоначальную (требуемую) форму
абразивного инструмента, искаженную в результате износа.
При обработке твердых металлов специальными мягкими абра-
зивными кругами происходит самозатачивание этих шлифовальных
кругов: затупившиеся абразивные зерна вырываются из связки под
действием увеличивающихся сил резания, а в круге обнажаются
новые, острые зерна, и процесс резания продолжается. При прав-
ке самозатачиваемых шлифовальных кругов придают правильную
форму режущим кромкам крута, искаженной вследствие неравно-
мерности износа.
Правку абразивного инструмента производят специальным
инструментом с рабочей частью из сверхтвердого материала. Фор-
моправящие инструменты представляют собой резцы, карандаши,
иглы, бруски, ролики или диски.
Широкое применение находят следующие правящие ин-
струменты:
алмазные карандаши для правки кругов при внутреннем шли-
фовании;
алмазы в оправках для правки кругов при окончательном шли-
фовании;
алмазные резцы для профилирования абразивного круга;
алмазные иглы для правки однониточных кругов, применяемых
при шлифовании резьбы;
алмазные бруски с прямым и фасонным профилем;
алмазные ролики разного профиля;
твердосплавные и стальные ролики.
82
При правке абразивного круга алмазным карандашом скорость
вращения круга должна быть максимально допустимая, продольная
подача алмазного карандаша 0,05...0,40 м/мин, а его поперечная
подача 0,005...0,030 мм/ход при двух-трех черновых и одном-двух
чистовых проходах.
При безалмазной правке абразивных кругов в качестве режу-
ще'го инструмента наиболее часто применяют:
монолитные диски из твердых сплавов марок ВКЗМ и ВК6М;
диски из зерен твердого сплава на связке из латуни;
металлические диски и звездочки из стали марки ШХ15;
абразивные диски из черного карбида кремния на керамической
связке.
При безалмазной правке правящий круг может вращаться либо
шлифующим кругом от сил трения (метод обкатки), либо прину-
дительно, например от привода шлифовального станка. Правящий
инструмент в этом случае в виде дисков и звездочек закрепляют
в специальных оправках по несколько штук на одной оси.
Наибольшее применение в качестве инструмента для безал-
мизной правки нашли абразивные диски, имеющие зерна на 3 — 5
(тупеней крупнее и твердость на пять-шесть ступеней выше по
сравнению с правящим кругом. Правка в этом случае производится
методом круглого шлифования за 3—5 проходов с обильным охлаж-
дением, продольной подачей 0,5...0,9 м/мин и поперечной подачей
0,010...0,003 мм/об. Чистовые проходы представляют собой доводку
без поперечной подачи.
Алмазные круги правят лишь при сильном искажении формы
их режущей части. Для правки алмазных кругов на металлической
связке используют абразивные бруски из зеленого карбида крем-
ния на керамической связке с зернистостью 16 и 12 и твердостью
СМ-1 и СМ-2. Алмазные круги на бакелитовой связке правят куском
пемзы при рабочей скорости круга и с охлаждением.
Для восстановления точного фасонного профиля изношенного
абразивного круга используют комплект алмазных карандашей,
траектория движения каждого из которых определяется управляю-
щей программой.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие вы знаете виды режущего инструмента?
2. Как крепятся пластины из твердого сплава к основанию токар-
ного резца?
3. Для обработки каких материалов используют алмазные резцы?
83
4. Каковы основные элементы токарного резца?
5. Что является критерием износа режущего инструмента?
6. Каким образом устраняют износ режущего инструмента?
7. Как закрепляют вставные режущие лезвия в дисковых фре-
зах?
8. Какова область использования концевых фрез?
9. Охарактеризуйте сверло как режущий инструмент.
10. Охарактеризуйте зенкер как режущий инструмент.
11. Охарактеризуйте развертку как режущий инструмент.
12. Перечислите основные характеристики абразивного круга.
13. Для чего используют шлифовальные головки?
14. Для чего используют шлифовальную шкурку?
15. Для чего используют фасонный режущий инструмент?
Глава 5
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
5.1.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Метод обработки определяет название процесса обработки кон-
кретной поверхности заготовки, используемого при превращении
hi готовки в деталь. Название процесса обработки определяется
технологическим оборудованием (станком), используемым для об-
работки поверхности заготовки, и применяемым при этом режу-
щим инструментом. Каждый метод обработки имеет ограничения
но технологическим возможностям. Выбор того или иного метода
<>бработки конкретной поверхности заготовки определяется усло-
виями конкретного производства и требованиями, предъявляемыми
к детали:
заданными точностью и шероховатостью обработанной поверх-
ности детали;
допустимым припуском на обработку поверхности;
требуемой производительностью, т. е. временем обработки по-
верхности.
В технологии машиностроения наиболее часто используют:
методы токарной обработки;
методы фрезерной обработки;
методы сверлильной обработки;
методы абразивной обработки;
методы обработки резьбы;
методы обработки профиля зубьев зубчатых колес;
методы обработки протягиванием;
методы обработки шлицов;
электрофизические и электрохимические методы обработки;
методы упрочнения поверхностей деталей и др.
Рассмотрим эти методы подробней.
85
5.2.
МЕТОДЫ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ
Для обработки на токарном станке заготовку закрепляют в при-
способлении, которое точно установлено на шпинделе станка
и надежно соединено с ним. Таким приспособлением может быть
планшайба, самоцентрирующий патрон, цанга, центры и оправки,
устанавливаемые в центрах или специальных зажимных приспо-
соблениях. При обработке длинных заготовок в качестве приспо-
соблений используют задний центр и люнет.
Основным режущим инструментом токарного станка является
резец, конструкция которого во многом определяется формой об-
рабатываемой поверхности. Токарные резцы используют для по-
лучения цилиндрических, конических и фасонных поверхностей
вращения. Токарный резец при снятии слоя материала с заготовки
совершает движение подачи при главном вращательном движении
заготовки, связанной со шпинделем станка.
При установке заготовки 4 в центрах 1 и 5 (рис. 5.1, а) токар-
ного станка используют центровые отверстия, обработанные на
предыдущих операциях. Для передачи крутящего момента от
Рис. 5.1. Схемы токарной обработки:
а — базирование заготовки в центрах; б — базирование заготовки в трехкулачко-
вом патроне с поддержкой центром; в — базирование длинной заготовки; 1 и 5 —
центры; 2 — поводок; 3 — хомутик; 4 — заготовка; 6 — резец; 7 — трехкулачковый
патрон; 8 — люнет
86
шпинделя станка к заготовке применяют поводок 2 и хомутик 3,
скрепляемый на необрабатываемой в данном переходе части за-
готовки. При установке заготовки 4 в самоцентрирующем патро-
не 7 (рис. 5.1, б) ее свободный конец поддерживают с помощью
центра 5. При обработке длинных заготовок 4, устанавливаемых
в центрах 1 и 5 (рис. 5.1, в), используют центровые отверстия, об-
работанные на предыдущих операциях, хомутик 3 и поводок 2 для
передачи крутящего момента от шпинделя станка к заготовке. Для
ограничения прогиба заготовки от сил резания применяют люнет
//, который ее поддерживает.
Главным движением при токарной обработке является вращение
со скоростью со заготовки, надежно связанной со шпинделем станка.
Резец 6 при этом осуществляет движение подачи, которая может
быть продольной 5прод, поперечной 5П или комбинированной, т. е.
под некоторым утлом к оси вращения шпинделя станка.
Различают следующие м е т о д ы токарной обработки:
черновое обтачивание и растачивание цилиндрических по-
верхностей, обеспечивающие точность 13-го, 14-го квалитетов
и шероховатость поверхности Rz 80...40;
чистовое обтачивание и растачивание цилиндрических поверх-
ностей, обеспечивающие точность 10-го, 11-го квалитетов и ше-
роховатость поверхности Rz 20;
окончательное (или тонкое) обтачивание и растачивание ци-
линдрических поверхностей, обеспечивающие точность 7... 9-го
квалитетов и шероховатость поверхности Ra 1,25...3,20;
черновое и чистовое обтачивание плоских (торцовых) поверх-
ностей, обеспечивающие точность И ... 14-го квалитетов и ше-
роховатость поверхности Rz 40...20;
обтачивание и растачивание фасонных поверхностей по копиру
или на станках с программным управлением.
МЕТОДЫ ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ
Фрезерованием обрабатывают наружные плоские поверхно-
сти, пазы, а также неполные цилиндрические и другие фасонные
поверхности. При обработке на фрезерном станке заготовку уста-
навливают и закрепляют либо в фрезерном приспособлении, либо
непосредственно на столе фрезерного станка. Фрезерное приспо-
собление также устанавливают и закрепляют непосредственно на
столе фрезерного станка. Главным движением при фрезеровании
является вращательное движение фрезы, а прямолинейное (или
5.3.
87
поворотное) движение подачи совершает чаще всего заготовка.
Основным режущим инструментом при такой обработке являются
разнообразные фрезы с коническими и цилиндрическими хво-
стовиками. Широко используются насадные фрезы, оснащенные
пластинами из твердого сплава, шпоночные фрезы, фрезы для об-
работки Т-образных пазов и др.
При фрезеровании различают подачу Sz на один зуб фрезы,
мм/зуб, подачу So на один оборот фрезы, мм/об, и подачу SM ми-
нутную, мм/мин. Между этими подачами существует следующая
взаимосвязь:
Sz = SJz = SM/ (nz); So = Szz; SM = Szzn,
где z — число режущих зубьев фрезы; п — частота вращения фре-
зы, об/мин.
В зависимости от того, какой частью фрезы снимается слой
материала с заготовки, различают цилиндрическое и торцовое
фрезерование.
При цилиндрическом, фрезеровании (рис. 5.2, а) фреза 1 взаи-
модействует с обрабатываемой заготовкой 2 своей цилиндрической
поверхностью (длиной Вфр) по всей ширине В заготовки, снимая
слой материала глубиной t. Если при точении режущая часть резца
после врезания в материал находится под постоянным воздействием
стружки по всей длине заготовки, то при фрезеровании зуб фрезы
в течение одного ее оборота находится непродолжительно под воз-
действием стружки, и в оставшуюся часть оборота он не участвует
в резании. За это время зуб фрезы охлаждается, а затем снова
с ударом врезается в материал заготовки, что снижает стойкость
фрезы и создает вибрацию в системе обработки.
Рис. 5.2. Схемы цилиндрического фрезерования общая (а), против подачи
[б] и по подаче (в):
1 — цилиндрическая фреза; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — оправка
88
Периодическая работа зубьев фрезы приводит к тому, что за
время снятия каждым зубом стружки изменяются площадь попе-
речного сечения среза и число зубьев одновременно участвующих
в работе. Силы резания при этом также переменные, и процесс
фрезерования усложняется возникающей вибрацией заготовки
и фрезы, от чего снижается точность обработки и ухудшается ка-
чество обрабатываемой поверхности детали.
В зависимости от взаимонаправленности в зоне резания враще-
ния фрезы и подачи различают встречное и попутное цилиндриче-
ское фрезерование.
При встречном фрезеровании направления движения
(S) заготовки 2 (рис. 5.2, б) и движения (v) фрезы 1 в зоне резания
противоположные. Снятие слоя материала глубиной t с заготовки
происходит против подачи. При этом толщина среза одним зубом
фрезы увеличивается плавно от нуля на входе зуба фрезы в мате-
риал заготовки (в точке D) до наибольшей Sz на выходе зуба фрезы
из материала заготовки. В этом случае силы резания действуют на
отрыв заготовки от стола станка, увеличивая зазоры в соединени-
ях системы обработки, что приводит к вибрациям, ухудшающим
шероховатость обработанной поверхности. Корка (или окалина)
К, имеющаяся на поверхности заготовки, не оказывает влияния на
износ режущей части фрезы, так как резание происходит из-под
корки и взламывает ее снизу.
При попутном фрезеровании направления движения
заготовки 2 и фрезы 1 (рис. 5.2, в) в зоне резания совпадают. Сня-
тие слоя материала глубиной t с заготовки происходит по подаче.
При этом заготовка прижимается к столу, а стол прижимается к на-
правляющим станины. Зуб фрезы начинает срезать слой материала
с наибольшей толщины Sz, подвергаясь максимальной ударной на-
грузке. При наличии на поверхности заготовки корки (или окалины)
К с высокой твердостью зуб ударяется о нее, что приводит к сниже-
нию стойкости фрезы. Следовательно, при наличии на поверхности
заготовки корки с высокой твердостью попутное фрезерование не
является наилучшим методом обработки, однако попутное фрезеро-
вание обеспечивает получение поверхности более высокого класса
шероховатости (на один-два класса), чем встречное.
Основными элементами режима резания при цилиндрическом
фрезеровании являются скорость резания и подача в вертикальной
или горизонтальной плоскости.
Скорость резания, м/мин, определяется по формуле
v= nDn/1 ООО,
89
a
Рис. 5.3. Схемы торцового фрезерования:
а — общий вид; б — полного фрезерования; в — неполного фрезерования; г — не-
симметричного фрезерования; 1 '— торцовая фреза; 2 — обрабатываемая заготовка
где D — диаметр фрезы, мм; п — частота вращения фрезы,
об/мин.
При торцовом фрезеровании (рис. 5.3, а) ось фрезы 1 распола-
гается перпендикулярно обрабатываемой поверхности С. Основную
работу по снятию слоя материала с заготовки выполняют боковые
режущие кромки фрезы, а ее торцовые режущие кромки зачищают
обработанную поверхность.
Торцовое фрезерование различают полное и неполное, симме-
тричное и несимметричное.
При полном торцовом фрезеровании (рис. 5.3, б)
ширина В обработанной поверхности заготовки 1 равна диаметру
D фрезы 2, а центральный угол а, соответствующий дуге соприкос-
новения фрезы с заготовкой (угол контакта), равен 180°.
При неполном торцовом фрезеровании (рис. 5.3, в)
ширина В обработанной поверхности заготовки 1 меньше диаметра
D фрезы 2, а угол контакта а < 180°.
При симметричном фрезеровании ось фрезы 1
проецируется на середину заготовки 2 (см. рис. 5.3, б, в), а при не-
симметричном фрезеровании (рис. 5.3, г) ось фрезы 1 не
проецируется на середину заготовки 2.
Врезание фрезы при симметричном фрезеровании определяется
по формуле
90
Рис. 5.4. Схемы обработки пазов:
а — трехсторонней фрезой; б — прорезной фрезой; в — концевой фрезой: 1 — об-
рабатываемая заготовка; 2 — трехсторонняя фреза; 3 — оправка; 4 — пазовая фреза;
— концевая фреза
LBp = 0,5[D- (О2-В2)1/2],
<i при несимметричном фрезеровании по формуле
£вр= [В(О-В)],/2
где D — диаметр фрезы, мм; В — ширина фрезерования, мм.
Перебег фрезы в обоих случаях составляет 1 ...5 мм.
На рис. 5.4 показаны схемы обработки пазов различными фре-
зами. При образовании в заготовке 1 (рис. 5.4, а) паза шириной
В и глубиной t трехсторонняя фреза 2 закрепляется на оправке 3,
соединенной со шпинделем горизонтально-фрезерного станка. При
этом фреза совершает главное вращательное движение, а заготов-
ка — движение подачи в горизонтальной плоскости. Обработка
паза в заготовке 1 (рис. 5.4, б] пазовой фрезой 4 производится
аналогично. При обработке паза в заготовке 1 (рис. 5.4, в) с исполь-
зованием вертикально-фрезерного станка съем материала шириной
В и глубиной t производится как цилиндрической, так и торцовой
частью концевой фрезы 5. При этом фреза совершает главное вра-
Рис. 5.5. Схема фрезерования неполной цилиндрической
или иной фасонной поверхности:
/ — обрабатываемая заготовка; 2 — концевая фреза
91
2
3
2^
3
2 3
Рис. 5.6. Схемы фрезерования продольно-фасонных поверхностей:
а — с вогнутым профилем; б — с выпуклым профилем; в — с угловым профилем:
1 — обрабатываемая заготовка; 2 — фасонная фреза; 3 — оправка
щательное движение, а заготовка, закрепленная на столе станка,
совершает движение подачи в горизонтальной плоскости.
Обработка неполной цилиндрической или иной фасонной по-
верхности (рис. 5.5) производится при главном вращательном
движении концевой цилиндрической фрезы 2 и круговой подаче
заготовки 1 толщиной В. При этом форма обработанной поверх-
ности определяется либо формой используемого копира, либо
управляющей программой.
На рис. 5.6 приведены схемы получения продольно-фасонных
поверхностей шириной В и глубиной t фрезами разного профиля.
В этом случае фреза 2, установленная на оправке 3 горизонтально-
фрезерного станка, совершает главное вращательное движение,
а заготовка 1 — движение прямолинейной подачи в горизонтальной
плоскости. Форма фасонной поверхности определяется фасонным
профилем затылованных зубьев фрезы.
5.4.
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ
К методам обработки отверстий относятся сверление, зенкеро-
вание, развертывание, резьбонарезание, зенкование и цекование.
Для реализации этих методов обработки в качестве режущего ин-
струмента соответственно используют сверло, зенкер, развертку,
метчик, зенковку и цековку. При обработке отверстий главными
движениями являются вращение режущего инструмента 2... 7
(рис. 5.7) со скоростью со и одновременное его осевое перемещение
с продольной подачей 5прод.
92
Сверление является одним из методов обработки, который при-
меняют для получения первоначального отверстия в сплошном Ma-
rt'риале или для рассверливания (увеличения диаметра) ранее про-
сверленного отверстия. Сверление в большинстве случаев является
предварительной обработкой отверстия. Главным движением при
сверлении является вращательное движение сверла (или заготовки),
в движением подачи — поступательное (вдоль оси сверла) движение
сверла (или заготовки). На обычных сверлильных станках сверло,
id крепленное в шпинделе станка, вращается и одновременно пере-
мещается со скоростью подачи в глубь неподвижно закрепленной
на столе станка заготовки.
Скорость резания на периферии сверла наибольшая,
d в центре сверла она равна нулю. В расчетах учитывают скорость
резания на периферии сверла. При этом следует помнить, что
с увеличением скорости резания увеличиваются тепловыделение
и износ сверла. Сверла большого диаметра допускают использо-
вание больших скоростей резания. С увеличением глубины свер-
ления условия работы сверла становятся более тяжелыми, оно
нагревается и снижается его стойкость, поэтому при сверлении
на глубину, превышающую три диаметра сверла, следует снижать
скорость резания.
Подача, мм/мин или мм/об, определяет перемещение сверла
вдоль своей оси за один оборот. Так как стандартное сверло имеет
две режущие кромки, на каждую кромку приходится половина об-
щей подачи за один оборот.
Рис. 5.7. Методы обработки отверстий:
а — сверление; б — зенкерование; в — развертывание; г — резьбонарезание; д —
конусное зенкерование (зенкование); е — торцовое зенкерование (цекование):
/ — обрабатываемая заготовка; 2 — сверло; 3 — зенкер; 4 — развертка; 5 — метчик;
6 — конусный зенкер (зенковка); 7 — оправка; 8 — торцовый зенкер (цековка);
9 — направляющая
93
5.5.
Зенкерование применяют после сверления, литья или штам-
повки для получения более точных отверстий и с более высоким
классом чистоты поверхности. Зенкерование отверстия может быть
и окончательной обработкой, и предварительной после сверления
перед развертыванием. Режущим инструментом в этом случае яв-
ляется зенкер.
Развертывание является в большинстве случаев окончательным
методом обработки отверстий, обеспечивающим высокую точность
формы цилиндрической поверхности и высокий класс чистоты этой
поверхности. Развертывание может быть черновым и чистовым (или
окончательным). Режущим инструментом в этом случае является
развертка. Для обработки развертку закрепляют в самоустанавли-
вающихся патронах, что обеспечивает наилучшее совпадение осей
отверстия и развертки. Развертке придают главное вращательное
движение и движение подачи вдоль ее оси. При черновом развер-
тывании припуск на сторону может составлять 0,1 ...0,75 мм, а при
чистовом развертывании — 0,05...0,25 мм.
МЕТОДЫ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ
Абразивной называют обработку, при которой используется
инструмент с режущим элементом в виде абразивного зерна вы-
сокой твердости и теплоустойчивости. В абразивном инструменте
эти зерна соединены связующими материалами, и для удобства
использования в производстве им придают определенную форму
в виде кругов, сегментов, брусков, шкурки, пасты или порошка.
Процесс снятия слоя металла одним абразивным зерном, проис-
ходящий за короткий промежуток времени, во многом аналогичен
процессу снятия слоя металла одним зубом фрезы. Различие состоит
в том, что у абразивного зерна углы заточки не сформированы,
как у фрезы, а образованы случайно на стадиях получения зерна
и формирования абразивного инструмента с использованием на-
полнителя или связующего материала.
Отсутствие у режущих кромок абразивного инструмента пра-
вильно сформированных углов резания является одной из причин
высокой температуры в зоне резания. Смазочно-охлаждающая жид-
кость, обильно подаваемая в зону резания, не только охлаждает об-
рабатываемую заготовку, но и способствует очистке шлифовального
круга и удалению стружки и продуктов износа самозатачиваемого
при шлифовании круга из зоны резания.
Основными методами абразивной обработки являются:
94
наружное круглое шлифование с продольной подачей;
наружное круглое глубинное шлифование;
наружное круглое шлифование с поперечной подачей;
бесцентровое шлифование наружных цилиндрических поверх-
ностей;
внутреннее цилиндрическое шлифование;
плоское шлифование;
ленточное шлифование;
хонингование;
суперфиниширование;
притирание;
полирование.
Наружное круглое шлифование с продольной подачей при-
меняют для шлифования круглых заготовок значительной длины.
При этом методе шлифования заготовку 6 (рис. 5.8) чаще всего
базируют (устанавливают) в центрах 1 и 7. Крутящий момент Мкр
от шпинделя 2 станка к заготовке здесь передается через хомутик
4 и поводок 3. Шлифовальный круг 5 вращается вокруг своей оси
(главное движение) со скоростью сокр и перемещается ступенчато
с поперечной подачей Sn в глубь обрабатываемой заготовки за каж-
дый рабочий ход стола. При этом заготовка вращается вокруг своей
оси с круговой подачей (скоростью) созаг и перемещается возвратно-
поступательно вдоль своей оси совместно со столом шлифовального
станка с продольной подачей 5прод. Ширина В шлифовального круга
5 при таком шлифовании должна быть меньше длины L обрабаты-
ваемой поверхности. Шлифование выполняют с малой глубиной
Рис. 5.8. Схема наружного шлифования с продольной подачей:
/ и 7 — центры; 2 — шпиндель станка; 3 — поводок; 4 — хомутик; 5 — шлифоваль-
ный круг; 6 — обрабатываемая заготовка
95
резания, т. е. припуск снимают за несколько проходов, состоящих
из рабочих и холостых ходов. Продольную подачу 5прод задают на
один оборот заготовки в долях ширины В шлифовального круга.
Так как при шлифовании толщина снимаемого слоя металла со-
измерима с размером деформации (прогиба) заготовки, отжимае-
мой от шлифовального круга силами резания, используют холостые
ходы, при которых заготовку обрабатывают без подачи на глубину.
Необходимость холостых ходов учитывают при нормировании опе-
рации, вводя коэффициент доводки, определяемый как отношение
общего числа ходов к числу рабочих ходов.
Элементы режимов резания при такой обработке зависят от
выполняемой операции:
скорость вращения шлифовального круга, максимально допусти-
мая для круга на керамической связке, — 30...35 м/с;
скорость вращения заготовки, влияющая на засаливание шли-
фовального круга с учетом глубины резания и подачи, — 15...
60 м/мин;
поперечная подача на каждый ход стола при черновом шлифо-
вании — 0,01 ...0,25 мм, а при чистовом шлифовании — 0,005...
0,015 мм;
число холостых ходов (для получения требуемых точности и ше-
роховатости поверхности) назначают с коэффициентом доводки
1,2... 1,5;
продольная подача при черновой обработке (0,3... 0,5]В для заго-
товки диаметром до 20 мм и (0,7... 0,85)В для заготовки диаметром
более 20 мм, при чистовой обработке — (0,2...0,4)В.
Наружное круглое глубинное шлифование, применяемое для
обработки коротких жестких заготовок, является разновидностью
шлифования с продольной подачей. При глубинном шлифовании
заготовка 1, установленная в центрах (рис. 5.9), имеет только вра-
щательное движение вокруг своей оси со скоростью созаг. Так как
припуск h в этом случае снимают полностью за один-два прохода,
шлифовальный круг 2, вращающийся со скоростью сокр и переме-
щающийся вдоль оси с небольшой продольной подачей 5прод, сильно
изнашивается, и в целях замедления износа его переднюю кромку
С правят по специальному профилю (на конус или ступенями).
Элементами режима резания при таком шлифовании являют-
ся глубина резания h = 0,1 ...0,4 мм и продольная подача заготовки
5прод = 1...6 мм/об.
Наружное круглое шлифование с поперечной подачей (мето-
дом врезания) применяют для обработки заготовок с небольшой
длиной шлифуемой поверхности и заготовок с фасонным профилем
96
Рис. 5.9. Схема наружного круглого глубин-
ного шлифования:
/ — обрабатываемая заготовка; 2 — шлифоваль-
ный круг
шлифуемой поверхности. При такой обработке заготовка 6, чаще
устанавливаемая в центрах 1 и 7 (рис. 5.10), вращается со скоростью
(1)заг, шлифовальный круг 5 (ширина В которого несколько больше
длины L обрабатываемой поверхности) вращается вокруг своей
оси со скоростью сокр и поступательно перемещается с поперечной
подачей врезания SBpl прекращающейся при снятии слоя металла
на глубину припуска.
Для исключения копирования поверхностью детали мелких
неровностей шлифовального круга применяют небольшое про-
дольное возвратно-поступательное относительное перемещение
5ОСЦ заготовки и шлифовального круга (осциллирующее движение).
Это движение исключает появление поперечных рисок на обра-
ботанной поверхности детали и улучшает качество обработанной
поверхности.
Рис. 5.10. Схема шлифования наружной цилиндрической поверхности
методом врезания:
1 и 7 — центры; 2 — шпиндель станка; 3 — поводок; 4 — хомутик; 5 — шлифоваль-
ный круг; 6 — обрабатываемая заготовка
97
Элементами режима резания в этом случае являются попереч-
ная подача (врезание) на один оборот заготовки 5врез = 0,0025...
0,02 мм и скорость вращения шлифовального круга, как правило,
максимально допустимая.
Бесцентровое шлифование наружных цилиндрических по-
верхностей, являющееся высокопроизводительным методом об-
работки, применяют в основном в крупносерийном производстве,
когда требуется обеспечивать лишь точность и шероховатость
цилиндрических, фасонных и коротких конических поверхностей,
и не требуется обеспечивать точность их взаимного положения
относительно оси другой (базовой) поверхности. Гладкие цилин-
дрические поверхности шлифуют на проход с продольной подачей
заготовки, а фасонные и ступенчатые поверхности шлифуют по
методу врезания с поперечной подачей абразивного круга.
При бесцентровом сквозном шлифовании (на проход) заготовка
2 (рис. 5.11, а), опираясь на направляющую линейку 4, пропуска-
ется между шлифовальным крутом 1, вращающимся со скоростью
со1г и ведущим кругом 3, вращающимся со скоростью со2. При этом
припуск на обработку снимается за один проход, а продольная по-
дача заготовки обеспечивается ведущим кругом, установленным
под небольшим углом к оси шлифовального крута.
При шлифовании гладких цилиндрических поверхностей за-
готовок 2 с буртиком А (рис. 5.11, б) используют упор 5, ограни-
чивающий продольное перемещение обрабатываемой заготовки.
Фасонные поверхности вращения шлифуют в этом случае с по-
Рис. 5.11. Схемы бесцентрового шлифования наружных цилиндрических
поверхностей:
а — сквозного (на проход); б — до упора: 1 — обрабатывающий шлифовальный
круг; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — ведущий круг; 4 — направляющая линей-
ка; 5 — осевой упор
98
Рис. 5.12. Схемы внутреннего шлифования цилиндрических отверстий:
а — методом продольной подачи; б — методом врезания; 1 — шлифовальный круг;
2 — станочное приспособление; 3 — обрабатываемая заготовка
2
перечной подачей ведущего круга, ось которого строго параллельна
в горизонтальной плоскости оси шлифовального круга.
Скорость вращения при такой обработке заготовки (со = 10...
90 м/мин) близка к скорости вращения ведущего круга на вулка-
нитовой или бакелитовой связке с зернистостью 16... 10, а шли-
фовальный круг на керамической связке вращается со скоростью
30...35 м/с.
Внутреннее цилиндрическое шлифование применяют в случаях
когда по каким-либо причинам использовать развертывание или
хонингование для получения точного отверстия невозможно или
экономически нецелесообразно. Такую обработку отверстий вы-
полняют на внутришлифовальных станках. При этом абразивный
круг, имеющий небольшой диаметр (0,6...0,7 от диаметра отвер-
стия), быстро изнашивается, т.е. требуется частая его правка или
замена. Кроме того, шлифование происходит с небольшой скоро-
стью резания, а значительный вылет оправки со шлифовальным
кругом приводит к дополнительным вибрациям, а следовательно,
к снижению точности обработки.
На рис. 5.12, а приведена схема обработки сквозного цилиндриче-
ского отверстия А на внутришлифовальном станке. Абразивный круг
/ в этом случае вращается со скоростью сокр и совершает возвратно-
поступательное движение с продольной подачей 5прод, а заготовка 3,
закрепленная в приспособлении 2, вращается со скоростью созаг.
Шлифование коротких отверстий производят методом врезания
(рис. 5.12, б), при котором шлифовальный круг 1 не только вра-
щается со скоростью сокр, но и совершает движение с поперечной
подачей Sn. При этом заготовка 3, закрепленная в приспособлении
2, вращается со скоростью созаг.
99
Операционные припуски и получаемая при внутреннем шлифо-
вании точность обработки зависят от диаметра обрабатываемого
отверстия и вида операции. При чистовом шлифовании припуск
на диаметр составляет 0,1 ...0,2 мм при точности получаемого от-
верстия 0,02...0,03 мм.
Плоское шлифование различают торцовое и открытое.
Торцовые поверхности, прилегающие к поверхностям вращения
(чаще к цилиндрическим), обрабатывают шлифованием совместно,
что обеспечивает наивысшую точность их взаимного положения.
Плоскость А и прилегающую к ней наружную цилиндрическую по-
верхность В заготовки 2 (рис. 5.13, а), установленной в центрах 1,
шлифуют абразивным кругом 3 с поднутрением (с выточкой)
в одной операции на крутлошлифовальном станке. Очевидно, что
эти поверхности предварительно обтачиваются также в одной
операции. Плоскость С и прилегающую к ней внутреннюю цилин-
дрическую поверхность D заготовки 2 (рис. 5.13, б), установленной
в приспособлении 5, шлифуют абразивным кругом 4 в одной опе-
рации на внутришлифовальном станке. Торцовую поверхность М
(рис. 5.13, в) заготовки 2 в ряде случаев можно также шлифовать на
внутришлифовальном станке абразивным кругом 6,
Главным движением во всех рассмотренных случаях является
вращение шлифовального круга со скоростью сокр. При этом обра-
батываемая заготовка вращается медленно со скоростью созаг, а дви-
жением продольной подачи 5прод является возвратно-поступательное
перемещение (см. рис. 5.13, а, б) шлифовального круга вдоль оси
обрабатываемой заготовки в долях ширины крута за один оборот
Рис. 5.13. Схемы шлифования торцовых поверхностей:
а — совместно с наружной цилиндрической поверхностью; б — совместно с вну-
тренней цилиндрической поверхностью; в — только торцовой плоскости; 1 — цен-
тры; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — шлифовальный круг с выточкой; 4 —
абразивный круг для внутреннего шлифования; 5 — приспособление для детали;
6 — чашечный шлифовальный круг
100
Рис. 5.14. Схемы шлифования открытых плоскостей:
а — торцом абразивного круга; б — периферией абразивного круга; в — перифе-
рией абразивного круга на круглом столе; г — периферией абразивного круга на
прямоугольном столе: 1 — магнитный стол шлифовального станка; 2 — обрабаты-
ваемая заготовка; 3 — шлифовальный круг
заготовки. При шлифовании только торцовой поверхности подача
Ь’ирод может быть как продольной (см. рис. 5.13, в), так и поперечной
(методом врезания).
Плоские открытые поверхности шлифуют на плоскошлифо-
вальных станках. На одних станках шлифование заготовок 2, уста-
новленных на магнитном столе 1, производят торцом абразивного
круга 3 (рис. 5.14, а), на других — периферией шлифовального
круга 3 (рис. 5.14, б). У некоторых плоскошлифовальных станков
столы 1 — круглые, вращающиеся со скоростью со (рис. 5.14, в). На
них устанавливают одновременно несколько заготовок 2, которые
обрабатывают периферией абразивного круга 3, совершающего
возвратно-поступательное движение с продольной подачей 5прод.
У большинства плоскошлифовальных станков столы 1 (рис. 5.14, г)
имеют прямоугольную форму и совершают прямолинейное возврат-
но-поступательное движение 5прод. Для обработки заготовки 2 из
материала, не обладающего магнитными свойствами, закрепляют
на магнитном столе станка в специальном приспособлении со сталь-
ным корпусом, а заготовки из материала, обладающего магнитными
101
свойствами, закрепляют непосредственно на магнитном столе,
что особенно удобно при двухстороннем шлифовании плоскостей
тонких деталей.
Шлифование плоскостей торцом абразивного круга произво-
дительнее, но обеспечивает меньшую точность обработки, чем
шлифование периферией круга. Точность чернового шлифования
соответствует 10-му и 11-му квалитетам, а чистового шлифования —
8-му и 9-му квалитетам. Припуски на шлифование плоскостей при
всех прочих равных условиях зависят от толщины и ширины заго-
товки, а также длины шлифования. При шлифовании периферией
круга припуски могут составлять 0,3...0,5 мм, а при шлифовании
торцом круга при черновом шлифовании — 0,2...0,3 мм, при чи-
стовом шлифовании — 0,1 ...0,2 мм.
Ленточное шлифование с использованием абразивной ленты
на тканевой основе применяют для обработки плоских и сложных
фасонных поверхностей. Шлифовальная лента (чаще бесконечная)
приводится в движение специальным механизмом с натяжными
и поддерживающими роликами. Лента движется с большой скоро-
стью (30 м/с) и снимает незначительный слой материала (припуск)
в месте ее соприкосновения с обрабатываемой заготовкой.
В схеме шлифования плоской поверхности, представленной на
рис. 5.15, обрабатываемая заготовка 5 из тонкого листового ма-
териала закреплена на гибком столе 1, совершающем возвратно-
поступательное движение S. Бесконечная абразивная лента 3,
приводимая в движение со скоростью v, поддерживается системой
шкивов 2 с натяжным роликом 4. При этом в месте съема металла
стол слегка прогибается поддерживающим роликом 6. В процессе
шлифования заготовка за счет этого прогиба стола прижимается
к абразивной ленте и протаскивается под ней.
Рис. 5.15. Схема ленточного шлифования:
1 — гибкий стол ленточного шлифовального станка; 2 — шкивы; 3 — абразивная
лента; 4 — натяжной ролик; 5 — листовая заготовка; 6 — поддерживающий ролик
102
Рис. 5.16. Схема хонингования отверстий:
/ абразивные брусочки; 2 — элемент конусного
механизма; 3 — упругие элементы; 4 — обрабаты-
ваемая заготовка
Использование водостойкой абразивной ленты позволяет приме-
нять охлаждающие жидкости, что улучшает качество обработанной
поверхности и делает процесс шлифования экологически чистым.
Ширина абразивной ленты согласовывается с шириной обрабаты-
ваемой заготовки, и при необходимости стол имеет возможность
перемещения в поперечном направлении.
Хонингование является одним из видов отделочной обработки
внутренних цилиндрических поверхностей. Обрабатывающим
инструментом здесь является разжимная головка (хон), в которой
закреплено от 3 до 12 абразивных (или алмазных) брусочков 1
(рис. 5.16), прижимающихся к обрабатываемой поверхности А за-
готовки 4 с незначительным усилием, создаваемым и регулируемым
упругими элементами 3 совместно с конусным механизмом 2. Го-
ловку связывают со шпинделем хонинговального станка шарнирно,
чтобы абразивные брусочки самоустанавливались по поверхности
обрабатываемого отверстия заготовки, закрепленной на столе
станка.
Разжимной головке, введенной в обрабатываемое отверстие
заготовки, сообщается двойное движение: вращение со скоростью
со = 30... 60 м/мин и возвратно-поступательное вдоль оси обрабаты-
ваемого отверстия со скоростью 10... 15 м/мин. В зону обработки
обильно подают охлаждающую жидкость, например смесь керосина
с минеральным маслом.
Хонингование может быть черновым и чистовым в зависимости
от требуемых производительности и точности обрабатываемой по-
верхности.
Припуск на обработку, зависящий от точности предшествующей
операции, заданной точности обрабатываемой поверхности и раз-
мера зерна абразивных брусочков, составляет 0,01 ...0,2 мм. Процесс
хонингования достаточно длительный (до 5 мин). В результате полу-
103
чают точность диаметра на уровне 5-го квалитета с шероховатостью
цилиндрической поверхности 13-го класса.
Суперфиниширование является процессом отделочной обра-
ботки наружных цилиндрических поверхностей, повышающей
только лишь класс чистоты поверхности после ее тщательного
шлифования. Суперфиниширование поверхности производят или
абразивными брусочками, прижимающимися с незначительным
усилием к обрабатываемой поверхности, или абразивными кругами,
вращающимися с малой окружной скоростью (до 2,5 м/с). Абра-
зивные брусочки 1 (рис. 5.17) закрепляют в специальной головке
2, обеспечивающей их прижатие с небольшим усилием к обраба-
тываемой поверхности А заготовки 3.
В процесс обработки имеется как минимум три движения заго-
товки и режущего инструмента: вращение заготовки со скоростью
со0кр = 0,05...2,5 м/с, колебательное (осциллирующее) движение
головки с абразивными брусочками вдоль оси заготовки с ампли-
тудой 2...6 мм и частотой 200... 1 000 колебаний/мин, продольное
поступательное перемещение головки с абразивным инструментом
вдоль оси заготовки с малой скоростью.
Обработка выполняется на станках определенного назначения
или на токарных станках с применением специальной головки. По-
дача охлаждающей жидкости (смеси керосина с маслом) обязатель-
на. Припуск на обработку (0,005...0,0075 мм) соизмерим с допуском
на предшествующее шлифование. Такая обработка обеспечивает
получение поверхности высокого класса чистоты (до 14-го класса).
Притирание является тонкой абразивной обработкой, при-
меняемой для получения поверхностей с высокой точностью по
круглости и плоскостности. Операции притирания выполняют с по-
мощью притиров, абразивного порошка и смазочного материала.
Ручные притиры изготовляют из более мягких материалов (чугу-
на, меди) по сравнению с материалом обрабатываемой заготовки,
Рис. 5.17. Схема суперфиниширования:
1 — абразивные брусочки; 2 — головка инстру-
мента; 3 — обрабатываемая заготовка
104
Рис. 5.18. Схема машинно-ручного притирания наружной цилиндрической
поверхности:
/ — обрабатываемая заготовка; 2 — ручной притир
благодаря чему абразивные зерна, наносимые в среде смазочного
материала на поверхность притира, вдавливаются и удерживаются
в нем. В качестве абразива применяют корундовые и другие микро-
порошки, а в качестве смазочного материала используют керосин,
минеральное масло и т.д. В зависимости от механизации процесса
притиры бывают ручными и машинными.
Ручной притир для обработки наружной цилиндрической поверхно-
сти может иметь вид двух полуцилиндров (с обеспечением возмож-
ности их сближения), охватывающих притираемую поверхность.
При машинно-ручном притирании наружной цилиндрической
поверхности А (рис. 5.18) заготовку 1 вращают с помощью механи-
ческого привода с малой скоростью со, с усилием Р вручную сжима-
ют притир 2, удерживая его от поворота, и перемещают вдоль оси
заготовки, обрабатываемой с небольшой скоростью упрод.
Точность и производительность притирания во многом зависят
от зернистости и вида абразива, смазочного материала и режима
обработки.
Погрешность формы обеспечивается в пределах 0,001 мм, а ше-
роховатость поверхности в пределах 14-го класса чистоты. Припуск
на обработку должен находиться в пределах 0,01 мм, иначе процесс
притирания будет продолжительным во времени.
При притирании открытых плоских поверхностей в качестве
притира используют чугунные (инструментальные) плиты, на кото-
рых распределяют тонким слоем абразивный микропорошок и сма-
зочный материал. Заготовку в этом случае перемещают вручную
по сложной траектории, слегка прижимая к плите. Плоскостность
поверхности проверяют по краске, используя эталонную плиту
(чаще стеклянную).
105
Полирование является методом абразивной обработки поверх-
ности практически готовой детали с помощью мягкого эластично-
го материала, на поверхность которого нанесен мелкий абразив
в виде порошка или пасты. При полировании поверхности в целях
удаления следов предшествующей обработки (рисок, царапин) или
получения блестящей поверхности на точность самой поверхности
особого внимания не обращают. Если же полируют поверхность
высокоточной детали, то назначают определенный припуск на об-
работку и контролируют размер как до полирования, так и после
него.
В качестве режущего инструмента используют эластичные круги
из войлока, кожи или ткани, покрытые абразивом или пастой, а так-
же тонкую абразивную шкурку на бумажной или тканевой основе.
Так как процесс полирования поверхности является трудоемким,
его стремятся механизировать.
На рис. 5.19 приведена схема механизированного двухсторон-
него ленточного полирования объемно-фасонной поверхности
пера рабочей лопатки осевого компрессора. Здесь обрабатывае-
мая лопатка замком 3 крепится в шпинделе станка, совершающем
возвратно-поступательное (вибрационное) движение S с неболь-
шой амплитудой. Обе абразивные ленты 1 сматываются с катушек
2 роликами 6 и 5 подающего устройства и прижимаются к обеим
сторонам пера лопатки с усилием W резиновыми колодками 4, про-
филь которых соответствует профилю спинки и корыта лопатки.
Полирование осуществляется благодаря вибрирующему движению
лопатки относительно двух неподвижных абразивных лент, плотно
прижатых к перу лопатки с обеих сторон. По истечении времени
обработки одной лопатки абразивные ленты протягиваются роли-
ками 6 для обеспечения обработки следующей лопатки их свежими
участками.
Наиболее эффективным является полирование стальных лопаток
в три этапа с уменьшением на каждом этапе размеров абразивных
зерен с 20 до 5 мкм. При этом на первых двух этапах применяют
бумажную абразивную ленту, а на третьем этапе — абразивную
ленту на тканевой основе с самым мелким зерном. Общий припуск
на обработку в этом случае составляет 0,04...0,05 мм.
Абразивно-жидкостное полирование представляет собой процесс
улучшения чистоты поверхностей крупных деталей без использо-
вания абразивной шкурки или войлочных кругов. В этом случае
взвешенные в жидкости абразивные частицы подаются сжатым воз-
духом через специальные насадки на обрабатываемую поверхность.
Ударяясь о поверхность, абразивные частицы срезают гребешки
106
Рис. 5.19. Схема двухстороннего ленточного полирования объемно-
фасонных поверхностей:
/ — полировальная лента; 2 — катушки с абразивной лентой; 3 — замок полируемой
детали; 4 — резиновые колодки; 5 — направляющие ролики: 6 — подающие ролики
неровностей поверхности, что повышает ее чистоту. Процесс, хо-
рошо поддающийся механизации, применяют для глянцевания по-
верхностей деталей, предшествующего выявлению поверхностных
дефектов.
При такой обработке концентрация (по объему) абразивных
частиц в жидкости составляет 1 : 4. Давление сжатого воздуха
0,4...0,5 МН. Продолжительность обработки участка поверхности,
на который воздействует рабочий состав (для получения 9-го класса
чистоты), зависит от концентрации абразива в жидкости, зернисто-
сти абразива и шероховатости поверхности заготовки, полученной
на предыдущей операции, и составляет две-три минуты.
Наиболее эффективен процесс абразивно-жидкостного полиро-
вания для поверхностей деталей сложной конфигурации, если при
этом не учитывать некоторую неравнозначность чистоты поверх-
ностей в разных местах одной и той же детали.
Гидроабразивная резка представляет собой вид обработки
материалов резанием, при котором в качестве режущего инстру-
мента используется тонкая струя воды с абразивным материалом,
направляемая с большой скоростью и под высоким давлением
в зону резания.
107
Достоинствами гидроабразивной резки являются:
отсутствие термического воздействия на обрабатываемый ма-
териал;
незначительные потери обрабатываемого материала;
широкий спектр разрезаемых материалов и их толщин (более
300 мм);
высокая эффективность резки листовых материалов толщиной
более 8 мм;
отсутствие выгорания легирующих элементов в легированных
сталях и сплавах;
отсутствие оплавления и пригорания материала на обработанных
кромках и в прилегающей зоне;
возможность резки тонколистовых материалов в пакете из не-
скольких слоев для повышения производительности, в том числе
за счет уменьшения холостых ходов режущей головки;
пожаробезопасность процесса;
экологическая чистота процесса и полное отсутствие вредных
выделений;
высокое качество поверхности среза (Ra 1,6).
К недостаткам данного метода можно отнести сравнитель-
но низкую скорость резания тонколистовой
стали, ограниченный ресурс режущей головки
вследствие износа сопла, высокую стоимость
абразива как расходного материала.
Гидроабразивную резку применяют для
резки черных металлов и сплавов, труднообра-
батываемых легированных сталей и сплавов,
цветных металлов и их сплавов (меди, никеля,
алюминия, магния, титана), композиционных
материалов, керамических материалов, сотовых
конструкций и др.
На рис. 5.20 показана схема режущей голов-
ки гидроабразивной установки. Подводимая
под высоким давлением вода 1 формируется
соплом 2 в тонкую струю, к которой добавля-
Рис. 5.20. Схема режущей головки гидроабразивной
установки:
1 — подводимая вода; 2 — сопло; 3 — подводимый абра-
зив; 4 — смеситель; 5 — кожух; 6 — режущая струя; 7 —
обрабатываемый материал
108
Таблица 5.1. Скорости гидроабразивной резки различных
материалов при среднем расходе абразива 0,45 кг/мин
Толщина материа- ла, мм Скорость резания, м/мин
алюми- ния титана коррозионно- стойкой стали инструмен- тальной стали мрамора
3 2,85 1,13 0,98 0,8 7,01
6 1,28 0,51 0,44 0,36 3,16
9 0,8 0,32 0,28 0,23 1,98
12 0,58 0,23 0,20 0,16 1,42
25 0,25 0,098 0,085 0,069 0,61
32 0,19 0,074 0,064 0,052 0,46
40 0,15 0,057 0,049 0,04 0,356
50 0,11 0,044 0,038 0,031 0,275
е гея абразивный порошок 3, смешиваемый с ней в смесителе 4.
Образовавшаяся в результате режущая струя 6 направляется на
разрезаемый материал 7 в место реза. При этом режущая головка
перемещается по заданной программой траектории относительно
разрезаемого материала, т. е. таким образом можно вырезать деталь
практически любой формы (в плане).
Возможные скорости гидроабразивной резки в зависимости от
толщины и свойств разрезаемого материала, приведены в табл. 5.1.
5.6.
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВЫХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
Для обработки резьбовых поверхностей применяют следующие
виды режущего инструмента: резьбовые резцы и гребенки, круглые
и трубчатые плашки, резьбовые фрезы, винторезные самораскры-
вающиеся головки, машинные, ручные и автоматные метчики, одно-
питочные и многониточные абразивные крути, накатные резьбовые
плашки и ролики и др.
Нарезание цилиндрической метрической резьбы резцом
производится на токарном станке. При этом профиль фасонного
(резьбового) резца 1 (рис. 5.21, а, б) должен строго соответствовать
профилю нарезаемой винтовой канавки (впадины резьбы). Проходы
109
2
Рис. 5.21. Схемы нарезания резьбы резцом и гребенкой:
а — черновой проход резцом; б — чистовой проход резцом; в — использование
гребенки; 1 — резьбовой резец; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — гребенка
выполняют с косой подачей SKOC (см. рис. 5.21, а) или с прямой по-
дачей 5прям (см. рис. 5.21, б). Заготовка 2 вращается в этом случае
со скоростью со, а продольная подача 5прод резца на один оборот за-
готовки равна шагу нарезаемой резьбы. Резцом нарезают резьбу за
несколько проходов. Конструктор, проектируя деталь, как правило,
предусматривает сбег резьбы или канавку для выхода резца в конце
нарезанной резьбы.
Нарезание резьбы призматическими или круглыми гребен-
ками является достаточно производительным методом. У гребенки
3 (рис. 5.21, в) зубья срезаны под небольшим углом р, что распре-
деляет работу между зубьями А, В, С, D на черновую и чистовую.
Гребенкой можно нарезать резьбу за один проход при продольной
подаче 5прод на один оборот заготовки, равной шагу нарезаемой
резьбы. При нарезании точной резьбы гребенка служит лишь для
черновой обработки. Кроме того, гребенка непригодна для наре-
зания резьбы, непосредственно прилегающей к буртику детали.
При отработке деталей на технологичность конструктор совместно
с технологом предусматривает возможность реализации того или
иного метода нарезания резьбы.
Нарезание резьбы плашками применяют для получения наруж-
ной резьбы невысокой точности. Поскольку в этом случае обработка
резьбы происходит за один проход, этот метод малопригоден для
нарезания резьбы с крупным шагом. Нарезание резьбы плашками
производят как вручную, так и на станках. При нарезании резьбы
вручную плашки закрепляют в державках, которым рабочий при-
110
дает все движения, необходимые для выполнения обработки. При
машинном нарезании резьбы плашки закрепляют в компенсирую-
щих патронах.
В серийном производстве используют самораскрывающиеся
резьбонарезные головки с круглыми гребенчатыми плашками 1
(рис. 5.22). В процессе выполнения обработки продольная подача
головки обеспечивается самозатягиванием плашки нарезаемой
резьбой. По окончании нарезания резьбы на заготовке 2, вра-
щающейся с угловой скоростью сокр, головка автоматически рас-
крывается от воздействия специального упора и обратным ходом
возвращается в исходное положение для начала обработки сле-
дующей заготовки.
Нарезание резьбы плашками обеспечивает точность обработки
7...9-го квалитетов, а резьбонарезная головка — 7-го квалитета.
Шлифование резьбы абразивными кругами на резьбошлифо-
вальных станках применяют при обработке метчиков, резьбовых
фрез, резьбовых калибров, накатных роликов, термически об-
работанных заготовках с предварительно нарезанной резьбой,
ответственных деталей с высокоточной резьбой. Шлифование
резьбы производят однониточными и многониточными абразив-
ными кругами.
При шлифовании резьбы однониточным абразивным кругом
режущая часть этого круга должна быть профилирована точно по
профилю одной впадины нарезаемой резьбы, а ось вращения абра-
зивного круга 1 (рис. 5.23) установлена под углом а к оси заготовки,
равным углу подъема винтовой линии резьбы. В процессе обработки
абразивный круг вращается со скоростью сокр, а заготовка 2, под-
держиваемая задним центром 3, вращается медленно с круговой
подачей SKp и перемещается вдоль оси с продольной подачей 5прод,
равной шагу резьбы за один ее оборот. Этот метод позволяет по-
Рис. 5.22. Схема нарезания метрической
резьбы резьбонарезной головкой с круглы-
ми гребенчатыми плашками:
/ — резьбонарезные плашки; 2 — обрабатыва-
емая заготовка
111
1
1 A
Рис. 5.23. Схема шлифования резьбы однониточным абразивным кру-
гом:
1 — абразивный круг; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — задний центр
лучить за один проход высокоточную резьбу (например, с погреш-
ностью для половины угла профиля резьбы в пределах ± 3').
Шлифование резьбы многониточным абразивным кругом выпол-
няют как методом продольной подачи, так и методом радиального
врезания.
Шлифование методом продольной подачи при-
меняют для обработки длинной резьбы. В этом случае абразивному
кругу 1 (рис. 5.24), установленному на полную глубину профиля
резьбы, сообщают главное вращательное движение со скоростью
сокр, а заготовка 2, установленная в центрах 5 и 6, вращается (с по-
мощью хомутика 3 и поводка 4) с небольшой круговой подачей 5кр
и перемещается вдоль своей оси с продольной подачей 5прод, равной
шагу нарезаемой резьбы на один оборот заготовки. При этом пер-
Рис. 5.24. Схема шлифования резьбы многониточным абразивным кругом
методом продольной подачи:
1 — многониточный абразивный круг; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — хомутик;
4 — поводок; 5 и 6 — центры
112
вые по ходу нитки абразивного круга выполняют предварительное
шлифование, а последние — окончательное.
Шлифование методом радиального врезания
применяют для шлифования короткой резьбы. В этом случае ось
абразивного круга, ширина которого превышает длину нарезаемой
резьбы больше чем на два шага резьбы, устанавливают параллельно
оси обрабатываемой заготовки. При такой обработке абразивный
круг 1 (рис. 5.25) вращается со скоростью сокр, а заготовка 2 мед-
ленно вращается с круговой подачей SKp и перемещается вдоль
своей оси с продольной подачей 5прод. Абразивный круг врезается
с радиальной подачей 5врез на полную глубину профиля резьбы за
половину оборота заготовки. Заготовка при этом перемещается
вдоль своей оси за один оборот с продольной подачей SnpoA, равной
шагу нарезаемой резьбы. Обработка резьбы завершается за 1,5 обо-
рота заготовки. Метод отличается высокой производительностью
и позволяет обрабатывать мелкую резьбу без предварительной ее
нарезки. Точность получаемой таким методом резьбы несколько
ниже, чем при нарезании резьбы однониточным абразивным кру-
гом (например, погрешность для половины угла профиля резьбы
составляет ±6').
Фрезерование резьбы применяют в следующих случаях:
для предварительного нарезания резьбы на длинных ходовых
винтах;
для нарезания резьбы на заготовках из твердых сталей;
для нарезания резьбы с крупным шагом;
для нарезания резьбы большого диаметра.
Рис. 5.25. Схема шлифования резьбы многониточным абразивным кругом
методом врезания:
/ — многониточный абразивный круг; 2 — обрабатываемая заготовка
113
Рис. 5.26. Схема нарезания резьбы дисковой фрезой:
1 — фреза; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — центр
Режущим инструментом при такой обработке является диско-
вая или гребенчатая фреза. Обработку выполняют на резьбофре-
зерном станке. При этом ширина L дисковой фрезы 1 (рис. 5.26)
должна быть больше длины N нарезки на два-три шага нарезае-
мой резьбы. Фрезу устанавливают под углом к оси заготовки 2,
равным углу подъема винтовой линии нарезаемой резьбы. В этом
случае фреза вращается со скоростью резания 60 м/мин и менее,
а заготовка вращается медленно со скоростью, обеспечивающей
круговую подачу 0,02...0,08 мм на зуб фрезы, и за каждый оборот
перемещается в основном направлении на один шаг нарезания
резьбы 5прод. Готовая резьба (М36) получается за 1,3 оборота за-
готовки. Фрезерование является более производительным и каче-
ственным методом обработки резьбы по сравнению с нарезанием
резьбы резцом.
Накатывание резьбы происходит без снятия стружки, так как
профиль резьбы формируется за счет пластической деформации ма-
териала заготовки, поэтому накатывание резьбы возможно при до-
статочной пластичности материала и определенной конфигурации
заготовки. Резьба в этом случае получается прочной и с хорошим
качеством поверхности. Накатывают резьбу плоскими резьбовыми
плашками или резьбовыми роликами.
При накатывании резьбы плоскими резьбовыми плашками за-
готовка 1 (рис. 5.27, а), диаметр которой меньше диаметра полу-
чаемой резьбы, прокатывается с угловой скоростью со3 подвижной
114
резьбовой плашкой 2 по неподвижной резьбовой плашке 3, При
этом готовое изделие 4 (винт или болт) получается за один прокат.
:)тим методом обрабатывают сплошные заготовки, получая резьбу
с внешним диаметром 3...24 мм.
К недостаткам данного метода можно отнести зависимость износа
плашек от твердости материала заготовки и трудности получения
высокоточной резьбы. Достоинствами этого метода являются высо-
кая производительность и получение более прочной и износостойкой
резьбы по сравнению с резьбой, полученной резьбовым резцом.
При накатывании резьбы роликами с радиальной подачей
S (рис. 5.27, б) заготовка 1, установленная на опоре 6, постепенно
сдавливается и прокатывается между неподвижным вращающимся
со скоростью сор роликом 5 и подвижным также вращающимся со
скоростью сор роликом 7. Этот метод получения резьбы позволяет
обрабатывать заготовки с высокой твердостью (HRC 40) за один
прокат и получать готовое изделие (болт или винт) с высокоточной
резьбой (6-го квалитета).
Нарезание внутренней резьбы производят в основном ма-
шинными или ручными метчиками, а при значительных размерах
отверстия используют резцы, гребенки или резьбовые фрезы. Для
исключения поломки метчика и получения полноценной резьбы на
требуемую глубину глухие отверстия сверлят под резьбу на три-
четыре шага глубже длины нарезаемой резьбы.
Рис. 5.27. Схемы накатывания резьбы:
а — плоскими резьбовыми плашками; б — резьбовыми роликами; 1 — обрабаты-
ваемая заготовка; 2 — подвижная плашка; 3 — неподвижная плашка; 4 — готовое
изделие с резьбой; 5 — неподвижный вращающийся ролик; 6 — опора; 7 — по-
движный вращающийся ролик
115
Машинным метчиком резьбу и сквозную, и глухую наре-
зают за один проход одним метчиком на резьбонарезных станках.
Кроме того, для такой обработки широко используют сверлильные,
револьверные и токарные станки, работающие в автоматическом
и полуавтоматическом циклах. При нарезании резьбы в глубоком
отверстии используют два метчика, а при нарезании точной резьбы
производят обработку калибровочным метчиком вручную или на
станке. Для нарезания в заготовках сквозной резьбы для гаек при-
меняют гайконарезные станки и длинные гаечные метчики (или
с изогнутым хвостовиком) для обеспечения автоматизации удаления
готовой гайки из зоны обработки.
Необходимым условием при нарезании резьбы машинным
метчиком является быстрое реверсирование вращения шпинделя
станка при достижении требуемой длины нарезанной резьбы, а при
нарезании резьбы в глухих отверстиях — наличие ограничителя
рабочего хода, обеспечивающего реверсирование вращения шпин-
деля станка на обратный ход метчика.
Для закрепления машинного метчика применяют различные
типы патронов: жесткие, плавающие, самовыключающиеся от упо-
ра, самовыключающиеся при перегрузке крутящим моментом.
При нарезании резьбы в заготовках из стали в качестве смазочно-
охлаждающей жидкости используют осерненное масло, в заготов-
ках из чугуна — керосин (или производят обработку всухую).
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЭВОЛЬВЕНТНОГО
ПРОФИЛЯ ЗУБЬЕВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
При изготовлении зубчатых колес профиль зубьев нарезают
методами копирования и обкатки, для чего применяют стандарти-
зованный режущий инструмент: дисковые модульные фрезы, паль-
цевые модульные фрезы, зуборезные гребенки, червячные фрезы,
долбяки (дисковые, чашечные, хвостовые), шеверы и др. Обработку
выполняют на зубообрабатывающих станках. Выбор метода наре-
зания профиля зубьев в основном определяется требованиями точ-
ности, предъявляемыми к готовому зубчатому колесу, и программой
выпуска зубчатых колес. Обработка эвольвентного профиля зубьев
подразделяется на черновую, чистовую и отделочную.
Нарезание профиля зубьев методом копирования. Этот ме-
тод не требует использования зуборезного станка. Эвольвентный
профиль зубьев можно нарезать на фрезерных станках общего
5.7.
116
назначения дисковой или концевой фрезой, фасонный профиль
которой точно соответствует профилю впадины, с обязательным
применением точного делительного устройства.
При нарезании профиля зубьев на горизонтально-фрезерном
станке заготовку 1 (рис. 5.28) закрепляют неподвижно, и после
обработки профиля одной впадины дисковой фрезой 2 заготовку
поворачивают, используя делительное устройство, на угол р, равный
шагу зубьев. Главным движением в этом случае является вращение
фрезы со скоростью резания сорез, а движением подачи — продоль-
ное перемещение 5прод заготовки. После прорезания одной впадины
зубьев заготовку поворачивают на угол р, равный шагу зубьев, для
обработки следующей впадины.
Низкая точность деления по углу р (4...7') при переходе к обра-
ботке следующей впадины приводит к образованию погрешности
в толщине зуба, что влияет, в конечном счете, на точность бокового
зазора при сопряжении зубчатых колес. Несоответствие профиля
фасонной фрезы эвольвентному профилю впадины зубчатого ко-
леса также сказывается на качестве сопряжении зубчатых колес
в работающем изделии. Фрезерование профиля зуба является
предварительной обработкой. Шероховатость поверхности эволь-
вентного профиля находится в пределах параметра Rz 20, а ее точ-
ность — в пределах 10-го квалитета. Требуемые параметры зуба
обеспечивают последующим шевингованием. Применяют этот
метод в условиях единичного производства или при отсутствии на
производстве зубообрабатывающих станков.
Нарезание эвольвентного профиля зубьев червячными мо-
дульными фрезами методом обкатки. Данный метод применяют
Рис. 5.28. Схема образования профиля зубьев методом копирования:
/ — обрабатываемая заготовка; 2 — дисковая фасонная фреза
117
Рис. 5.29. Схемы обработки профиля зубьев одной [а] и нескольких (б)
заготовок червячной модульной фрезой:
/ — червячная модульная фреза; 2 — обрабатываемые заготовки
для нарезания зубьев цилиндрических зубчатых колес наружного
зацепления. Обработку выполняют на зубофрезерных станках.
При обработке ось червячной модульной фрезы 1 (рис. 5.29, а)
устанавливают под углом а, равным углу подъема винтовой линии
червяка на фрезе, таким образом, чтобы ось С—С заготовки 2 и ось
А—А фрезы 1 располагались под углом 90° - а. Главным рабочим
движением здесь является вращение фрезы со скоростью софр,
а движением подачи — перемещение S фрезы 1 вдоль образующей
Д цилиндра заготовки в целях обработки всей ширины Е получае-
мого зубчатого колеса.
Профиль зуба с модулем т < 2 мм нарезают за один проход окон-
чательно, профиль зуба с модулем т = 2...6 мм — за два прохода,
а профиль зуба с модулем т > 6 мм — за три. При этом получают
зубчатые колеса 8-й и 9-й степеней точности с шероховатостью
поверхности зубьев Ra 6,2. Черновую обработку производят со
скоростью резания 20...25 м/мин, а чистовую — 30...35 м/мин.
Подача фрезы при черновой обработке составляет 1,5...2 мм на
оборот заготовки, при чистовой обработке — 0,5... 1,5 мм на обо-
рот заготовки.
Для повышения производительности (в 2...4 раза) используют
фрезы, оснащенные твердосплавными пластинами. Если у заготовок
ширина обода колеса больше или равна ширине ступицы можно
одновременно обрабатывать нескольких заготовок 2 (рис. 5.29, б},
что также повышает производительность обработки.
Нарезание эвольвентного профиля зубьев цилиндрических
колес долбяками методом обкатки выполняют на зубодолбежном
118
(танке. Долбяк, являющийся режущим инструментом, изготовлен
н виде зубчатого колеса, затылованные режущие лезвия которого
имеют эвольвентный профиль.
Обработка профиля зубьев круглыми долбяками является прак-
тически единственной возможностью изготовления зубчатых колес
< внутренним зацеплением (рис. 5.30, а), а также нарезания зубьев
в блоках зубчатых колес на зубчатом колесе меньшего диаметра
(рис. 5.30, б) при незначительной ширине В канавки для выхода
режущего инструмента.
В процессе нарезания зуба долбяк 1, установленный в шпинделе
с танка, и заготовка 2, установленная в приспособлении 3, находятся
в о тносительном вращательном движении зацепления. Их скорости
вращения равны, а соотношения частоты вращения и числа зубьев
обратно пропорциональны. Главным рабочим движением здесь
является возвратно-поступательное движение S долбяка, а движе-
нием обкатки (круговой подачи) — вращение со скоростью созаг
заготовки 2, согласованное со скоростью вращения содол долбяка по
принципу зацепления пары зубчатых колес.
Для нарезания зубчатых колес с косым зубом требуются косо-
зубый долбяк и механизм для придания долбяку винтового дви-
жения.
Нарезание зубьев долбяком происходит по следующей схеме:
а) режущий инструмент (долбяк) и заготовка вращаются вокруг
своих осей, как пара сопряженных зубчатых колес;
б) долбяк совершает возвратно-поступательное прямолинейное
(или винтовое) движение;
Рис. 5.30. Схемы нарезания зубьев цилиндрического колеса с внутренним
зацеплением (а) и в блоках зубчатых колес (б) долбяком:
/ — долбяк; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — приспособление для детали
119
в) во избежание износа вследствие трения при холостом (обрат-
ном) ходе долбяка заготовка автоматически отводится от него
(движение М);
г) для осуществления врезания долбяку придают движение пода-
чи С в глубь нарезаемого зуба.
Таким образом, режущий инструмент (долбяк) имеет три дви-
жения:
1) вращение вокруг своей оси (круговая подача);
2) возвратно-поступательное движение вверх-вниз (прямолиней-
ное или винтовое);
3) движение врезания в глубь материала (к центру или от центра
заготовки).
Заготовка при этом совершает два движения:
1) вращение вокруг своей оси (круговая подача);
2) отход от долбяка при его обратном (холостом) ходе и возвра-
щение в исходное состояние к моменту начала рабочего хода
долбяка.
Зубчатые колеса с мелким зубом (т < 1,5 мм) нарезают долбяком
за один проход, т. е. за один оборот заготовки. Более крупные зубья
нарезают за два-три прохода. При черновой обработке скорость
резания составляет 12... 18 м/мин, а при чистовой — 20...30 м/мин.
Круговая подача при черновой обработке составляет 0,25...0,5 мм
на двойной ход долбяка, а при чистовой — 0,1 ...0,3 мм на двойной
ход долбяка.
Притирание зубьев цилиндрических колес является необходи-
мой операцией, особенно после закалки или цементации, так как
в процессе термической обработки возможно коробление колеса,
деформация ее профиля, искажение шага и начальной окружности.
Притирание зубьев закаленных зубчатых колес является производи-
тельным методом отделочной обработки, обеспечивающим высокую
точность и малую шероховатость их эвольвентных поверхностей.
Операцию выполняют на притирочных станках. Режущим ин-
струментом является притир, представляющий собой чугунное
зубчатое колесо твердостью НВ 180...220. Притир сопрягается с об-
рабатываемым зубчатым колесом с добавлением в зону контакта
мелкозернистого абразивного порошка и активного смазочного
материала. В процессе обработки специальным приводом создается
давление между поверхностями зубьев притира и поверхностями
зубьев обрабатываемого колеса. Под влиянием этого давления
абразивные зерна вдавливаются в более мягкий материал притира
и снимают мельчайшую стружку с поверхности зубьев притираемо-
го колеса. Активный смазочный материал ускоряет процесс.
120
Рис. 5.31. Схема притирания зубьев
|ремя притирами:
/ . 3 — притиры; 4 — обрабатываемое зуб-
•i.iTop колесо
На рис. 5.31 приведена схема притирания зубьев, в которой об-
рабатываемая заготовка зубчатого колеса 4 помещается между тремя
притирами находится с ними в сопряжении и вращается со
скоростью созаг от привода с частотой 150... 180 об/мин. При этом
притиры 1 и 2 имеют косые зубья, а притир 3 — прямые. Для при-
тирания обеих сторон профиля зубьев направление вращения (созаг)
обрабатываемой заготовки периодически реверсируется. Кроме
того, заготовке сообщаются короткие возвратно-поступательные
движения вдоль своей оси с частотой 50...80 ходов/мин. Оси всех
притиров, вращающихся со скоростями соприт, располагаются под
разными углами (от 10 до 15°) к оси заготовки зубчатого колеса
(скрещиваются), что создает в зоне контакта зубьев колеса и зу-
бьев притиров относительное движение с различным характером
скольжения.
Оптимальный припуск на притирание составляет 0,03...0,04 мм,
а время притирания одного зубчатого колеса среднего размера —
2...4 мин. Получаемая в результате притирания точность профиля
составляет 0,005...0,01 мм, точность шага — 0,007...0,01 мм, а точ-
ность биения делительной окружности — 0,1 ...0,3 мм при малой
шероховатости эвольвентных поверхностей зубьев.
Шевингование зубьев цилиндрических колес является про-
цессом отделочной обработки зубьев твердостью HRC 40, про-
водимым в целях повышения точности зубчатого колеса после
нарезания профиля зубьев зубофрезерованием или зубодолбле-
нием.
При шевинговании зубьев зубчатого колеса (рис. 5.32, а) режу-
щим инструментом является шевер 1 с формой, аналогичной форме
зубчатого колеса, шириной до 19 мм и с косыми зубьями (с углом
121
Рис. 5.32. Схемы шевингования зубьев зубчатого колеса (а) и взаимного
расположения шевера и обрабатываемого зубчатого колеса (б):
1 — шевер; 2 — обрабатываемое зубчатое колесо; 3 — оправка; 4 — стол станка
наклона 10... 15°), в которых прорезаны поперечные канавки А глу-
биной h = 0,6... 1 мм и шириной b = 0,25 мм. Острые кромки этих
канавок являются режущими лезвиями, соскабливающими с эволь-
вентной поверхности С зуба обрабатываемой заготовки тонкую
стружку толщиной t = 0,001 ...0,005 мм.
Обработка производится при взаимном обкатывании заготов-
ки 2 и шевера 1, вращающихся со скоростью со. Для выполнения
обработки зубья заготовки 2 (рис. 5.32, б) вводят в зацепление
с зубьями шевера 1 таким образом, чтобы обеспечить взаимное
давление и относительное продольное скольжение по профилю
зубьев обрабатываемого колеса режущих лезвий шевера. При этом
шевер 1, ось М—М которого установлена под углом р к оси Е—Е
обрабатываемого колеса, получает вращение от привода с часто-
той п = 250 об/мин. Шевер как ведущее зубчатое колесо вращает
обрабатываемое зубчатое колесо 2, свободно установленное на
оправке 3, что обеспечивает продольное скольжение зубьев шевера,
в процессе которого срезается тонкий слой металла с эвольвентных
поверхностей зубьев обрабатываемого колеса.
Для обеспечения обработки профиля зуба по всей его длине сто-
лу 4, на котором установлено обрабатываемое колесо, сообщается
продольная подача (К = 0,1...0,3 мм на оборот колеса). В конце хода
стол получает поперечную (вертикальную) подачу (0,02...0,04 мм)
и начинает двигаться в обратном направлении. Число двойных
ходов зависит от припуска на шевингование.
122
Время обработки одного зуба составляет 2...3 с. Одним ше-
кером (до его переточки) можно обработать до 1 000 зубчатых
колес. Припуск на шевингование для зубчатого колеса с модулем
до 2 мм составляет 0,03...0,05 мм, для зубчатого колеса с моду-
лем 2...3 мм — 0,05...0,08 мм, для зубчатого колеса с модулем
3...5 мм — 0,08...0,12 мм, для зубчатого колеса с модулем 5...
7 мм — 0,1 ...0,2 мм.
Шлифование эвольвентного профиля зубьев цилиндрических
колес применяют для обработки точных и ответственных зубчатых
колес с цементированными или азотированными зубьями, а также
при большом короблении колеса после термической обработки,
когда использование притирки практически невозможно. Режу-
щим инструментом здесь являются абразивные дисковые круги.
Шлифуют эвольвентный профиль зубьев методами копирования
и обкатки.
Шлифование методом копирования производят
вбразивным дисковым кругом с фасонным профилем, точно соот-
ветствующим профилю впадины между соседними зубьями колеса.
В процессе работы абразивный круг / (рис. 5.33, а) вращается со
скоростью сокр, а заготовке 2 сообщается движение подачи вдоль ее
оси в виде двойных ходов. После каждого двойного хода обрабаты-
ваемая заготовка проворачивается на угол 8 (на шаг зубьев), после
Рис. 5.33. Схема шлифования зубьев цилиндрического зубчатого колеса
методом копирования (а), схема правки профиля круга (б) и схема шлифо-
вания методом обкатки (в):
/ и 5 — абразивные круги; 2 — обрабатываемое зубчатое колесо; 3 и 4 — алмазные
карандаши; 6 — оправка
123
чего шлифуется следующая впадина. Число необходимых проходов
зависит от припуска на шлифование.
Периодически образивные круги правят (рис. 5.33, б) алмазными
карандашами 3 и 4, используя копировальное устройство с шабло-
нами для каждого профиля впадины, обеспечивающими заданные
траектории (5\ и S2) движения алмазных карандашей.
Шлифование методом обкатки выполняют дисковыми тарель-
чатыми кругами 5 (рис. 5.33, в), рабочие поверхности которых
расположены под углом друг к другу. Обрабатываемая заготовка
2 устанавливается на оправке 6 в центрах подвижного стола и по-
лучает медленную возвратно-поступательную подачу в направле-
нии длины зуба, что обеспечивает его обработку по всей длине.
Движение обкатки складывается из двух согласованных движений
обрабатываемого колеса: его прямолинейного движения вдоль
своей оси и возвратно-кругового покачивания (ц) вокруг своей оси.
После обработки пары боковых сторон зуба, т. е. во время выхода
зубьев из зацепления со шлифовальным кругом, шлифуемое колесо
поворачивается на один зуб, после чего начинается обработка двух
боковых сторон следующего зуба.
Припуск на шлифование для зубчатого колеса с модулем до 2 мм
составляет 0,2...0,3 мм, для зубчатого колеса с модулем 2...3 мм —
0,25... 0,35 мм, для зубчатого колеса с модулем 3... 7 мм — 0,3... 0,4 мм,
для зубчатого колеса с модулем 7... 10 мм — 0,4 мм. Продолжитель-
ность обработки одного зуба составляет 2...3 мин. Обработка всех
зубьев, как правило, совершается за два оборота зубчатого колеса.
Первый оборот — черновое шлифование, второй оборот — чисто-
вое шлифование. Причем при чистовом шлифовании продольная
подача уменьшается. Перед чистовым шлифованием производят
правку круга алмазным инструментом, как правило, в автоматиче-
ском режиме.
В результате шлифования эвольвентных поверхностей зубьев
точность толщины зуба может составлять 0,02...0,03 мм, шага —
0,005...0,006 мм, профиля — 0,002...0,003 мм, радиального бие-
ния профиля зубьев относительно оси базовой поверхности —
0,01 ...0,02 мм.
5.8.
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПРОТЯГИВАНИЕМ
Протягивание, являющееся высокопроизводительным методом,
используют для обработки плоских поверхностей, внутренних
сквозных отверстий с различным поперечным сечением (круглых,
124
прямоугольных, многогранных), а также сквозных шлицевых отвер-
стий, шпоночных пазов и др. Режущим инструментом в этом методе
является многолезвийная протяжка, поперечные сечения режущих
лезвий которой строго соответствуют формам поперечных сечений
получаемых поверхностей или их сочетаниям.
Применяются следующие типы стандартизованных протяжек:
плоские цельные и составные;
круглые переменного резания с диаметрами 10... 13 и 14...90 мм;
квадратные со сторонами квадрата 10... 12, 14...60 и 26...41 мм;
шлицевые (с число шлицов 6, 8, 10) с прямобочным профилем
шлицов при центрированиии по наружному или внутреннему
диаметру;
шлицевые с эвольвентным профилем шлицов с диаметром
12...90 мм и модулем 1 ...5 мм;
шпоночные для пазов шириной 3... 10 мм и др.
Протягивание плоскостей является обработкой, для которой
характерны большая производительность и высокая точность при
значительном снимаемом припуске (2...6 мм). Операция протягива-
ния заменяет черновое и чистовое фрезерование, а также шлифо-
вание. Протяжки для обработки плоских поверхностей изготовляют
цельными длиной до 500 мм или составными длиной до 2 000 мм.
Протягиванием получают и открытые плоскости, и сочетания не-
скольких плоскостей, примыкающих друг к другу.
Примером получения протягиванием сочетания плоских по-
верхностей является шпоночный паз М (рис. 5.34, а), состоящий из
сочетания трех плоских поверхностей (£, N, Z), в цилиндрическом
Рис. 5.34. Схемы сочетания плоских поверхностей, образующих форму
шпоночного паза (а), и его протягивания (б):
/ — обрабатываемая заготовка; 2 — реечная протяжка; 3 — адаптер
125
отверстии С заготовки 1. Заготовка 1, насаженная отверстием С на
цилиндрическую часть адаптера 3 (рис. 5.34, б), центрируется на
нем и упирается в его торец Т. При перемещении протяжки 2 по
пазу адаптера, препятствующего отжиму протяжки от заготовки,
каждый зуб К протяжки, профилированный по форме шпоночного
паза, снимает со скоростью резания v тонкий слой металла. При
этом последние зубья протяжки калибруют профиль шпоночного
паза, нарезанный предыдущими зубьями. Точность полученного
таким образом шпоночного паза составляет 0,02...0,06 мм с шеро-
ховатостью его поверхностей Ra 1,25...2,5 мкм.
Протягивание отверстий с помощью внутренних протяжек
предназначено для обработки круглых, квадратных, многогран-
ных и шлицевых отверстий, а также разнообразных по форме
поперечного сечения пазов в отверстиях, полученных сверлением
или растачиванием.
При обработке многолезвийная протяжка в виде зубчатой скал-
ки с определенными поперечными сечениями режущих лезвий
протягивается сквозь предварительно обработанное (сверлением
или растачиванием) отверстие заготовки. Резание металла произ-
водится лезвиями А инструмента 1 (протяжки) с небольшой ско-
ростью v (рис. 5.35) со снятием незначительного припуска каждым
лезвием. Заготовка 2 в начале обработки центрируется на точной
цилиндрической поверхности протяжки и упирается торцом С в са-
моустанавливающийся упор 3 с подпятником в виде сферы В. Такая
обработка обеспечивает высокую точность и малую шероховатость
Рис. 5.35. Схема протягивания цилиндрического отверстия:
1 — протяжка; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — самоустанавливающийся упор
126
Рис. 5.36. Схема кругового протягивания:
/ — круговая протяжка; 2 — обрабатываемая заготовка
полученных поверхностей. В результате снятия припуска на про-
тягивание (0,5...0,8 мм) точность отверстия соответствует 6-му
квалитету, а шероховатость имеет параметр Ra 1,25.
Круговое протягивание применяют при обработке неболь-
ших конических зубчатых колес с прямыми зубьями. В качестве
режущего инструмента в этом случае используют круговую про-
тяжку, состоящую из нескольких секций, содержащих фасонные
резцы.
По периметру круговой протяжки 1 (рис. 5.36) закреплены
группа А черновых резцов, группа В чистовых резцов и имеется
свободная зона С, обеспечивающая поворот заготовки для протя-
гивания очередного паза. При обработке изменяющегося профиля
одной впадины по длине неподвижно закрепленной заготовки 2
круговая протяжка вращается с постоянной скоростью со и одно-
временно перемещается поступательно с изменяющейся скоростью
v на отдельных участках своего пути. Характер изменения скоро-
сти v зависит от модуля зубьев обрабатываемого колеса и задается
механизмами станка.
Таким образом, траектория рабочего движения каждого фа-
сонного зуба круговой протяжки состоит из вращательного и по-
ступательного движений протяжки. При черновом протягивании
круговая протяжка движется от вершины М начального конуса зуб-
чатого колеса к его основанию, а при чистовом протягивании — от
основания к вершине М. За один оборот протяжки обрабатывается
127
одна впадина зуба конического колеса. Для обработки следующей
впадины заготовка 2 поворачивается на один зуб вокруг своей оси
при расположении напротив ее свободной зоны С протяжки 1.
5.9.
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ШЛИЦОВ
Наружные цилиндрические поверхности под шлицы следует
обрабатывать на отдельной от обработки впадин операции. Метод
обработки впадин прямоугольных шлицов во многом определяет-
ся рабочим чертежом детали, на котором указан выход режущего
инструмента при их нарезании. Если выхода для дисковой фрезы
нет, шлицы следует обрабатывать долблением.
Нарезание прямоугольных шлицов на горизонтально-фрезерном
станке с использованием делительного устройства возможно двумя
способами.
Способ 1 нарезания включает в себя две операции. На первой
операции блоком из двух фрез 1 и 2 (рис. 5.37, а) сначала обраба-
тывают боковые поверхности одного шлица заготовки 3, а затем,
используя делительное устройство, поворачивают заготовку на
угол 8, соответствующий шагу расположения шлицов, и обраба-
тывают следующий шлиц. На второй операции фасонной фрезой
4 (рис. 5.37, б) обрабатывают дно впадины в той же заготовке 3,
также используя делительное устройство, обеспечивающее поворот
заготовки на угол 8.
Рис. 5.37. Схемы обработки прямоугольных шлицов:
а — боковых сторон блоком из двух фрез; б — дна впадины фасонной фрезой;
в — всей впадины фасонной фрезой; 1, 2, 4 и 5 — фрезы; 3 — обрабатываемая за-
готовка
128
5.10.
Способ 2 (рис. 5.37, в) заключается в фрезеровании фасонной
фрезой 5 сразу всей впадины, после чего, используя делительное
устройство, поворачивают заготовку на соответствующий угол 5
и обрабатывают следующую впадину.
Шлицы, для которых требуется высокая точность, шлифуют.
Причем наружную поверхность шлицов шлифуют на круглошли-
фовальном станке, а впадины — на шлицешлифовальном.
Шлифование всей впадины возможно абразивным кругом с фа-
сонным профилем.
Эвольвентные шлицы обрабатывают методами, аналогичными
применяемым при нарезании зубьев зубчатых колес: фрезеровани-
ем, долблением, шевингованием, шлифованием.
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ
И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ОБРАБОТКИ
Электрофизические и электрохимические методы обработки
основаны на использовании явлений, возникающих под действием
электрического тока и позволяющих удалять излишки материала
с заготовки, т. е. изменять форму ее поверхностей. Используют эти
методы для изготовления деталей из труднообрабатываемых мате-
риалов и обработки сложных фасонных поверхностей при высокой
производительности и относительно низкой себестоимости самого
процесса обработки. Причем производительность этих методов не
зависит от твердости и хрупкости обрабатываемого материала.
Данные методы, охватывающие практически все операции
механической обработки, не уступают большинству из них по обе-
спечиваемым шероховатости и точности получаемых поверхностей.
Основным достоинством электрофизических и электрохимических
методов обработки металлов является возможность их использова-
ния для изменения формы заготовок из материалов, трудно поддаю-
щихся обработке резанием. Эти методы обеспечивают обработку
в условиях действия минимальных усилий резания или при полном
их отсутствии. Трудоемкость и длительность обработки материалов
повышенной твердости (НВ > 400) этими методами меньше, чем
трудоемкость и длительность обработки резанием.
Электроэрозионная обработка металлов заключается в том,
что изменение формы, размеров и качества поверхности заготов-
ки происходит под действием электрических разрядов, которые
возникают при пропускании импульсного электрического тока
129
в зазоре размером 0,01 ...0,05 мм между электродом-заготовкой
и электродом-инструментом. Под действием этих разрядов мате-
риал заготовки плавится и удаляется из межэлектродного зазора.
Такой процесс разрушения заготовки-электрода называют элек-
трической эрозией.
Для более интенсивного прохождения электрической эрозии
зазор между заготовкой и электродом заполняют диэлектриче-
ской жидкостью (керосином, минеральным маслом, дистилли-
рованной водой), для чего заготовку помещают в специальную
ванночку, заполненную этой жидкостью. Высокая плотность
электрического тока (до 10 тыс. А/м2), поддерживаемая в течение
тысячных долей секунды (10-5 с), обеспечивает температуру на
поверхности заготовки до 12 тыс. °C. Расплавленный и удаленный
с поверхности заготовки металл охлаждается диэлектрической
жидкостью и застывает в виде сферических гранул диаметром
0,001 ...0,005 мм.
Непрерывное подведение импульсов тока и автоматическое
сближение электрода-инструмента с электродом-заготовкой, обе-
спечивающие эрозию, продолжаются до достижения заданной
формы поверхности обрабатываемой заготовки.
Электроэрозионная обработка может проводиться в электро-
искровом и электроимпульсном режимах.
Электроискровой режим обработки характеризуется исполь-
зованием искровых разрядов малой длительности (10“5... 10-7 с)
при прямой полярности подключения электродов (заготовка «+»,
инструмент «-»).
Электроискровой режим обработки может быть жестким и сред-
ним (для предварительной обработки), мягким и особо мягким (для
окончательной обработки). Мягкий режим обеспечивает точность
обработанной поверхности до 0,002 мм при малом параметре ше-
роховатости (Ra 0,01).
Электроискровой режим используют для обработки заготовок из
труднообрабатываемых сплавов, тантала, молибдена и вольфрама.
Его применяют для обработки сквозных и глубоких отверстий с лю-
бой формой поперечного сечения, отверстий с криволинейными
осями (с помощью проволочных и ленточных электродов), выре-
зания деталей из листовых заготовок, нарезания зубьев и резьбы,
шлифования и клеймения детали.
Для проведения электроискровой обработки используют станки,
оснащенные ЯС-генераторами. При электроискровой обработке
(рис. 5.38) конденсатор С зарядного контура заряжается через
сопротивление R от источника постоянного тока 1 напряжением
130
Рис. 5.38. Схема электроискровой обработки:
I источник постоянного тока; 2 — ванночка для диэлектрической жидкости; 3 —
иск грид-инструмент; 4 — электрод-заготовка; 5 — диэлектрическая жидкость
100...200 В. Обрабатываемую заготовку 4 помещают в ванночку 2,
hi полненную постоянно обновляющейся диэлектрической жидко-
стью 5.
'Электрод-инструмент 3 и электрод-заготовка 4 представляют
собой разрядный контур, включенный параллельно конденсатору
(’. Как только напряжение на конденсаторе С и соответственно на
электродах 3 и 4 достигает пробойного (в зависимости от межэлек-
тродного зазора), происходит искровой разряд накопленной энер-
гии, материал заготовки плавится, удаляется из межэлектродного
зазора и оседает на дно ванночки в виде мелких шариков. Посто-
янство межэлектродного зазора поддерживается автоматическим
перемещением S электрода-инструмента 3 с помощью специального
механизма, имеющего следящую систему.
Электрод-инструмент изготовляют из меди, латуни или графита.
11ри обработке глухих отверстий контролируют время процесса
и перемещение электрода-инструмента.
Формы боковых и торцовых поверхностей заготовки после такой
(>бработки соответствуют формам соответствующих поверхностей
)лектрода-инструмента.
Электроимпульсный режим обработки характеризуется при-
менением импульсов большой длительности (0,5... 10 с), соответ-
ствующих дуговому разряду между электродами и обеспечивающих
более интенсивное разрушение катода, соединенного с обрабаты-
ваемой заготовкой.
Электроимпульсная обработка имеет более высокую произво-
дительность и меньший, чем при электроискровой обработке, износ
инструмента.
Областью применения электроимпульсного режима является
предварительная обработка заготовок деталей со сложным про-
филем поверхностей (штампов, лопаток турбин и компрессоров)
из труднообрабатываемых сталей и сплавов.
131
Для реализации такой обработки требуется наличие электрома-
шинкою или электронного генератора, вырабатывающего большой
ток в виде униполярных импульсов.
Электронно-лучевая обработка основана на тепловом воздей-
ствии потока движущихся электронов на обрабатываемый металл,
который в месте обработки плавится и испаряется. Интенсивный
нагрев материала определяется тем, что кинетическая энергия дви-
жущихся электронов при ударении о поверхность обрабатываемой
заготовки почти полностью переходит в тепловую энергию, кото-
рая, будучи сконцентрирована на площадке малых размеров (не
более 10 мкм2), вызывает ее нагревание до 6 000 °C. При размерной
обработке локальное воздействие потока электронов на обраба-
тываемый материал обеспечивается в импульсной режиме с про-
должительностью импульсов 10-4... 10-6 с и частотой 50 ... 5 000 Гц.
Высокая концентрация энергии при электронно-лучевой обработке
в сочетании с ее импульсным воздействием обеспечивает условия
обработки, при которых поверхности заготовки, находящиеся на
расстоянии 1 мкм от кромки электронного луча, разогреваются до
весьма высокой температуры.
Областью применения электронно-лучевой обработки является
нарезание заготовок, изготовление сеток из фольги, вырезание
пазов и обработка отверстий диаметром 1... 10 мкм в заготовках из
труднообрабатываемых материалов.
Для проведения электронно-лучевой обработки используют
специальные электровакуумные устройства, называемые элек-
тронными пушками (рис. 5.39), которые генерируют, ускоряют
и фокусируют электронный луч. Электронная пушка состоит из
вакуумной камеры с высоким разрежением, в которой установлен
питаемый источником высокого напряжения 1 вольфрамовый ка-
тод 2, обеспечивающий эмиссию свободных электронов. Электроны
разгоняются электрическим полем, создаваемым между катодом 2
и анодной диафрагмой 3, проходят через систему магнитных линз
9 и 6, устройство электрической юстировки 5 и фокусируется на
поверхности обрабатываемой заготовки 7, установленной на коор-
динатном столе 8. Импульсный режим работы электронной пушки
обеспечивает система, состоящая из импульсного генератора 10
и трансформатора 11.
Световая обработка основана на использовании теплового воз-
действия светового луча высокой энергии, излучаемого оптическим
квантовым генератором (лазером), на поверхность обрабатываемой
заготовки. Исходящий из лазера луч, сфокусированный до диаметра
0,01 мм, создает в точке фокуса очень высокую температуру, что
132
11
Рис. 5.39. Схема электронной пушки:
/ — источник высокого напряжения; 2 — вольфрамовый катод; 3 — анодная
диафрагма; 4 — вакуумная камера; 5 — устройство электрической юстировки;
6 и 9 — магнитные линзы; 7 — обрабатываемая заготовка; 8 — координатный стол;
10 — импульсный генератор; 11 — трансформатор
обеспечивает расплавление и выброс материала обрабатываемой
заготовки. Расположением точки фокусирования луча в глубине
материала, на поверхности заготовки или на небольшом расстоянии
над ее поверхностью обеспечивается получение отверстий различ-
ной формы в осевом сечении.
Размерная обработка с помощью лазеров включает в себя обра-
зование отверстий диаметром 0,5... 10 мкм в труднообрабатываемых
материалах, изготовление сеток и вырезание из листовых загото-
вок деталей сложного профиля. Например, отверстия диаметром
0,01 ...0,3 мм в материале толщиной 0,1 ...5 мм получают с шерохо-
ватостью поверхности, соответствующей 5-му классу.
Световой луч применяют для обработки заготовок из алмазов,
рубинов и тантала, для дистанционной сварки в труднодоступных
местах машин и приборов, для пайки и сварки тонких деталей
микроэлектроники и т.д.
Электрохимическая обработка (ЭХО) основана на высо-
коскоростном анодном растворении металла (или сплава) под
действием тока электролиза высокой плотности в среде по-
точного электролита при малых межэлектродных зазорах. При
этом масса удаленного с обрабатываемой заготовки металла
пропорциональна силе действующего тока и времени обработки.
В качестве электролита чаще всего используют водные растворы
133
солей (менее 15%-ной концентрации), например 8%-ный водный
раствор NaNO3.
Поверхностная ЭХО (электролитическое по-
лирование) применяется для уменьшения шероховатости ме-
таллических (чаще сложных фасонных) поверхностей заготовок.
Суть метода состоит в том, что под действием электрического тока
в электролите растворение наиболее выступающих частей поверх-
ности металлической заготовки-анода происходит интенсивнее, чем
растворение металла во впадинах микронеровностей, что приводит
к выравниванию этой поверхности. Данный метод полирования по-
зволяет получить поверхности с весьма малой шероховатостью без
изменения структуры поверхностного слоя готовой детали.
Размерная ЭХО может быть анодно-гидравлической
и анодно-механической.
Анодно-гидравлическая размерная обработка широко
используется для изготовления деталей со сложным фасонным
объемным профилем. Для выполнения операции используют ме-
таллические электроды 2 и 5 (катод-инструмент), формы рабочих
поверхностей которых точно соответствуют форме получаемой
заготовки (рис. 5.40). Электроды и заготовку 4 (анод) подключают
к полюсам источника технологического тока. В среде подающегося
в межэлектродный зазор электролита 3 происходит анодное раство-
рение металла заготовки.
Интенсификация процесса достигается высокой плотностью
электрического тока и энергичным смыванием с обрабатываемой
поверхности заготовки оксидной пленки потоком электролита,
протекающим с большой скоростью в межэлектродном зазоре.
Скорость анодного растворения тем интенсивнее, чем меньше
расстояние между электродами. При сближении электродов (v)
поддерживается постоянный межэлектродный зазор, и поверх-
ность заготовки-анода точно повторяет (копирует) поверхность
катода-инструмента. Скапливающиеся в зоне обработки продукты
растворения металла удаляются с помощью гидравлического насо-
са 1. Восстановленный в специальном фильтре 6 электролит вновь
поступает на вход гидронасоса 1.
Этим методом, подбирая электролит, можно обрабатывать
практически любые токопроводящие материалы с высокой произ-
водительностью и хорошим качеством обработанной поверхности.
Электрохимические станки, в которых используется низковольтное
(до 24 В) электрооборудование, просты в эксплуатации, но требуют
мощных источников тока для обеспечения значительной плотности
тока (до 200 А/см2) и большого расхода электролита.
134
Рис. 5.40. Схема анодно-гидравлической размерной обработки:
I — гидравлический насос; 2 и 5 — профилированные металлические катоды; 3 —
электролит; 4 — обрабатываемая заготовка; 6 — специальный фильтр
Анодно-механическая размерная обработка основана на
растворении поверхности анода (обрабатываемой заготовки) и уда-
лении образующихся непроводящих электрический ток оксидных
пленок с помощью механического перемещения (или вращения)
металлического катода, что обеспечивает непрерывность процес-
са растворения металла. При определенных условиях возникают
кратковременные электродуговые разряды, которые, создавая вы-
сокую температуру, выплавляют металл заготовки, что способствует
ускорению процесса обработки.
Данный метод обеспечивает высокую эффективность обработки
заготовок из твердых сплавов и труднообрабатываемых материа-
лов и сплавов. Например, при разрезании заготовки 2 (рис. 5.41),
подсоединенной к отрицательному полюсу источника постоянно-
го тока, вращающийся со скоростью со катод 1, подсоединенный
к положительному полюсу источника постоянного тока, в потоке
электролита 3 соприкасается под давлением с заготовкой и снимает
продукт анодного растворения металла (оксидную пленку) с ее об-
рабатываемой поверхности. Перемещение (v) катода-инструмента
в глубь обрабатываемой заготовки обеспечивает постоянство
протекания электрохимического процесса до полного разрезания
135
Рис. 5.41. Схема анодно-механической резки ме-
талла:
1 — катод-инструмент; 2 — обрабатываемая заготовка;
3 — струя электролита
заготовки или до образования в ней паза требуемой глубины. При
разрезании заготовки интенсивность съема металла составляет
2 000...3 ООО мм3/мин, точность обработки соответствует 11-му
квалитету, а шероховатость обработанной поверхности находится
в пределах параметра Ra 2,5... 1,25.
Ультразвуковая обработка применяется для твердых и хруп-
ких материалов (например, карбида вольфрама, алмазов, рубинов,
стекла), которые резанием обработать практически невозможно.
Сущность данного метода обработки заключается в том, что изго-
товленный из пластичного материала инструмент совершает про-
дольные колебания S с ультразвуковой частотой (16...25 кГц) и ам-
плитудой 0,02...0,06 мм и ударяет по зернам абразива, подаваемого
вместе с водой в зону обработки. Абразивные частицы внедряются
в относительно мягкий инструмент, наносят удары по поверхности
обрабатываемой заготовки и скалыванием разрушают материал за-
готовки. По истечении определенного времени на обрабатываемой
заготовке остается отпечаток, повторяющий изображение торца
инструмента, что позволяет производить ультразвуковую резку по
заданному контуру, прошивание отверстий и объемное копирова-
ние. Циркуляция абразивных зерен в зоне обработки, способствует
замене отработанных абразивных зерен новыми зернами и выносу
продуктов обработки из зоны обработки.
На рис. 5.42 показана схема ультразвуковой установки для об-
работки отверстий. Источником колебаний здесь является магни-
тострикционный вибратор 3, в котором электрическое напряжение
ультразвукового генератора 4 преобразуются в механические коле-
бания. Для увеличения амплитуды колебаний торца инструмента 2
используют акустический концентратор 5, к узкому сечению кото-
рого крепится инструмент. Насос 6 обеспечивает подачу абразивно-
го порошка, взвешенного в воде, в зону обработки заготовки 1. При
136
обработке глухих отверстий инструмент периодически поднимают
для удаления продуктов обработки и заполнения зоны обработки
свежим абразивом.
На производительность ультразвуковой обработки влияют сле-
дующие факторы: амплитуда механических колебаний инструмента,
характеристики материала обрабатываемой заготовки и материала
нбразива, размер зерен абразива и его концентрация в суспензии,
сила подачи инструмента на изделие и глубина обработки. Данным
методом можно обрабатывать отверстия диаметром 0,15...90 мм
с максимальной глубиной, равной 2...5 диаметрам отверстия, и точ-
ностью обработки до 0,01 мм.
Плазменная обработка (резка, сварка, напыление материалов
и др.) основана на использовании струи плазмы в качестве режу-
щего инструмента при раскрое материала и в качестве источника
теплоты при сварке. Плазменная горелка, называемая плазматро-
ном, или генератором плазмы, представляет собой техническое
устройство, в котором при протекании электрического тока через
разрядный промежуток образуется плазма, используемая для об-
работки материалов.
В плазменной горелке электрическая дуга зажигается между
электродом и обрабатываемой заготовкой, а в сопло подается газ
Рис. 5.42. Схема ультразвуковой установки для обработки отверстий:
/ — обрабатываемая заготовка; 2 — инструмент; 3 — магнитострикционный вибра-
тор; 4 — ультразвуковой генератор; 5 — акустический концентратор; 6 — насос
137
под высоким давлением. В результате внутри потока защитного газа
образуется струя плазмы с температурой до 30 тыс. °C и скоростью
потока до 1 500 м/с. Первоначальное зажигание дуги производит-
ся высоковольтным импульсом или коротким замыканием между
форсункой и обрабатываемой металлической заготовкой. Форсун-
ки в процессе обработки охлаждаются потоком газа (воздушное
охлаждение) или жидкостью (жидкостное охлаждение).
Для получения плазменной струи используются активные газы
(кислород) и неактивные газы (азот, аргон, водород). Активные
газы в основном используются для резки черных металлов, а не-
активные — для резки цветных металлов и сплавов.
Достоинствами плазменной резки являются:
возможность обработки любых металлов и сплавов;
высокая скорость резания материалов малой и средней толщины;
локальный нагрев разрезаемой заготовки, исключающий ее
тепловую деформацию;
высокая чистота поверхности реза;
безопасность процесса;
возможность сложной фигурной резки без ограничений гео-
метрической формы.
Область использования плазматронов в технологии машино-
строения включает в себя:
сварку и резку металлов и тугоплавких материалов;
нанесение ионно-плазменных защитных покрытий на различные
материалы;
нанесение керамических теплозащитных и электроизоляцион-
ных покрытий на металлы;
подогрев металла в ковшах при мартеновском производстве.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие параметры определяют метод обработки поверхности?
2. Какие методы используют для обработки плоских поверхно-
стей?
3. Какие методы используют для обработки наружных цилиндри-
ческих поверхностей?
4. Какие методы используют для обработки внутренних цилиндри-
ческих поверхностей?
5. Что представляют собой фрезерование по подаче и фрезеро-
вание против подачи?
6. Какие методы используют для нарезания наружной цилиндри-
ческой резьбы?
138
7. Какие методы шлифования используют для обработки наруж-
ных цилиндрических поверхностей?
8. Какие методы используют для нарезания профиля зубьев при
изготовлении зубчатых колес?
9. В чем заключается электроискровая обработка?
10. В чем заключается электрохимическая обработка?
11. Какова сущность гидроабразивной резки?
12. Чем принципиально различаются ленточное шлифование
и ленточное полирование?
13. Что такое засаливание и износ абразивного круга?
14. Для чего предназначены хонингование и суперфиниширова-
ние?
Глава 6
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
6.1.
СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА
Практика показывает, что процесс производства каждой машины
состоит из следующих этапов:
получение заготовок для деталей;
изготовление деталей;
сборка и испытание готовой машины.
Все параметры готовых деталей, влияющие на качество маши-
ны, обеспечиваются в процессе их изготовления на производстве
в механических и термических цехах. Все параметры соединений
деталей, определяющие точность сборки и влияющие на надеж-
ность готовой машины, обеспечиваются в процессе сборки машины
в сборочных цехах.
Технические условия на изготовление изделия содержат за-
дачи, которые технолог должен решить в процессе изготовления
деталей и сборки машины на машиностроительном предприятии.
Правильность постановки этих задач во многом предопределя-
ет время и затраты на их решение (с учетом того, принимал ли
технолог активное участие в отработке конструкции машины на
технологичность).
Деталь машины (гайка, вал, рабочая лопатка компрессора и др.)
представляет собой изделие, изготовленное из определенного ма-
териала без применения сборочных операций. Каждая деталь при
работе машины выполняет определенные функции, находясь во
взаимодействии с другими деталями. Каждая деталь имеет рабо-
чие поверхности, которыми она сопрягается с другими деталями
и свободные поверхности.
Сборочная единица представляет собой изделие, в котором
детали соединены и скреплены между собой с применением сбо-
140
рочных операций (свинчивания, сварки, запрессовки, склеивания
и др.). В результате сборки получают подвижные или неподвижные,
разъемные или неразъемные соединения машины, обеспечивающие
<ч* работоспособность.
Не подлежит сомнению тот факт, что качество деталей и сбо-
рочных единиц существенно влияет на качество готовой машины.
()< повными параметрами готовых деталей, определяющими каче-
ство машины, являются:
точность рабочих и свободных поверхностей;
шероховатость рабочих и свободных поверхностей;
точность взаимного положения поверхностей;
состояние поверхностного слоя;
прочность материала;
твердость рабочих поверхностей.
Эти параметры качества готовых деталей обеспечиваются в про-
цессе их изготовления на производстве в механических и терми-
ческих цехах, а точность сборочных параметров обеспечивается
в процессе сборки машины в сборочных цехах.
На производстве различают производственные и технологиче-
ские процессы.
Производственный процесс — это совокупность всех действий
предприятия по превращению материалов, поступивших на его
склады, в готовую машину, имеющую определенное служебное
назначение. Производственный процесс охватывает весь цикл
создания машины: от технологической подготовки производства
до упаковки и отправки на склад готовой продукции.
Технологический процесс — это часть производственного про-
цесса, содержащая только действия, непосредственно связанные
с превращением материала в готовое изделие (например, прутково-
го материала — в заготовку-поковку, заготовку — в деталь, готовые
детали — в собранное изделие).
В технологии машиностроения литье, ковку, сварку и холодную
штамповку относят к заготовительным процессам, удаление
припуска с заготовки резанием — к процессам механической об-
работки, изменение свойств материала посредством нагревания
с последующим охлаждением — к процессам термической или
химико-термической обработки.
Технологический процесс механической обработки, в результате
которого из исходной заготовки получают деталь заданной точности
и с заданным качеством поверхностей, включает в себя следующие
этапы: черновой, чистовой и отделочный, каждый из которых со-
стоит из операций.
141
Технологическая операция — это законченная часть техноло-
гического процесса, выполняемая на одном рабочем месте одним
или несколькими работающими, одной или несколькими единицами
оборудования, в том числе автоматического. В операцию входят все
действия оборудования и рабочего, обслуживающего рабочее место.
Технологическая операция является важнейшей единицей, используе-
мой для планирования, организации и экономических расчетов рабо-
ты цеха или предприятия в целом. На основе полной информации обо
всех операциях по производству машины рассчитывают число единиц
требуемого оборудования, необходимое число производственных ра-
бочих, требуемую площадь под производство, себестоимость машины
и другие параметры, определяющие рентабельность производства.
Технологическая операция подразделяется на переходы.
Технологический переход — это законченная часть техноло-
гической операции, в процессе которой остаются неизменными
режущий инструмент, обрабатываемые поверхности и режимы
обработки. Если технологическая операция состоит из одного-двух
переходов, говорят о дифференциации операций. Если техноло-
гическая операция состоит из большого числа переходов, говорят
о концентрации операций. Пределом дифференциации операций
является операция, состоящая из одного перехода. Пределом кон-
центрации операций является обработка всех поверхностей заго-
товки в одной операции. В практике нормирования операций раз-
личают основные и вспомогательные технологические переходы.
Основным технологическим переходом называют законченную
часть технологической операции, в процессе которой изменяется
форма заготовки, например происходит снятие с заготовки слоя
материала.
Вспомогательным технологическим переходом называют за-
конченную часть технологической операции, в процессе которой
действия рабочего и оборудования не сопровождаются снятием слоя
материала, например подвод режущего инструмента, управление
механизмами металлообрабатывающего станка и др.
ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Различают три вида технологических процессов: единичный,
типовой и групповой.
Единичный технологический процесс — это процесс изготовле-
ния одного изделия. Такие процессы разрабатывают для изготовле-
6.2.
142
ния оригинальных изделий, которые (или подобные им) на данном
предприятии ранее не изготовлялись.
Типовой технологический процесс — это процесс изготов-
ления изделий с общими конструктивными и технологическими
признаками. Такой процесс характеризуется общностью содер-
жания и последовательности выполнения операций и переходов.
Типовые процессы используют в качестве источника информации
при разработке рабочих технологических процессов изготовления
деталей новых изделий. Типовые технологические процессы также
используют для разработки нормативной базы предприятия (стан-
дартов, нормалей). Чаще эти процессы применяют в мелкосерийном
и среднесерийном производстве.
Групповой технологический процесс — это процесс изготовле-
ния ряда изделий с разными конструктивными, но с общими техно-
логическими признаками, например получение поковок различной
конфигурации методом горячей объемной штамповки. Используют
этот процессы в мелкосерийном и среднесерийном производстве.
Кроме того, и типовые, и групповые технологические процессы
могут быть рабочие и перспективные. Рабочим называют технологи-
ческий процесс изготовления изделия по рабочей технологической
и конструкторской документации. Перспективным называют техно-
логический процесс, базирующийся на новых достижениях науки
и техники, который предприятию предстоит освоить и отладить.
Технологические процессы механической обработки заготовок
характеризуются следующими параметрами:
производственная программа выпуска;
такт выпуска;
цикл технологической операции;
ритм выпуска;
техническая норма времени.
Производственная программа — перечень наименований из-
готовляемых на предприятии (или в цехе) изделий с указанием их
числа и срока изготовления.
Такт выпуска — интервал времени (периодичность), через
который выпускается изделие, например конкретная деталь или
машина. При изготовлении изделия в течение года такт его выпуска,
мин, рассчитывают по формуле
т = Ф/Л/г = 254пЛ60/7Уг,
где Ф — фонд рабочего времени за год; Nr — годовая программа вы-
пуска изделий; 254 — число рабочих дней в году; п — число рабочих
смен в сутки; f— продолжительность рабочей смены, ч.
143
6.3.
Цикл технологической операции — интервал времени от начала
и до окончания технологической операции.
Ритм выпуска — число готовых изделий одного наименования,
выпускаемых в единицу времени.
Техническая норма времени — обоснованное расчетом время
выполнения технологической операции.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
Под технологической наследственностью понимают перенос на
готовую деталь погрешностей формы и свойств исходной заготовки,
которые были сформированы в процессе ее получения. В процессе
обработки исходной заготовки происходит изменение состояния
поверхностного слоя ее материала, т. е. изменение эксплуатацион-
ных свойств готовой детали под влиянием применяемых режимов
обработки, методов обработки, режущего инструмента, условий
охлаждения и последовательности выполняемых операций.
Ресурс работы деталей зависит от способов обработки ее поверх-
ностей. Например, чистовое шлифование рабочих поверхностей
пары сопрягаемых деталей обеспечивает определенное время ра-
боты этих деталей, а хонингование тех же поверхностей обеспечит
значительно больший срок их работы.
При шлифовании могут образовываться прижоги отдельных
участков обрабатываемой поверхности, изменяющие твердость ма-
териала в этих местах. На границах таких участков могут появляться
остаточные напряжения или микротрещины, приводящие к сни-
жению срока службы сопрягаемых деталей. Исключить данную
технологическую наследственность можно обильным охлаждением
непосредственно зоны снятия материала.
Выбор метода окончательной обработки рабочих поверхностей
деталей сказывается на работе их в высокотемпературной зоне,
когда в процессе эксплуатации происходит релаксация остаточных
напряжений, возникших при механической обработке, но не устра-
ненных при окончательной (более тонкой) обработке.
В целях снижения влияния технологической наследственности
на эксплуатационные свойства деталей механическую обработку
исходных заготовок подразделяют на следующие этапы: черновой,
чистовой и финишный. Для деталей, работающих под действием
больших нагрузок и в зоне высоких температур, применяют отде-
лочные операции или операции упрочняющих технологий.
144
6.4.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
МАШИН
Всю исходную информацию для разработки технологического
процесса можно подразделить на базовую, нормативную и спра-
вочную.
Базовая информация содержится в рабочих чертежах деталей
и технических условиях на изготовление изделия. Программа вы-
пуска изделий и сроки ее выполнения также относятся к базовой
информации.
Нормативная информация содержится в стандартах разного
уровня (ГОСТ Р, ОСТ, СТП), заводских нормалях, производственных
инструкциях, типовых и групповых технологических процессах,
требованиях к единицам технологического оснащения, документах
но охране труда и окружающей среды, а также в технологических
нормативах по выбору припусков, режимов обработки, норм рас-
хода материалов.
Справочная информация содержится в описаниях прогрессив-
ных методов обработки, каталогах, паспортах технологического
оборудования, справочниках, планах компоновки технологического
оборудования в цехе и на отдельных его участках.
Приступая к проектированию технологического процесса, важно
знать, для какого производства разрабатывается технологический
процесс: для действующего или для вновь создаваемого.
При проектировании технологического процесса для действую-
щего производства технолог должен знать:
структуру предприятия;
возможности заготовительных и вспомогательных цехов;
состав технологического оборудования;
технологические возможности каждой единицы оборудования;
уровень метрологического обеспечения цехов и производствен-
ных участков;
комплектность имеющегося режущего инструмента;
уровень квалификации рабочих основных профессий и другие
данные.
При проектировании технологического процесса для вновь соз-
даваемого производства технолог самостоятельно определяет не-
()бходимые технологическое оборудование, режущий и контрольно-
измерительный инструмент, а также возможную планировку про-
145
изводственных участков цеха и многое другое, необходимое для
изготовления качественного изделия. Основными критериями
в данном случае является себестоимость готового изделия и его
качество, т. е. известная формула соотношение цены и качества
определяет экономическую целесообразность изготовления дан-
ного изделия.
Поскольку разработка технологического процесса изготовления
детали основывается на двух принципах — техническом и эконо-
мическом, технолог не только разрабатывает процесс, но и обо-
сновывает выбранный вариант обработки поверхностей заготовки
технико-экономическими расчетами.
Обосновывая техническую сторону разрабатываемого процес-
са, технолог должен помнить, что при его реализации необходимо
обеспечить соблюдение всех требований рабочего чертежа детали
при полном и правильном использовании задействованного техно-
логического оборудования, режущего и контрольно-измерительного
инструмента.
Обосновывая экономическую сторону разрабатываемого процес-
са, технолог должен помнить, что детали должны изготавливаться
с наименьшими затратами труда и издержками производства, т. е.
себестоимость детали должна быть наименьшей, а качество дета-
ли — наилучшим.
Выбирая отдельные единицы технологического оборудования
по имеющимся каталогам, следует помнить, что точность, произ-
водительность и уровень автоматизации того или иного станка яв-
ляются залогом успеха изготовления высококачественных деталей,
которые обеспечат высокое качество машины, а следовательно, ее
спрос на рынке сбыта.
Разработка технологического процесса изготовления детали
включает в себя следующие этапы.
1. Изучение рабочего чертежа детали, для которой разрабаты-
вается технологический процесс.
2. Ознакомление с программой выпуска машины и сроками из-
готовления детали.
3. Определение предполагаемого типа производства.
4. Анализ технологичности детали с учетом программы ее выпу-
ска и типа производства и (при необходимости) выбор мероприятий
по улучшению технологичности детали.
5. Выбор на основании экономических расчетов экономически
целесообразного метода получения исходной заготовки для детали.
6. Определение конструкторских баз и выбор поверхностей,
которые будут использоваться в качестве технологических баз.
146
6.5.
7. Составление маршрута обработки всех поверхностей заготов-
ки с учетом требований к их точности и шероховатости, а такж^
вида и места термообработки.
8. Составление эскизов обработки и установки заготовки, а так-
же определение всех технологических переходов с учетом степени
концентрации операций.
9. Выбор приспособлений, режущего, вспомогательного и конт-
рольно-измерительного инструмента для каждой операции.
10. Назначение режимов резания и параметров для наладкц
операций.
11. Выполнение технического нормирования операций.
12. Сопоставление такта выпуска изделия с данными техниче-
ского нормирования и уточнение (при необходимости) степени
концентрации отдельных операций.
13. Определение уровня квалификации рабочих на всех опера-
циях механической обработки.
14. Оформление операционных карт и технологического про-
цесса изготовления детали как документа.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ПРОИЗВОДСТВА
Тип производства во многом определяет структуру техноло-
гического процесса. В зависимости от номенклатуры и объема
выпуска машин и их размеров различают следующие типы про-
изводства:
единичное;
мелкосерийное;
среднесерийное;
крупносерийное;
массовое.
При единичном производстве машины выпускают в малых
количествах. Причем дальнейшее производство таких машин по
неизменным чертежам не предусматривается. Как правило, это
изготовление опытных образцов машин, единиц уникального обо-
рудования или специальных приспособлений для деталей.
При серийном производстве машины изготовляют партиями,
выпуск которых может повторяться по тем же конструкторским
документам. При этом заготовки для деталей подают на каждую
операцию технологическими партиями. Технологическая партия
включает в себя определенное число заготовок одного наименова-
ния и одного типоразмера, одновременно поступающих для обра-
147
ботки на одно рабочее место. Число заготовок в технологической
партии рассчитывают по формуле
7УП = Л^/Д,
где Nr — годовая программа выпуска деталей; f — число рабочих
дней, на которые экономически целесообразно иметь незавершен-
ное производство; Д — число рабочих дней в году (например, 254
дня при двух выходных днях в неделю).
После обработки партии одних заготовок станок переналажи-
вают на обработку партии других заготовок.
При массовом, производстве выпуск машины и соответственно
изготовление деталей по неизменяемым чертежам производится
в больших объемах и продолжительное время. При этом за рабо-
чими местами закрепляются одни и те же операции.
Тип производства устанавливают посредством сравнения такта
выпуска т со средним значением штучного времени £шт ср для основ-
ных операций.
При соотношении т < £шт ср производство считают массовым,
т. е. постоянно выполняемую операцию закрепляют за отдельным
рабочим местом.
При соотношении т > £шт ср производство считают серийным
и определяют число заготовок в технологической партии.
Применительно к механической обработке заготовок тип произ-
водства можно приблизительно установить, используя табл. 6.1.
Технологу, принимающему активное участие в отработке
технологичности конструкции изделия и его деталей на стадиях
технической и технологической подготовки производства, следует
обращать особое внимание на то, чтобы все детали изготовлялись
с наименьшими затратами материалов и труда при обязательном
Таблица 6.1. Определение типа производства
Тип производства Годовая программа выпуска различных заготовок, шт./год
крупных (массой более 50 кг) средних (массой 1 ...50 кг) мелких (массой до 1 кг)
Единичное Менее 5 До 10 До 100
Серийное Более 5 до 1 000 Более 10 до 5 000 Более 100 до 50 000
Массовое Более 1 000 Более 5 000 Более 50 000
148
сохранении всех заявленных параметров качества готовой машины.
Анализируя конструктивно-технологические особенности деталей,
технолог намечает метод получения и форму заготовки для каждой
детали, определяет необходимость использования дополнительных
приспособлений (например, люнета или подводимой опоры в за-
висимости от жесткости заготовки) и первичные базы для каждого
типа заготовки.
Для заготовок, получаемых из горячекатаного прутка штампов-
кой на горизонтально-ковочной машине, наилучшей первичной
базой является часть его цилиндрической поверхности, не под-
вергающейся деформации. Для заготовок, получаемых в открытых
штампах с поперечной плоскостью разъема, хорошей первичной
базой может служить цилиндрический поясок, получающийся при
обрубке облоя в круглом вырубном штампе.
Составленный технологом рабочий чертеж заготовки является
для заготовительного производства рабочим чертежом готового
изделия, а для механообрабатывающего производства — исходным
документом для разработки технологического процесса изготовле-
ния конкретной детали.
На чертеже заготовки технолог указывает полную информацию
о ее форме и размерах, а также технические требования на изго-
товление этой заготовки исходя из экономически целесообразной
точности. В целях продления работы штампа допуски на размеры
заготовки указывают с учетом будущего износа поверхностей
штампа при производстве заготовок. Например, если в результате
износа ручей штампа будет увеличиваться в размере, верхнее от-
клонение размера заготовки в этом месте будет несколько больше
нижнего отклонения на этот размер (т. е. если верхнее отклонение
на этот размер составляет +1,5 мм, то нижнее отклонение на него
будет +1,0 мм).
Таким образом, на чертеже заготовки, составляемом технологом
механического цеха совместно с технологом заготовительного про-
изводства, указывают:
контур готовой детали штриховой или тонкой линией;
вид термической обработки;
группу контроля материала;
материал и его твердость;
массу заготовки;
параметры шероховатости поверхности;
допускаемые поверхностные и внутренние дефекты;
метод очистки от окалины;
допустимые погрешности формы поверхностей;
149
допустимые погрешности взаимного расположения форм по-
верхностей;
технологические уклоны и радиусы;
способы контроля готовой заготовки и др.
В результате проведенной работы технолог определяет по-
верхность заготовки, которая будет использоваться в качестве ее
первичной установочной базы при обработке на первой операции
технологического процесса.
На основании анализа рабочего чертежа детали технолог опреде-
ляет конструкторские базы и выбирает поверхности, которые будут
использоваться в качестве технологических баз при обработке.
Правильный выбор поверхностей заготовки для технологических
баз во многом определяется геометрией готовой детали, а также
формой исходной заготовки и формами заготовок, поступающих на
конкретную операцию механической обработки. Некоторые готовые
детали получают за одну операцию, например на автоматическом
оборудовании, и в этом случае требуется лишь одна установочная
база, так как заготовку обрабатывают за одну установку на станке.
При выполнении обработки на нескольких станках требуется
несколько установок заготовки. В этом случае целесообразно по
возможности использовать единую, или постоянную, установоч-
ную базу, что снизит затраты на обеспечение требуемой точности
операционных размеров. Однако следует иметь в виду, что по мере
продвижения обрабатываемой заготовки по маршруту изготовления
детали эти базы следует периодически восстанавливать, особенно
перед окончательной обработкой. Например, после термической
обработки для снятия появившейся окалины и деформации у заго-
товок для валов повторно обрабатывают центровые фаски, исполь-
зуемые для базирования их в центрах токарных и шлифовальных
станков в качестве постоянной установочной базы.
Так как заготовки в большинстве случаев обрабатываются на раз-
ных металлообрабатывающих станках, возможны различные принци-
пы их базирования, основными из которых являются следующие:
при обработке на станках-автоматах заготовку базируют на не
обработанную ранее поверхность, например при использовании
в качестве исходной заготовки длинного прутка;
если заготовку обрабатывают за несколько установок, целесо-
образно соблюдать принцип постоянства баз, как это делают при
обработке валов, базируя их в центрах на центровые фаски;
при необходимости одновременного базирования заготовки на
обработанные и необработанные поверхности следует проводить
поверочный расчет в целях подтверждения ожидаемой точности,
150
6.6.
что может привести к изменению точности конструкторского
размера;
при последовательной обработке заготовки происходит много-
кратная смена одних и тех же баз, например при черновом
и чистовом шлифовании плоской заготовки с обеих сторон;
при многоинструментальной обработке заранее выбранные
технологические (установочные) базы используют для наладки
операции, т.е. для определения положения режущих инструмен-
тов в зоне обработки.
Поверхности заготовки, которые могут служить хорошими уста-
новочными базами на каждой операции, определяют на стадии ана-
лиза вариантов их выполнения. Этот выбор предопределяет или тип
универсального станочного приспособления и способ базирования
в нем заготовки, либо конструкцию будущего специального станоч-
ного приспособления и способ базирования в нем заготовки.
ПРИНЦИПЫ СОСТАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
Под технологическим маршрутом изготовления детали понима-
ют последовательность выполнения операций, необходимых для
превращения исходной заготовки в готовую деталь, с присвоением
им соответствующих технологических номеров.
В качестве исходной информации при составлении маршрута
изготовления конкретной детали используют чертежи заготов-
ки и детали с техническими требованиями для ее изготовления,
а также сведения о возможных методах обработки различных по-
верхностей.
Определяя маршрут обработки поверхностей заготовки, решают
комплексную задачу. Для снижения влияния технологической на-
следственности на готовую деталь технологический процесс под-
разделяют на этапы: черновой, чистовой и финишный, а иногда
и отделочный. В целях обеспечения заданной точности размеров
в качестве установочных баз выбирают поверхности, являющиеся
конструкторскими базами по отношению к обрабатываемым по-
верхностям, что определяет конструкцию установочных элементов
приспособления для заготовки. Назначая методы обработки раз-
личных по конфигурации поверхностей, исходят из накопленного
опыта обработки элементарных поверхностей (плоских, цилиндри-
ческих внутренних и наружных), и имеющегося опыта обработки
151
сложных фигурных поверхностей (резьбовых, эвольвентных и др.).
Однако главными факторами при этом являются рентабельность,
точность и производительность. В нормативно-справочных мате-
риалах содержатся рекомендации по выбору рациональных методов
обработки поверхностей различных форм в зависимости от их кон-
фигурации, требуемых квалитета точности, шероховатости, а также
ряда производственных условий и ограничений. При определении
последовательности технологических операций можно использовать
следующие методические рекомендации:
1) исходная заготовка, полученная штамповкой, должна пройти
термическую обработку в целях снятия внутренних напряже-
ний, возникших внутри материала при его деформировании;
2) в первую очередь следует обрабатывать поверхности, исполь-
зуемые в дальнейшем в качестве технологических баз;
3) на этапе черновой обработки следует снимать со всех поверх-
ностей половину общего припуска и отбраковывать заготовки
с недопустимыми вскрытыми дефектами. При этом в целях
предотвращения деформирования заготовки от воздействия
сил резания необходимо применять дополнительные опоры,
исключающие прогиб обрабатываемой заготовки, или снимать
припуск за несколько проходов;
4) при обработке точных поверхностей следует назначать методы
обработки с последующим уменьшением снимаемого припуска,
что уменьшит влияние технологической наследственности;
5) заданную точность поверхностей получают на окончательных
операциях применением соответствующих методов обработки;
6) фрезерование пазов, сверление отверстий, снятие фасок сле-
дует производить на чистовом этапе обработки;
7) отделочные операции, например хонингование, окончательное
шлифование, притирание, следует производить после терми-
ческой или химико-термической обработки;
8) обработку легкоповреждаемых поверхностей, например на-
ружной резьбы, следует производить в конце технологическо-
го маршрута;
9) контрольные операции следует выполнять в середине маршру-
та в целях обнаружения брака и в конце маршрута для оконча-
тельного контроля готовой детали.
Приведенная последовательность выполнения операций может
быть несколько нарушена при обработке заготовки в одну установ-
ку, например при обработке на многорезцовом оборудовании.
В ряде случаев последовательность обработки определяется це-
почкой проставленных на чертеже детали размеров. Например, при
152
обработке поверхностей детали, показанной на рис. 6.1, в первую
очередь обрабатывают поверхность Н, от которой проставлено
наибольшее число размеров (а, б, в, ж), далее обрабатывают по-
верхности А, Б, В, Ж, выдерживая соответственно размеры а, б,
в, ж. Затем обрабатывают поверхности Д и Е, выдерживая соот-
ветственно размеры g и е, и поверхность Г, связанную размером г
с поверхностью В.
При разработке технологического маршрута для действующего
производства в целях сокращения времени на транспортировку за-
готовок от одного рабочего места к другому необходимо учитывать
расположение обрабатывающего оборудования и существующие
транспортные потоки.
Использование имеющихся на предприятии типовых техноло-
гических процессов изготовления деталей значительно сокращает
время на разработку технологического маршрута, а сам маршрут
в этом случае максимально приближается к условиям действующего
производства.
Примерные маршруты обработки наружных цилиндрических
поверхностей с учетом заданных точности и шероховатости по-
верхностей можно составить с помощью рис. 6.2.
Примерные маршруты обработки внутренних цилиндрических
поверхностей с учетом заданных точности и шероховатости поверх-
ностей можно составить с помощью рис. 6.3.
В качестве примера далее приведен вариант маршрута обработки
поверхностей вала (рис. 6.4), исходная заготовка которой получена
штамповкой на горизонтально-ковочной машине (форма заготовки
показана тонкой красной линией К) :
1) термическая обработка заготовки;
2) фрезерно-центровальная операция;
Рис. 6.1. Пример простановки размеров на чертеже детали
153
3) черновое обтачивание с одной стороны;
4) черновое обтачивание с другой стороны;
5) чистовое обтачивание с одной стороны;
6) чистовое обтачивание с другой стороны;
7) фрезерование шпоночного паза;
8) снятие заусенцев;
9) термическая обработка полуфабриката детали;
10) черновое шлифование поверхности А;
11) черновое шлифование поверхности Б;
12) чистовое шлифование поверхности А;
13) чистовое шлифование поверхности Б;
Черновое обтачивание
/?а50...6,3 Квалитеты 13 и 14
Rz8Q
I .....................................I ..........................I
Точение чистовое (окончательное)
Ra 12,5 Квалитеты 8 и 9
Rz20
Точение чистовое (под шлифование)
Ra 12,5 Квалитеты 10и И
Rz20
Шлифование окончательное
3,2 ...1,25 Квалитеты 8и9
Шлифование предварительное
Ra 6,25 Квалитет 9
'! Точение чистовое
Ra 12,5 Квалитеты 7и8
£z20
Точение тонкое (алмазное)
Ra 1,25...3,2 Квалитеты 7и8
[
Шлифование тонкое Шлифование чистовое
- < пг Квалитеты Kai,25 5и6 Ra 1,25...3,2 *^7™ О И г
Притирка
0,25...0,1 Квалитеты 4и5
1
Супер- финиширование
Ra0,25...0,l Квалитеты 4 и 5
Рис. 6.2. Маршруты получения параметров наружных цилиндрических по-
верхностей
154
155
Рис. 6.3. Маршруты получения параметров внутренних цилиндрических поверхностей
14) нарезание резьбы (М) с двух сторон;
15) контроль готовой детали.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какова структура технологического процесса изготовления
детали?
2. В чем состоит различие производственного и технологического
процессов?
3. Что считают технологической операцией?
4. Что считают технологическим переходом?
5. Какой технологический переход называют основным, а какой —
вспомогательным?
6. Что представляет собой типовой технологический процесс?
7. Зачем технологу необходимо знать такт выпуска деталей?
8. Что представляет собой технологическая наследственность?
9. Какая исходная информация необходима технологу для раз-
работки технологического процесса изготовления детали?
10. Какие этапы включает в себя разработка технологического
процесса изготовления детали?
11. Что представляет собой серийное производство машин?
12. Что представляет собой единичное производство машин?
13. Что называют технологическим маршрутом изготовления де-
тали?
14. Как в технологическом маршруте определяют возможные ме-
ста термической обработки?
15. На основании чего технолог назначает последовательности
обработки поверхностей исходной заготовки?
Глава 7
НОРМИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ОПЕРАЦИЙ
7.1.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНИЧЕСКОМ
НОРМИРОВАНИИ ОПЕРАЦИЙ
Техническое нормирование операций — это совокупность мето-
дов и приемов, позволяющих установить технически обоснованную
। горму времени на выполнение определенных операций технологи-
ческого процесса в условиях конкретного производства.
Норма времени — это технически обоснованное время выпол-
нения технологической операции в наиболее благоприятных для
данного производства условиях.
На основе норм времени выполнения операций рассчитывают
заработную плату рабочих, рассчитывают производительность
труда и количество необходимого технологического оборудования,
планируют работу производственных подразделений, определяют
потребность в рабочей силе и др.
Установить технически обоснованную норму времени на выпол-
нение технологической операции можно расчетом по нормативам,
с помощью хронометража и фотографирования рабочего дня в кон-
кретных производственных условиях или посредством сравнения
с типовыми процессами.
При расчете нормы времени по нормативам технологическую
операцию механической обработки разбивают на технологические
переходы, анализируют их и для каждого перехода по справочникам
устанавливают продолжительность исполнения. Продолжитель-
ность всей операции складывается из суммы времени, затрачивае-
мого на отдельные переходы с учетом возможной параллельности
их выполнения.
Например, операция фрезерования плоскости в условиях еди-
ничного производства может состоять из следующих основных
и вспомогательных переходов:
157
установка заготовки на станок;
выверка положения заготовки и ее закрепление;
включение станка;
подведение заготовки к фрезе;
фрезерование небольшого участка поверхности;
отведение заготовки от фрезы;
измерение получившегося размера;
корректирование взаимного положения фрезы и заготовки с по-
мощью лимба;
подведение заготовки к фрезе и включение автоматической
подачи;
фрезерование поверхности заготовки;
выключение станка по окончании обработки;
раскрепление и снятие детали;
укладка детали в тару;
отведение стола станка в исходное положение;
очистка станка от стружки.
Продолжительность выполнения отдельных переходов, за-
висящую от массы и размеров заготовки, схемы ее базирования,
типа станка, требуемой точности обработки и других факторов,
устанавливают по общемашиностроительным справочникам для
нормирования станочных работ.
Для установления технически обоснованной нормы времени
на каждую операцию необходимо рассчитывать штучное время,
т. е. продолжительность обработки одной заготовки в условиях
массового производства, включающее в себя несколько состав-
ляющих:
^шт “ ^орг ^т. о
где to — основное (машинное или технологическое) время; tB —
вспомогательное время; fopr — время организационного обслужи-
вания; tT о — время технического обслуживания; tn — время пере-
рывов в работе на отдых и личные надобности.
Основное время — это время, в течение которого достигается
цель технологической операции, т. е. непосредственно осуществля-
ется изменение размеров и формы заготовки, а также качества ее
поверхностного слоя.
При механической обработке заготовки на станке основное вре-
мя определяют для каждого основного перехода по формуле
toi= (Lpi)/(SMHHa),
158
Рис. 7.1. Схема обтачивания заготовки за один переход:
/ — обрабатываемая заготовка; 2 — проходной резец; 3 — приспособление для
базирования заготовки
где Lp — расчетная длина обработки (рис. 7.1); i — число рабочих
проходов в данном переходе; 5МИН — минутная подача режущего
инструмента; а — число одновременно обрабатываемых загото-
вок.
Минутная подача режущего инструмента (резца) определянтся
по формуле
*^МИН = ^So6f
где п — частота вращения шпинделя или фрезы, мин-1; So6 — по-
дача на один оборот детали или фрезы, мм.
Расчетная длина обработки определяется по формуле
^р — L + £врез + £п»
где L — длина обрабатываемой поверхности, мм; £врез — длина
врезания режущего инструмента; Ln — длина перебега (выхода или
схода) режущего инструмента, мм.
Основное время на всю операцию определяется как сумма зна-
чений основного времени каждого перехода, т.е. to = ^toi.
Вспомогательное время — это время, затрачиваемое рабочим
на выполнение вспомогательных переходов (установку и закре-
пление заготовки, снятие детали, управление механизмами станка,
контрольные измерения и др.). Это время, зависящее от многих
факторов, сопутствующих каждому методу обработки, определяется
по нормативно-справочным данным.
Оперативное время — это время, в течение которого выполня-
ются действия, повторяющиеся при обработке каждой заготовки,
т. е. это сумма основного и вспомогательного времени:
159
^ОП + ^В’
Время организационного обслуживания рабочего места — это
время, затрачиваемое рабочим-станочником на уход за рабочим ме-
стом в течение смены (на раскладку и уборку инструмента, осмотр
и опробование станка, очистку от стружки станка и его смазывание)
и определяемое в процентах от оперативного времени. Например,
по нормативам для крупносерийного производства оно составляет
0,8...2,5 % от оперативного времени.
Время технического обслуживания рабочего места — это
время, затрачиваемое рабочим на уход за рабочим местом в про-
цессе выполнения работы (на подналадку и регулирование станка
в процессе работы, правку и замену затупившегося режущего ин-
струмента, сметание стружки в процессе работы) и определяемое
в процентах от основного времени. По нормативам для большинства
станков оно составляет 3...6 % от основного времени.
Для более точного определения времени технического обслу-
живания рабочего места (при массовом производстве) применяют
расчетные формулы:
при черновой обработке заготовок
^Т. О —
где tc — время, затрачиваемое на смену притупившегося инстру-
мента; q = T/to — число заготовок, обрабатываемых за период Т
стойкости режущего инструмента;
при чистовой обработке заготовок
^Т. О — (^ПН-^ПН “* ^пр-^пр “*
где fnH, fnp — время, затрачиваемое на подналадку и правку инстру-
мента; Кпн, Кпр — число подналадок и правок инструмента; q — чис-
ло заготовок, обработанных за период стойкости режущего инстру-
мента.
Время перерывов в работе на отдых и личные надобно-
сти — это время, затрачиваемое рабочим на личные физиологи-
ческие потребности и отдых. Время на отдых, предусматриваемое
на тяжелых утомительных работах, определяется по нормативам
в процентах от оперативного времени. В единичном и серийном
производстве время на отдых составляет 4...5 % от оперативного
времени, а в крупносерийном и массовом производстве — 5...8 %,
но не более 2 % от продолжительности рабочей смены.
Поскольку в серийном производстве заготовки на обработку по-
дают технологическими партиями, на подготовку и наладку станка,
160
приспособлений и инструментов, приведение их в первоначальное
состояние после окончания обработки всей партии заготовок от-
водится подготовительно-заключительное время tn_3. Это время
зависит от сложности оборудования, оснастки, характера выпол-
няемой работы и уровня сложности наладки, но не зависит от числа
обрабатываемых заготовок в партии. Норма времени на обработку
технологической партии заготовок с учетом подготовительно-
заключительного времени определяется по формуле
^парт — ^шт^п + ^п-з»
где Nn — число заготовок в технологической партии.
Штучно-калькуляционное время — это время обработки одной
заготовки в серийном производстве, при котором подготовительно-
заключительное время задается на технологическую партию, со-
стоящую из числа Nn заготовок. Рассчитывается оно по формуле
^шт-к — -^ШТ + ^П-з/^1Г
Рассмотрим методики нормирования основных операций меха-
нической обработки заготовок.
МЕТОДИКА НОРМИРОВАНИЯ ТОКАРНЫХ
ОПЕРАЦИЙ
Рассмотрим операцию чистовой обработки поверхностей штуч-
ных заготовок в виде толстостенной трубы (рис. 7.2, а) в целях по-
лучения детали (рис. 7.2, б) с обработанными поверхностями А, Б, В,
Г при заданной шероховатости Rz 20. Производство крупносерийное
при годовой программе выпуска 16,5 тыс. деталей. Операция вы-
полняется на токарном станке с ручным управлением.
Определим такт выпуска т, знание которого необходимо для воз-
можного уточнения концентрации данной операции по результатам
технического нормирования. При работе в одну смену (п = 1)
т = Ф/N? = 254nf- 60/Nr = 254 • 1 • 8 • 60/16 500 = 7,4 мин,
где Ф — фонд рабочего времени за год; Nr — годовая программа
выпуска изделий; 254 — число рабочих дней в году; п — число ра-
бочих смен в сутки; f— продолжительность рабочей смены, ч;
60 — число минут в одном часе.
Операция, выполняемая на токарном станке с ручным управ-
лением, состоит из трех основных и типовых вспомогательных
переходов (установка и закрепление заготовки, запуск и выклю-
161
Рис. 7.2. Обтачивание заготовки в виде толстостенной трубы:
а — чертеж заготовки; б — чертеж детали; в...д — чертежи трех основных пере-
ходов; 1...3 — используемые резцы
чение станка, подвод и отвод режущего инструмента, включение
автоматической подачи режущего инструмента, раскрепление
и снятие детали).
Основные переходы включают в себя:
переход 1 — обточку торцовой поверхности В (рис. 7.2, в) с вы-
держкой размера £д при шероховатости поверхности Rz 20;
переход 2 — обточку наружной цилиндрической поверхности
Б и торцовой поверхности А (рис. 7.2, г) с выдержкой размеров
соответственно с?д и £ф при шероховатости обеих поверхностей
Rz 20;
переход 3 — расточку внутренней цилиндрической поверхности
Г (рис. 7.2, д) с выдержкой размера £)д при шероховатости по-
верхности Rz 20.
Определим основное время всей операции.
Переход 1. Обработка торцовой поверхности В (см. рис. 7.2, в)
осуществляется с радиальной подачей SMHH резца 1. Длина обработки
162
|)<ibiia толщине стенки заготовки, т.е. Ц = 0,5(d3 - D3). Определив по
нормативно-справочным таблицам размеры врезания £врез и перебе-
га £,, резца, найдем расчетную длину £р обработки: £р = £врез + £ + £п.
Тогда основное время для первого перехода
*о1 — (-^врез + £ + ^п)/*^мин’
Минутную поперечную подачу 5МИН резца найдем как произ-
ведение поперечной подачи 5об резца за один оборот заготовки
и числа оборотов в минуту шпинделя (заготовки): 5МИН = So6n, где So6
определяется по справочным таблицам. Поскольку у большинства
станков число оборотов шпинделя задается ступенчато, расчет-
ное значение п следует уточнять по паспортным данным станка,
т.е. следует определять фактическое число оборотов шпинделя
станка.
Расчетное число ri оборотов шпинделя станка определяется
с использованием расчетной скорости резания v', выбранной по
справочной таблице, и диаметра £)п обрабатываемой поверхности,
т.е. по формуле ri = 1 000vV(n:£)n). При обработке торца диаметр
£)„ обрабатываемой поверхности целесообразно определять как
среднее значения внутреннего и наружного диаметров трубчатой
заготовки. В данном случае £)п = 0,5(d3 + D3). При уточнении рас-
четного значения ri по паспортным данным станка ближайшее
к нему значение выбирается в качестве фактического числа оборо-
тов шпинделя п, после чего рассчитывается фактическая минутная
подача 5МИН резца, значение которой необходимо для определения
основного времени первого перехода.
Переход 2. Наружная цилиндрическая поверхность Б (см.
рис. 7.2, г) и примыкающая к ней торцовая поверхность А обраба-
тываются с продольной подачей 5МИН резца 2 за два прохода (г = 2).
Длина £ обработки определяется как разность длины £д детали,
полученной на первом переходе, и толщины £ф фланца: L = LA- L$.
Назначив по нормативно-справочным таблицам размер врезания
Lnpe3 ПРИ отсутствии перебега резца, найдем расчетную длину £р
обработки: £р = £врез + £д - £ф.
Минутная продольная подача 5МИН резца определяется как произ-
ведение продольной подачи резца за один оборот шпинделя станка
(заготовки) и числа оборотов в минуту шпинделя (заготовки), т.е.
5МИН = So6n’ где 5об, мм/об, назначается по справочным таблицам.
Расчетное число оборотов ri шпинделя станка определяется
с использованием расчетной скорости резания vf, выбранной по
справочной таблице, и диаметра с?д обрабатываемой поверхности,
163
т. е. по формуле п' = 1 000v7(n:dA). При уточнении полученного зна-
чения п' по паспортным данным станка ближайшее к нему значение
выбирается в качестве фактического числа оборотов шпинделя п,
после чего рассчитывается фактическая минутная подача 5МИН резца,
значение которой необходимо для определения основного времени
второго перехода: to2 = (LBpe3 + LА - Лф)?75мин.
Переход 3. Внутреннюю цилиндрическую поверхность Г
(см. рис. 7.2, д) растачивают с продольной подачей 5МИН резца 3
за один проход (z = 1). Длина обработки Lp равна длине 1Д детали.
Назначив по нормативно-справочным таблицам размеры Лврез вре-
зания и Ln перебега резца, найдем расчетную длину Lp обработки:
— -^врез + -^д + -^п*
Минутная продольная подача определяется как произведение
продольной подачи резца за один оборот шпинделя станка (заготов-
ки) и числа оборотов в минуту шпинделя (заготовки), т. е. 5МИН = So6n,
где So6 назначается по справочным таблицам.
Расчетное число оборотов п' шпинделя станка определяется
с использованием расчетной скорости резания vf, выбранной по
справочной таблице, и диаметра jDa обрабатываемой поверхности,
т. е. по формуле nf = 1 OOOv7(ti:jDa). При уточнении расчетного значе-
ния п' по паспортным данным станка ближайшее к нему значение
выбирается в качестве фактического числа п оборотов шпинделя,
после чего рассчитывается фактическая минутная подача резца 5МИН,
значение которой необходимо для определения основного времени
третьего перехода to3 = (£врез + £д + Ln)/SMmr
Основное время всей операции определяется в виде суммы основ-
ного времени трех переходов, т.е. to = fol + to2 + to3.
Вспомогательное время tB на операцию определяется по спра-
вочным таблицам с учетом типа металлообрабатывающего станка
и способа установки и закрепления обрабатываемой заготовки.
Оперативное время ton определяется в виде суммы основно-
го времени to и вспомогательного времени tB на операцию, т.е.
fon ~ to + ^В*
Время организационного обслуживания рабочего места опреде-
ляется в процентах от оперативного времени. По нормативам для
крупносерийного производства назначаем £орг = 0,015£оп.
Время технического обслуживания рабочего места определяется
в процентах от основного времени, т. е. по нормативам назначаем
Г,о = 0,05Го.
Время перерывов в работе на личные надобности определяется
в процентах от оперативного времени. По нормативам для крупно-
серийного производства назначаем tn = 0,05fon.
164
Штучное время, т.е. норма времени на выполнение одной
операции в условиях массового производства, складывается из не-
< кольких составляющих:
Тцп- = to + tB + 0,015ton + 0,05to + 0,05ton.
Подготовительно-заключительное время tn_3 для серийного
производства при обработке заготовки, устанавливаемой в трех-
кулачковом патроне на токарном станке, определяется для всей
технологической партии заготовок по нормативам.
Штучно-калькуляционное время при серийном производстве
определяется после расчета числа заготовок в технологической
партии Nn = /7V/254 по формуле
/„,т-к = Т’шт + гп-з/<?парт = to + + 0,015to„ + 0,05to + 0,05ton + tn_3/Nn.
Полученное штучно-калькуляционное время необходимо срав-
нить с рассчитанным ранее тактом выпуска.
Если штучно-калькуляционное время незначительно превышает
такт выпуска, необходимо, не меняя тип станка, рассмотреть либо
возможность совмещения основных переходов, либо возможность
изменения режимов обработки с последующим проведением новых
расчетов по нормированию операции.
Если штучно-калькуляционное время намного превышает такт
выпуска, необходимо рассмотреть возможность использования двух
или более станков данного типа для выполнения рассматриваемой
операции или выбрать станок другого типа, на котором можно
реализовать многорезцовую обработку заготовки с сокращением
числа основных переходов, а затем повторно провести нормиро-
вание операции.
Таким образом, нормирование токарных операций целесообраз-
но проводить в определенной последовательности (табл. 7.1).
Таблица 7.1. Последовательность нормирования токарных операций
Цель действия Источник информации
Определение длины обработки и величи- ны снимаемого припуска Рабочие чертежи детали и заготовки
Определение оборотной подачи режуще- го инструмента Справочная таблица
165
Окончание табл. 7.1
Цель действия Источник информации
Определение расчетной скорости реза- ния Справочная таблица
Определение расчетного числа оборотов заготовки п' = 1 OOOv'/inD)
Определение фактического числа обо- ротов заготовки Паспортные данные станка
Определение фактической скорости резания v = TtDn/1 000
Определение минутной подачи ^мин = *$обЛ
Определение длины врезания и длины перебега резца Справочная таблица
Определение расчетной длины обработки £р — ^Врез + L + Ln
Определение основного времени каждого перехода ^oi ~ -^р^/^мин»
Определение основного времени всей операции С - ^ol "1” ^о2 "1” Сз
Определение вспомогательного времени Справочная таблица
Определение оперативного времени Сп — С + ^в
Определение времени технического об- служивания рабочего места Справочная таблица
Определение времени на физические потребности То же
Определение времени организационного обслуживания рабочего места »
Определение штучного времени •^шт — + ^в Срг + ^т.о +
Определение числа заготовок в техноло- гической партии Nn = ЯУп/254
Определение подготовительно- заключительного времени Справочная таблица
Определение штучно-калькуляционного времени ^шт-к ^ШТ +
166
7.3.
МЕТОДИКА НОРМИРОВАНИЯ ФРЕЗЕРНЫХ
ОПЕРАЦИЙ
Фрезерование наиболее часто применяют для обработки плоских
и фасонных поверхностей. Различают цилиндрическое и торцовое
фрезерование. По размеру снимаемого припуска фрезерование
является наиболее универсальным процессом резания. Наибольшее
значение снимаемого припуска ограничивается мощностью стан-
ка, жесткостью заготовки и надежностью ее закрепления в при-
способлении или непосредственно на столе станка. При этом, как
правило, припуск снимают за один проход.
При цилиндрическом фрезеровании используют в основном
горизонтально-фрезерные станки, на которых обрабатываемая
плоскость располагается горизонтально, а ширину цилиндрической
фрезы выбирают несколько больше ширины обрабатываемой по-
верхности.
При торцовом фрезеровании используют в основном верти-
кально-фрезерные станки. При этом для фрезерования широких
плоскостей применяют крупные торцовые фрезы с вставными но-
жами. Для обработки заготовок из цветных материалов и сплавов
применяют однозубые торцовые фрезы, которые обеспечивают
высокую точность и малую шероховатость поверхности детали.
В машиностроении широко применяют одношпиндельные
фрезерные станки. При обработке заготовок на горизонтально-
фрезерных станках часто используют наборы из нескольких фрез,
что повышает производительность обработки и дает возможность
производить обработку с двух сторон заготовки, получая заданный
размер за один проход.
Глубину резания при фрезеровании выбирают из условия об-
работки с наименьшим числом проходов. При черновом фрезеро-
вании стремятся снять весь припуск за один проход.
При чистовом фрезеровании глубину резания выбирают из
условия требуемой шероховатости поверхности.
Техническое нормирование фрезерных операций выполняют
аналогично токарным операциям, т. е. фрезерную операцию также
разбивают на переходы и определяют основное (технологическое)
время каждого перехода, а затем суммированием времени пере-
ходов находят основное время всей операции. Технически обосно-
ванную норму времени для массового производства определяют по
штучному времени, а для серийного производства — по штучно-
калькуляционному времени. Для определения основного времени
167
необходимо также проанализировать схему фрезерования и найти
расчетную длину обработки.
Основное (технологическое) время операции определяется ско-
ростью резания, глубиной резания и подачей. Режимы обработки
зависят от материала заготовки, материала режущей части фрезы,
вида фрезы, жесткости заготовки и мощности фрезерного станка.
При этом выбранные режимы обработки должны обеспечивать за-
данные точность детали и качество ее поверхностного слоя.
Техническое нормирование фрезерных операций имеет следую-
щие особенности:
значения врезания и перебега фрезы определяются по схеме
фрезерования;
подача режущего инструмента (фрезы) задается, как правило,
на один зуб фрезы;
учитывается число зубьев (или вставных ножей) фрезы;
число оборотов фрезы определяется по выбранной скорости
резания.
Рассмотрим методику нормирования фрезерной операции на
примере обработки шести плоских поверхностей, образующих
правильный шестигранник штучной заготовки (рис. 7.3, а), посту-
пившей после чернового обтачивания.
Необходимо определить основное (технологическое) время на
обработку поверхностей заготовки в одну операцию при годо-
вой программе выпуска 9 тыс. деталей, найти вспомогательное
и подготовительно-заключительное время на операцию, время
на организационное и техническое обслуживание рабочего места
и время на выполнение всей операции.
0Л(Г>3)
1
Рис. 7.3. Чертеж заготовки (а) и схема ее фрезерования в три перехода (б):
1 — заготовка; 2 — схема фрезерования
168
Составим схему обработки заготовки на горизонтально-фре-
зерном станке с использованием блока из двух фрез, настроенных
н<1 требуемый размер Е, в один установ в трех позициях (рис. 7.3, б),
и( пользуя приспособление с делительным устройством. Операция
Ьудет состоять из трех равноценных основных переходов, заклю-
чи ющихся в фрезеровании заготовки с выдерживанием размера
/:, с поворотом ее на 60° после каждого перехода с помощью дели-
тельного устройства приспособления.
Годовая программа выпуска 9 тыс. деталей предполагает серий-
ное производство, при котором заготовки на обработку подают
партиями и обрабатывают, как правило, без переналадки станка.
Число деталей в партии
Nn = f(Nr/A),
где f— число рабочих дней, на которые разрешено иметь незавер-
шенное производство; Nr — годовая программа выпуска деталей;
Д — число рабочих дней в году.
Подача при фрезеровании задается либо на один зуб фрезы,
мм/зуб, либо на один оборот фрезы, мм/об, или мм/мин и зависит
от материала заготовки, материала режущей части фрезы, мощно-
сти фрезерного станка, жесткости элементов системы обработки,
размеров и углов заточки фрезы.
Рекомендуемые подачи на зуб при черновом фрезеровании
плоскостей фрезами из твердого сплава при ширине заготовки до
30 мм составляют 0,2...0,3 мм/зуб, а при чистовом фрезеровании
для тех же условий — 0,15 мм/зуб.
Подачу на один зуб фрезы Sz назначают по нормативно-
справочным таблицам.
Расчетную скорость резания определяют по нормативно-
справочным таблицам с учетом геометрии фрезы, снимаемого
припуска и ширины фрезерования.
Расчетное число оборотов фрезы определяют с учетом диаметра
фрезы по формуле п' = 1 000г7(я:£)ф).
Фактическое число оборотов находят по паспортным данным
фрезерного станка, как ближайшее к расчетному значению.
Продольную подачу на один оборот фрезы определяют по фор-
муле So6 = Szz, а минутную подачу по формуле 5МИН = 5обп.
Расчетную длину обработки Lp, т. е. полную длину перемещения
фрезы с учетом врезания и перебега, находят из анализа схемы
фрезерования (рис. 7.3, б) по формуле
= + £Врез + Д + Дт + ^ф/2.
169
Основное время одного перехода tol = (Lpz)/(SMHHa). Здесь число
проходов i зависит от припуска на сторону Z = 0,5(D3 - Е), причем
если снять припуск можно за один проход, i = 1, а число одновремен-
но обрабатываемых заготовок a = 1. Следовательно, toi = Lp/SMIIH.
Так как операция выполняется за один установ, но при трех
позициях заготовки, и состоит из трех одинаковых основных пере-
ходов, основное время на всю операцию to = 3£о1.
Вспомогательное время назначают по нормативно-справочным
таблицам из условия, что зажимное устройство имеет механизи-
рованный привод.
Оперативное время, повторяющееся при обработке каждой за-
готовки £оп = to + tB.
Время на обслуживание рабочего места и физические потреб-
ности находят по нормативно-справочным таблицам в виде суммар-
ного времени на техническое и организационное обслуживание,
а также на физические потребности с учетом длины стола станка.
Таким образом, штучное время определяется по формуле
^шт о + в + ^орг + ^т. о + ^тг
В серийном производстве подготовительно-заключительное
время для настройки станка и подготовки рабочего места к началу
работы назначают на всю технологическую партию заготовок по
справочным таблицам с учетом длины фрезерного стола и ис-
пользуемого приспособления. Разделив найденное время на число
деталей в технологической партии (tn.3/Nn), находят долю этого
времени, приходящуюся на одну деталь и учитываемую при расчете
штучно-калькуляционного времени, т.е. tmT_K = Тшт + tn_3/Nn.
Таким образом, нормирование фрезерных операций целесо-
образно проводить в определенной последовательности (табл. 7.2).
Таблица 7.2. Последовательность нормирования фрезерных операций
Цель действия Источник информации
Определение вида производства Годовая программа выпуска деталей Nr
Определение объема технологиче- ской партии заготовок Nn = fNr/254 (где 254 — число рабочих дней в году)
Определение основного времени «о = (Ьр')/(5мина)
170
Окончание табл. 7.2
Цель действия Источник информации
()п ределение длины обработки и снимаемого припуска Схема фрезерования и эскиз заготовки
()пределение длины врезания и перебега фрезы Схема фрезерования
()пределение расчетной длины об- работки То же
Выбор подачи на один зуб фрезы Справочная таблица
Определение расчетной скорости резания То же
Определение расчетного числа обо- ротов фрезы п' = 1 000г7(яТ)ф)
Определения фактического числа оборотов Паспортные данные станка
Определения подачи на один обо- рот фрезы *$об = $zZ
Определение минутной подачи *^МИН —
Определение основного времени одного перехода f . - T/Q LOl иМИН I
Определение основного времени всей операции (трех переходов) — ^о! + ^о2 + ^оЗ
Определение вспомогательного времени Справочная таблица
Определение оперативного времени ^оп —
Определение времени технического обслуживания рабочего места Справочная таблица
Определение времени на физиче- ские потребности То же
Определение времени организа- ционного обслуживания рабочего места »
Определение штучного времени ^ШТ — + ^орг + 7 О +
Определение штучно- калькуляционного времени ^ШТ-К — Т’ш. + ^п-з/^П
171
7.4.
ОСОБЕННОСТИ НОРМИРОВАНИЯ
ШЛИФОВАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Время шлифовальной операции в серийном производстве вклю-
чает в себя оперативное время, время обслуживания рабочего ме-
ста и подготовительно-заключительное время, отнесенное к одной
заготовке.
Основное (технологическое) время при шлифовании затрачи-
вается непосредственно на шлифование поверхностей заготовки.
Вспомогательное время включает в себя время на установку и за-
крепление заготовки, раскрепление и снятие детали, пуск и оста-
новку станка, изменение режимов обработки и измерения. Время,
затрачиваемое на уход за рабочим местом в течение всего процесса,
складывается из времени организационного обслуживания, време-
ни технического обслуживания на переналадку станка и времени
на смену или правку абразивного инструмента.
Время на подготовку рабочего места для обработки техноло-
гической партии заготовок соответствует подготовительно-за-
ключительному времени для всей партии заготовок. Штучно-
калькуляционное время рассчитывают по формуле
^ШТ-К — + ^орг + ^Т.О + + ^П-З^^П*
Основное (технологическое) время зависит от метода шлифова-
ния, снимаемого припуска и подачи. На режимы обработки влияют
материал и жесткость обрабатываемой заготовки, вид абразивного
инструмента и форма его режущей части, а также мощность станка,
на котором выполняется операция шлифования. Кроме того, при
выборе режимов шлифования необходимо учитывать требуемые
точность обработки детали и качество ее поверхностного слоя.
Глубину резания при шлифовании выбирают из условия ис-
пользования меньшего числа проходов с обеспечением требуемых
точности и шероховатости обрабатываемой поверхности.
Скорость резания при шлифовании ограничивается прочностью
абразивного круга, т. е. предельно допустимой скоростью его враще-
ния. Действительная скорость вращения абразивного круга опреде-
ляется его наружным диаметром и частотой вращения (числом
оборотов) шпинделя шлифовального станка. Скорость резания при
обработке абразивными кругами нормальной прочности составляет
25... 35 м/с. При шлифовании внутренних цилиндрических поверх-
ностей (отверстий) диаметр абразивного круга должен составлять
172
Рис. 7.4. Схемы шлифования наружных цилиндрических поверхностей ме-
тодом продольной подачи (а), на проход (б) и до упора в плоскую (торцовую)
поверхность (в):
/ — передний центр; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — абразивный круг; 4 — зад-
ний центр; 5 — элементы приспособления для детали
не больше 0,75 от диаметра обрабатываемого отверстия, что резко
снижает скорость резания.
Для шлифования наружных цилиндрических поверхностей ис-
пользуют круглое шлифование методом продольной подачи и шли-
фование методом врезания.
При шлифовании заготовки 2 (рис. 7.4, а) методом продольной
подачи 5прод глубину резания h за каждый ход стола шлифоваль-
ного станка назначают по справочным таблицам. Припуск z на
шлифование снимают за несколько проходов. Продольную подачу
задают в долях ширины абразивного крута на один оборот заготов-
ки. Скорость v3 вращения заготовки (15...60 м/мин) ограничивают
в целях уменьшения засаливания абразивного крута. Для доводки
шлифуемой поверхности используют холостые ходы, при которых
шлифование происходит без подачи на глубину. Коэффициент
доводки (к = 1,2... 1,5) показывает отношение общего числа ходов
к числу рабочих ходов.
Основное время круглого шлифования методом продольной по-
дачи определяют по формуле
173
to = Lxzk/(BSBnh),
где Lx — длина хода стола станка; z — припуск на радиус (половина
припуска на диаметр); к — коэффициент доводки; В — ширина
абразивного крута; SB — продольная подача в долях ширины круга;
п — частота вращения заготовки, об/мин; h — поперечная подача
абразивного крута (или глубина шлифования) за один ход стола
шлифовального стола.
Длина хода стола станка зависит от вида движения абразивного
крута. При сквозном шлифовании (рис. 7.4, б) длину хода опреде-
ляют по формуле
LX = L- (1 -2ш)В,
где L — длина шлифуемой поверхности, мм; т — размер перебега
шлифовального круга в долях от его ширины (обычно 0,5); В — ши-
рина абразивного круга, мм.
При одновременном шлифовании цилиндрической Г и торцо-
вой М поверхностей (рис. 7.4, в) длину хода стола определяют по
формуле
LX = L- (1 -т)В.
При шлифовании методом врезания (рис. 7.5) поперечная по-
дача St на один оборот заготовки составляет 0,001 ...0,005 мм. При
этом ширину В абразивного круга 1 выбирают несколько больше
ширины b шлифуемой поверхности заготовки 2. Основное время
обработки определяют по формуле
to = zk/(nSt),
где z — односторонний припуск на обработку, мм; к — коэффици-
ент доводки; п — частота вращения заготовки, об/мин; St — по-
перечная подача абразивного круга, мм/об. заг.
Плоское шлифование применяют для обработки
на плоскошлифовальных станках открытых пло-
|S<
Рис. 7.5. Схема шлифования методом врезания:
1 — абразивный круг; 2 — обрабатываемая заготовка
174
гкостей. При этом заготовку, установленную на магнитном столе
< ганка, шлифуют либо торцом абразивного круга, либо периферией
абразивного круга.
I !а круглых столах, вращающихся с определенной скоростью, т. е.
с круговой подачей, шлифуют одновременно несколько заготовок.
I l<i прямоугольных станках с прямолинейным возвратно-поступа-
тельным движением обрабатывают одну или одновременно не-
сколько заготовок в зависимости от их формы и размеров.
При одновременной обработке нескольких заготовок для повы-
шения производительности их устанавливают как можно плотнее
одна к другой, т.е. с наименьшими зазорами.
При отсутствии у материала заготовки магнитных свойств при-
меняют специальные приспособления для закрепления обрабаты-
ваемых заготовок.
При шлифовании периферией круга одновременно нескольких
заготовок на станках с прямоугольным столом основное время рас-
считывают на одну заготовку с учетом следующих параметров:
ширина и длина шлифуемой заготовки;
ширина абразивного круга;
диаметр абразивного круга;
поперечная подача;
продольная подача;
вертикальная подача, т. е. подача на глубину;
припуск на обработку;
число одновременно обрабатываемых заготовок;
зазоры (продольный и поперечный) между заготовками;
принятый коэффициент доводки.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какова цель технического нормирования операций технологи-
ческого процесса?
2. Из каких основных составляющих складывается штучное
время?
3. На какие действия затрачивается основное время?
4. На какие действия затрачивается вспомогательное время?
5. Каковы основные составляющие расчетной длины обра-
ботки?
6. Что представляют собой время организационного и время
технического обслуживания рабочего места?
7. В чем заключаются особенности обработки заготовок в серий-
ном производстве?
175
8. Что представляет собой подготовительно-заключительное
время?
9. Каким образом используются паспортные данные станка при
техническом нормировании операций?
10. Как определить минутную подачу фрезы при известной подаче
на один зуб?
11. Для чего вводят коэффициент доводки?
12. Каковы основные составляющие штучно-калькуляционного
времени?
13. Какой ход является рабочим, а какой — холостым при шлифо-
вании наружных цилиндрических поверхностей методом про-
дольной подачи?
14. Как изменяется штучное время при одновременной обработке
нескольких заготовок?
15. Что представляет собой технологическая партия заготовок?
Глава 8
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ОПЕРАЦИЙ
8.1.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При проектировании технологического процесса изготовления
детали технолог должен решить двойную задачу: с одной стороны,
обеспечить выполнение всех требований рабочего чертежа и тех-
нических условий на изготовление детали, а с другой — обеспечить
выполнение годовой программы выпуска изделий с высокими эко-
номическими показателями, т.е. с малой себестоимостью готовой
детали.
Начинают разработку технологического процесса, состоящего
из операций изготовления детали, с ознакомления с исходной ин-
формацией для проектирования, содержащейся:
на рабочем чертеже детали и в технических требованиях на ее
изготовление;
в производственной программе выпуска деталей;
в нормативно-справочных материалах и заводских нормалях;
на чертеже заготовки для детали;
в документации на оборудование и оснастку, имеющуюся на
предприятии.
При этом технологический процесс должен полностью обеспе-
чивать выполнение требований по достижению заданного качества
поверхностного слоя готовой детали и точности ее поверхностей,
с наименьшими затратами на каждую операцию и наивысшей
производительностью при учете реальных производственных
условий.
Заканчивается разработка технологического процесса изготов-
ления детали заполнением операционных карт, для чего необходи-
мо спроектировать и разработать все операции технологического
процесса.
177
Разработка операции технологического процесса обработки за-
готовки включает в себя:
выбор станка, на котором будет выполняться операция;
выбор приспособления для базирования заготовки;
выбор режущего инструмента для каждого основного перехода;
выбор измерительного инструмента;
назначение режимов резания на все основные переходы;
расчет времени выполнения основных переходов;
расчет времени выполнения всей операции.
Выбор станка. Для успешной разработки операции необходимо
иметь паспортные данные используемых станков (по каталогу),
знать техническое состояние этих станков и их технологические
возможности по точности и производительности. Выбранный ста-
нок должен обеспечивать заданные точность и шероховатость об-
работанных поверхностей детали, производительность обработки,
позволяющую выполнить программу выпуска детали и максимально
возможную экономичность. Для оптимального решения этой задачи
следует учитывать:
соответствие габаритных размеров заготовки главному параме-
тру станка;
возможность одновременной обработки нескольких заготовок;
соответствие штучно-калькуляционного времени такту выпу-
ска деталей, определяемому числом изготовляемых деталей за
определенный промежуток времени (программой выпуска);
обеспечение загруженности станка по времени 60...90%, а по
мощности — не менее 80 %;
технологическую себестоимость операции;
при необходимости приобретения нового станка, его цену и воз-
можность покупки.
Для операций с высокой степенью концентрации выбирают об-
рабатывающие центры, револьверные или другие станки с большим
числом режущих инструментов, определяя при этом затраты на
выполнение операции. В серийном производстве при объеме техно-
логической партии свыше 25 деталей целесообразно использовать
револьверные станки, а при объеме партии свыше 150 деталей —
одношпиндельные или многошпиндельные автоматы, учитывая при
этом число переходов в операции.
Станки с ЧПУ целесообразно применять при обработке загото-
вок сложной конфигурации, и это не вызывает сомнений. Однако
замена токарных, фрезерных и револьверных станков (при об-
работке обычных деталей) на станки с ЧПУ требует тщательного
экономического обоснования.
178
Выбор приспособления для базирования заготовки. Во многом
иыбор приспособления определяется типом производства и про-
изводственной программой выпуска изделий. Так, например,
в мелкосерийном и единичном производстве используют либо
универсально-сборные, либо универсальные приспособления,
являющиеся принадлежностью станка (трехкулачковый патрон,
делительная головка, тиски, набор цанг и др.). При необходимости
проектирования и изготовления специального станочного приспо-
собления для детали проводят экономические расчеты, которые
должны показать эффективность использования конкретного
приспособления в зависимости от числа заготовок, обработанных
с его использованием. Механизированные и автоматизированные
приспособления с быстродействующими зажимами целесообразно
применять в крупносерийном и массовом производстве.
Выбор режущего инструмента. По возможности требуемые точ-
ность и качество обработанных поверхностей и производительность
обеспечивают с помощью стандартного режущего инструмента (рез-
цов, фрез, сверл, абразивных кругов и др.). Если же экономически
целесообразно применение специального режущего инструмента,
следует предусмотреть время на его проектирование и изготовление
(например, протяжки для обработки внутренних шлицов).
При выборе вида режущего инструмента необходимо учитывать
следующие факторы:
метод обработки поверхности;
тип станка и технологической оснастки;
конфигурацию и размеры заготовки;
свойства материала заготовки;
тип производства.
В единичном и мелкосерийном производстве применяют уни-
версальный (более дешевый) инструмент. В крупносерийном и мас-
совом производстве широко используют специальный (а значит,
и более дорогой) инструмент, изготовляемый, как правило, по за-
казу технолога в инструментальных цехах предприятия на стадии
подготовки производства.
Режущие свойства выбранного инструмента подбирают с учетом
стадии обработки заготовки: черновая, чистовая или отделочная.
Применение для финишной обработки поверхностей заготовки
инструмента с режущей частью из сверхтвердых материалов по-
зволяет заменять шлифование тонким точением, которое является
более экономичным, а по технологическим возможностям (до-
стижимые точность и шероховатость поверхностей) не уступает
шлифованию.
179
Поскольку в операционную карту заносят наименование ин-
струмента, номер стандарта и марку материала его режущей части,
отметим некоторую взаимосвязь метода обработки и обрабатывае-
мого материала с материалом режущей части инструмента:
предварительная и чистовая обработка сталей — титановольфра-
мовые твердые сплавы марок Т15К6, Т15К10 и др.;
обработка заготовок из чугуна — вольфрамовые сплавы марок
ВК4, ВК8 и др.;
при малых скоростях резания, маломощном оборудовании и для
фасонного инструмента — быстрорежущие стали марок Р6М5,
Р9К5 и др.;
ручные работы, например напильником, — углеродистые стали
марок У7А, У10А и др.
Выбор измерительного инструмента. В единичном производстве
используют универсальные измерительные инструменты (штангенин-
струменты, микрометрические инструменты, штативы и стойки с ин-
дикаторами часового типа), что не требует особых затрат, поскольку
такие инструменты имеются практически на каждом действующем
предприятии. В серийном и массовом производстве используют спе-
циальные калибры, шаблоны, специальные приборы &ля определения
погрешностей взаимного положения поверхностей и др.
Назначение режимов резания на все основные переходы. Ре-
жимы резания включают в себя следующие параметры:
глубину резания, мм;
подачу (например, в миллиметрах на оборот заготовки, на двой-
ной ход или на зуб фрезы);
скорость резания, м/мин;
частоту вращения шпинделя станка, об/мин.
Перечисленные параметры выбирают по справочным таблицам
в зависимости от материала обрабатываемой заготовки, материала
режущего инструмента и требований к обработанной поверхности
(шероховатости, степени наклепа и др.).
Назначают режимы резания в определенной последователь-
ности:
1) определяют глубину резания в зависимости от припуска на об-
работку и числа проходов;
2) определяют размеры режущего инструмента;
3) определяют скорость резания;
4) рассчитывают подачу в зависимости от параметров режущего
инструмента, параметров станка и требуемых параметров по-
верхности детали после обработки, а затем выбирают ближай-
шее к расчетному значение по паспорту станка;
180
/>) рассчитывают, а затем определяют действительную частоту
вращения шпинделя станка.
Продолжительность выполнения основных переходов обработки
и операции в целом рассчитывают на основе операционного эскиза
но методике технического нормирования. Всю полученную инфор-
мацию заносят в операционную карту.
Операционная карта является основным технологическим до-
кументом, но ее форма на каждом предприятии может несколько
< сличаться от формы, рекомендуемой технологическими стандарта-
ми. Операционная карта заполняется с двух сторон: на ее лицевой
стороне располагают эскиз обработки и установки заготовки, а на
обратной стороне — записывают информацию о режимах обра-
ботки для каждого основного перехода и результаты технического
нормирования операции, т.е. временные параметры каждого пере-
хода и операции в целом.
На схеме установки и обработки заготовки указывают:
форму детали, которая должна быть получена после обработки
заготовки;
обрабатываемые поверхности заготовки (выделяются утолщен-
ными линиями);
шероховатость поверхностей после обработки;
операционные размеры и их точность;
установочные и зажимные элементы приспособления в виде
условных обозначений.
МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ
КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНОЙ ОПЕРАЦИИ
Выбор метода шлифования определяется формами заготовки
и ее обрабатываемых поверхностей, требуемыми точностью и ше-
роховатостью обработанных поверхностей и программой выпуска
деталей, что, в свою очередь, определяет тип шлифовального
станка.
Рассмотрим методику разработки круглошлифовальной опе-
рации на примере обработки наружной цилиндрической по-
верхности М заготовки 1, показанной на рис. 8.1, а. Из анализа
чертежа заготовки, поступающей на шлифовальную операцию,
и требуемых параметров поверхностей после шлифования
(рис. 8.1, б) следует, что при длине обрабатываемой поверхности
60 мм целесообразно применить круглое наружное шлифование
с продольной подачей. Припуск на сторону, т.е. разность размера
8.2.
181
Рис. 8.1. Чертеж заготовки (а) и схема ее установки на круглошлифоваль-
ном станке (б):
1 — обрабатываемая заготовка; 2 — абразивный круг; 3 и 4 — центры; 5 — хомутик
с поводком
заготовки и размера детали для обрабатываемой поверхности,
здесь составляет 0,3 мм, а требуемая шероховатость поверхности
Ra 1,2.
1. Выбор станка. Шлифование поверхности М можно выполнять
на крутлошлифовальном станке модели 3M131.
2. Выбор приспособления. Так как заготовка имеет центровые
отверстия, то для ее базирования в зоне обработки станка можно
использовать центры 3 и 4, а крутящий момент от шпинделя стан-
ка к заготовке передавать с помощью поводка и хомутика 5 (см.
рис. 8.1, б).
3. Выбор шлифовального (абразивного) круга. Для круглого на-
ружного шлифования с продольной подачей и обеспечением шеро-
ховатости Ra 1,2 выбираем по справочной таблице абразивный крут
марки ЭБ16-25С2К из белого электрокорунда, зернистостью 16...
25 мкм, средней мягкости, с керамической связкой, диаметр кото-
рого DK = 600 мм, ширина В = 63 мм и допустимая частота вращения
пк = 1 112 об/мин. Скорость вращения круга ткр = я£>кпк/1 ООО =
= 34,9 м/мин, что не превышает допустимую скорость вращения
для данной марки крута.
4. Выбор режимов резания. Скорость вращения заготовки v3
выбираем по справочной таблице. Для получения при окончатель-
ном шлифовании параметра Ra 1,2 скорость v3 должна составлять
15...55 м/мин. Принимаем v3 = 30 м/мин. Тогда частота вращения
заготовки п3 = 1 000г3/(тгТ)3) = 159 об/мин. Так как на выбранном
182
станке частота вращения заготовки регулируется бесступенчато от
•К) до 400 об/мин, принимаем п3 = 160 об/мин.
Рекомендуемая в справочной таблице глубина t слоя, сни-
маемого за каждый ход стола шлифовального станка, составляет
0,005...0,015 мм. Учитывая, что заданный параметр шероховатости
Ra 1,2, а глубина t резания на выбранном станке регулируется бес-
ступенчато от 0,002 до 0,1 мм на ход, принимаем t = 0,005 мм на
ход стола.
Продольная подача Впрод на оборот заготовки задается в долях
Ян от ширины В круга, т.е. Впрод = SBB. Используя справочные та-
блицы, принимаем SB = 0,4, т.е. при ширине круга 63 мм подача
5, ||)од = 25,2 мм на оборот заготовки. Для удобства расчета принимаем
значение продольной подачи Впрод = 25 мм на оборот.
Минутную скорость продольного движения стола (то же, что
и минутная продольная подача) вычислим по формуле vnpoA =
Впродп3/1 000 = 4 м/мин. Так как на выбранном станке скорость
продольного хода стола регулируется бесступенчато в пределах от 50
до 5 000 мм/мин (0,05...5 м/мин), расчетную скорость продольного
хода стола (4 м/мин) принимаем как фактическую.
Основное (машинное) время на продольное шлифование рас-
считаем по формуле
to = L*hk/(BKSBn3t).
Здесь длину хода стола станка определим с помощью рис. 7.4, б
при перебеге шлифовального круга на каждую сторону, равном
половине его ширины (т = 0,5):
Lx = L - (1 - 2л?)В = 60 мм;
глубина шлифования h равна припуску на сторону, т.е. 0,3 мм;
коэффициент доводки к для окончательного шлифования при-
нимаем равным 1,4;
продольная подача в долях (SB = 0,4) от ширины круга Впрод =
= 0,4В мм на оборот заготовки;
частота вращения заготовки п3 = 160 об/мин;
глубина снимаемого слоя материала за один ход стола t =
= 0,005 мм.
Тогда to = Lxhk/ (BKSBn3t) = 1,25 мин.
Вспомогательное время определяем по справочной таблице для
случая установки заготовки массой до 1 кг в центрах с хомутиком:
/в = 0,35 мин.
Оперативное время ton = to + tB = 1,6 мин.
183
Время технического обслуживания составляет 3 % от основного
времени, т. е. tT<o = 0,03£о = 0,04 мин.
Время организационного обслуживания составляет 3 % от опе-
ративного времени, т.е. fopr = 0,03fon = 0,05 мин.
Время на физические потребности рабочего при работе на круг-
лошлифовальном станке с высотой центров до 150 мм, определяется
по справочной таблице как 1,7% от оперативного времени, т.е.
tn = 0,017fon = 0,03 мин.
Заданная годовая программа выпуска 9 000 деталей предполагает
серийное производство. Найдем число заготовок в технологической
партии, одновременно подаваемых на обработку, с учетом того, что
незавершенное производство составляет пять рабочих дней (f = 5):
Nn=(N/A)f- 180.
Подготовительно-заключительное время на технологическую
партию заготовок, определяемое по справочной таблице с учетом
установки заготовки в центрах на круглошлифовальном станке
с высотой центров до 150 мм, tn_3 = 7 мин.
Штучно-калькуляционное время на партию из 180 заготовок
составит
^шт-к + ^орг + ^т.о + + ^п-з/^Vn “ L8 МИН.
Найденные значения параметров операции шлифования на-
ружной цилиндрической поверхности вносят в соответствующие
графы операционной карты.
8.3.
МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ
ПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНОЙ ОПЕРАЦИИ
Для шлифования открытых плоскостей применяют плоско-
шлифовальные станки. На одних плоскошлифовальных станках
заготовку, установленную на магнитном столе, шлифуют торцом
абразивного круга, а на других — его периферией. На станках
с круглыми столами, вращающимися с определенной угловой
скоростью, одновременно базируют несколько заготовок. На
станках с прямоугольными столами с прямолинейным возвратно-
поступательным движением устанавливается либо одна заготовка,
либо несколько заготовок с минимальным зазором между ними.
Если материал заготовки не обладает магнитными свойствами,
применяют станочное приспособление для закрепления обраба-
тываемой заготовки.
184
Шлифование плоскостей торцом абразивного круга произво-
дительнее по сравнению со шлифованием периферией круга, но
обеспечивает меньшую точность обработки. Для повышения про-
изводительности шлифования периферией абразивного круга по
возможности на столе шлифовального станка устанавливают и за-
крепляют одновременно несколько заготовок.
Методику разработки плоскошлифовальной операции рассмо-
трим на примере обработки плоской поверхности К заготовки, по-
казанной на рис. 8.2, а, с габаритными размерами 250 х 80 х 20,3 мм,
материал которой обладает магнитными свойствами, при годовой
программе выпуска деталей 8 000 штук. Анализ чертежа детали
(рис. 8.2, б), заданные точность обработки (20_005) и шероховатость
поверхности (Ra 1,2) дают основание применить шлифование пе-
риферией круга 5 одновременно четырех заготовок (рис. 8.2, в, г),
установленных плотно одна к другой (без зазоров между заготов-
ками). Припуск t на обработку, т.е. разность размеров заготовки
и детали после шлифования, составляет 0,3 мм.
1. Выбор станка. Шлифование поверхности можно выполнять
па плоско шлифовальном станке модели ЗП722 с магнитным пря-
моугольным столом размерами 320 х 1 250 мм, позволяющим обра-
батывать одновременно несколько заготовок. Основные параметры
шлифовального станка указаны в его паспорте.
2. Выбор приспособления. Так как заготовка имеет плоскую фор-
му, а материал заготовки обладает магнитными свойствами, закре-
Рис. 8.2. Чертеж заготовки (а), детали (б) и виды сбоку (в], сверху (г) схемы
плоского шлифования одновременно четырех заготовок:
/ ...4 — обрабатываемые заготовки; 5 — абразивный круг
185
пление четырех заготовок на магнитном столе станка происходит
сразу при их установке на стол (см. рис. 8.2 в, г).
3. Выбор шлифовального (абразивного) круга. С помощью спра-
вочной таблицы для плоского шлифования периферией круга на
станках с прямоугольным столом, обеспечивающего шероховатость
Ra 1,2, выбираем круг марки Э16СМ2К (из электрокорунда, зерни-
стостью 16 мкм, средней мягкости 2, с керамической связкой). По
справочной таблице определяем необходимый диаметр шлифоваль-
ного круга DK = 450 мм, ширину шлифовального круга В = 80 мм
и допустимую скоростью вращения vKp = 35 м/с.
4. Выбор режимов резания. Скорость резания равна скорости
вращения шлифовального круга. По справочной таблице находим
vKp = 30... 35 м/с. Выбираем значение скорости как для нового круга,
vKp = 35 м/с.
Продольная скорость 5прод движения стола, рекомендуемая
справочной таблицей для окончательного шлифования, составляет
15...20 м/мин. Принимаем среднее значение 5прод = 17 м/мин.
Поперечная подача круга на ход стола Sv задается в долях SB от
ширины В круга, т. е. Sv = SBB. Используя справочную таблицу, при-
нимаем SB = 0,3, т. е. при ширине крута В = 80 мм, подача Sv = 24 мм
на ход стола.
Подача на глубину на один проход St, рекомендуемая по спра-
вочной таблице, составляет 0,005...0,015 мм. Поскольку задан-
ная шероховатость Ra 1,2, принимаем наименьшее значение
St = 0,005 мм на проход. Эта подача осуществляется при смене
направления поперечной подачи Sv, т.е. при реверсе поперечного
движения шлифовальной бабки.
Перемещение круга в направлении поперечной подачи (при от-
сутствии зазоров между заготовками) Н = В + 250 мм = 330 мм.
Длина продольного хода стола на 10... 15 мм больше ширины
четырех заготовок, т.е. Lx = 4 • 80 + (10... 15) мм = 335 мм.
Сведем рассчитанные параметры операции плоского шлифова-
ния в табл. 8.1.
Таблица 8.1. Рассчитанные параметры операции плоского шлифования
Параметр ‘-’прод sv st Н Lx h Q к
Размер- ность м/мин мм/ход мм/проход мм ММ мм шт. —
Значение 17 24 0,005 330 335 0,3 4 1,4
186
Основное время плоского шлифования периферией круга рас-
считываем по формуле
to = HLxhk/(l 0005пад<7)«
Здесь длина хода абразивного крута в направлении поперечной
подачи, мм:
Н=£В3 + В + £ДП.
где Bi — размер одной заготовки в направлении поперечной по-
дачи мм; В — ширина шлифовального круга, мм; Дп — поперечный
зазор между заготовками, мм.
Длина продольного хода стола:
Lx = Z^ + ZAnpoA + DKp+(10...15),
где L3 — размер одной заготовки в направлении продольной по-
дачи; ДПрод — продольный зазор между соседними заготовками;
/\() — диаметр абразивного крута.
При отсутствии зазоров между соседними заготовками (Дп = Дпрод =
0) в рассматриваемом примере
to = 330 -335 -0,3- 1,4/1 000 - 17 • 24 • 0,005 • 4 = 5,7 мин.
Вспомогательное время находим по справочной таблице для
случая установки заготовки массой до 1 кг на магнитном столе:
/„ = 0,15 мин.
Оперативное время ton = to + tB = 5,85 мин.
Время технического обслуживания составляет 3 % от основного
времени обработки, т.е. fTo6 = 0,03fo = 0,17 мин.
Время организационного обслуживания составляет 3 % от опе-
ративного времени, т.е. fop об = 0,03fon = 0,18 мин.
Время на физические потребности рабочего при работе на
илоскошлифовальном станке с длиной стола до 1 500 мм по спра-
вочной таблице составляет 1,9% от оперативного времени, т.е.
/„ = 0,019fon = 0,1 мин.
Подготовительно-заключительное время по справочной таблице
для плоскошлифовальных станков с установкой заготовки на маг-
нитном столе tn_3 = 6 мин.
Годовая программа выпуска 8 000 деталей предполагает серийное
производство.
Найдем число заготовок в технологической партии, одновремен-
но подаваемых на обработку, при запасе заготовок на несколько
рабочих дней (f = 5):
Nn=(N/A)f=125.
187
Штучно-калькуляционное время на партию из 125 заготовок
составит
^шт-к + ^ор.об + ^т.об + + Gi-з/^п 6,35 МИН.
Рассчитанные параметры операции шлифования плоской поверх-
ности заносят в соответствующие графы операционной карты.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем заключается сущность разработки технологической
операции?
2. С чего технолог начинает разработку технологической опера-
ции?
3. Каковы особенности выбора технологического оборудования?
4. В чем заключается принцип выбора технологической оснастки?
5. Каковы особенности выбора режущего инструмента?
6. Каков принцип выбора контрольно-измерительного инстру-
мента?
7. Какие параметры включают в себя режимы резания?
8. Охарактеризуйте операционную карту как технологический до-
кумент.
9. Какую информацию содержит схема установки и обработки
заготовки?
10. Как определяется время на организационное и техническое
обслуживание рабочего места?
11. Как определяется подготовительно-заключительное время?
12. Каковы особенности выбора шлифовального круга?
13. На что влияют зазоры между заготовками при одновременном
шлифовании нескольких заготовок на плоскошлифовальном
станке?
14. Как определяют длину хода абразивного круга при совместном
шлифовании наружной цилиндрической поверхности и примы-
кающей к ней торцовой поверхности?
15. Чем заканчивается разработка технологического процесса?
Глава 9
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ
МАШИНЫ
9.1.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Корпусные детали агрегатов, двигателей и других устройств раз-
личаются формами, применяемыми материалами, способами полу-
чения их заготовок и по другим признакам. Несмотря на сложность
форм, к изготовлению корпусных деталей предъявляют высокие тре-
бования по точности рабочих поверхностей, их взаимного располо-
жения и расположения относительно базовых поверхностей, так как
от этого зависит взаимное расположение деталей, собранных внутри
корпуса, что, в конечном счете, определяет надежность и ресурс рабо-
ты изделия в целом. Кроме точности к корпусам могут предъявляться
требования по герметичности, прочности и устойчивости.
Выбор материала для корпуса во многом определяется назна-
чением, ответственностью изделия и условиями его эксплуатации.
Корпуса, работающие в условиях вибраций, ударных, изгибаю-
щих и скручивающих нагрузок, изготовляют из стали, а корпуса,
работающие в агрессивных средах, изготовляют из коррозионно-
стойких сталей (марок 3X13, ЗХ18Н10Т и др.). Сварные корпуса из-
готовляют из сталей (марок СтЗ, Ст4), тонкостенные корпуса — из
алюминиевых и магниевых сплавов (марок АА4, АА5, МА5, МА6
и др.), корпуса в виде оболочек — из тонкого листового материала
(сталь марок 20, 1Х18Н9Т и др.), корпуса насосов для перекачива-
ния агрессивных сред — из титановых сплавов, а корпуса техно-
логического оборудования — в большинстве случаев из серого или
ковкого чугуна.
Требования по точности изготовления корпусных деталей
относятся в основном к обработке отверстий под подшипники
(Н7, Ra 1,6...0,4) и точности их взаимного положения (допуск на
соосность составляет не более половины допуска на диаметр от-
189
верстия, а допуск на параллельность осей — не более 0,02... 0,05 мм
на 100 мм длины детали). Допуск на овальность и конусность отвер-
стий не превышает 0,3...0,5 допуска на диаметр. Для сопрягаемых
поверхностей задают допуск на отклонение их от прямолиней-
ности — не более 0,05...0,20 мм на всей длине при шероховатости
поверхности Ra 0,8... 0,4. Для торцовых поверхностей задают допуск
на их отклонение от перпендикулярности к осям соответствующих
отверстий — не более 0,01 ...0,05 мм на 100 мм радиуса торца при
шероховатости поверхности Ra 0,8...0,4.
Способы получения заготовок во многом определяются маркой
и формой исходного материала. Основными методами получения
заготовок являются литье, сварка, объемная штамповка, штампов-
ка методом вытяжки, гибка, выдавливание и др. Литые заготовки
получают литьем в землю, в кокиль или в оболочковые формы.
Мелкие корпусные детали отливают по выплавляемым моделям.
Литье в кокиль применяют для получения тонкостенных заготовок
и заготовок из цветных материалов и их сплавов. Литье под давле-
нием используют для получения из алюминиевого сплава заготовок
сложной формы. Для заготовок из листового материала, полученных
методами штамповки, характерен малый объем механической об-
работки. После штамповки, гибки и сварки механически обрабаты-
вают только поверхности, по которым эти детали в процессе сборки
сопрягаются с другими деталями.
На первой операции механической обработки заготовку уста-
навливают на необработанную (грубую) поверхность, и особое
внимание уделяют обработке тех поверхностей, которые на после-
дующих операциях механической обработки будут использовать-
ся в качестве технологических баз. Часто в качестве первичной
установочной базы используют отверстия в заготовках-отливках
и плоские поверхности штампованных заготовок.
Маршрут обработки корпусной детали, заготовка которой по-
лучена литьем, включает в себя следующие операции.
1. Обрезание (фрезерование, опиловку) литников и приливов.
2. Слесарную зачистку внутренней полости заготовки.
3. Гидроабразивную очистку внутренней полости и наружной
поверхности.
4. Подрезку торца и предварительное (черновое) растачивание
внутренней полости с одной стороны.
5. Подрезку торца и предварительное (черновое) растачивание
внутренней полости с другой стороны.
6. Чистовое растачивание внутренней полости с одной сто-
роны.
190
7. Чистовое растачивание внутренней полости с другой стороны.
8. Сверление и зенкерование отверстий во фланцах.
9. Нарезание резьбы в отверстиях.
10. Установку шпилек.
11. Испытания на прочность и герметичность.
12. Окончательную обработку посадочных (сопрягаемых) по-
верхностей.
13. Контроль качества.
14. Нанесение покрытия (например, анодирование).
Маршрут обработки корпусной детали в виде сварной оболочки
и л листового материала состоит из следующих операций.
1. Предварительная обработка кольцевых заготовок фланцев.
2. Раскрой листового материала на заготовки.
3. Гибка листовых заготовок.
4. Зачистка мест под сварку.
5. Сборка листовых заготовок в стапеле и прихватка сваркой.
6. Сварка обечайки, приварка к ней имеющихся других дета-
лей.
7. Термическая обработка.
8. Правка обечайки (например, термофиксацией).
9. Сборка обечайки с фланцами в стапеле и прихватка сваркой.
10. Приварка фланцев с обеих сторон.
11. Слесарная зачистка и рихтовка.
12. Испытания на прочность и герметичность.
13. Окончательная обработка посадочных поясков и торцовых
поверхностей фланцев.
14. Окончательная обработка крепежных отверстий во фланцах.
15. Контроль качества.
16. Нанесение антикоррозионного или жаростойкого покрытия.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВАЛОВ
Вал практически любой машины работает при больших нагруз-
ках, а зачастую и при высоких оборотах. Следовательно, вал должен
быть прочным и легким, т.е. тонкостенным. Внешние поверхности
валов редукторов, турбин, компрессоров, насосов и других изделий
машиностроения представляют собой комбинацию различных
элементов, например они могут содержать гладкие шейки под
подшипники, шлицы, резьбы, фланцы, зубья зубчатых колес (валы-
шестерни), радиальные и осевые отверстия и т.д. Форма внутрен-
них поверхностей вала обеспечивает его равнопрочность по всем
сечениям. Номинальные геометрические размеры вала и толщину
9.2.
191
его стенки рассчитывают из условия прочности при коэффициенте
запаса прочности, зависящем от предназначения машины.
Поскольку валы при работе испытывают значительные знакопе-
ременные нагрузки на изгиб, кручение, сжатие и растяжение, то
материал, из которого вал изготовляют, должен быть высокопроч-
ным, малочувствительным к концентраторам напряжений, хорошо
обрабатываемым, а его применение экономически целесообразным.
Конструкционные и легированные стали марок ЗОХ, 35Х, 40Г, 50Г
и другие отвечают этим требованиям.
Материалы, применяемые для изготовления валов, подразделяют
на термически улучшаемые, цементируемые и азотируемые. Валы,
изготовляемые из термически улучшаемых сталей (марки 40ХНМА
и др.), подвергают закалке и отпуску для получения твердости
рабочих поверхностей HRC 38...42. Рабочие поверхности валов,
изготовляемых из цементируемых сталей (марок 18ХНЗА, 12ХНЗА
и др.), цементируют (насыщают углеродом) на глубину 0,7... 1,2 мм,
а затем подвергают закалке и отпуску для получения твердости об-
работанных поверхностей не менее HRC 58. Рабочие поверхности
валов, изготовляемых из азотируемых сталей (марки 38ХМЮА
и др.), азотируют (насыщают азотом) на глубину 0,6...0,9 мм, для
получения твердости обработанных поверхностей HRC 65.
Валы отечественных автомобилей изготовляют из сталей марок
ЗОХ, 35Х, 40Х, 20ХГН и др. Валы авиационных двигателей изготов-
ляют из высококачественных легированных сталей (марок 18ХНВА,
12ХНЗА, 40ХНМА и др.), и твердость их рабочих поверхностей по-
сле закалки и отпуска составляет НВ 390.
Валы разового использования, например в технологических
установках, изготовляют из более дешевых сталей, например марки
45 или 38ХА.
Требования по точности изготовления валов, определяемые
тяжелыми условиями их работы, относятся в основном к рабочим
поверхностям вала и их взаимному расположению.
Точность большинства ответственных валов характеризуют
следующие параметры:
поля допусков для посадочных мест под подшипники, опреде-
ляемые видом сопряжения, составляют п6...п8, ш6...ш8, h8...
hl 1, g6...g8, f6...f8 при шероховатости поверхностей шеек
Ra 1,25...0,63;
допустимые отклонения от круглости геометрической формы
посадочных шеек под подшипники — 0,005...0,200 мм;
точность нерабочих поверхностей — 9-й и 10-й квалитеты при
шероховатости Ra 2,5;
192
точность сопрягаемых поверхностей — 7...9-й квалитеты;
взаимное биение рабочих поверхностей — 0,05...0,02 мм;
торцовое биение заплечиков вала для установки подшипников
качения — не более 0,02 мм при шероховатости Ra 1,25;
поля допусков для установки зубчатых и червячных колес — s6
и s7;
шероховатость поверхностей зубьев Ra 0,63;
смещение центра масс от оси вращения вала (в зависимости от
скорости вращения вала) — 0,0005...0,001 мм.
Способ получения заготовки для конкретного вала во многом
определяется его геометрическими параметрами и ответственно-
стью. Заготовки для большинства валов получают поперечным
прокатом, штамповкой на горизонтально-ковочных машинах и ро-
тационным обжатием (для пустотелых валов). В единичном произ-
водстве штучные заготовки получают посредством резки проката.
В серийном производстве большое распространение получила
горячая штамповка в открытых и закрытых штампах. При этом
разъем штампа возможен и вдоль, и поперек вала в зависимости от
формы заготовки. Штамповочные уклоны для отверстий вала при-
нимают в пределах 10... 15°, а для наружных поверхностей — 3...7°.
Заготовки тяжелых валов получают свободной ковкой.
Если заготовки вала принимаются по первой группе контроля
(для весьма ответственных валов), следует учитывать, что для из-
готовления образцов на механические испытания, от каждой за-
готовки необходимо отрезать часть длиной 70...75 мм, что требует
увеличения длины заготовок. Кроме того, заготовки ответственных
валов проверяются на ультразвуковом дефектоскопе.
В механический цех заготовки для валов поступают в нормали-
зованном состоянии (после термической обработки) с твердостью
НВ 190...270, без окалины и с зачищенными наружными дефектами.
Глубина внутреннего дефекта не должна превышать половины при-
пуска на сторону.
Механическую обработку валов подразделяют на черновую,
чистовую и окончательную. Черновой обработкой удаляют поверх-
ностные дефекты и обеспечивают равномерное распределение
припуска для последующей обработки. При чистовой обработке
снимаемые припуски значительно меньшие, и используются ме-
нее напряженные режимы во избежание повреждения заготовки
и поверхностного слоя готовой детали. Основной целью чистовой
обработки является устранение погрешностей черновой обработки
и коробления заготовки после термообработки, а также получение
заготовки с наименьшими припусками на окончательную обработку.
193
При окончательной обработке (шлифованием, хонингованием, су-
перфинишированием, выглаживанием, полированием и др.) получа-
ют заданные чертежом вала точность и чистоту его поверхностей.
При проектировании технологического процесса изготовления
вала важен выбор места термической обработки. Термически улуч-
шаемые валы можно подвергать закалке и отпуску, как до начала
механической обработки, так и после чернового этапа (или обдир-
ки), что определяется размером суммарного припуска на обработку.
Для валов, отдельные поверхности которых подлежат цементации,
место термообработки зависит от способа защиты нецементируе-
мых поверхностей (меднение или припуск).
Наилучшим методом базирования заготовки вала является уста-
новка в центрах с применением хомутика и поводка для передачи ей
крутящего момента от шпинделя станка. При обработке длинных за-
готовок используют люнет, который, воспринимая усилие резания,
практически исключает их деформацию. В этом случае требуются
отдельные операции по обработке (обтачиванию, шлифованию)
поверхностей под макет.
Маршрут обработки термически улучшаемого вала, заготовка
которого получена объемной штамповкой, состоит, как правило, из
следующих операций.
1. Термическая обработка заготовки (нормализация).
2. Подрезка торцов и зацентровка.
3. Обтачивание наружной поверхности под люнет (если вал
длинный).
4. Черновой этап обработки, включающий в себя:
обтачивание наружных поверхностей;
отрезку части заготовки для механических испытаний (для
валов первой группы контроля);
сверление осевого отверстия;
растачивание отверстия и протачивание центровых фасок.
5. Термическая обработка (закалка и отпуск).
6. Восстановление центровых фасок и механическая правка
возможных деформаций заготовки, появившихся в результате тер-
мической обработки.
7. Шлифование шеек под люнет (если вал длинный).
8. Чистовой этап обработки, включающий в себя:
обтачивание наружных поверхностей;
растачивание отверстия;
фрезерование шпоночных пазов и других плоских участков
поверхностей;
сверление радиальных отверстий;
194
зачистку заусенцев.
9. Окончательный этап обработки, включающий в себя:
растачивание или шлифование участков отверстий с высокой
точностью;
шлифование наружных поверхностей;
нарезание шлицов;
нарезание резьбы;
полирование поверхностей;
чистовую отделку (суперфиниширование и др.) рабочих по-
верхностей.
10. Контроль готовой детали.
Маршрут обработки цементируемого вала, заготовка которого
получена поперечным прокатом, как правило, состоит из следующих
операций.
1. Термическая обработка заготовки (нормализация).
2. Подрезка торцов и зацентровка.
3. Обтачивание наружной поверхности под люнет (если вал
длинный).
4. Черновой этап обработки, включающий в себя:
обтачивание наружных поверхностей;
отрезка части заготовки для механических испытаний (для
валов первой группы контроля);
сверление осевого отверстия;
растачивание внутренней полости и протачивание центровых
фасок;
шлифование цементируемых участков внутренней полости;
шлифование цементируемых участков наружной поверх-
ности;
нанесение защитного слоя от омеднения цементируемых по-
верхностей.
5. Меднение нецементируемых поверхностей.
6. Цементация, закалка и отпуск.
7. Восстановление центровых фасок.
8. Шлифование шеек под люнет (если вал длинный).
9. Чистовой этап обработки, включающий в себя:
обтачивание наружных нецементируемых (омедненных) по-
верхностей;
растачивание нецементируемых (омедненных) внутренних
поверхностей;
фрезерование шпоночных пазов и других участков плоских
поверхностей;
нарезание шлицов;
195
9.3.
сверление радиальных отверстий;
зачистка заусенцев.
10. Окончательный этап обработки, включающий в себя:
растачивание или шлифование участков отверстий с высокой
точностью;
шлифование наружных шеек;
шлифование шлицов;
нарезание резьбы;
полирование поверхностей;
чистовую отделку (суперфиниширование и др.) рабочих по-
верхностей.
И. Окончательный контроль готовой детали.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДИСКОВ
Диски турбин, насосных крыльчаток, осевых компрессоров
и других агрегатов работают при больших нагрузках и часто при
высоких температурах. Работающий на высоких оборотах тяжелый
диск в случае его неуравновешенности, является источником повы-
шенной вибрации, передающейся на все детали машины. Следова-
тельно, диск должен быть прочным, легким и сбалансированным.
На внешних поверхностях некоторых дисков имеются пазы для
крепления лопаток, если заготовки не отлиты вместе с лопатка-
ми. При разъемном соединении диска с валом на диске имеются
крепежные отверстия и точные посадочные поверхности для его
центрирования и крепления на валу. Неразъемное соединение дис-
ка с валом выполняют двухсторонним сварным швом. На дисках
газовых турбин создают лабиринтные уплотнения, затрудняющие
перетекание горячего газа в холодную зону. Для определения по-
верхностных дефектов диска после его чистовой обработки произ-
водят травление с последующей промывкой.
Диски, работающие при высоких температурах и больших на-
грузках, например диски газовых турбин, изготовляют из жаропроч-
ных сплавов (марок ЭИ437, ЭИ698 и др.). Диски осевых компрессо-
ров, работающие при более легких условиях, изготовляют из сталей
марок 18ХНВА, ЭИ961, ЭИ415 и других менее прочных и жаростой-
ких металлов, например сплавов титана (марки ВТЗ-1) и алюминия
(марок АК4-1, АК6-1), или из неметаллических материалов.
Требования по точности изготовления определяются тяже-
лыми условиями работы дисков и относятся не только к рабочим
поверхностям и их взаимному расположению, но и к нерабочим
196
поверхностям, например к диафрагме диска турбины. При этом
особое внимание уделяют измеряемым параметрам качества
поверхностного слоя готового диска, так как от них во многом
зависит его прочность. Особое внимание также уделяют стати-
ческой балансировке дисков, которую в зависимости от точности
балансировки ротора в сборе проводят как в статическом, так и в
динамическом режиме.
Точность поверхностей готового диска характеризуют следую-
щие параметры:
точность посадочных поверхностей и лабиринтных поясков —
6...8-квалитеты при шероховатости Ra 0,6;
диаметры наружных и внутренних нерабочих поверхностей —
8... 10-квалитеты при шероховатости Ra 2,5;
базовые поверхности шлицов — 7-й или 8-й квалитет при ше-
роховатости Ra 0,6... 1,2;
допуски на размеры пазов под лопатки 0,02... 0,05 мм при шеро-
ховатости Ra 0,6... 1,2.
Точность взаимного расположения поверхностей готового диска
характеризуют следующие параметры:
радиальное и торцовое биение поверхностей — до 0,05 мм;
разность окружных шагов между пазами под лопатки 0,2...
0,3 мм;
перекос оси паза на длине 100 мм 0,1 ...0,2 мм;
биение базовых поверхностей шлицов до 0,05 мм.
Допустимое смещение центра масс диска от оси его базовой
поверхности, зависящее от скорости вращения диска в процессе
эксплуатации изделия, не должно превышать 0,0005...0,001 мм.
Способы получения заготовок определяются геометрическими
параметрами диска, применяемым материалом и серийностью
производства. Заготовки дисков для насосов небольших размеров
часто получают точным литьем вместе с лопатками. Большинство
стальных заготовок-поковок поставляют на механическую обработ-
ку после термообработки (нормализации или отжига) с очищенной
от окалины (травлением) поверхностью. Так как заготовки ответ-
ственных дисков не должны иметь расслоений, трещин, инородных
включений, раковин, то их проверяют с помощью ультразвукового
дефектоскопа.
Механическая обработка дисков подразделяется на три этапа:
черновой, чистовой и отделочный. Начинают обработку заготовки
диска обычно со снятия слоя металла с одной торцовой поверх-
ности с обеспечением шероховатости Ra 1,2, позволяющей про-
верить сплошность материала на ультразвуковом дефектоскопе.
197
После черновой обработки всех поверхностей заготовка диска
подвергается закалке, отпуску или старению с последующей про-
веркой твердости материала. Возможные коробления (до 1 мм) по
плоскости обода диска устраняют при чистовой обработке, что
несколько увеличивает необходимый припуск на этот этап обра-
ботки. Пазы под лопатки получают протягиванием. К отделочному
этапу обработки диска турбины относится полирование его торцов
и диафрагмы, а диска компрессора — виброгалтовка поверхностей
во встряхивающихся контейнерах, наполненных абразивными
гранулами.
Маршрут обработки диска из жаропрочного сплава, заготовка
которого получена штамповкой в закрытом штампе, как правило,
состоит из следующих операций:
1. Обдирка заготовки по всем поверхностям (при большом общем
припуске на обработку).
2. Подрезка одного торца.
3. Ультразвуковой контроль.
4. Термическая обработка заготовки (закалка, отпуск или ста-
рение).
5. Черновая обработка всех поверхностей диска.
6. Чистовая обработка всех поверхностей диска.
7. Полирование поверхностей диска.
8. Травление и промывка.
9. Проверка отсутствия поверхностных дефектов.
10. Сверление и развертывание базовых поверхностей для про-
тягивания отверстий.
11. Протягивание пазов под лопатки.
12. Контроль размеров пазов под лопатки.
13. Слесарная обработка кромок пазов.
14. Чистовая проточка базовых (посадочных) поверхностей.
15. Фрезерование имеющихся на фланце и торце выемок.
16. Полирование внутренних и торцовых поверхностей.
17. Контроль готового диска.
9.4.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Зубчатые колеса машин, двигателей, коробок передач агре-
гатов и механизмов не только изменяют передаточные числа
между валами, но и передают при этом значительные крутящие
моменты, вызывающие большие нагрузки на каждый зуб зубча-
того колеса.
198
11аиболее часто применяют прямозубые цилиндрические и ко-
нические зубчатые колеса наружного зацепления, имеющие на
hi (утренней посадочной поверхности шпоночный паз или шлицы.
В планетарных редукторах имеются зубчатые колеса с внутренним
зацеплением и наружной посадочной поверхностью.
Качество зубчатых колес, определяющее их надежность и проч-
ное ть, обеспечивается не только свойствами материала, но и тща-
тельностью отделки рабочих поверхностей, особенно поверхностей
каждого зуба колеса.
Трение боковых поверхностей зубьев в зацеплении пары зуб-
чатых колес требует обеспечивать износостойкость этих поверх-
ностей, для чего их подвергают химико-термической обработке
(цементации или азотированию). По условиям работы зубчатых
сопряжений, например реверсивного движения, требуется обеспе-
чение высокой твердости поверхности зубьев и значительно более
мягкой их сердцевины. Быстровращающиеся зубчатые колеса могут
быть источником вредных вибраций, для снижения которых тре-
буется обеспечивать их кинематическую точность, определяющую
плавность работы зубчатого сопряжения.
Необходимость обеспечения прочности зубчатого колеса
и износостойкости трущихся поверхностей зубьев, шлицевых,
шпоночных и посадочных поверхностей в подвижном зубчатом
сопряжении определяет применяемые для их изготовления мате-
риалы. Зубчатые колеса изготовляют из конструкционных сталей,
легированных сталей, неметаллических материалов, серого чугуна
и бронзы.
Материалы для изготовления зубчатых колес ответственных
изделий можно подразделить на три группы:
1) термически улучшаемые стали (марок 37XH3A, 40ХНМА), за-
готовки из которых подвергают закалке и отпуску и получают
сердцевину твердостью НВ 293...415;
2) цементируемые стали (марок 18ХНВА, 12Х2НВФА, ЭИ712), за-
готовки из которых подвергают закалке и отпуску и получают
сердцевину твердостью НВ 285...388, а рабочие поверхности
зубьев цементируют и получают твердость HRC 58...62;
3) азотируемые стали (марок 20ХЗМВФА, 383МЮА, ЭИ415), за-
готовки из которых подвергают закалке и получают сердцеви-
ну твердостью НВ 197...359, а рабочие поверхности зубьев азо-
тируют и получают твердость HRC 62...68.
Требования к точности изготовления зубчатых колес определя-
ются стандартом, который в зависимости от назначения цилиндри-
ческого зубчатого колеса устанавливает 12 степеней его точности.
199
Параметры точности в зависимости от степени точности зубчатого
колеса подразделяют на три группы.
1. Кинематическая точность зубчатого сопряжения, определяе-
мая:
кинематической погрешностью;
накопленной погрешностью окружного шага;
радиальным биением профилей зубьев;
погрешностью длины общей нормали;
погрешностью межцентрового расстояния за один оборот
вала;
погрешностью обкатки.
2. Нормы плавности работы зубчатого колеса, определяемые:
погрешностью профиля зубьев;
погрешностью основного шага;
погрешностью окружного шага;
погрешностью окружного шага при повороте колеса на один
зуб.
3. Нормы контакта зубьев пары сопряженных колес, опреде-
ляемые:
размерами отпечатка на поверхностях зубьев (по краске);
положением отпечатка, указывающим на перекос зубьев;
положением отпечатка, указывающим на отклонение от па-
раллельности осей пары сопряженных колес;
положением отпечатка, указывающим на перекос осей пары
сопряженных колес.
Способы получения заготовок зубчатых колес зависят от их
необходимой прочности (особенно при реверсивном движении
колеса) и серийности производства. Заготовки из стали для ци-
линдрических зубчатых колес диаметром до 50 мм без ступицы
в среднесерийном производстве получают из круглого горяче-
катаного проката или объемной штамповкой, а цилиндрические
заготовки большего диаметра — объемной штамповкой. В круп-
носерийном производстве заготовки для зубчатых колес получа-
ют горячей высадкой на горизонтально-ковочных машинах из
проката.
В целях сокращения объема механической обработки и увели-
чения прочности заготовки зубчатых колес изготовляют с зубьями
в штампах, горячим накатыванием или прессованием через фасон-
ную фильеру.
На механическую обработку заготовки поступают после терми-
ческой обработки (нормализации) и снятия окалины. В технических
требованиях на изготовление заготовки указывают метод снятия
200
окалины (например, травление) и допустимые дефекты поверх-
ностей.
Изготовление зубчатого колеса в общем случае включает в себя
следующие этапы:
обработка наружных и внутренних поверхностей до нарезания
зубьев;
нарезание зубьев;
термическая или химико-термическая обработка;
окончательная обработка зубьев и базовых (установочных) по-
верхностей;
проверка параметров статической и динамической точности.
Механическая обработка зубчатых колес, связанная со сня-
тием припусков, подразделяется на черновую, чистовую и от-
делочную.
При черновой обработке снимают до 60 % общего припуска,
в результате чего удаляют имевшиеся дефекты на поверхностях
заготовки и достигают равномерного распределения оставшихся
припусков на дальнейшую обработку.
При чистовой обработке снимают до 30 % общего припуска,
в результате чего придают окончательную форму обработанным
поверхностям, и нарезают зубья методом копирования или методом
обкатки.
При отделочной обработке обеспечивают заданные точность
и шероховатость поверхностей, для чего используют шлифование
цилиндрических поверхностей, зубошлифование, шевингование
и притирание рабочих поверхностей зубьев.
Место термической или химико-термической обработки опре-
деляется ее видом, а также формой и размерами заготовки зубча-
того колеса. Цементацию и закалку производят в конце чистового
этапа обработки. Закалку дисковых и нежестких цементирован-
ных колес иногда производят в заневоленном состоянии в штам-
пах на закалочных прессах, что исключает коробление детали при
ее охлаждении. Азотируют рабочие поверхности зубьев после их
предварительного шлифования или после шевингования, если
зубья нельзя шлифовать. Крупные азотируемые колеса, кроме
обычных закалки и отпуска после чернового этапа, подвергают
дополнительному стабилизирующему отпуску для снятия вну-
тренних напряжений, возникающих при резании на чистовых
операциях.
Технологический маршрут обработки зубчатого колеса может
быть следующим.
1. Термическая обработка (нормализация) заготовки.
201
2. Черновой этап обработки, включающий в себя:
подрезку торца, сверление и растачивание отверстия с одной
стороны;
подрезку другого торца, растачивание отверстия с другой
стороны, обтачивание верха.
3. Чистовой этап обработки, включающий в себя:
протачивание торца, растачивание отверстия с одной сто-
роны;
протачивание торца, растачивание отверстия с другой сторо-
ны, обтачивание верха;
шлифование отверстия и опорного торца с одной стороны;
шлифование отверстия, опорного торца с другой стороны;
черновое шлифование базовых поверхностей;
обработку облегчающих отверстий;
нарезание зубьев;
слесарную зачистку периферии зубьев;
меднение поверхностей, не подлежащих цементации;
цементацию, закалку и отпуск.
4. Отделочный этап обработки, включающий в себя:
чистовое шлифование базовых поверхностей;
протачивание поверхностей под шлицы и резьбу;
нарезание шлицов;
нарезание резьбы;
слесарную зачистку шлицов;
шлифование рабочих поверхностей зубьев;
окончательный контроль статической точности зубчатого
колеса;
окончательный контроль динамической точности зубчатого
колеса;
окончательный контроль готового зубчатого колеса.
Технологический маршрут обработки геометрического зубчатого
колеса состоит из следующих операций.
1. Термическая обработка (нормализация) заготовки.
2. Черновой этап обработки, включающий в себя:
подрезку торца, сверление и растачивание отверстия с одной
стороны;
подрезку другого торца, растачивание отверстия с другой
стороны, обтачивание верха.
3. Термическая обработка (закалка и отпуск).
4. Чистовой этап обработки, включающий в себя:
протачивание торца, растачивание отверстия с одной сто-
роны;
202
протачивание торца, растачивание отверстия с другой сторо-
ны, обтачивание верха;
шлифование отверстия и опорного торца с одной стороны;
шлифование отверстия и опорного торца с другой стороны;
черновое шлифование базовых поверхностей;
обработку облегчающих отверстий;
нарезание зубьев;
слесарную зачистку периферии зубьев.
5. Термическая обработка (стабилизирующий отпуск).
6. Шлифование базовых цилиндрических поверхностей и опор-
ных торцов.
7. Предварительное шлифование (или шевингование) поверх-
ностей зубьев под азотирование.
8. Лужение поверхностей, не подлежащих азотированию.
9. Азотирование.
10. Отделочный этап обработки, включающий в себя:
чистовое шлифование базовых поверхностей;
протачивание поверхностей под шлицы и резьбу;
нарезание шлицов;
нарезание резьбы;
слесарную зачистку шлицов;
окончательное шлифование рабочих поверхностей зубьев;
окончательный контроль статической точности зубчатого
колеса;
окончательный контроль динамической точности зубчатого
колеса.
11. Контроль готового зубчатого колеса.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ
Кольцевые детали в большинстве случаев используют для обе-
спечения возможности сборки составных корпусов, воздуховодов
и других изделий, изготовленных из листового материала. Эти детали
прикрепляют к оболочке (сваркой, пайкой или заклепками), и, исполь-
зуя имеющиеся в них отверстия, скрепляют с другой аналогичной
оболочкой. Некоторые кольцевые детали изготовляют из материалов
со стандартным профилем. Кольцевые детали со сложным профилем
сечения получают в процессе их изготовления. Для получения кольца
исходную заготовку изгибают, а затем сваривают и правят.
Материалы, применяемые для изготовления кольцевых деталей,
определяются условиями эксплуатации изделия и ответственностью
9.5.
203
соединений, образуемых с помощью этих деталей. Изготовляют
кольцевые детали из углеродистых сталей (марок сталь 10, сталь 20),
легированных сталей (марок ЭИ69, 1Х18Н9Т), титановых сплавов,
алюминиевых сплавов и более дешевых сталей.
Требования к точности изготовления кольцевых деталей опре-
деляются назначением самой детали и изделия в целом. Рабочие
поверхности некоторых кольцевых деталей изготовляют 7...9-го
квалитетов точности с шероховатостью Ra 1,25...2,5. Нерабочие
поверхности кольцевых деталей изготовляют 10... 12-го квалитетов,
а в ряде случаев их механическая обработка не производится.
Получение заготовок кольцевых деталей является основным
и наиболее трудоемким этапом их изготовления. Получают их
отливкой, свободной ковкой, раскаткой, штамповкой и гибкой из
профильных полос. При этом используют стыковую сварку с по-
следующей правкой.
Для получения заготовок-отливок используют земляные или
металлические формы (центробежное литье в кокиль). При литье
в земляные формы, применяемом при мелкосерийном произ-
водстве, заготовки получают с недостаточно плотной структурой,
и применяют их для изготовления малонагруженных колец.
При центробежном литье в кокиль заготовки получают в виде
короткой трубы, которую затем разрезают на отдельные кольцевые
заготовки, подлежащие последующей раскатке.
Свободная ковка заготовок применяется в мелкосерийном
и единичном производстве, когда на производстве отсутствует
оборудование для получения кольцевых заготовок более произ-
водительным способом. При наличии на производстве раскатной
машины кованую заготовку раскатывают для получения кольца
более сложного профиля.
Раскатка колец производится на специальной машине.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЫЧАГОВ ВИЛОК
И ДРУГИХ МЕЛКИХ ДЕТАЛЕЙ
Для управления агрегатами, муфтами, зубчатыми колесами в ко-
робках скоростей и других машинах используют разнообразные
промежуточные звенья. Эти звенья представляют собой детали
небольших габаритных размеров, но достаточно сложной конфигу-
рации, выполненные в виде вилок, рычагов, тяг или коромысел. Для
присоединения этих деталей к управляемым механизмам служат
отверстия с обработанными торцовыми поверхностями.
204
9.6.
Применяемые для изготовления мелких деталей материалы опре-
деляются в основном сложностью их конфигурации и прочностью.
Для изготовления малонагруженных рычагов и вилок применяют
серый чугун (марки СЧ12). Более нагруженные детали изготовляют
их серого чугуна (марок СЧ18, СЧ24), ковкого чугуна (марок КЧ35-
10, КЧ37-12), конструкционной стали (марок сталь 20, сталь 40, сталь
I/)), литейной стали (марки сталь 35Л) и цветных сплавов.
Требования по точности изготовления рычагов и вилок, как
и других деталей, относятся и к точности поверхностей, и к точ-
ности их взаимного расположения. Допуск на базовые отверстия
назначают по 6...9-му квалитетам при шероховатости Ra 0,32...2,5,
<i допуск размера между осями базовых отверстий составляет
| (0,05...0,50) мм. Отклонения от параллельности и перпендикуляр-
ности осей базовых отверстий соответствуют 9... 12-му квалитетам
точности. Отклонения от параллельности и перпендикулярности
торцовых поверхностей отверстий (бобышек), а также плоских
исполнительных поверхностей относительно осей базовых отвер-
стий соответствуют 9... 12-му квалитетам точности при их шеро-
ховатости Ra 0,63...5.
Способы получения заготовок мелких деталей определяются
сложностью их формы и используемым материалом. Наиболее часто
применяют литье и объемную штамповку, реже — сварку. Экономи-
чески целесообразно применение точного литья. У полученных таким
способом заготовок обрабатывают лишь базовые поверхности в це-
лях достижения требуемых параметров точности этих поверхностей
и точности их взаимного расположения. Остальные поверхности
таких заготовок не подлежат механической обработке. Нерабочие
поверхности штампованных заготовок обрабатывают лишь при не-
обходимости придания детали качественного внешнего вида.
Обработку рычагов и вилок целесообразно начинать с фрезе-
рования (или протягивания) плоских поверхностей, которые будут
использоваться на последующих операциях в качестве хороших
технологических (установочных) баз.
В качестве первичной установочной базы для механической об-
работки торцов и отверстий используют, как правило, наружные
(часто неполные цилиндрические) поверхности бобышек, их торцы,
а также плоские исполнительные поверхности. При дальнейших
операциях заготовку базируют на ранее обработанные отверстия
и торцовые поверхности. При малой жесткости деталей на фрезер-
ных операциях используют дополнительные установочные базы.
Если у детали бобышки разные по высоте, то сначала обрабатывают
торцовые поверхности и отверстия в высокой бобышке, а затем об-
205
рабатывают торцовые поверхности и отверстия в низкой бобышке,
используя дополнительную установочную базу в целях снижения
вибрации при обработке.
Технологический маршрут обработки рычага, заготовка которо-
го получена точным литьем, состоит из следующих операций.
1. Фрезерование торцов бобышек.
2. Сверление отверстий и зенкерование фасок с одной стороны.
3. Зенкерование фаски с другой стороны.
4. Зенкерование торцов бобышек.
5. Зенкерование базовых отверстий.
6. Сверление других имеющихся отверстий и нарезание в них
резьбы.
7. Развертывание базовых отверстий.
8. Слесарная зачистка.
9. Контроль готовой детали.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Охарактеризуйте корпусную деталь как объект технологическо-
го производства.
2. Назовите методы получения заготовок для корпусных деталей.
3. Какие поверхности корпусных деталей являются рабочими?
4. Насколько применение концентрации или дифференциации
операций целесообразно при обработке заготовок корпусных
деталей?
5. Охарактеризуйте деталь вал как объект механической обра-
ботки.
6. Каковы особенности обработки заготовок длинных валов не-
большого диаметра?
7. Можно ли за одну установку в центрах обработать полностью
наружную поверхность заготовки вала?
8. Почему после каждой термической обработки требуется об-
работка центровых отверстий?
9. Каковы особенности обработки цементируемых поверхностей?
10. Какие способы применяют для получения заготовок дисков?
11. Какие приемы используют для достижения наименьшего ра-
диального биения профиля зубьев относительно оси базовой
поверхности зубчатого колеса?
12. Каковы особенности термической обработки валов и дисков?
13. На каком этапе изготовления вала нарезают мелкую резьбу?
14. Какие способы применяют для получения заготовок кольцевых
деталей?
15. При каких методах получения заготовок рычагов, вилок и других
мелких деталей обрабатывают только рабочие поверхности?
СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
И ПРОГРАММИРОВАНИЯ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
II
РАЗДЕЛ
Глава 10. Технологические процессы обработки на станках с числовым программным управлением
Глава 11. Технологические процессы для токарных станков с ЧПУ
Глава 12. Программирование токарной обработки
Глава 13. Технологические процессы для фрезерных станков с ЧПУ
Глава 14. Программирование фрезерной обработки
Глава 10
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ОБРАБОТКИ НА СТАНКАХ
С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ
УПРАВЛЕНИЕМ
10.1.
ЭТАПЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Программирование для станков с числовым программным управ-
лением (ЧПУ) является одним из этапов технологического процесса
(ТП) изготовления детали.
Структурно ТП для станков с ЧПУ подразделяется на операции,
элементами которых являются установы, позиции, технологический
и вспомогательный переходы, проходы, рабочие и вспомогатель-
ные ходы, шаги, элементарные перемещения и технологические
команды.
Процесс проектирования ТП для станков с ЧПУ можно подраз-
делить на три этапа:
разработка маршрута обработки детали;
разработка операций ТП;
подготовка управляющей программы (УП).
Подготовка управляющей программы включает в себя:
расчет траектории инструмента (выбор или уточнение системы
координат, определение наладочных размеров детали, расчет
координат опорных точек, разделение проходов на ходы и шаги,
построение траектории движения инструмента, преобразование
системы координат);
кодирование и запись УП (формирование элементарных пере-
мещений и определение технологических команд, кодирование
программы и запись ее на программоноситель);
контроль, редактирование и отладка УП (контроль программо-
носителя, контроль траектории движения инструмента, редак-
тирование программы и обработку опытной детали).
При подготовке управляющей программы специалист должен
знать:
208
основы программирования в кодах G и М;
режущий инструмент и режимы резания;
технологический процесс изготовления детали;
металлорежущий инструмент.
Для того чтобы спрограммировать обработку детали, необходимо
провести ряд последовательных действий:
подготовить чертеж детали (определить нулевую точку детали,
нанести системы координат, вычислить отсутствующие коор-
динаты);
определить процесс обработки (уяснить, когда, какие инстру-
менты и для обработки каких контуров будут использоваться;
в какой последовательности будут изготовляться отдельные
элементы детали; какие отдельные элементы повторяются (воз-
можно в повернутом виде) и должны быть сохранены в под-
программе. Найти в других программах или подпрограммах
обработки такие же или подобные контуры деталей, которые
можно использовать. Определить, где целесообразны или не-
обходимы смещения нулевой точки, вращение, отражение,
масштабирование;
создать технологическую карту (определить поочередно все про-
цессы обработки станка, например, движение ускоренным ходом
при позиционировании, смену инструмента, свободный ход для
дополнительного измерения, включение-выключение шпинделя,
смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), вызов данных инстру-
мента, подача, коррекция траектории, подвод к контуру, отвод
от контура и т.д.);
перевод рабочих операций на язык программирования (запись
каждой отдельной операции как кадра или кадров ЧПУ);
соединение всех отдельных операций в одной программе.
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
МЕТАЛЛООБРАБОТКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ
СТАНКОВ С ЧПУ
В условиях обострения конкуренции предприятия вынуждены
более интенсивно внедрять инновационные технологии. В области
обработки металлов резанием главные их усилия направлены на
сокращение основного и вспомогательного времени (61 % произ-
водственных расходов), а также экономию средств производства
(смазочно-охлаждающих жидкостей и др.). При этом доля издержек
на инструмент составляет лишь 3,5 % производственных расходов,
10.2.
209
поэтому нельзя здесь добиться значительной экономии расходов
на производственный процесс в целом.
Реализовать потенциальные возможности производства позво-
ляют следующие технологии:
высокоскоростная обработка резанием (высокая частота вра-
щения и низкая мощность шпинделя, высокая динамика станка,
малые силы резания);
высокопроизводительная обработка резанием (пониженная ча-
стота вращения и высокая мощность шпинделя, слабая динамика
станка, большие силы резания);
многоцелевая обработка резанием (пониженная частота враще-
ния, низкая или высокая мощность шпинделя и нестабильный
режим резания, слабая динамика станка, малые силы резания);
сухая обработка резанием и обработка резанием с минимальным
расходом смазочного материала;
твердая обработка резанием.
Высокоскоростная обработка резанием (ВСОР). Это обработка
со значительно более высокой скоростью резания при относительно
небольшой глубине резания. Применять данное понятие в отно-
шении определенных скоростей резания всегда следует с учетом
способа обработки и свойств обрабатываемого материала.
Увеличение скорости резания обеспечивает следующие преиму-
щества обработки:
значительное сокращение основного машинного времени;
возможность повышения удельной объемной производитель-
ности процесса примерно на 30 %;
увеличение скорости подачи в 5... 10 раз;
возможность уменьшения силы резания более чем на 30 %;
отсутствие вибраций при обработке геометрически сложных
деталей;
возможность выполнения чистовой обработки резанием (каче-
ство поверхности почти соответствует качеству шлифования,
непрерывная обработка за счет отвода технологической теплоты
преимущественно через стружку).
Для оптимального применения технологии ВСОР необходимо
выполнение определенных требований.
Требования к станку'.
работа без люфтов и вибраций;
высокая жесткость;
облегченная конструкция подвижных деталей;
высокие частота и точность вращения шпинделя;
высокая скорость подачи (линейные приводы).
210
Требования к инструменту.
высокая точность вращения;
точная балансировка (геометрическая форма хвостовика режу-
щего инструмента);
высокая износостойкость (особая геометрия режущих кромок
и применение специальных покрытий);
высокая жесткость.
Требования к патрону:
высокая точность вращения;
гидропластовый высокоточный или термозажимной.
Требование к заготовке — надежное крепление без вибрации.
Повышенные износостойкость инструмента и чистота обработ-
ки поверхности достигаются использованием соответствующих
режущих материалов только в случае обеспечения высокой точ-
ности вращения шпинделя, патрона и инструмента. Причем для
высокоскоростной обработки это является безусловным требо-
ванием. Разумеется, для этого требуется не только повышенная
точность изготовления хвостовика режущего инструмента, но
и использование патронов с оптимальным способом его крепле-
ния, минимизирующим передачу погрешностей закрепления на
режущую кромку.
Кроме традиционных способов крепления инструмента (на-
пример, с помощью различных цанговых патронов или патронов
для инструментов с хвостовиком) в настоящее время широко при-
меняются различные типы патронов с гидропластовым зажимом.
Благодаря высокой точности вращения и простоте обслуживания
они успешно используются в самых разных условиях, в том числе
и при высокоскоростной обработке.
Другой прогрессивный способ крепления инструмента основан
на принципе термического расширения материала — усадки. Кре-
пление инструмента этим способом отличается высочайшей точно-
стью, прочностью и высокой жесткостью. Благодаря симметричной
о тносительно оси вращения конструкции зажимного патрона этот
способ наилучшим образом подходит для высокоскоростной обра-
ботки резанием, обеспечивая погрешность вращения менее 0,003 мм
при рабочей части инструмента, равной трем его диаметрам. При
использовании инструмента без радиальных биений такая точность
вращения может в значительной степени передаваться на режущую
кромку В результате существенно повышаются износостойкость
инструмента и качество обработанной поверхности.
При высокоскоростной обработке особое значение имеют цен-
тробежные силы. Они нагружают подшипники шпинделя (возмож-
211
ность разрушения), вызывают вибрацию, негативно влияющую на
качество обработанной поверхности, снижают точность обработки
и сокращают рабочий ресурс инструмента. Следовательно, точ-
ная или сверхточная балансировка инструмента обязательна для
создания оптимальных рабочих условий (например, при чистовой
обработке).
Высокопроизводительная обработка резанием (ВПОР). При
высокопроизводительном резании в отличие от высокоскоростного
резания (ВСОР) основная задача заключается в оптимизации объ-
емной производительности процесса в целях сокращения основного
машинного времени обработки.
Высокопроизводительное резание производится в диапазоне
низких скоростей резания при существенно увеличенной подаче,
что обеспечивает достижение очень высоких показателей объемной
производительности резания, однако при этом требуется использо-
вание шпинделя с приводом высокой мощности.
Кроме того, ВПОР-обработка предполагает сокращение вспо-
могательного времени за счет повышения скорости позициониро-
вания и быстрого перемещения инструмента, а также сокращение
времени на смену инструмента.
Высокопроизводительный инструмент должен рассчитываться
как на возникающие силы резания (особенно при НРС-обработке),
так и на неблагоприятные условия крепления при использовании
максимальной мощности.
В комбинации со специально разработанными станками приме-
нение инструментов для высокопроизводительной и многоцелевой
обработки создает базовые условия для значительного повышения
производительности процесса резания при оптимальном выходе
стружки. При этом возможное значение подачи инструмента во
многом определяется числом его режущих кромок, а скорость ре-
зания зависит от примененного инструментального материала.
Рассмотрим высокопроизводительную обработку на примере
фрезерования.
При обработке твердого материала в наибольшей степени
проявляется многоплановость понятия высокопроизводительной
обработки. Главным условием обеспечения предельно высокой
подачи и соответственно максимальной объемной производитель-
ности резания, а также сокращения времени обработки является
использование твердосплавных фрез. За счет исключительной
жесткости, обеспечивающей высокую подачу на оборот, такие
фрезы выдерживают нагрузки, имеющие место при высокопроиз-
водительном резании.
212
Например, при обработке легированной стали цельной твердо-
сплавной фрезой диаметром 20 мм используют следующий режим
резания: линейная скорость фрезы vf = 1 200 мм/мин; частота вра-
щения фрезы п = 2 500 об/мин; ширина резания ае = 20 мм; глубина
резания ар = 15 мм.
В результате обеспечиваются:
повышение эффективности процесса на 200 %;
сокращение основного машинного времени обработки со 140
до 40 мин;
повышение износостойкости инструмента со 120 до 240 мин;
образование короткой равномерно снимаемой стружки;
прецизионное и ускоренное фрезерование;
плавный и ровный ход инструмента.
Многоцелевая обработка резанием (МОР). Основная нагрузка
в многоцелевых станках, например токарно-фрезерных, отражаю-
щих стремительно развивающееся главное направление в машино-
строении, приходится на токарную обработку. Фрезерование вы-
полняется с помощью вспомогательных шпинделей со значительно
меньшей мощностью. Для реализации преимуществ многоцелевых
станков в полной мере режущую кромку инструментов следует
усовершенствовать таким образом, чтобы максимальное количе-
ство материала, снимаемого при резании, достигалось при мини-
мальных силах резания. Инструменты, применяемые при МОР, по
сравнению с инструментом ВПОР требуют значительно меньшей
мощности для снятия одинакового количества материала.
Инструменты МОР используются в случаях, когда требуется при-
менение пониженных сил резания, например при обработке фили-
гранных деталей, не обладающих необходимой для использования
высокопроизводительного инструмента механической жесткостью.
Кроме того, они применяются при нестабильных условиях крепле-
ния, например при обработке деталей сложной геометрической
формы, когда возможности высокопроизводительных инструментов
ограничены и при их использовании требуется коррекция режимов
резания.
Благодаря особой геометрии инструменты МОР также превос-
ходно подходят для приводного инструмента и шпинделей с мощ-
ностью менее 10 кВт.
Снижение силы резания при МОР достигается за счет двух из-
менений геометрии инструмента: во-первых, использование угла
подъема спирали сверла больше, чем у обычного высокопроизво-
дительного инструмента, а во-вторых, использование переменного
переднего угла, обеспечивающего плавность хода. Специальные
213
покрытия также обеспечивают повышение износостойкости ин-
струмента и снижение сил резания.
Сухая обработка резанием и обработка с минимальным рас-
ходом смазочного материала. Наиболее эффективным способом
обработки с использованием режущей кромки определенной
геометрии при одновременном обеспечении экономичности и вы-
полнения экологических требований является сухая обработка.
Это одна из наиболее активно обсуждаемых разработок в области
производственных технологий.
Необходимо понимать, что с использованием, хранением и ути-
лизацией СОЖ связаны огромные расходы. При этом, как правило,
предприятия учитывают только расходы на приобретение и ути-
лизацию СОЖ, однако и расходы, определяемые использованием
СОЖ, довольно значительны.
Доля расходов на СОЖ на предприятии в значительной степени
зависит от используемых технологий обработки, станков и других
условий. Затраты, связанные с использованием СОЖ, как правило,
колеблются в пределах 2...8 % от всех производственных расходов,
т.е. их порядок соответствует затратам на инструмент, а следова-
тельно, необходимо оптимизировать концепции, направленные на
снижение расходов, связанных с использованием СОЖ.
В последние годы сухой обработке (полный отказ от использо-
вания каких-либо смазочно-охлаждающих жидкостей), к которой
в самом широком смысле относится и обработка с минимальным
расходом смазочного материала, уделяется повышенное вни-
мание. Проведенные обширные исследовательские и опытно-
конструкторские работы позволили, в частности, добиться того, что
на сегодня обработку большинства материалов при определенных
технологиях производства можно осуществлять сухим способом
или с минимальным расходом смазочного материала. Технологи-
ческая концепция, основанная на отказе от СОЖ, должна обе-
спечивать решение таких важных задач, как смазывание, перенос
теплоты и удаление стружки. Следовательно, основные требования
при реализации концепции сухой обработки следующие:
пониженное выделение теплоты при обработке резанием;
обеспечение отвода теплоты (большей доли через стружку);
гарантированное удаление стружки (от места обработки и из
станка);
соответствие инструмента и станков требованиям сухой обра-
ботки.
Частично сухая обработка уже применяется в серийном произ-
водстве.
214
На данный момент решены еще не все проблемы, связанные
с использованием сухой обработки. Кроме того, современный уро-
вень развития техники не обеспечивает возможность при любых
технологиях полностью отказаться от СОЖ (в настоящее время доля
сухой обработки на рынке составляет около 12%). Однако при ис-
пользовании таких технологических процессов следует добиваться
значительного снижения количества используемой СОЖ.
Доля сухой обработки в производстве будет увеличиваться, по-
скольку при создании новых технологических линий, особенно
в крупносерийном производстве, оценивается возможность сухой
обработки или обработки с минимальным расходом смазочного
материала. Наиболее существенные достоинства сухой обработки
в серийном производстве обеспечиваются, если в результате удает-
ся упростить производственные процессы. Отказ от использования
СОЖ во многих случаях позволяет значительно усовершенствовать
или полностью исключить последующие этапы производственного
процесса (самое простое — это этап очистки). Реально достижимая
в подобных случаях экономия затрат намного превышает расходы на
испытания и введение на производстве сухой обработки. На основа-
нии изложенного можно предположить в перспективе увеличение
доли сухой обработки в серийном производстве до 27 %.
Переход на сухую обработку или минимальный расход смазоч-
ного материала зависит от условий обработки в каждом конкрет-
ном случае, т. е. в первую очередь следует определить комплексное
взаимодействие детали, обрабатываемого материала, способа об-
работки, инструмента, условий обработки и станков, а также их
влияние на процесс обработки резанием. В любом случае переход
на сухую обработку — это вопрос не самой близкой перспективы.
Во многих случаях сухая обработка возможна только при переходе
на новое оборудование, поскольку имеющиеся станки не могут быть
переоборудованы на сухую обработку.
Сфера применения сухой обработки за последние годы значи-
тельно расширилась, в первую очередь, благодаря новым разработ-
кам в области инструментального производства (инструментальных
материалов, покрытий, оптимизации геометрии инструмента).
Наиболее подходящими для сухой обработки являются инстру-
менты из твердых сплавов с покрытием, отличающиеся высокими
твердостью и износостойкостью при повышенной температуре,
а также инструменты из минералокерамики, кубического нитрида
бора и алмазные инструменты.
При условии использования соответствующих покрытий может
быть обеспечена рентабельность и сухой обработки инструментами
215
из быстрорежущей стали, причем обработки на низких скоростях
и в условиях высоких требований к вязкости обрабатываемого ме-
талла как, например, при нарезании внутренней резьбы.
При использовании прерывистого реза, например при фрезеро-
вании, сухая обработка может обеспечить значительное повышение
износостойкости инструмента, так как его режущая кромка при
этом не будет испытывать нагрузок вследствие тепловых ударов
под действием СОЖ.
Ввиду существования высоких требований к точности обработки
большое значение придается разработке и применению инструмен-
та с оптимальной геометрией. Например, много проблем возникает
при сухом сверлении, и главной из них является непрерывное уда-
ление стружки из отверстия. Удачным решением этой проблемы
наряду с применением специальных покрытий является использо-
вание инструмента с увеличенной стружечной канавкой.
Очень хорошие результаты показывает сверление стали с ис-
пользованием многослойных покрытий TiAlN—TiN, поскольку
«смазывающее действие» мягких антифрикционных слоев в этом
случае уменьшает трение между стружкой и инструментом.
Так как сухую обработку по причине обеспечения неудовлетвори-
тельных результатов зачастую использовать невозможно, в качестве
компромисса на практике применяют обработку с минимальным
расходом СОЖ — квазисухую обработку. Использование смазочно-
охлаждающей жидкости в малых количествах обеспечивает поло-
жительный результат обработки и сокращает расход СОЖ.
Для характеристики расхода СОЖ при обработке в настоящее
время применяют следующие понятия:
минимальный расход смазочной (охлаждающей) жидкости — это
общий расход менее 50 мл/ч;
пониженный расход смазочной (охлаждающей) жидкости — это
общий расход менее 120 л/ч.
Обработка закаленных сталей представляет собой обработ-
ку резанием материалов, твердость которых составляет от 45 до
HRC 64...70. При этом могут применяться методы с использованием
инструмента с режущей кромкой как определенной, так и неопреде-
ленной геометрии, а также методы физико-химической обработки.
Однако в основном понятие «обработка закаленных сталей» при-
меняется только к методам с использованием инструментов с режу-
щей кромкой определенной геометрии, например к фрезерованию,
точению твердых материалов и т. д.
Фрезерованием при благоприятных условиях можно выполнить
полную обработку детали из твердого материала с одной операцией
216
крепления, что позволяет, например, полностью отказаться от элек-
троэрозионной обработки, требующей больших затрат времени.
Достоинством данного метода является также сокращение затрат
времени на установку заготовки, наладку станка и обработку (ком-
плексная обработка методом фрезерования твердых материалов).
Первые успешные результаты такой обработки удалось полу-
чить в начале 1990-х гг. при фрезеровании кузнечных штампов,
что привело к активному вытеснению метода электроэрозионной
обработки в этой области.
В результате интенсивного развития в последние годы техноло-
гий инструментального производства и технологий в области из-
готовления профилей открылись новые возможности производства
пресс-форм. Однако из-за большой сложности форм для литья под
давлением в данной области проявились технологические ограни-
чения использования метода фрезерования твердых материалов
(наличие большого числа ребер жесткости, а также из-за малых
радиусов скругления при большой длине вылета).
При большой сложности форм фрезерная обработка может вы-
звать проблемы даже при твердости обрабатываемого материала
HRC 50. Формы менее сложных форм, напротив, поддаются фре-
зерованию даже при твердости материала до HRC 64 при условии
наличия соответствующих технологических расчетов.
Таким образом, учет только твердости материала не может слу-
жить достаточным основанием при выборе между фрезерованием
и электроэрозионной обработкой. Особое внимание именно при
обработке твердых материалов должно уделяться технологическим
расчетам. При учете данных граничных условий открываются се-
рьезные перспективы развития представленной технологии.
Твердая обработка резанием. Для такой обработки характе-
рен особый механизм стружкообразования. Твердые материалы,
например закаленные стали с их мартенситной структурой, при
нормальных температуре и давлении не способны к пластической
деформации, а следовательно, в процессе снятия стружки не может
образоваться плоскость скалывания или зона сдвига. При такой об-
работке на начальной стадии отделения материала перед передней
поверхностью режущего инструмента сначала образуется трещина
на поверхности заготовки, которая затем развивается. Образую-
щиеся при этом сегменты стружки преимущественно «спекаются»
в изогнутый элемент.
При твердой обработке действуют механизмы образования
стружки, вызывающие очень большие по сравнению с мягкой об-
работкой силы резания и температуры резания. Возникающие при
217
Таблица 10.1. Требования к инструментальным материалам
Нагрузки, возникающие при твердой обработке Требования к инструментальным материалам
Высокие температуры приме- нения Устойчивость к диффузии и твер- дость при повышенной температуре
Высокое давление вблизи режу- щей кромки Прочность при изгибе и прочность при сжатии
Высокая ударная нагрузка при прерывистом резе Вязкость, прочность кромок
твердой обработке нагрузки определяют требования к используе-
мым при этом инструментальным материалам (табл. 10.1).
В прошлом при обработке материалов с числом твердости более
HRC 60, как правило, приходилось применять метод электроискро-
вой эрозии или в качестве способа чистовой обработки шлифо-
вание. В настоящее время благодаря активному использованию
инструментальных материалов с высокой износостойкостью и более
глубоким знаниям технологий обработки существует возможность
реализации способов производства, основанных на определенной
геометрии режущей кромки инструмента, т. е. предприятиям пред-
лагается широкий ассортимент инструмента для твердой обработки
(для точения, фрезерования концевой фрезой и с использованием
сменных многогранных пластин, сверления, нарезания резьбы,
зенкерования и развертывания).
Для обеспечения максимальной эффективности при реализации
потенциальных возможностей твердой обработки с использованием
определенной геометрии режущей кромки инструмента ведутся
разработки, направленные на создание соответствующих зажимных
устройств и станков.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каковы этапы программирования ТП?
2. Какие действия включает в себя подготовка управляющих про-
грамм?
3. Что такое высокоскоростная обработка резанием?
4. Что представляет собой высокопроизводительная обработка
резанием?
5. Что такое многоцелевая обработка резанием?
6. Какую обработку называют твердой?
Глава 11
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ДЛЯ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ С ЧПУ
11.1.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СМЕННЫХ
МНОГОГРАННЫХ ПЛАСТИН И ДЕРЖАВОК
ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ
Для обработки, например заготовок из твердого сплава, часто
применяют токарные инструменты с державками для крепления
режущих сменных многогранных пластин (СМИ), которые от
цельных инструментов отличаются в основном формой корпуса,
г. е. наличием крепления.
Классификация составных инструментов осуществляется по
основной форме СМП и ее геометрическому расположению и,
следовательно, по возможному направлению резания. На рис. 11.1
представлена система обозначений токарных и расточных державок
согласно стандарту ISO.
Внедрение сменных многогранных пластин позволило повысить
жономию инструментальных материалов. Форма режущих пластин
ci висит от их назначения. В поперечном сечении СМП имеют боко-
вые поверхности, расположенные наклонно или перпендикулярно
пазовой поверхности, т. е. режущие пластины имеют разный задний
угол а (рис. 11.2). При перпендикулярных боковых поверхностях
шдний угол а равен нулю. Для обеспечения благоприятных пара-
метров резания СМП должны вставляться в державку наклонно.
В этом случае их главная и вспомогательная режущие кромки будут
иметь положительный задний угол а. Пластины с положительным
|<|дним углом называются позитивными и с отрицательным — не-
гативными.
При правильной геометрии инструмента СМП одновременно
получают отрицательный передний угол у и отрицательный угол
уклона Z, а задний угол а их главной режущей кромки и осевой
задний угол аЛ вспомогательной режущей кромки будут положи-
тельными за счет наклонного крепления пластины.
219
220
р :
Система крепления
С
D *
М
Р
S
....'. с . :
Форма СМП
С
D <js?>
G
К
R о
S
Т
V
W ^^80°
a
Л
Исполнение хвостовика
А Стальной хвостовик с внутренним подводом СОЖ
С Твердо- сплавный хвостовик
Е Т вердосплавный хвостовик с внутренним подводом СОЖ
S Стальной хвостовик
16
df мм
8 8
10 10
12 12
16 16
20 20
25 25
32 32
40 40
50 50
М
Длина инстру- мента £, мм
F 80
Н 100
К 125
М 150
Q 180
R 200
S 250
Т 300
и 350
X Специальная длина
S
Система крепления
М
Р Т'1
S
С
Форма СМП
С <^>
D
G
R CD
S
т
V
W ^^80°
L
Угол зацепления
F 90"^О
J 52°£П
К 75"^П
L 95£3
Q 107,
и
X 1
Z
С R
Задний угол СМП Направление обработки
В 5jP R
С 7^—J
D 15о^—J L
Е 20°Jv“3
N of23
Р h’-F3
б
Рис. 11.1. Системы обозначений токарных (а) и расточных (б) державок согласно стандарту ISO
Длина рабочей части, мм
С У^80'/
D
G <^4?>
R Q
S —
Т
V
W ^^80°
Рис. 11.2. Углы сменных многогранных пластин:
а — задний угол; у — передний угол; X — угол уклона; ап — осевой задний угол
На рис. 11.3 представлена классификация сменных многогран-
ных пластин в соответствии со стандартом ISO для токарной об-
работки и фрезерования.
Форма и размер СМП (а следовательно, и максимально возмож-
ная глубина резания) определяются выбором державки для них. На
рис. 11.4 представлена зависимость глубины резания СМП от их
форм и размеров.
Подача инструмента выбирается в зависимости от радиуса ге при
вершине сменной пластины (табл. 11.1).
Как правило, подача при черновой обработке должна быть в два
раза меньше значения радиуса. Изменяя радиус при вершине СМП,
можно влиять на шероховатость обработанной поверхности.
Зачистные СМП Wiper, схема которых показана на рис. 11.5,
предназначены только для обработки с небольшой глубиной реза-
ния. В этом случае они обеспечивают следующие преимущества
Таблица 11.1. Подачи инструмента при различных значениях радиусов при вершине СМП
Радиус при вершине СМП ге, мм Подача f инструмента, мм/об
0,2 0,05...0,15
0,4 0,12...0,25
0,8 0,25...0,50
1,2 0,36...0,70
1,6 0,5... 1,0
2,4 0,7... 1,6
222
223
Рис. 11.3. Классификация СМП в соответствии со стандартом ISO [Продолжение на стр. 224]
А Параллелограмм, 85° О
В Параллелограмм, 82° О
С Ромб, 80° ш
D Ромб, 55° £7
Е Ромб, 75° Ш
F Ромб, 60° £7
G Ромб, 45°
Н Шестигранник о
К Параллелограмм, 550 £7
L Прямоугольник п
М Ромб, 86° Ш
О Восьмигранник О
Р Пятигранник ф
R Круг о
S Четырехгранник 0
Т Трехгранник А
V Ромб, 35°
W Шестигранник А
X Специальная форма
Форма
Токарная обработка
sr
Допуск без радиуса т, мм Допуск диаметра вписанной окружнос- ти d, мм Допуск на тол- щину S, мм
А ± 0,005 ± 0,025 ± 0,025
С ±0,0013 ± 0,025 ± 0,025
Е ± 0,025 ± 0,025 ± 0,025
F ± 0,005 ±0,0013 ± 0,025
G ± 0,025 ± 0,025 ±0,0013
Н ±0,0013 ±0,0013 ± 0,025
J ± 0,005 ±0,05 ...±0,13 ± 0,025
К* ±0,0013 ±0,05 ...±0,13 ± 0,025
L* ± 0,025 ±0,05 ...±0,13 ± 0,025
М* +0,08 ...±0,18 ±0,05 ...±0,13 ±0,0013
N* +0,08 ...±0,18 ±0,05 ...±0,13 ± 0,025
и* ±0,13 ...±0,38 ±0,08 ...±0,25 ±0,0013
Допуск
‘В целом данный допуск действителен
для спеченных СМП, частично зависит от размера
00 Без радиуса
01 0,1
02 0,2
03 0,3
04 0,4
05 0,5
06 0,6
08 0,8
10 1,0
12 1,2
16 1,6
20 2,0
24 2,4
28 2,8
31 3,1
32 3,2
Радиус закругления . вершины зуба, мм s
ф
s
S
д
И
ф
S
S
X
S
ф
i
СО
Я
ф
О
S
ф
в
и
S
Сгружколом
224
F
25
G
30
N
20
0
О
Другие
значения
заднего
угла
Фрезерование
Рис.11.3. Окончание
Конфигурация отверстия Стружко- лом Тип пластины
А Цилиндрическое отверстие Нет (H3UZ37
В С Цилиндрическое отверстие зенкование (70...90)° Нет LiUO
F - С двух сторон
G Цилиндрическое отверстие С двух сторон д д
Н J Цилиндрическое отверстие зенкование (7O...9O)0 С одной стороны с двух сторон
М Цилиндрическое отверстие С одной стороны VI I7
N — Нет
Q Цилиндрическое отверстие зенкование (40...60)° Нет ГБП
R - С одной стороны то
Т и W Цилиндрическое отверстие зенкование (40...60)° С одной стороны ЮШ7
С двух сторон Нет LHJlhJ
X — — Специальное
01 1,59
Т1 1,98
02 2,38
T2 2,78
03 3,18
тз 3,97
04 4,76
05 5,56
06 6,35
07 7,94
09 9,52
Исполнение режущих кромок
F Остро- заточенные
Е Скругленные
Т С фаской
S С фаской и скругленные
Направление обработки
R Правое
L Левое
N Нейтральное
Рис. 11.4. Зависимость глубины резания от формы и размера СМП
225
Рис. 11.5. Схемы стандартной (а) и зачистной (б) пластин:
f — подача инструмента; г — радиус при вершине СМП; ар — глубина резания;
/?тах — параметр шероховатости
по сравнению с применением СМП стандартной геометрической
формы:
снижение шероховатости обработанной поверхности при зна-
чении подачи от нормального до высокого;
во многих случаях исключают необходимость дополнительного
шлифования.
11.2.
СТРУЖКОЛОМЫ И СТРУЖКООТВОДНЫЕ
СТУПЕНЬКИ
При механической обработке (особенно при растачивании)
требуется получение мелкой, загнутой стружки, которая легко
отводится и создает допустимую нагрузку на режущую кромку.
Однако жесткий стружколомный режим обработки, обеспечива-
ющий получение мелкой стружки, может стать причиной усилен-
ных вибраций токарного резца. При этом в случае образования
Минной стружки могут возникнуть проблемы с ее удалением. На
характеристики стружколома могут оказывать влияние различные
факторы, в частности:
геометрия СМП;
радиус при вершине СМП ге;
угол СМП в плане кг,
глубина резания ар;
подача f инструмента;
скорость резания vc.
Радиус кривизны стружки зависит от формы стружколома, при-
чем функцию дополнительных стружколомов могут выполнять лун-
ки износа и наросты на режущей кромке СМП. Направление отвода
226
< тружки и интенсивность ее спирального вращения определяются
углом СМП в плане к или комбинацией глубины резания ар и ра-
диусе! г,. при вершине СМП. Назначение стружкоотводных ступенек
состоит в том, чтобы оказывать влияние на форму и процесс отвода
стружки в целях создания оптимальных условий резания для ин-
струмента и заготовки. При этом стружкоотводные ступеньки могут
иметь разные углы наклона, т.е. могут располагаться параллельно
глинной режущей кромке или под углом к ней (с положительным
нулевым или отрицательным углом).
11оложительные углы наклона стружкоотводных ступенек
(рис. 11.6, а) используются для чистовой обточки, поскольку обеспе-
чивают отвод стружки от поверхности заготовки, благодаря чему не
повреждается обработанная поверхность. Однако при этом затруд-
няется ломка стружки. Параллельную стружкоотводную ступеньку,
т. <». с нулевым углом наклона (рис. 11.6, б), изготовить легко, однако
стружка при этом направляется к поверхности резания и может
повредить ее. Отрицательные углы наклона стружкоотводных сту-
пенек (рис. 11.6, в) используются для черновой обработки. В этом
случае стружка ломается легче, поскольку чистота обработки по-
верхности при обдирке играет второстепенную роль, то допустимо
образование царапин на вращающейся поверхности вследствие
о твода стружки в направлении заготовки.
В случае использования державок с СМП в зависимости от
глубины их резания и подачи инструмента, а также от обрабатыва-
емого материала на режущих пластинах формируется стружколом-
ный профиль различной геометрии.
Фаски на режущих кромках усиливают режущую часть ин-
струмента (и переднюю, и заднюю поверхности). Небольшой (до
Рис. 11.6. Варианты углов наклона <р стружкоотводных ступенек:
а положительный угол (р; б — нулевой угол ср; в — отрицательный угол <р
227
Рис. 11.7. Фаски видов F, G, Т:
а — для чистовой обработки при непрерывном резании (сталь твердостью более
HRC 45); б — универсальная для малопрерывистого резания (сталь твердостью бо-
лее HRC 45); в — специальная для прерывистого резания (сталь твердостью более
HRC 45); г — размер фаски
отрицательного) угол фаски снижает вероятность образования
трещин на режущей кромке. Сменные пластины с фасками на
передней поверхности (особенно для обработки закаленных сталей)
могут иметь как положительную, так и отрицательную геометрию
(рис. 11.7). Ширина фаски на передней поверхности режущего
инструмента не должна быть слишком большой, в противном
случае отвод стружки по передней поверхности окажется невоз-
можным.
Для угла в плане к = 60...90° ориентировочная ширина фаски
на передней поверхности режущего инструмента определяется
следующим образом, мм:
b/y = 0,8f,
где f — подача, мм/об.
Для внутренней обработки заготовок вследствие многообра-
зия их форм, так же, как и при наружной обработке, требуются
инструменты самой разной формы. На рис. 11.8 представлены
токарные резцы различной формы. Инструмент с острой вер-
Рис. 11.8. Различные формы (а...в) расточных резцов (стрелками показано
направление подачи)
228
ill и । юн используется для подрезания, затылования и обработки
галтелей. Для получения прямоугольных кромок угол к в плане
должен составлять 90° и более. При обработке труднодоступных
мест часто требуется использование длинного тонкого стержня,
что может привести к возникновению нежелательных вибраций,
значительно снижающих стойкость инструмента вследствие вы-
крашивания его режущих кромок, а также качество обработки
поверхностей заготовки. Интенсивность таких вибраций можно
уменьшить снижением силы резания (т.е. инструмента подачи
и глубины резания).
РАСТАЧИВАНИЕ, ОБРАБОТКА ОТРЕЗНЫМИ
И ПОДРЕЗНЫМИ РЕЗЦАМИ
11ри выполнении обработки прорезными расточными резцами
обычно возникают вибрации, поскольку точка приложения силы
резания находится далеко за пределами центра режущего инстру-
мента (большое плечо силы).
При радиальном подрезании или отрезании инструмент, как
и при торцевом точении, перемещается от наружного диаметра
заготовки в направлении ее центра (с прямолинейным движением
подачи), причем скорость резания при таком перемещении сни-
жается до нуля.
При осевом подрезании или подрезании с торца инструмент
перемещается по оси к торцу заготовки, и обработка при этом про-
изводится только торцовой режущей кромкой инструмента.
Для радиального подрезания канавок и отрезания пруткового
ма териала служат отрезные токарные резцы, и поскольку места для
крепления в них СМП часто очень немного, используются преиму-
щественно зажимные конструкции (рис. 11.9).
Рис. 11.9. Схема отрезного токарного
резца
Направление
подачи
229
В процессе отрезания очень важно обеспечить расположение
резца точно по центру. Если резец окажется расположен слишком
высоко, то незадолго до завершения отрезания он будет опирать-
ся на заготовку только задней поверхностью и процесс резания
прекратится. При слишком низком расположении резец также не
сможет выполнять резание до оси заготовки, и часть материала
останется необработанной. Кроме того, в этом случае существует
опасность резкого затягивания резца под заготовку, что может при-
вести к его разрушению.
Даже при правильном креплении резца и отрезанной заготовки
почти всегда остается так называемая отрезная сердцевина, на ко-
торую можно влиять посредством изменения геометрии режущей
кромки инструмента, подачи или способа крепления отделяемой
части заготовки.
Рассмотрим операцию, определяющую расположение отрезной
сердцевины: на закрепленной в станке или отделяемой части за-
готовки.
Выполнение нейтральными режущими кромками (с углом
в плане к = 0) приводит к тому, что отрезная сердцевина остается
на отделяемой части заготовки. При использовании инструмента,
оставляющего отрезную сердцевину на закрепленной в станке
части заготовки, ее можно легко удалить посредством подачи ин-
струмента за ось заготовки.
При выборе отрезных резцов необходимо учитывать следующие
их параметры:
глубина прорезания. Она не должна превышать восьмикратной
ширины СМП. При этом глубина прорезания влияет на выбор
держателя;
ширина СМП. Следует использовать пластины минимальной
ширины (особенно, если они изготовлены из дорогих высоко-
качественных материалов). При этом минимальная ширина
пластины, как было сказано, ограничивается заданной глубиной
прорезания;
угол СМП в плане. Использование нейтральных режущих
пластин (с углом в плане со стороны торца к = 0) позволяет
выдерживать более жесткие допуски на чистоту обработки
и перпендикулярность поверхности, а также производить об-
работку с большей подачей, чем при исследовании инструмента
с углом в плане со стороны торца к > 0. Следовательно, при до-
пущении образования заусенцев и отрезной сердцевины следует
производить обработку режущими кромками с нейтральной
геометрией;
230
радиус закругления при вершине СМП. Чем меньше радиус закру-
гления, тем меньше отрезная сердцевина и надежнее контроль
процесса резания при меньших подачах. При этом больший
радиус закругления позволяет производить обработку с более
высокими подачами.
Чистовое точение с использованием сменных многогранных
Пластин. Чистовое точение выполняется в целях повышения точ-
ности формы, размеров, положения и чистоты обработки поверх-
ности. Как и любое точение, чистовое точение применяется для
наружных, внутренних, торцовых и фасонных поверхностей. Для
чистового точения характерны высокие скорости резания, малые
Подачи и небольшая глубина резания.
В диапазоне стандартных небольших значений толщины h сре-
заемого слоя качество обработки поверхности зависит от характе-
ра изменения силы резания (рис. 11.10). Уменьшением толщины
h срезаемого слоя при неизменном радиусе режущей кромки 8
достигается ее предельное значение, т.е. минимальная толщина
срезаемого слоя. Если толщина срезаемого слоя h меньше радиуса
режущей кромки 8, то эффективным передним углом yw является
не передний угол режущей кромки у, а большой отрицательный
угол, образованный ее дугой окружности. При отношении е/Л > 1
главная составляющая силы резания сильно увеличивается и соот-
ветственно происходит не резание, а смятие материала (возрастает
температура резания и происходит сильная деформация мате-
риала), что значительно снижает качество обработки поверхности
(рис. 11.10).
Возможности наружной и внутренней обработки представлены
соответственно на рис. 11.11 и 11.12.
Рис. 11.10. Зависимость толщины срезаемого слоя от радиуса гп режущей
кромки инструмента:
(I i:/h< 1; б — E/h> 1
231
Рис. 11.11. Различные варианты наружной обработки (стрелками пока-
232
Пластины TN...
I’TGNR/L 90°
пины направления подачи)
233
234
Рис. 11.12. Различные варианты внутренней обработки (стрелками показаны направления подачи)
11.4.
ПРИМЕРЫ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ТОЧЕНИИ
НА СТАНКАХ С ЧПУ
Пример 1. Контурная обработка детали из коррозионно-стойкой стали
(|»и< • 11.13).
I I ара метры различных видов обработки точением следующие:
Черновая обработка Чистовая обработка Тонкое точение
('корость резания vc, м/мин 120 220 240
11одача f, мм/об 0,5 0,2 0,07
Глубина резания ар, мм 5 1 0,5
ГОЖ Эмульсия Эмульсия Эмульсия
Пример 2. Вытачивание смазочной канавки глубиной 2,5 мм в детали
и । чугуна (рис. 11.14).
Рис. 11.13. Формы пластин проходного резца, используемых при различ-
ных видах контурной обработки детали из коррозионно-стойких сталей
Рис. 11.14. Использование прорезного резца для выполнения канавки
и детали из чугуна
235
Рис. 11.15. Использование расточного резца для чистового точения
чугуна
Параметры обработки:
инструмент — прорезной резец из мелкозернистого твердого сплава
с длиной вылета 40 мм;
ширина режущей кромки — 2 мм;
скорость резания vc = 50 м/мин;
подача f = 0,15 мм/об.
Пример 3. Чистовое растачивание отверстия диаметром 20 мм и снятие
фаски на профиле из чугуна.
Параметры обработки:
инструмент — расточный резец из мелкозернистого твердого сплава
с длиной вылета 40 мм;
скорость резания vc = 50 м/мин;
подача f= 0,02 мм/об;
глубина резания ар = 0,05 мм.
11.5.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОКАРНЫХ ОПЕРАЦИЙ
При проектировании обработки геометрические элементы
(прямые, дуги окружностей, кривые), определяющие контур дета-
ли и соответствующие им поверхности, принято подразделять на
основные и дополнительные. Такое подразделение геометрических
элементов детали при проектировании операции позволяет рацио-
нально определить последовательность обработки, использовать
типовые технологические решения при обработке и рационально
выбирать режущие инструменты.
К основным относят элементы цилиндрических и конических
поверхностей с радиусными и криволинейными образующими,
которые можно выполнять проходными (наружные и торцовые
поверхности) и расточными (внутренние поверхности) резцами
с углами к в плане, равными 95 и 30°, а также неглубоких (1... 1,5 мм)
канавок для выхода шлифовального крута, обрабатываемых этими
же резцами.
236
Элементы образующих поверхностей, которые невозможно
in.!।юлнить проходными и расточными резцами, принадлежат к до-
полнительным. Это торцовые и угловые канавки, прямоугольные
канавки на наружной, внутренней и торцовой поверхностях, резь-
Гювые поверхности, желоба под ремни и т.д.
На рис. 11.16 показаны основные (1, 3, 5, 6, 9) и дополнительные
(2, 4, 7, 8) поверхности, образующие контур детали.
Операции, выполняемые при закреплении заготовок в само-
цо1 ггрирующем патроне, подразделяют на группы по числу допол-
ни тельных поверхностей, размерам и формам отверстий. Соот-
ветственно различают три варианта последовательности обработки
внутренних поверхностей:
I) предварительную обработку осевого отверстия выполняют
сначала центровочным сверлом (формы и размеры внутрен-
них поверхностей требуют сверления сверлом с диаметром
меньше 20 мм), а затем сверлом, диаметр которого определяют
по меньшей ступени внутренней поверхности;
2) если формы и размеры внутренних поверхностей требуют
сверления (рассверливания сверлом с диаметром более 20 мм),
отверстия предварительно сверлят одним сверлом;
3) если формы и размеры внутренних поверхностей требуют
сверления двумя сверлами, сначала выполняют обработку
сверлом большего диаметра.
При наличии внутреннего отверстия в детали общий порядок
выполнения обработки следующий:
центрование (если диаметр отверстия меньше 20 мм);
сверление сверлом большего диаметра;
Рис. 11.16. Поверхности, образующие контур детали:
1 — торцовая; 2 — торцовые канавки; 3 — наружная цилиндрическая; 4 — наруж-
ные канавки; 5 — наружная коническая; 6 — фаски; 7 — резьба; 8 и 10 — внутрен-
ние канавки; 9 — внутренние
237
сверление сверлом меньшего диаметра (если используются два
сверла);
подрезание внешнего торца предварительное и окончательное;
черновая обработка основных поверхностей (наружных и вну-
тренних);
черновая и чистовая обработка дополнительных поверхностей
(кроме канавок зарезьбовых, канавок для выхода шлифовального
круга, резьб и мелких выточек);
чистовая обработка основных поверхностей (кроме внешнего
торца);
обработка дополнительных поверхностей, не требующих
черновой обработки (в том числе выполнение отрезания), рас-
положенных в отверстиях или на торце, и обработка наружной
поверхности.
При обработке заготовки, устанавливаемой в патроне, выбор
последовательности обработки ее по зонам зависит от соотношения
линейных и диаметральных размеров детали. При обработке корот-
ких заготовок большого диаметра рационально сначала обработать
наружный торец, устранив таким образом влияние биения этого
торца на стойкость инструмента. Затем продольным проходом об-
рабатывают наружный диаметр.
Операции, выполняемые при закреплении заготовок в центрах,
подразделяют на группы, отличающиеся средствами крепления,
характером обработки (в одну или обе стороны), а также числом
дополнительных поверхностей.
Последовательность обработки заготовок, закрепленных в цен-
трах, следующая:
черновая обработка основных наружных поверхностей (при
этом в первую очередь выполняется обработка, требующая ра-
бочих перемещений инструмента к передней бабке);
черновая и чистовая обработка дополнительных поверхностей
(при этом обрабатывают все дополнительные поверхности кроме
зарезьбовых канавок, канавок для выхода шлифовального крута,
резьб и мелких выточек);
чистовая обработка основных поверхностей;
обработка дополнительных поверхностей, не требующих черно-
вой обработки.
Для достижения заданной точности деталей из заготовок
с конкретной точностью необходимо подразделить их обработку
на несколько стадий. Коэффициент точности на каждой стадии
обработки зависит от конкретной применяемой технологической
системы и ее силовой напряженности.
238
Выбор стадий для конкретного случая обработки осуществляют
но общемашиностроительным нормативам режимов резания в зави-
симости от способа получения и точности заготовки, ориентируясь
при этом на заданную точность размера готовой детали. Нормати-
вами предусматриваются четыре стадии обработки:
I) черновая — обеспечивающая точность 14-го квалитета;
2) получистовая — обеспечивающая точность 12-го и 13-го квали-
тетов;
3) чистовая — обеспечивающая точность 9... 11-го квалитетов;
4) отделочная — обеспечивающая точность 7... 9-го квалитетов.
Выбор режущего инструмента для токарной обработки зависит
от поверхностей, образующих контур заданной детали. Для обра-
ботки основных наружных цилиндрических, конических и торцо-
вых поверхностей в большинстве случаев используют проходные
черновые и чистовые (контурные) резцы. При этом в зависимости
от направления подачи проходные резцы различают правые и ле-
вые.
Для обработки внутренних основных поверхностей применяют
центровочные и спиральные сверла, а также расточные черновые
и чистовые (контурные) резцы. Размеры расточного инструмента
ус танавливают в соответствии с диаметром и длиной внутренних
поверхностей деталей, обрабатываемых в патроне.
Рассверливать целесообразно уступы, размер которых больше,
чем два прохода расточного резца. Зенкеры и развертки для обра-
ботки отверстий на токарных станках применять не рекомендует-
ся, поскольку их использование рентабельно лишь при обработке
больших партий деталей или отверстий малого диаметра.
Для обработки дополнительных поверхностей применяют на-
ружные, внутренние и торцовые прорезные резцы, внутренние
и наружные резцы для угловых канавок, а также наружные и вну-
тренние резцы для выполнения метрических и дюймовых резьб.
11аиболее распространенные типы резцов и области их применения
приведены в табл. 11.2.
При выборе параметров резцов следует учитывать материал их
режущей части, углы в плане, передний угол, задний угол, радиус
вершины.
Материал режущей части инструмента выбирают в зависи-
мости от стадии обработки, глубины резания и обрабатываемого
материала.
Выбор главного и вспомогательного углов в плане зависит от
стадии обработки. На черновой стадии обработки применяют резцы
с главным углом в плане 30...45°, а на чистовой и отделочной —
239
Таблица 11.2. Основные типы резцов, применяемых на станках
с ЧПУ
с углами в плане, близкими к 90°. При указанных значениях углов
на черновой стадии меньше нагрузка на механизм привода подач
от сил резания, а на чистовой — минимальная радиальная состав-
ляющая силы резания.
Вспомогательный угол в плане и радиус вершины резца ока-
зывают влияние на шероховатость обработанных поверхностей:
чем меньше вспомогательный угол в плане и чем больше радиус
вершины резца, тем меньше шероховатость. Однако в этом случае
снижается виброустойчивость технологической системы.
Передний и задний углы определяют прочность режущей части
резца. Для черновой стадии обработки целесообразно применять
резцы с малыми (или отрицательными) передними углами, а для
чистовых стадий — с большими.
240
Для токарной обработки область, ограниченную контурами дета-
ли и заготовки, разделяют на отдельные зоны. Каждая такая зона,
как правило, соответствует одному технологическому переходу
и формируется в зависимости от требований к точности и шеро-
ховатости поверхности детали, а также в зависимости от возмож-
ностей режущего инструмента и способа крепления заготовки на
станке. Все многообразие этих зон обработки подразделяют на два
вида: зоны выборки объемов обрабатываемого материала и зоны
контурной обработки. Зоны выборки служат для многопроходной
< >бработки при больших объемах материала, а контурные зоны —
для прохода эквидистантно к участкам контура детали.
При проектировании переходов для токарной обработки в целях
повышения надежности работы резцов рекомендуется предусмо-
треть сначала один проход по торцу детали в направлении к оси
вращения, а затем — один проход вдоль оси. В этом случае со-
кращается число врезаний режущей кромки инструмента в необ-
работанную поверхность заготовки или в поверхность, имеющую
повышенное биение.
Далее направление перемещения резца выбирают исходя из
условия обеспечения минимального числа рабочих ходов. Схемы
перемещения резца для выполнения этого требования зависят
от размеров заготовки и способа ее крепления. При обработке
заготовки, закрепленной в центрах, минимальное число рабочих
ходов достигается при перемещении резца вдоль ее оси. При об-
работке заготовки, установленной в патроне, выбрать направление
перемещения резца сложнее. Заготовки малой длины и большого
диаметра следует обрабатывать при перемещении резца перпенди-
кулярно оси детали. Длинные заготовки обрабатывают вдоль оси,
а заготовки с большим числом ступеней разного диаметра — как
вдоль, так и поперек оси.
Контурная зона подвергается трем видам обработки: чистовой,
получистовой и черновой. Две первые обработки выполняются с по-
мощью линий, эквидистантных к основному контуру детали, и их
назначение состоит в формировании контура детали, а назначение
чистовой обработки — обеспечение равномерного припуска для
последующей обработки.
Типовые схемы перемещений проходного и подрезного резцов
при обработке основных поверхностей показаны на рис. 11.17.
Обработку дополнительных поверхностей осуществляют после
формирования основных поверхностей. К наиболее часто встре-
чающимся дополнительным поверхностям относятся стандартные
наружные и внутренние канавки.
241
Рис. 11.17. Типовые схемы перемещений (показаны стрелками) проходного
[а] и подрезного [б] резцов при обработке основных форм поверхностей:
1, 2, 3, п — номера проходов
На рис. 11.18 показаны схемы обработки наружных канавок для
выхода шлифовального круга одним и тем же резцом. Число про-
ходов (1 ...3) при такой обработке зависит от соотношения размеров
резца и канавки. Рекомендуется подбирать инструмент, обеспечи-
вающий обработку за один или три прохода.
Широкие канавки с углом наклона фаски 30° можно обрабаты-
вать контурным резцом (рис. 11.19). В этом случае канавки являются
основными поверхностями. Зарезьбовые канавки можно обрабаты-
вать различными резцами соответственно с разными траекториями
перемещений. Следовательно, при необходимости обработки стан-
дартной угловой канавки для выхода шлифовального круга и за-
резьбовой канавки можно использовать один резец для обработки
Рис. 11.18. Схемы резца [а] и его перемещений 1 ...3 при однопроходной
(б) и трехпроходной (в) обработках наружных угловых канавок для выхода
шлифовального круга
242
Рис. 11.19. Схемы контурного резца (а) и его перемещений (показаны
с I репками) (б) при обработке канавки
угловых канавок, а нестандартную прямоугольную и зарезьбовую
канавки можно выполнить одним прорезным резцом, т.е. сократить
число применяемых режущих инструментов.
При определении требуемого числа рабочих ходов для обработки
прямоугольных канавок необходимо знать заданную ширину канав-
ки б и ширину резца В. В целях обеспечения равномерного износа
обеих вершин канавочного резца первый ход осуществляют вблизи
се редины канавки. Число последующих рабочих ходов находят из
отношения (Ь - В)/(В - 0,5), где 0,5 — размер перекрытия резцом
срезаемого слоя, равный радиусу вершины резца. Полученный
результат округляют до ближайшего большего целого числа. Более
длинные канавки (b > 9В) эффективнее обрабатывать двумя рез-
цами. Обработку ведут сначала контурным резцом (рис. 11.20, а),
ко торым при последнем рабочем ходе выполняют также чистовое
подрезание боковой стороны канавки и протачивают фаски.
Затем остаток припуска срезают прорезным резцом (рис. 11.20, б),
ко торым при последнем чистовом рабочем ходе также протачива-
Рис. 11.20. Схемы перемещений (показаны стрелками) инструмента при
обработке длинных [b > 9В) наружных прямоугольных канавок:
а — траектория движения контурного резца; б — траектория движения прорезного
р(» чца
243
Рис. 11.21. Типовые схемы многопроходной (1,2...л) обработки резьбы:
а — радиальное врезание; б — боковое врезание; в — частный случай бокового
врезания
ют фаску и вторую боковую сторону канавки. При необходимости
прорезным резцом зачищают и дно канавки.
При разработке типовых технологических схем многопроходной
обработки крепежных резьб (рис. 11.21) исходят из того, что форма
резьбового резца соответствует профилю обрабатываемой резьбы.
Многопроходная обработка включает в себя черновые проходы
для выборки резьбовой впадины и чистовые проходы с небольшой
глубиной резания или без нее. При нарезании резьбы по схеме,
показанной на рис. 11.21, а, в обработке одновременно участвуют
обе режущие кромки резца, процесс образования стружки при этом
довольно сложный и стружка имеет корытообразную форму. Такую
схему применяют при нарезании мелких резьб (с шагом Р < 2 мм)
и для чистовой обработки. Нарезание резьбы по схеме, показанной
на рис. 11.21, б, обеспечивает лучшее стружкообразование, но при-
водит к неравномерному износу режущих кромок резца. Схема,
приведенная на рис. 11.21, в, наряду с хорошим стружкообразовани-
ем обеспечивает равномерное изнашивание обеих кромок резца.
Выбор параметров режима резания (глубины резания, подачи
инструмента и скорости резания) существенно влияет на эффек-
тивность работы станков с ЧПУ. При обработке деталей на станках
с ЧПУ выбор режима резания производят по каталогам применяе-
мого инструмента и в зависимости от материалов СМП и обраба-
тываемой заготовки.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие параметры используются в системе обозначений токар-
ных державок СМП согласно ISO?
2. Какие параметры используются в системе обозначений рас-
точных державок СМП согласно ISO?
3. Какие параметры используются в системе обозначений СМП
согласно ISO?
244
4. Какие параметры определяют глубину резания?
5. В чем заключаются достоинства зачистных пластин Wiper?
6. Какие различают углы наклона стружкоотводных ступенек?
7. В чем состоят особенности обработки отрезными резцами?
8. Какие поверхности образуют контур детали при токарной об-
работке?
9. Какова последовательность обработки заготовок на токарном
станке с ЧПУ?
10. Какие факторы определяют выбор режущего инструмента для
токарной обработки?
11. Какие схемы перемещения инструмента используются при об-
работке канавок?
12. Какие схемы перемещения инструмента используются при на-
резании резьбы?
Глава 12
ПРОГРАММИРОВАНИЕ ТОКАРНОЙ
ОБРАБОТКИ
12.1.
ПРОГРАММИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ
И КРУГОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Программа ЧПУ состоит из последовательности кадров, каж-
дый из которых содержит данные, необходимые для выполнения
определенной рабочей операции.
Например: G01 XI00 Z200 S400 — это кадр программы, содер-
жащий:
G — адрес, 01 — последовательность цифр;
X — адрес, 100 — последовательность цифр;
Z — адрес, 200 — последовательность цифр;
S — адрес, 400— последовательность цифр.
Операторы в кадре должны быть расположены в следующем
порядке слева направо: N (адрес номера кадра); G (функция пере-
мещения); X, У, Z (информация о длине перемещения); F (подача);
S (число оборотов шпинделя); Т (направление движения инстру-
мента); D (коррекция размера инструмента); М (дополнительная
функция).
Инструмент к заготовке подводится с определенной скоростью.
Линейное перемещение инструмента с быстрой подачей для бы-
строго позиционирования выполняется по команде G0, а его пере-
мещение с запрограммированной скоростью подачи F выполняется
по программе G1.
В прямоугольной системе координат эти команды имеют сле-
дующий формат:
GO X. . Z . .
G1 X. . Z . . F. .
Рассмотрим программу контурной обработки вала с вводом не-
скольких других команд.
246
Программа обработки в плоскости G18 при линейных переме-
щениях инструмента по контуру вала (рис. 12.1) имеет следующий
вид:
N1 О G90 S400 М3 (ввод абсолютного размера)
N20 GO Х25 Z5 (подвод инструмента к стартовой позиции)
N30 G1 G94 ZO F1000 (подача инструмента)
N40 G95 Z-7.5 F0.2
N50 Х60 Z-50
N60 Z-50
N70 GO Х62
N80 GO Х80 Z220 МЗО (конец программы)
Комментарии к данной программе следующие: G90 — ввод
абсолютного значения; S400 — число оборотов шпинделя мин-1;
М3 — включение шпинделя по часовой стрелке; G94 — подача,
мм/мин; F1000 — значение подачи; G95 — подача, мм/об; МЗО —
конец программы.
Программа фрезерования паза на торцовой поверхности заготов-
ки в плоскости G17 с использованием токарного станка (рис. 12.2)
имеет следующий вид:
N10 G17 S400 М3 (выбор рабочей плоскости)
N20 GO Х40 Y-6 Z2 (переход к стартовой позиции)
N30 G1 Z-3 F40 (подача инструмента)
N40 Х12 Y-20 (движение по наклонной прямой)
N50 GO Z100 МЗО
Рис. 12.2. Схема фрезерования
паза на торцовой поверхности за-
готовки в плоскости G17 при токар-
ной обработке
Рис. 12.1. Схема линейных переме-
щений инструмента по контуру вала
в плоскости G18
247
Рис. 12.3. Контур детали для токарной обработки с круговой интерполя-
цией
По оси X движение программируется в диаметральных еди-
ницах.
На рис. 12.3 показан контур детали для токарной обработки с ис-
ходными данными для различных схем круговой интерполяции.
Программы круговой интерполяции для данного контура могут
быть различными, например:
N....
N120 GO Х12 Z0
N125 G1 Х40 Z-25 F0.2
N130 G3 Х70 Y-75 1-3.335 К-29.25 ; конечная точка
окружности, центр в составном размере
N130 G3 Х7 0 Y-75 I = АС (33.33) К = АС (-54.25) ; конеч-
ная точка окружности, центр в абсолютном разме-
ре
N130 G3 Х70 Z-75 CR = 30 ; конечная точка окружности,
радиус окружности
N130 G3 Х70 Z-75 AR = 135.94 4 ; апертурный угол, ко-
нечная точка окружности
N130 G3 1-3.335 К-29.25 AR = 135.944 ; апертурный
угол, центр в составном размере
N130 G3 I = АС (33.33) К = АС (-54.25) AR = 135.94 4 ;
апертурный угол, центр в абсолютном размере
N130 Gill ХЗЗ.ЗЗ Z-54.25 ; полярные координаты
N135 G3 RP = 30 АР = 142.326 ; полярные координаты
N130 CIP Х7 0 Z-75 II = 93.33 К1 = -54.2 5 ; дуга окруж-
ности с промежуточной точкой и конечной точками
248
N140G1 Z—95
N...
N4 0 M30 ; конец программы
На рис. 12.4 приведена схема для составления программы то-
карной обработки детали с коррекцией радиуса инструмента (G40,
G41, G42).
Программа токарной обработки в этом случае имеет следующий
вид:
N5 GO G53 Х280 Z380 DO ; стартовая точка
N10 TRANS ХО Z2 50 ; смещение нулевой точки
N15 LIMS = 4000 ; ограничение числа оборотов (G96)
N20 G96 S250 М3 ; выбор постоянной скорости резания
N25 G90 Т1 DI М8 ; выбор инструмента и коррекции
N30 GO G42 Х-1.5 Z1 ; подвод инструмента к стартовой
точке и включение коррекции радиуса инструмента
N35 G1 ХО Z0 F0.25
N40 G3 Х16 Z-4 10 К-10 ; обтачивание радиуса 10
Рис. 12.4. Схема для составления программы токарной обработки детали
с коррекцией радиуса инструмента (G40, G41, G42)
249
N45 G1 Z —12
N50 G2 X22 Z-15 CR = 3 ; обтачивание радиуса 3
N55 G1 X24
N60 G3 X30 Z-18 10 K-3 ; обтачивание радиуса 3
N65 G1 Z-20
N70 X35 Z —40
N75 Z —57
N80 G2 X41 Z-60 CR = 3 ; обтачивание радиуса 3
N85 G1 X46
N90 X52 Z- 63
N95 GO G40 G97 X100 Z50 M9 ; отключение коррекции ра-
диуса инструмента и подвод инструмента к точке
смены
N100 Т2 D2 ; вызов инструмента и выбор коррекции
N105 G96 S210 М3 ; выбор постоянной скорости резания
N110 GO G42 Х50 Z-60 М8 ; подвод инструмента к старто-
вой точке и включение коррекции радиуса инстру-
мента
N115 G1 Z-70 F0.12 ; обтачивание диаметра 50
N120 G2 Х50 Z-80 16.245 К-5 ; обтачивание радиуса 8
N125 GO G40 Х100 Z50 М9 ; отвод инструмента и выключе-
ние коррекции радиуса инструмента
N130 GO G53 Х280 Z380 DO М5 ; перевод инструмента
в точку смены
N135 МЗО ; конец программы
Для вычисления ходов инструмента системе ЧПУ необходима
следующая информация:
номер инструмента (Т...), номер резца (D...);
направление обработки (G41, G42);
рабочая плоскость (G17, G18, G19).
12.2.
ТОКАРНЫЕ ЦИКЛЫ В СИСТЕМЕ
ПРОГРАММИРОВАНИЯ SINUMERIK 8400
Рассмотрим токарные циклы, облегчающие программирование
токарной обработки.
Цикл обработки выточки, называемый CYCLE 83, позволя-
ет выполнить симметричную и несимметричную, продольную
(рис. 12.5, а) и поперечную (рис. 12.5, б) выточки на любом пря-
250
Рис. 12.5. Виды продольной (а) и поперечной (б) наружных выточек, об-
рабатываемых в цикле
мим элементе контура. При этом выточки могут быть наружными
и внутренними.
Программа ЧПУ подразделяет врезание инструмента на глубину
(ко дну выточки) и по ширине детали (от выточки к выточке) на
равные участки. При выполнении выточек на косой поверхности
перемещение от одной выточки к другой происходит по кратчай-
шему пути, но параллельно контуру, на котором обрабатывается
Рис. 12.6. Последовательность выполнения цикла выточки:
а — черновая обработка параллельно оси до дна выточки; б — обработка выточки
перпендикулярно оси врезания; в — проточка боковых поверхностей за один про-
ход; г — проточка припуска на чистовую обработку
251
выточка. При этом безопасное расстояние от контура рассчитыва-
ется внутри цикла.
Данный цикл включает в себя следующие шаги:
1-й шаг — черновая обработка (рис. 12.6, а), выполняемая па-
раллельно оси до дна выточки отдельными шагами врезания. При
этом после каждого врезания инструмент выводится для облома
стружки;
2-й шаг — обработка выточки, выполняемая перпендикулярно
направлению врезания (рис 12.6, б) за один или несколько проходов.
Каждый проход при этом соответствует части глубины врезания.
На данном шаге вдоль ширины врезания производится обратное
свободное перемещение инструмента на 1 мм;
3-й шаг — проточка боковых поверхностей за один проход
(рис. 12.6, в), если в параметре ANG1 или ANG2 запрограммирован
угол. Врезание вдоль ширины выточки производится в несколько
проходов, если ширина боковых поверхностей заготовки боль-
шая;
4-й шаг — проточка припуска на чистовую обработку параллель-
но контуру от кромки до середины выточки. При этом коррекция
инструмента выбирается и отменяется циклом автоматически.
Для описания цикла выполнения наружной выточки использу-
ются следующие параметры (рис. 12.7): CYCLE 93 (SPD, SPL, WIDG,
DIAG, STA1, ANG1, ANG2, RC01, RC02, RC11, RC12, FAL1, FAL2,
IDEP, DTB, VARI).
Параметры SPD и SPL определяют начальную точку выточки,
от которой рассчитывается форма поверхности, образующаяся
в цикле. Цикл определяет свою стартовую точку, в которую вы-
ходит перед началом обработки самостоятельно. При выполнении
наружной проточки движение инструмента происходит сначала
в направлении продольной оси, при выполнении внутренней про-
точки — сначала в направлении поперечной оси. Выточка на кри-
волинейных элементах контура может выполняться различными
способами. Исходя из формы и радиуса кривой можно провести
либо прямую, параллельную оси, через максимум кривой, либо
тангенциальную косую линию в точке сопряжения выточки. Радиу-
сы и фаски на выточке при криволинейном контуре имеют смысл
только тогда, если соответствующая точка сопряжения находится
на прямой, заданной циклом.
Параметры WIDG — ширина выточки и DIAG — глубина вы-
точки определяют форму выточки.
Цикл исходит в своих расчетах всегда от точки, запрограмми-
рованной в параметрах под SPD и SPL. Если выточка шире, чем
252
Xi
Рис. 12.7. Схемы циклов выполнения продольной (а) и вертикальной (б)
выточек:
SPI) — начальная точка поперечной оси (задается без знака); SPL — начальная точка
продольной оси; WIDG — ширина выточки (задается без знака); DIAG — глубина
выточки (задается без знака); STA1 — угол между контуром и продольной осью
к диапазоне от 0 до 180°; ANG1 — угол профиля lt т.е. на стороне выточки, опреде-
ленной стартовой точкой (задается без знака в диапазоне от 0 до 89,999°); ANG2 —
угол профиля 2, т.е. на противоположной стороне выточки (задается без знака
и диапазоне от 0 до 89,999°); RC01 — радиус или фаска 1, т.е. наружная на стороне
(тартовой точки (радиус задается со знаком «+», а фаска — со знаком «-»); RCO2 —
радиус или фаска 2, т.е. наружная (радиус задается со знаком «+», а фаска — со зна-
ком «-»); RCI1 — радиус или фаска 1, т.е. внутренняя на стороне стартовой точки;
IK ‘12 — радиус или фаска 2 внутренняя; FAL1 — припуск на чистовую обработку на
дно выточки; FAL2 — припуск на чистовую обработку на профиле; IDEP — глубина
врезания (задается без знака); DTB — время выдержки инструмента на дне выточки;
VARI — тип обработки (диапазоны значений 1 ...8 и И ... 18)
активный инструмент, то ширина протачивается в несколько про-
ходов. При этом общая ширина выточки делится циклом на рав-
ные отрезки. Максимальное врезание составляет 95% от ширины
инструмента минус радиус резца, благодаря чему гарантируется
перекрытие ходов резания.
Параметр STA1 определяет угол косой линии, на которой следует
изготовить выточку.
Параметры ANG1 и ANG2 через раздельно заданные углы боко-
вых поверхностей описывают асимметричную выточку. При этом
форма выточки модифицируется посредством задания радиусов или
фасок по ее кромке или дну, причем следует помнить, что радиус
задается со знаком «+», а фаска — со знаком «-».
253
Разряд десятков параметра VARI определяет тип расчета про-
граммируемой фаски:
при VARI < 10 (т. е. когда разряд десятков равен нулю) значение
этого параметра рассматривается как длина фаски CHF = ...;
при VARI > 10 значение этого параметра рассматривается как
длина фаски CHR = ....
Параметры FAL1 и FAL2 указывают припуски, оставляемые при
черновой обработке, после чего выполняется параллельный проход
резца вдоль конечного контура выточки с использованием того же
инструмента. Для дна выточки и ее боковых поверхностей можно
программировать отдельно припуски на чистовую обработку. Тогда
при черновой обработке снятие материала производится до этого
чистового припуска, а затем выполняется параллельный проход
резца вдоль конечного контура выточки тем же инструментом.
Параметр IDEP позволяет разделить глубину параллельной оси
выточки на несколько врезаний. При этом после каждого вреза-
ния производится отвод инструмента назад на 1 мм для облома
стружки.
Параметр DTB определяет время выдержки инструмента на дне
выточки, причем это время должно быть больше времени одного
оборота шпинделя. Программируется этот параметр в секундах.
В зависимости от разряда единиц параметра VARI определяется
тип выточки (рис. 12.8), а в зависимости от разряда десятков этого
параметра — расчет фаски.
Для врезного инструмента определяются две режущие кромки
(Т1 и Т2). Значения для этих кромок вводятся в последовательные но-
мера коррекции диаметра D. Например, при вызове команды Т2 D1
для инструмента в цикле обработки размер второй режущей кромки
должен быть введен в номер коррекции D2. Цикл самостоятельно
выбирает соответствующую коррекцию диаметра инструмента на
каждом операционном этапе и автоматически применяет ее.
Если в цикле выточки параметр VRT — расстояние возврата
инструмента имеет нулевое значение (параметр не запрограмми-
рован), инструмент отводится на 1 мм.
На рис. 12.9 для примера приведена схема продольной наруж-
ной выточки, исходная точка обработки которой находится в ко-
ординатах Х70, Z60, а стартовая точка инструмента расположена
справа от нее (Х35, Z60). В цикле используются коррекции D1 и D2
инструмента Т1.
Для описания цикла выполнения наружной выточки CYCLE 93 ис-
пользуют следующие параметры: SPD, SPL, WIDG, DIAG, STA1, ANG1,
ANG2, RC01, RC02, RC11, RC12, FAL1, FAL2, IDEP, DTB, VARI, VRT.
254
Значение Форма выточки Тип выточки
1/11 X \J Продольная, наружная, левая
z
5/15 х м То же, правая
z
3/13 х Продольная, внутренняя левая
z
7/17 х n То же, правая
z
6/16 X Поперечная, наружная, верхняя
z
8/18 х. То же, нижняя
z
2/12 X. Поперечная, внутренняя, верхняя
z
4/14 xt То же, нижняя
z
Рис. 12.8. Определение типа выточки
Рис. 12.9. Схема наружной продольной выточки для обработки с помощью
CYCLE 93
255
Исходные данные рдя составления программы обработки такой
выточки следующие.
Исходная точка по оси Хг мм..........................70
Исходная точка по оси Z, мм..........................60
Ширина выточки, мм...................................30
Глубина выточки, мм..................................25
Угол контура по продольной оси, ...°.................5
Начальная точка угла контура, ...°...................10
Противоположный угол контура, ...°...................20
Начальная точка радиуса (фаска)......................0
Противоположный радиус (фаска).......................0
Фаска внутренняя со стороны начальной точки..........-2
Противоположная сторона фаски внутренней.............-2
Допуск на чистовую обработку дна, мм.................0,2
Допуск на чистовую обработку боковой
поверхности, мм.....................................0,1
Глубина врезной подачи, мм...........................10
Время выдержки инструмента, с........................1
Вариант..............................................05
Переменное расстояние отвода инструмента, мм.........1
Программу обработки этой выточки можно записать в следую-
щем виде:
CYCLE 93 (70; 60; 30; 25; 5; 10; 20; 0; 0, -2; -2; 0,2; 0,1; 10; 05; 1).
Рис. 12.10. Детали с разными формами выточек (а) и схема их обра-
ботки (б):
SPD — начальная точка по X без знака; SPL — начальная точка по Z; FORM — фор-
мы выточки (Е и F)
256
Рис. 12.11. Возможные позиции резца при обработке выточки (а) и по-
зиции резца, используемые в CYCLE 94 (6)
Для обработки внутренних выточек разной формы деталей, по-
казанных на рис. 12.10, а, используется CYCLE 94, схемы которого
приведены на рис. 12.10, б.
Данный цикл включает в себя выполнение следующих действий:
вывод инструмента в стартовую точку по команде G0;
выбор коррекции радиуса резания в соответствии с активной
длиной резца и проход резцом контура выточки с подачей, за-
программированной перед вызовом цикла;
возврат инструмента в стартовую точку по команде G0 и отмену
коррекции радиуса резца по команде G40.
Для описания CYCLE 94 используются следующие параметры:
SPI), SPL, FORM, VARI.
Данный цикл предназначен для выполнения выточки обработан-
иых деталей с диаметром более 3 мм. Параметр SPD задает диаметр
Го товой детали для выточки, параметр SPL определяет размер гото-
вой детали по продольной оси, а параметр SPD — диаметр выточки
па обработанной детали.
Для обработанной детали с диаметром менее 3 мм данный цикл
ио может быть выполнен.
Детали с формами выточек, показанных на рис. 12.10, б, кон-
структивно отличаются: форма Е — для деталей с одной обрабаты-
ваемой поверхностью (окружность); форма F — для деталей с двумя
обрабатываемыми поверхностями с прямоугольной установкой
(плечо и окружность). На рис. 12.11, а показаны возможные пози-
ции резца при обработке выточки, а на рис. 12.11, б позиции резца,
используемые в рассматриваемом цикле.
257
Рис. 12.12. Схема CYCLE 94 для
обработки выточки формы Е
Рис. 12.13. Деталь с припуском для
токарной обработки
Для примера на рис. 12.12 приведена схема для обработки вну-
тренней выточки формы Е.
Программа данной обработки имеет следующий вид:
N10 Т25 D3 S300 М3 G95 F0.3 ; определение технологиче-
ских значений
N20 GO G90 Z100 Х50 ; выбор стартовой позиции
N30 CYCLE 94 (20, 60, «Е») ; вызов цикла
N4 0 G90 GO Z100 Х50 ; выход в следующую позицию
N50 М02 ; конец программы
На рис. 12.13 показана заготовка с припуском для токарной
обработки. С помощью CYCLE 95 можно изготовить из заготовки
деталь, имеющую контур, запрограммированный в данной под-
программе, посредством параллельного осям точения. При этом
в контуре детали могут содержаться элементы торцового резания,
С помощью данного цикла можно обрабатывать контуры в про-
дольном и поперечном направлениях, а также выполнять наружную
и внутреннюю обработку.
Технология (тип обработки) выбирается свободно (черновая,
получерновая, чистовая). При черновой обработке производится
резание параллельно оси заготовки с максимальной программи-
руемой глубиной врезания и после достижения точки сопряжения
с контуром сразу же протачиваются параллельно контуру остаточ-
ные уголки. Черновая обработка продолжается до запрограмми-
рованного чистового припуска. Чистовая обработка производится
в том же направлении, что и черновая. Коррекция размера инстру-
мента при чистовой обработке выбирается и отменяется циклом
автоматически.
Последовательность выполнения цикла снятия припуска точе-
нием показана на рис. 12.14.
258
Черновая обработка без элементов снятия припуска включает
и себя:
черновые проходы по команде G1 со скоростью подачи FF1, вы-
полняемые параллельно оси заготовки до допуска на чистовую
обработку (1), а затем параллельно контуру (2);
подъем (3) инструмента после каждого чернового прохода на
расстояние, равное радиусу инструмента плюс 1 мм, и отвод его
(4) по команде GO.
Указанные действия выполняются до достижения окончатель-
ной глубины обработки (5) (с допуском на чистовую обработку).
При этом врезание производится равномерно с глубиной вре-
за и ия меньшей или равной запрограммированному параметру
МП).
Черновая обработка элементов выточки включает в себя:
врезание при выполнении выточки параллельно контуру (6) по
команде G1 со скоростью подачи FF2;
черновые проходы параллельно оси в зоне выточки (7) по ко-
манде G1 со скоростью подачи FF1.
Рис. 12.14. Последовательность (1 ...10) выполнения цикла снятия при-
пуска точением
259
В общем черновая обработка производится в следующем поряд-
ке: черновая обработка без выточки (8), черновая обработка первой
выточки (9), черновая обработка 2-й выточки (10) и т.д.
Чистовая обработка включает в себя:
подвод инструмента к начальной точке контура заготовки, вы-
полняемый одновременно по обеим осям;
чистовые проходы вдоль контура заготовки по командам G1, G2,
G3 со скоростью подачи FF3;
отвод инструмента по команде G0.
Для описания CYCLE 95 (рис. 12.15) применяются следующие
параметры: NPP, MID, FALZ, FALX, FAL, FF1, FF2, FF3, VARI, DT,
DAM, VRT.
Рассмотрим эти параметры.
Параметр NPP (рис. 12.15, б) задает имя подпрограммы, обра-
зующей контур. Однако контурная подпрограмма не может быть
подпрограммой с перечнем параметров.
Параметр MID определяет максимально возможную глубину
врезания для черновой обработки. Действующую глубину врезания,
с которой будет проводиться черновая обработка, цикл рассчиты-
вает самостоятельно. Черновой процесс для контура с торцовыми
элементами разделяется циклом на отдельные черновые участки,
для каждого из которых цикл рассчитывает действующую глубину
врезания заново.
Значение действующей глубины врезания всегда находится
между значениями запрограммированной глубины врезания
и половиной этого значения. Исходя из глубины врезания одного
чернового участка и запрограммированной максимальной глубины
врезания определяется число необходимых черновых участков, на
которое делится общая глубина черновой обработки в целях созда-
ния оптимальных условий резания.
Схема для примера расчета действующей глубины врезания
представлена на рис. 12.16.
Участок 1 обработки имеет общую глубину 39 мм. Таким образом,
при максимальной глубине врезания 5 мм требуется сделать восемь
черновых участков, что реализуется при действующей глубине
врезания 4,875 мм. На участке 2 обработки глубиной 36 мм требу-
ется сделать восемь черновых проходов с действующим врезанием
4,5 мм. На участке 3 глубиной 7 мм необходимо сделать два черно-
вых прохода при действующем врезании 3,5 мм.
Задание припуска на чистовую обработку при черновой обработ-
ке производится либо для каждой оси параметрами FALZ и FALX
(см. рис. 12.15, б), либо параметром FAL, связанным с контуром.
260
Черновая обработка
вторым торцовом
резцом а
Черновая обработка
без торцового резца
Черновая обработка /
первым торцовым /
резцом /
Рис. 12.15. Схемы CYCLE 95 снятия припуска:
и — общая схема черновых обработок; б — схема черновой обработки без снятия
припуска; в — схема черновой обработки элементов выточки; г — схема чистовой
(>бработки; д — схема для учета обработки; е — схема выполнения проходов с пере-
рывами для стружколомания; NPP — имя подпрограммы; FALZ — допуск на чисто-
вую обработку по оси Z (без знака); FALX — допуск на чистовую обработку по оси
X (без знака); FF1 — подача для черновых проходов без выточки; FF2 — подача для
черновых проходов с выточкой; FF3 — подача для чистовой обработки; VARI — тип
обработки; DAM — траектория перемещения инструмента, после которой каждый
черновой проход прерывается для стружколомания
Прерванный проход параллельно оси
261
Рис. 12.16. Схема для примера расчета глубины врезания:
1... 3 — участки обработки
Значение последнего рассчитывается по обеим осям как чистовой
припуск. Смысловой контроль запрограммированного значения
не производится. Если всем трем параметрам присвоено значение,
цикл рассчитает все чистовые припуски. Имеет смысл определить
способ назначения чистового припуска для выполняемой обработ-
ки. Черновая обработка производится всегда до этого чистового
припуска, причем после каждого параллельного оси чернового
прохода сразу же протачиваются параллельно контуру возникаю-
щие остаточные уголки, т. е. при завершении черновой обработки
дополнительной обработки остаточных уголков не требуется. Если
чистовой припуск не запрограммирован, черновая обработка про-
водится до конечного контура.
Для различных шагов обработки можно задать различные подачи
FF1, FF2 или FF3 (рис. 12.15, в, г). Однако чистовая подача, заданная
параметром FF3, действует только если в контурной подпрограмме
не запрограммировано другое значение F.
При продольной обработке врезание всегда производится по по-
перечной оси, а при поперечной — по продольной. При наружной
обработке врезание производится в отрицательном направлении
оси, а при внутренней — в положительном.
Параметр VARI (рис. 12.15, е) определяет тип обработки (черно-
вая, чистовая или полная), направление обработки (продольное или
торцовое) и сторону обработки (внутренняя или внешняя). Число
сотен 0 данного параметра устанавливает обратный проход ин-
струмента по контуру, а число сотен 1 — обработку без обратного
прохода по контуру. Пример использования значений параметра
VARI приведен в табл. 12.1.
Все 12 значений VARI приведены в табл. 12.2.
С помощью параметров DT и DAM осуществляется прерывание
обработки на отдельных участках после прохождения резцом опреде-
262
Таблица 12.1. Пример использования значений параметра VARI
Чм'К'ния VARI Направление и сторона обработки Схема обработки
1, 5, 9 Продольная внешняя xtl 111 NT
3, 7, 11 Продольная внутренняя _|1 [fit II
2, 6, 10 Поперечная внешняя Ihl z
4, 8, 12 Поперечная внутренняя d a t z
Таблица 12.2. Значения параметра VARI
Значения VARI Направления обработки Сторона обработки Тип обработки
1 Продольная Внешняя Черновая
2 Поперечная » »
3 Продольная Внутренняя »
4 Поперечная » »
5 Продольная Внешняя »
6 Поперечная » »
7 Продольная Внутренняя Чистовая
8 Поперечная » »
263
Окончание табл. 12.2
Значения VARI Направления обработки Сторона обработки Тип обработки
9 Продольная Внешняя »
10 Поперечная » »
И Продольная Внутренняя »
12 Поперечная » »
ленного расстояния в целях облома стружки (см. рис. 12.15, е). Однако
эти параметры имеют значения только при черновой обработке.
Параметр DAM определяет максимальное расстояние обработки,
после которого должен производиться облом стружки, а параметр
DT может также содержать время выдержки инструмента в каждой
точке облома стружки. Если расстояние для прерывания резания
не задано (DAM = 0), прерывание черновой обработки происходит
без времени выдержки.
Параметр VRT определяет установочное расстояние. Если
VRT = 0 (параметр не запрограммирован), инструмент отводится
на 1 мм.
Подпрограмма управляющей программы контурной обработки
имеет следующие особенности:
контур вводится как последовательность команд G1, G2 и G3.
Программирование фасок и закруглений допускается;
подпрограмма должна содержать как минимум три кадра с дви-
жениями по обеим осям;
XI
Припуск на
чистовую
обработку
Х+ 1 мм
Стартовая V
точка f
—V
Припуск
на чистовую обработку Z + 1
Z
б
Рис. 12.17. Схемы циклов распознавания (а) и определения недопустимых
торцовых элементов стартовой точки обработки (б)
264
начальная точка контура является первой позицией программи-
руемой в подпрограмме;
команды G17, G18, G19, G41 и G42, а также фреймы недопустимы
для применения в подпрограмме;
при выполнении черновой обработки выполняются только дви-
жения, содержащиеся в подпрограмме (обрабатывается только
контур);
при выполнении чистовой обработки кроме движений, содер-
жащихся в подпрограмме, выполняются также вспомогательные
функции, содержащиеся в управляющей программе.
На рис. 12.17 показаны схемы циклов распознавания недопусти-
мых торцовых элементов выточки и определения стартовой точки
< Наработки.
Наличие параллельных оси (рис. 12.17, а) торцевых элементов
и ('допустимо при торцовом резании.
В этом случае контурная обработка может выполняться с ис-
пользованием цикла выточки. При распознавании недопустимого
торцового элемента этот цикл прерывается и выдается сбойное
сообщение.
Стартовую точку обработки цикл определяет самостоятельно
(рис. 12.17, б). По оси стартовая точка располагается на расстоянии
выполнения врезания инструмента на глубину чистового припуска
по этой оси плюс 1 мм безопасного расстояния от контура, а по
другой оси — чистовой припуск плюс 1 мм безопасного расстоя-
ния от максимума контура. Последняя достигнутая инструментом
точка перед вызовом цикла включается в расчет стартовой точки.
Достигается она с помощью команды G40 и, кроме того, она должна
располагаться на прямоугольнике обтачиваемого контура, заданном
через первую и последнюю программируемую точки. Иначе цикл
прерывается сбойным сообщением «Неверно запрограммирована
стартовая точка».
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Из каких составляющих складывается кадр программы?
2. Какие различают виды круговой интерполяции?
3. Для чего необходима коррекция радиуса инструмента?
4. В чем заключается принцип построения токарного цикла вы-
точки?
5. В чем состоит принцип построения цикла снятия припуска?
Глава 13
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ДЛЯ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ С ЧПУ
13.1.
ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ВРЕЗАНИЕ ПОД УГЛОМ,
КРУГОВАЯ И ВИНТОВАЯ ИНТЕРПОЛЯЦИЯ
Одним из распространенных методов обработки закрытых кар-
манов, пазов и выборок является фрезерование с прямолинейным
врезанием под углом, исключающее необходимость предваритель-
ного сверления (рис. 13.1). Принцип прямолинейного врезания под
углом заключается в одновременном перемещении инструмента по
оси Z и в одном из радиальных направлений (X или Y), т. е. врезание
происходит по двум осям.
Более прогрессивным методом по сравнению с прямолинейным
врезанием является метод кругового врезания (рис. 13.2), позволяю-
щий снизить радиальные нагрузки на инструмент, и при использова-
нии попутного фрезерования добиться лучшего удаления стружки из
зоны резания. Попутное фрезерование обеспечивается вращением
шпинделя станка в направлении против часовой стрелки.
Метод круговой интерполяции является альтернативным ис-
пользованию традиционного расточного инструмента. Круговую
интерполяцию можно применять, используя большинство фрез
с углом в плане 90° и совершая при этом кольцевой проход.
Рис. 13.1. Прямолинейное врезание
под углом (по двум осям):
а — угол врезания; 7тах — максимальная
длина врезания; Dc — диаметр фрезы;
ар — глубина резания
266
Рис. 13.2. Круговая интерполяция с врезанием по трем осям
I Id рис. 13.3 показана схема винтовой интерполяции — одно-
временного перемещения фрезы по трем координатам X, Y, Z
ис врезанием под углом, которое часто используется для обработ-
ки выборок и карманов. Данный метод является альтернативным
сверлению с последующим растачиванием.
При фрезеровании с врезанием под углом выполняется три
основных процесса (рис. 13.4):
периферийная обработка опережающей пластиной (7);
обработка дна опережающей пластиной (2);
обработка дна отстающей пластиной (3).
Рис. 13.3. Винтовая интерполяция:
/’ шаг, мм/об; £>тах — максимальный диаметр
< н >|)<|батываемого отверстия
267
Рис. 13.4. Фрезерование с врезанием под углом в полный паз:
1 — периферийная обработка опережающей пластиной: 2 — обработка дна опере-
жающей пластиной; 3 — обработка дна отстающей пластиной
При этом имеют место и радиальные, и осевые усилия резания.
При выполнении обработки в полный паз (см. рис. 13.4) ин-
струмент испытывает дополнительную нагрузку, так как ае = DC1
возникают значительные радиальные усилия резания и ухудшается
стружкодробление.
При обработке с врезанием под углом необходимо:
уменьшение подачи до 75 % от стандартного значения;
при обработке в полный паз после врезания под углом обяза-
тельно сохранять уменьшенную подачу на длине прохода, со-
ответствующей диаметру фрезы, до тех пор пока отстающая
пластина не выйдет из процесса резания;
использовать охлаждающую жидкость для удаления стружки;
использовать инструмент с меньшим радиусом при вершине
в целях уменьшения поверхности контакта;
для обработки узких пазов (шириной менее 30 мм) при ограни-
ченной возможности применения метода винтовой интерполя-
ции использовать прямолинейное врезание под углом.
При обработке с врезанием под углом повышения производи-
тельности можно достичь за счет изменения стратегии (обработки)
врезания за один проход в одном направлении на врезание под углом
в нескольких направлениях (т.е. производительное врезание).
При работе инструмента с максимальным углом врезания
(рис. 13.5) рекомендуется осуществлять небольшой вывод его из
А
I
I
I
Рис. 13.5. Схема кругового вреза-
ния с максимальным углом
268
процесса резания перед изменением направления резания, что
предотвратит повреждение центральной части корпуса фрезы.
Круговое врезание под углом (также называемое винтовой ин-
терполяцией, спиральной интерполяцией, орбитальным сверлением
и т.д.), являющееся альтернативой сверлению, представляет собой
одновременное перемещение инструмента по круговой траектории
и к< юрдинатах X и Y вместе с осевой подачей по оси Z с определенным
шагом. По сравнению с линейным врезанием под углом (обработкой
и полный паз) винтовая интерполяция за счет меньших радиальных
усилий резания является более плавным процессом, и при попутном
фрезеровании лучше обеспечивается удаление стружки. Попутного
фрезерования в этом случае также обеспечивается вращением шпин-
деля станка в направлении против часовой стрелки.
При отсутствии возможности засверливания очень важно пра-
вильно выбрать диаметр фрезы (рис. 13.6). Корректный диаметр
должен обеспечивать резание металла сменной многогранной
пластиной в зоне центра обрабатываемого отверстия. При слишком
малом диаметре фрезы в центре детали будет оставаться стержень,
как при трепанировании, что приемлемо только при обработке раз-
личных прорезей, однако в этом случае необходимо поддерживать
стержень при выпадении. При слишком большом диаметре фрезы
(ТП не будет срезать металл в зоне центра отверстия, что приведет
к образованию бобышки на его дне.
Схема обработки максимального диаметра отверстия приведена
н<| рис. 13.7.
Рис. 13.6. Схемы выбора диаметра фрезы под размер отверстия:
</ — правильный диаметр; б — слишком малый диаметр; в — слишком большой
диаметр
269
Рис. 13.7. Схема выполнения макси-
мального отверстия:
Dmax — максимальный диаметр отверстия;
D3 — диаметр по пластинам
Максимальный диаметр отверстия Dmax, получаемого за один
спиральный проход, равен 2£>3, где D3 — максимальный диаметр
фрезы по пластинам.
Обработка максимального диаметра отверстия аналогичны
обработке в полный паз и неизбежно оставляет бобышку на дне
глухого отверстия, которую рекомендуется убирать перемещением
фрезы к центру отверстия, обеспечивающим получение отверстия
с плоским дном.
При обработке минимального диаметра отверстия с плоским
дном (рис. 13.8) необходимо учитывать:
наличие или отсутствие бобышки на дне глухого отверстия, за-
висящее от выбора радиуса при вершине СМП;
что при слишком большом диаметре фрезы бобышку невозмож-
но убрать перемещением фрезы к центру отверстия;
длину bs зачистной кромки фрезы Wiper, значение которой сле-
дует прибавлять к радиусу при вершине пластины.
При фрезеровании отверстий (рис. 13.9) шаг фрезы Dvf, который
не должен превышать максимального рекомендованного значения
Рис. 13.8. Схема обработки минимального
диаметра сквозного отверстия:
Dmin — минимальный диаметр отверстия; D3 —
диаметр по пластинам
270
Рис. 13.9. Пошаговая схема (а) и схема параметров (б) обработки отверстий
(/р для фрезы данного исполнения, зависит от диаметра обрабаты-
ваемого отверстия, диаметра фрезы и угла ее врезания.
Значение подачи fz фрезы всегда зависит от максимальной тол-
щины стружки hex, т.е. fz = hex. Программируемая скорость подачи
периферийной части инструмента
Vfm ~ nfzZc,
а для многих станков задается программируемая скорость подачи
центра инструмента
DVf
где п — частота вращения фрезы; fz — подача на оборот; Dvf— про-
граммируемый шаг фрезы; zc — эффективное число зубьев; vf —
программируемая скорость подачи при использовании центра ин-
струмента; Dm — диаметр обрабатываемого отверстия; vfm — про-
граммируемая скорость подачи с компенсацией значения радиуса
фрезы при использовании периферии инструмента.
13.2.
РАСФРЕЗЕРОВЫВАНИЕ ОТВЕРСТИЯ,
НАРУЖНАЯ КРУГОВАЯ И ВИНТОВАЯ
ИНТЕРПОЛЯЦИЯ
Рассмотрим процесс расфрезеровывания существующего от-
верстия.
Увеличение существующего отверстия может осуществляться
как круговой интерполяцией с врезанием под углом, так и круговым
расфрезеровыванием.
271
Рис. 13.10. Внутренняя винтовая
интерполяция с врезанием по трем
осям
Рис. 13.11. Внутренняя круговая
интерполяция с врезанием по двум
осям
Для винтовой интерполяции с врезанием по трем осям (рис. 13.10)
характерны:
постоянное врезание;
отсутствие входов и выходов для каждого прохода;
постоянное нахождение фрезы в процессе резания;
обработка торцовой частью пластины (фрезерование с вреза-
нием) .
Данная интерполяция выбирается в следующих случаях:
глубина отверстия больше максимального значения ар для ин-
струмента;
при необходимости обеспечение наилучшей соосности и круг-
лости отверстия;
для отверстий в деталях, работающих в условиях повышенных
рисков возникновения вибраций.
Для круговой интерполяции с врезанием по двум осям (рис. 13.11)
характерны:
наличие входа и выхода из резания для каждого прохода;
необходимость программирования вхождения фрезы в материал
заготовки по касательной к диаметру отверстия;
получение отверстий с меньшей точностью, чем при винтовой
интерполяции;
образование следов (строчек) при каждом проходе.
Данная интерполяция выбирается в следующих случаях:
при программировании траектории перемещения инструмента
более чем на 360° в целях избегания образования следов (стро-
чек);
272
при необходимости выполнения обработки за один проход ин-
струмента;
при минимальной или отсутствующей возможности врезания под
углом, т. е. когда пластина не имеет режущей кромки в осевом
направлении.
Вхождение фрезы в обрабатываемый материал по касательной
(>беспечивает утончение стружки на выходе режущей кромки из
процесса резания. Использование меньшего угла врезания обе-
спечивает снижение вибраций при обработке, а следовательно,
повышение производительности.
Уменьшение подачи необходимо в следующих случаях:
при увеличении радиальной глубины резания ае относительно
глубины резания по прямой, снижающем эффект утончения
стружки;
при подаче периферийной части фрезы больше, чем подача
центра инструмента.
Расчетное значение подачи зависит от программируемого шага
фрезы Dv{.
Наружная круговая (винтовая) интерполяция так же, как
и внутренняя, возможна с врезанием по трем (рис. 13.12) и по
двум (рис. 13.13) осям. Однако при наружной круговой (винтовой)
интерполяции минутная подача центра фрезы vf увеличивается,
а радиальная глубина резания ае становится очень небольшой, т.е.
имеется возможность повышения скорости резания.
При наружной интерполяции толщина стружки hex рассчиты-
вается как при контурном фрезеровании, а методика ее програм-
Рис. 13.12. Наружная круговая
интерполяция с врезанием по трем
осям
Рис. 13.13. Наружная круговая
интерполяция с врезанием по двум
осям
273
мирования аналогична методике программирования внутреннего
расфрезеровывания отверстий.
Следует рассмотреть две основные стратегии обработки вы-
борок.
1. Круговая интерполяция выборки с врезанием по трем осям
(рис. 13.14) производится небольшой глубиной резания. Рекоменду-
ется использовать фрезу с небольшим утлом в плане и с геометрией,
оптимизированной для больших подач, а также круглые съемные
пластины. Выполняется такое фрезерование с большой подачей.
Технология фрезерования с большой подачей, обеспечивающая
удаление большого объема металла, является основной при исполь-
зовании менее жесткого оборудования и для обработки выборок со
сложным профилем (таких, как штампы и пресс-формы). При этом
следует избегать обработки вдоль вертикальной стенки заготовки,
так как в этом случае теряется эффект использования малого утла
фрезы в плане и резко увеличивается глубина резания.
Для данной интерполяции характерны:
максимальный диаметр фрезы, равный 1,5 от радиуса утла об-
рабатываемой выборки;
выполнение винтового врезания на глубину фрезерования в на-
правлении против часовой стрелки;
использование метода вкатывания инструмента в каждый по-
следующий слой обработки;
максимальное значение радиальной глубины резания ае, равное
70 % от диаметра фрезы Dc;
Рис. 13.14. Круговая интерполя-
ция выборки с врезанием по трем
осям
Рис. 13.15. Круговое расфрезеро-
вывание выборки с врезанием по
двум осям
274
глубина резания для фрез с круглыми съемными пластинами,
равная 25 % от их диаметра;
радиус траектории перемещения инструмента в углу выборки,
равный диаметру фрезы Dc;
снижение подачи в углу выборки.
2. Круговая интерполяция выборки с врезанием по двум осям
(рис. 13.15) производится с большой глубиной резания ар.
При такой обработке следует сначала просверлить отверстие,
<i затем использовать концевую фрезу для обработки уступов или
длиннокромочную фрезу. Типичное применение фрезерования
силовых титановых элементов самолетов.
При выполнении данного вида обработки необходимо обеспе-
чить хорошее удаление стружки и предотвратить повторное ее
перерезание или смятие в отверстии, а значит, требуется учитывать
следующие факторы:
предпочтительно использование станка с горизонтальным рас-
положением шпинделя;
подачу СОЖ производить под высоким давлением или подавать
сжатый воздух через шпиндель;
диаметр фрезы Dc не должен превышать 75 % от диаметра от-
верстия. При этом рекомендуется использовать большую осевую
глубину резания (максимальное значение ар = 2DC), а заход в от-
верстие осуществлять по спиральной траектории;
следует контролировать ширину фрезерования (максимальное
значение ае равно 30 % от Dc).
Для контроля радиального припуска на обработку, минимизации
вибраций в углах выборки и повышения производительности не-
обходимо:
при программировании траектории движения фрезы задавать
максимально возможный ее радиус в углу выборки и спиральную
траекторию перемещения фрезы;
использовать фрезу с максимально возможным диаметром Dc,
а доработку выборки в углу выполнять инструментом меньшего
диаметра (не превышающего 1,5 радиуса в углу обрабатываемой
выборки).
13.3.
ПЛУНЖЕРНОЕ ФРЕЗЕРОВАНИЕ
При плунжерном фрезеровании (рис. 13.16) обработка осу-
ществляется не периферийной, а торцовой частью инструмента,
при этом преобладают преимущественно осевые, а не радиальные
усилия резания.
275
Рис. 13.16. Плунжерное фрезерование
Плунжерное фрезерование применяется в тех случаях, когда
традиционные методы обработки невозможны из-за чрезмерных
вибраций. Например:
при вылете инструмента на расстояние больше, чем 4DC;
при нежесткой системе обработки;
для получистовой обработки в углах заготовок;
для труднообрабатываемых материалов, таких как титан.
Данный метод также является альтернативой при ограниченных
мощности и крутящем моменте двигателя. Плунжерное фрезерова-
ние не выбирается при стабильных условиях обработки вследствие
меньшей его производительности. Плунжерное фрезерование значи-
тельно отличается от традиционных методов обработки. Суть метода
заключается в использовании для обработки не периферийной части
инструмента, а его конца, что изменяет направления усилий резания
с радиальных на осевые. При данном методе обработки, аналогичном
растачиванию отверстий при прерывистом резании, снижается уро-
вень потребляемой станком мощности и создаваемого им шума.
При плунжерном фрезеровании необходимо учитывать следую-
щее:
горизонтальное положение шпинделя станка облегчает эвакуа-
цию стружки;
начинать обработку рекомендуется от дна заготовки, а далее
постепенно поднимать инструмент;
для улучшения удаления стружки следует использовать СОЖ
или сжатый воздух;
значение подачи на зуб для плунжерного фрезерования меньше
чем при традиционных методах фрезерования;
в процессе резания участвует более одного зуба фрезы;
рекомендуется использовать фрезы с сверхмелким шагом
зубьев;
276
максимальное значение ае зависит от размера сменной пла-
стины;
для обеспечения перемещения фрезы в сторону рекомендуется
значение шага s = 0,75Dc;
для минимизации вибраций следует постепенно уменьшать глу-
бину врезания;
для предотвращения повторного резания на обратном ходу реко-
мендуется использовать функцию «отвода», т.е. отводить фрезу
на 1 мм от стенки заготовки в конце рабочего прохода.
13.4.
ВСКРЫТИЕ И РАСФРЕЗЕРОВЫВАНИЕ
ВЫБОРКИ И КАРМАНА
Плунжерное фрезерование — один из эффективных методов об-
работки глубоких закрытых пазов, а удаление стружки при данной
обработке — крайне важный процесс. Применение станка с гори-
зонтальным расположением шпинделя, а также СОЖ или сжатого
воздуха помогают решению вопросов эвакуации стружки.
Для обработки глубоких и узких пазов рекомендуется операция
сверления, обеспечивающая наилучшее удаление стружки.
Для обработки выборок и карманов так же, как и для обработки
закрытых пазов, крайне важно удаление стружки, а следовательно,
предпочтительны горизонтальная обработка и применение СОЖ
или сжатого воздуха. Для улучшения удаления стружки рекоменду-
ется сверление предварительного отверстия как можно большего
диаметра (от 1,5DC). Рекомендуется также снижать подачу при двух
первых проходах, отводить фрезу в конце рабочего хода и избегать
обработки в полный паз.
Обработка углов
а
б
Рис. 13.17. Стадии (1 ...3) плунжерной обработки углов (а) и схема плун-
жерного фрезерования (б)
277
Плунжерное фрезерование очень эффективно при доработке
углов заготовки после черновой обработки кармана. Сверло позво-
ляет работать с перекрытием до 75 % от его диаметра, что актуально
при обработке острых углов (рис. 13.17).
13.5.
ФРЕЗЕРОВАНИЕ С ЗАСВЕРЛИВАНИЕМ
Фрезерование с засверливанием (рис. 13.18) является альтерна-
тивой фрезерованию с врезанием под углом для обработки выборки
в цельном материале. В данном методе предъявляются высокие
требования к мощности шпинделя. В процессе такой обработки
образуется сливная стружка и возникают нежелательные нагрузки
на фрезу от повышенных усилий резания.
Фрезерование с засверливанием рекомендуется для выполне-
ния:
обработки на станках без возможности врезаться под углом
в заготовку;
обработки коротких закрытых пазов.
При фрезеровании с засверливанием используют фрезы с воз-
можностью выполнения сверления — концевые фрезы.
Глубина обработки для фрез с возможностью сверления огра-
ничивается длиной стружечной канавки, а также возможностью
удаления стружки. Для более глубоких пазов рекомендуется цикл
обработки с выводом инструмента. Подача при сверлении фрезой
должна составлять приблизительно 50 % от подачи, рекомендуемой
при фрезеровании. Для операции фрезерования с засверливанием
могут использоваться фрезы с отсутствием режущей кромки у
центра.
Следует обратить внимание на то, что глубина засверливания
ограничена крайне небольшим значением. Увеличение простран-
ства под удаление стружки обеспечивают использование фрезы
с крупным шагом зубьев.
Рис. 13.18. Фрезерование с засверли-
ванием
278
13.6.
ФРЕЗЕРОВАНИЕ С МАЛОЙ ШИРИНОЙ
КОНТАКТА ФРЕЗЫ С МАТЕРИАЛОМ
И ТРОХОИДАЛЬНОЕ ФРЕЗЕРОВАНИЕ
Фрезерование с малой шириной контакта заслуженно счита-
ют очень надежным и производительным. Данный метод обработ-
ки был разработан для чернового и получернового фрезерования
труднообрабатываемых материалов, таких как закаленные стали
и жаропрочные сплавы, но может использоваться и при обработке
других материалов, особенно в случае повышенного риска возник-
новения вибраций.
Суть метода заключается в использовании небольшого значения
ширины резания ае, которое не ведет к созданию высоких ради-
нльных усилий резания, а следовательно, повышает стабильность
процесса и позволяет увеличить глубину резания ар. При этом
в резании участвует только один зуб, что минимизирует тенденцию
возникновения вибраций. Температура в зоне резания уменьшается
вследствие небольшого периода контакта фрезы с материалом, что
позволяет повысить скорость резания. Получение стружки малой
толщины hex обеспечивает высокая подача на зуб fz.
Фрезерование с малой шириной контакта фрезы с материа-
лом используется для получистовой обработки углов заготовок
(рис. 13.19).
Фрезерование с малой шириной контакта фрезы с материалом
характеризуется высокой скоростью резания vc и большей осевой
глубиной резания ар, а также крайне малой шириной резания ае
и невысокой подачей на зуб fz. Для процесса определяющими фак-
торами являются небольшая толщина стружки и небольшая длина
прохода.
Данный метод фрезерования обеспечивает снижение усилий
резания-отжима инструмента, а также снижение температуры
в зоне резания.
Рис. 13.19. Схема фрезерования с ма-
лой шириной контакта:
v(. — скорость резания; vf — скорость подачи
фрезы; ае — ширина резания
279
Рис. 13.20. Трохоидальное фрезе-
рование
Рис. 13.21. Расчетная схема тро-
хоидального фрезерования
Достоинствами фрезерования с малой шириной контакта явля-
ются увеличение глубины и скорости резания.
Трохоидальное фрезерование (рис. 13.20) является основным
выбором для обработки при повышенном риске возникновения
вибраций и применяется для чернового фрезерования комбиниро-
ванных выборок, карманов и пазов. Трохоидальное фрезерование
можно представить как круговое фрезерование с одновременным
линейным перемещением фрезы. В этом случае слои материала
фреза снимает при последовательных спиральных проходах в ра-
диальном направлении.
При использовании этого метода предъявляются повышен-
ные требования к программированию процесса и возможностям
станка.
При такой обработке инструмент входит и выходит из процесса
резания по круговой траектории с небольшим радиальным шагом w
(рис. 13.21).
Для трохоидального фрезерования характерны следующие осо-
бенности:
контролируемое значение осевого контакта инструмента позво-
ляет уменьшить усилия резания и повысить глубину резания;
использование всей длины режущей кромки при обработке по-
зволяет равномерно распределить температуру нагрева и износ
фрезы, что ведет к повышению ее износостойкости по сравне-
нию с традиционным фрезерованием;
вследствие малой ширины контакта фрезы с материалом воз-
можно применение инструмента с большим числом режущих
280
кромок, позволяющего увеличить подачу без риска уменьшения
его износостойкости;
максимальная ширина фрезерования ае не должна превышать
20 % от диаметра фрезы.
Для паза шириной менее 2DC программируется один непрерыв-
ный спиральный проход фрезы в радиальном направлении для фор-
мирования профиля или паза. При этом значение подачи является
постоянным, а радиальная глубина резания — переменной. Время,
ко торое инструмент находится вне процесса резания, равно 50 % от
общего времени цикла обработки. Радиальная глубина резания при
такой обработке постоянно изменяется и при наибольшем погру-
жении инструмента является даже большей, чем программируемый
шаг перемещения w. При этом большое значение имеют диаметр
фрезы, который не должен составлять менее 70 % от ширины паза,
и шаг перемещения в радиальном направлении w, который должен
быть меньше или равен 10 % от Dc. При постоянной подаче на зуб
подача центра инструмента vf отличается от подачи его перифе-
рийной части vfm. Если в программе в качестве базового значения
задается подача центра инструмента, то подача его переферийной
части рассчитывается по следующей формуле:
Vfm = nfzZn,
где п — частота вращения фрезы; fz — подача на оборот; zn — чис-
ло зубьев.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каковы особенности фрезерования линейным врезанием под
углом?
2. Чем отличается круговая интерполяция по двум осям от интер-
поляции по трем осям?
3. Каковы особенности винтовой интерполяции при обработке
отверстий?
4. Какие параметры следует учитывать при круговом врезании
фрезы под углом?
5. В чем заключаются особенности расфрезеровывания отвер-
стия?
6. В чем состоят особенности плунжерного фрезерования?
7. В чем заключается особенность фрезерования с засверлива-
нием?
8. Для чего используется фрезерование с малой шириной кон-
такта фрезы с материалом?
9. В чем заключаются принципы трохоидального фрезерования?
Глава 14
ПРОГРАММИРОВАНИЕ ФРЕЗЕРНОЙ
ОБРАБОТКИ
14.1.
ПРОГРАММИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ
И КРУГОВОЙ ИНТЕРПОЛЯЦИИ
Программирование фрезерной обработки выполняется в коор-
динатах X, Y, Z и соответствующих их плоскостях G17, G18, G19.
Программа обработки на фрезерном станке детали, показанной
на рис. 14.1 и содержащей фрезерование торцовой, боковой поверх-
ностей и сверление, может иметь следующий вид:
N10 Т = "PF60" ; предварительный выбор инструмента
с именем PF60
N20 Мб ; установить инструмент в шпиндель
N30 S2000 М3 М8 ; число оборотов шпинделя, направление
вращения, включение охлаждения
N40 G90 G64 G54 G17 GO Х-72 Y-72 ; первичные уста-
новки геометрии обработки и подвод инструмента
к стартовой точке
N50 GO Z2 ; установка оси Z на безопасное расстояние
N60 G4 50 CFTCP ; движение при активации команд G41
и G42
N70 G1 Z-10 F3000 ; глубина обработки с подачей
3 000 мм/мин
N80 G1 G41 Х-4 0 ; включение коррекции радиуса фрезы
N90 G1 Х-40 УЗО RND = 10 F1200 ; движение по контуру
с подачей =1200 мм/мин
N100 G1 Х40 УЗО CHR = 10
N110 G1 Х40 Y-30
N120 Gl Х-41 Y-30
N130 Gl G40 У-72 F3000 ; выключение коррекции радиуса
фрезы
282
NL40 GO Z200 M5 M9 ; подъем фрезы, остановка шпинделя,
выключение охлаждения
N150 Т = "SF10" ; предварительный выбор инструмента
с именем SF10
N160 Мб ; установка инструмента в шпиндель
N170 S2800 М3 М8 ; число оборотов шпинделя, направле-
ние вращения, включение охлаждения
N180 G90 G64 G54 G17 GO ХО Y0 ; первичные установки ге-
ометрии обработки и подвод инструмента к стар-
товой точке
N190 GO Z2
N200 РОСКЕТ4 (2, 0, 1, -5, 15, 0, 0, 0, 0, 0, 800, 1300,
0, 21, 5,, ,2, 0.5) ; вызов цикла фрезерования
кармана
N210 GO Z2 00 М5 М9 ; подъем фрезы, остановка шпинделя,
выключение охлаждения
N220 Т = "ZB6" ; вызов центрового сверла диаметром б мм
N230 Мб
N240 S5000 М3 М8
Рис. 14.1. Чертеж детали с отверстиями, подлежащей фрезерованию
и сверлению
283
N250 G90 G60 G54 G17 Х25 Y0 /точный останов инструмен-
та по команде G60 для обеспечения точного пози-
ционирования
N260 GO Z2
N27 0 MCALL CYCLE 82 (2, 0, 1, -2.6 , , 0) ; модальный
вызов цикла сверления
N280 POSITION ; метка перехода для повторения
N290 HOLES2(0, 0, 25, 0, 45, 6) ; образец позиции для
схемы сверления
N300 ENDLABEL ; конечный идентификатор для повторе-
ния
N310 MCALL ; сброс модального вызова
N320 GO Z200 М5 М9
N330 Т = "SPB5" ; вызов спирального сверла диаметром
5 мм
N340 Мб
N350 S2600 М3 М8
N360 G90 G60 G54 G17 Х25 Y0
N370 MCALL CYCLE 82 (2, 0, 1, -13.5 , , 0) ; модальный
вызов цикла сверления
N380 REPEAT POSITION ; повторение описания позиции из
центрования
N390 MCALL ; сброс цикла сверления
N400 GO Z200 М5 М9
N410 М3 0 ; конец программы
Программа круговой интерполяции при фрезерной обработке
(рис. 14.2) имеет следующий вид:
N10 GO G90 Х133 Y44.48 S800 М3 ; перевод инструмента
к стартовой точке
N20 G17 Gl Z-5 F1000 ; подача инструмента
N30 G2 Х115 Y113.3 1-43 J25.52 ; конечная точка окруж-
ности, центр окружности в составном размере
N30 G2 Х115 Y113.3 I = АС(90) J = АС(70) ; конечная
точка окружности, центр окружности в абсолютном
размере
N30 G2 Х115 Y113.3 CR = -50 ; конечная точка окружно-
сти, радиус окружности
N30 G2 AR = 2 69.31 1-43 J25.52 ; апертурный угол,
центр окружности в составном размере
N30 G2 AR = 2 69.31 Х115 Y113.3 ; апертурный угол, ко-
нечная точка окружности
284
Рис. 14.2. Схема круговой интерполяции при фрезеровании
N30 N30 CIP Х80 Y120 Z-10 ; конечная и промежуточная
точки окружности
II = IC(-85.35) Л = IC (-35.35) К1 = -6 ; координаты
всех трех геометрических осей
N40 МЗО ; конец программы
Программа смены инструмента имеет следующий вид:
N10 Т1 Мб ; установка инструмента Т1
N2 0 D1 ; выбор коррекции длины инструмента
N30 Gl ХЮ ... ; работа с инструментом Т1
N70 Т5 ; предварительный выбор инструмента Т5
N80 ... ; продолжение работы инструментом Т1
N100 Мб ; установка инструмента Т5
N110 DI Gl ХЮ ... ; работа инструментом Т5
Здесь Т1 — команда выбора инструмента и его номер; Мб —
функция, обеспечивающая смену инструмента.
С помощью функции Мб команды выбора инструмента (Т...)
и коррекции его длины (D...) активируются. Выбор инструмента
отменяет команда ТО.
Если учитываются координаты центра в абсолютном размере,
то используются обозначения I = АС(...) и J = АС(...). При подводе
инструмента к стартовой точке оговариваются геометрические и
технологические параметры.
285
14.2.
ПРОГРАММИРУЕМОЕ СМЕЩЕНИЕ
НУЛЕВОЙ ТОЧКИ
С помощью функций TRANS и ATRANS для всех траекторных
и позиционирующих осей можно программировать смещения нуле-
вой точки в соответствующем направлении, благодаря чему можно
работать с изменяемыми нулевыми точками.
На рис. 14.3, а представлена схема фрезерования со смещением
нулевой точки в центр детали, например при повторяющихся ходах
обработки на различных ее позициях.
На рис. 14.3, б представлена схема фрезерования одинаковых
контуров, встречающихся несколько раз в одной программе. По-
следовательность обработки этих контуров фиксируется в подпро-
грамме. Через смещение в этом случае устанавливаются только
необходимые в данный момент нулевые точки детали, после чего
вызывается подпрограмма.
Программа фрезерования в этом случае имеет следующий вид:
N10 Gl G54 ; рабочая плоскость X/Y, нулевая точка детали
N20 GO ХО YO Z2 ; подвод инструмента к стартовой точке
N30 TRANS ХЮ Y10 ; абсолютное смещение нулевой точки
N40 L10 ; вызов подпрограммы
N50 TRANS Х50 Y10 ; абсолютное смещение нулевой точки
N60 L10 ; вызов подпрограммы
N7 0 М30 ; конец программы
Рис. 14.3. Схема программируемых смещений нулевой точки фрезерова-
ния детали (а) и при фрезеровании одинаковых контуров [б]
286
Рис. 14.4. Схема программируемого
вращения геометрической детали
вокруг оси
Рис. 14.5. Схема программируемо-
го вращения детали со смещением
нулевой точки
Поворот системы координат детали вызывается с помощью
команд ROT и AROT. При этом система координат детали может
поворачиваться по выбору вокруг одной из трех геометрических
осой X, Yr Z, а также вокруг угла RPL в выбранной рабочей пло-
скости G17...G19 или вокруг вертикальной оси подачи (рис. 14.4).
Благодаря этому возможна обработка наклонных поверхностей или
нескольких сторон детали в одном зажиме.
На рис. 14.5 показана схема программируемого вращения гео-
метрической детали со смещением нулевой точки.
У этой детали показанные формы встречаются несколько раз
в одной программе. Дополнительно к смещению нулевой точки
должны быть осуществлены вращения, так как формы расположены
не параллельно осям.
Программа такой обработки имеет следующий вид:
N10 G17 G54 ; рабочая плоскость X/Y, нулевая точка де-
тали
N20 TRANS Х20 Y10 ; абсолютное смещение нулевой точки
N30 L10 ; вызов подпрограммы
N40 TRANS Х55 Y35 ; абсолютное смещение нулевой точки
N50 AROT RPL = 45 ; поворот системы координат на 45°
N60 L10 ; вызов подпрограммы
N70 TRANS Х20 Y40 ; абсолютное смещение нулевой точки
(сбрасывает все предыдущие смещения)
N80 AROT RPL = 60 ; аддитивное смещение нулевой точки
на 60°
287
Рис. 14.6. Схема программируемо-
го вращения поверхности детали
в одном зажиме
Рис. 14.7. Схема масштабирования
детали при фрезеровании
N90 L10 ; вызов подпрограммы
N100 GO Х100 Y100 ; отвод инструмента
Nil О МЗО ; конец программы
При обработке в одном зажиме параллельных осям и наклонных
поверхностей детали (рис. 14.6) инструмент должен быть выровнен
вертикально наклонной плоскости и повернут в направлении Z.
Программа обработки в этом случае имеет следующий вид:
N10 G17 G54 ; рабочая плоскость X/Y, нулевая точка де-
тали
N20 TRANS ХЮ Y10 ; абсолютное смещение нулевой точки
N30 L10 ; вызов подпрограммы
N40 ATRANS Х35 ; аддитивное смещение нулевой точки
N50 AROT Y30 ; вращение вокруг оси Y
N60 ATRANS Х5 ; аддитивное смещение нулевой точки
N70 L10 ; вызов подпрограммы
N80 GO Х300 Y100 МЗО ; отвод инструмента, конец про-
граммы
С помощью команд SCALE и ASCALE можно программировать
коэффициенты масштабирования по всем траекторным, синхрон-
ным и позиционирующим осям, а следовательно, изменять размеры
формы детали, т.е. при программировании можно учитывать, на-
пример, геометрически схожие формы.
288
На рис. 14.7 представлена схема фрезерования с использовани-
ем масштабирования детали, имеющей два кармана с различными
размерами встречающиеся по два раза и повернутые друг к другу.
Последовательность обработки такой детали зафиксирована в под-
программе. Посредством смещения нулевой точки и вращения
устанавливаются необходимые нулевые точки детали, а посредством
масштабирования ее контур уменьшается, после чего снова вызы-
вается подпрограмма.
Программа обработки в этом случае имеет следующий вид:
N10 G17 G54 ; рабочая плоскость X/Y, нулевая точка де-
тали
N20 TRANS Х15 Y15 ; абсолютное смещение нулевой точки
N30 L10 ; изготовление большого кармана
N4 0 TRANS Х4 0 Y2 0 ; абсолютное смещение нулевой точки
N50 AROT RPL = 35 ; поворот в плоскости на 35°
N60 ASCALE ХО . 7 Y0.7 ; коэффициент масштабирования
для маленького кармана
N7 0 L10 ; изготовление маленького кармана
N80G0 Х300 Y100 МЗО ; отвод инструмента, конец про-
граммы
Программируемое отражение (MIRROR, AMIRROR).
С помощью MIRROR и AMIRROR формы детали можно от-
разить на осях координат. После вызова команды отражения все
перемещения, запрограммированные, например в подпрограмме,
выполняются в отраженном виде.
Рис. 14.8. Схема отражения детали при фрезеровании:
1 — заданный контур; 2...4 — отраженные контуры
289
На рис. 14.8 показана схема отражения детали при фрезерова-
нии. Здесь заданный контур 1 описывается один раз в виде подпро-
граммы, а контуры 2...3 создаются посредством отражения. Нулевая
точка детали располагается в центре по отношению к контурам.
Соответствующая программа обработки имеет следующий вид:
N10 G17 G54 ; рабочая плоскость X/Y, нулевая точка де-
тали
N20 L10 ; изготовление первого контура справа вверху
N30 MIRROR ХО ; отражение оси X
N40 L10 ; изготовление второго контура слева вверху
N50 AMIRROR Y0 ; отражение оси Y
N60 L10 ; изготовление третьего контура слева внизу
N7 0 MIRROR Y0 ; сбрасывание предыдущих фреймов
N80 L10 ; изготовление четвертого контура справа вни-
зу
N90 MIRROR ; выключение отражения
N100 GO Х300 Y100 МЗО ; отвод инструмента, конец про-
граммы
14.3.
ЦИКЛЫ ФРЕЗЕРОВАНИЯ В СИСТЕМЕ
ПРОГРАММИРОВАНИЯ SINUMERIK 840D
Торцовое фрезерование (рис. 14.9) производится с помощью
подпрограммы CYCLE 71, при составлении которой используют
следующие параметры: RTP, RFP, SDIS, DP, РА, РО, LENG, WID, STA,
MID, MIDA, FDP, FALD, FFP1, VARI, FDP1.
Здесь RTP — плоскость отвода инструмента (абсолютная); RFP —
референтная плоскость (абсолютная); SDIS — безопасное расстоя-
ние (задается без знака); DP — глубина обработки (абсолютная);
РА — начальная точка обработки по абсциссе (абсолютная); РО —
начальная точка обработки по ординате (абсолютная); LENG —
длина обрабатываемого прямоугольника по 1-й оси; WID — длина
обрабатываемого прямоугольника по 2-й оси; STA — угол между
продольной осью выемки и 1-й осью плоскости — абсциссой (за-
дается без знака); MID — максимальная глубина врезания (задается
без знака); MIDA — максимальная ширина врезания при снятии
материала для зазора в плоскости (задается без знака); FDP — уро-
вень отвода инструмента в плоскости (инкрементальный, задается
без знака); FALD — припуск на чистовую обработку (инкремен-
тальный, задается без знака); FFP1 — скорость подачи инструмента
290
Рис. 14.9. Схемы движений фрезы при торцовом фрезеровании
для поверхностной обработки; VARI — тип обработки (задается без
знака); FDP1 — перебег фрезы в направлении подачи в плоскости
(инкрементальный, вводится без знака).
С помощью CYCLE 71 можно профрезеровать любой плоский
прямоугольник. При этом он различает черновую обработку —
снятие материала в плоскости за несколько проходов до припуска
на чистовую обработку и чистовую обработку — однократное
фрезерование плоскости. Максимальное врезание инструмента
по ширине и глубине в данном цикле можно задавать, а коррекция
радиуса фрезы в нем не учитывается. Заход инструмента на глубину
происходит по воздуху.
Данный цикл определяет выполнение следующих процессов:
вывод GO инструмента по команде в точку врезания на высоте
текущей позиции, а затем также по команде GO с этой позиции
на референтную плоскость, предшествующую безопасному
расстоянию. После этого также по команде GO производится
опускание инструмента до уровня плоскости обработки. Исполь-
зование команды GO возможно, так как опускание инструмента
производится по воздуху. Предусмотрены несколько способов
снятия материала при обработке — параллельно оси в одном
направлении или вперед-назад;
плоское фрезерование при черновой обработке в соответ-
ствии с значениями параметров DP, MID и FALD на нескольких
плоскостях. При этом обработка происходит сверху вниз, т.е.
сначала обрабатывается соответствующая плоскость, а затем
выполняется следующий вывод инструмента на глубину, запи-
санную в параметре FDP. Путь инструмента при снятии мате-
риала в плоскости зависит от значений параметров LENG, WID,
291
MIDA и радиуса активной фрезы. При этом первая траектория
фрезерования всегда проходит таким образом, что ширина про-
хода равна значению параметра MIDA, благодаря чему ширина
прохода не может быть больше, чем максимально возможная
ширина врезания. Таким образом средняя точка фрезы двигается
не всегда точно по кромке (только при значении MIDA, равном
радиусу фрезы). Размер выхода инструмента за пределы кром-
ки всегда определяет диаметр фрезы — MIDA. Все следующие
траектории врезания инструмента по ширине рассчитываются
внутри цикла таким образом, чтобы при последнем проходе
центр фрезы проходил точно по кромке;
однократное фрезерование поверхности в плоскости при чисто-
вой обработке (рис. 14.10). При этом движение фрезы произво-
дится в одном направлении.
Припуск на чистовую обработку, выбираемый при черновой об-
работке, должен обеспечить проход оставшейся глубины обработки
чистовым инструментом за один раз. Инструмент отводится после
каждого выполненного прохода в плоскости по воздуху. Траекто-
рию этого движения определяет параметр FDP, который по смыслу
должен всегда иметь значение больше нуля.
При чистовой обработке в одном направлении выполняются
следующие движения: поднятие инструмента на высоту чистового
припуска плюс безопасное расстояние и перевод его в следующую
стартовую точку обработки на быстром ходу.
При черновой обработке в одном направлении производится
поднятие инструмента на рассчетную глубину врезания плюс
безопасное расстояние.
Врезание на глубину при чистовой обработке производится в той
же точке, что и при черновой обработке. По окончании чистовой
обработки инструмент поднимается с последней достигнутой по-
зиции до уровня плоскости его отвода (RTP).
292
По правилам обработки референтная плоскость (RFP) и плоскость
отвода инструмента (RTR) должны иметь различные значения. По-
скольку в цикле задается расположение плоскости отвода перед ре-
ферентной плоскостью, расстояние от плоскости отвода до конечной
глубины сверления будет больше, чем от референтной плоскости.
Безопасное расстояние (SDIS) задается относительно референт-
ной плоскости. Направление, в котором действует безопасное рас-
стояние, определяется в цикле автоматически.
Глубина сверления может выбираться абсолютной (DP) и относи-
тельной (DPR). При относительном задании цикл вычисляет задан-
ную глубину с учетом положений плоскости отвода и референтной
плоскости. Если DP и DPR имеют одно и то же значение, конечную
глубину сверления определяет параметр DPR. Если значение DPR
отличается от запрограммированного абсолютного значения DP,
в строке диагностики выдается сообщение: «Глубина: соответствую-
щее значение для относительно заданной величины».
Параметр STA задает угол между 1-й осью плоскости (абсциссой)
и продольной осью выемки. Параметр MID определяет максималь-
ную глубину врезания при черновой обработке.
Подача FFP1 действует при обработке во всех движениях в пло-
скости.
Врезание на глубину производится в цикле равными шагами.
Цикл рассчитывает это врезание самостоятельно исходя из значе-
ний MID и общей глубины обработки. При этом выбирается мини-
мально возможное число шагов. Значение MID = 0 означает, что за
один шаг происходит врезание на всю глубину выемки.
Параметры РА и РО определяют начальные точки сверления
соответственно по абсциссе и ординате.
Параметры LENG и WID определяют соответственно длину
и ширину обрабатываемого прямоугольника в плоскости, а знаки
этих параметров — его положение относительно начальных точек
сверления (РА и РО).
Параметр MIDA устанавливает максимальную ширину врезания
при снятии материала в плоскости. По аналогии с уже известным
расчетом глубины врезания (делением полной глубины на равные
части с возможно большим значением) ширина врезания также
делится на равные части, и максимальное значение программиру-
ется в параметре MIDA. Если этот параметр не запрограммирован
или имеет нулевое значение, то цикл самостоятельно принимает
в качестве ширины врезания значение в пределах 80 % от диаметра
фрезы. Если MIDA меньше радиуса фрезы, перебег в конце каждого
хода фрезерования соответствует диаметру фрезы. Если значение
293
Диаметр фрезы
из таблицы инструментов
Рис. 14.11. Схема для определения
перебега при торцовом фрезеровании
Поверхность
FDP1
MIDA больше радиуса фрезы, в конце каждого хода фрезерования
происходит перебег длиной, равной только радиусу фрезы, а центр
фрезы при обработке заходит за кромку поверхности.
Параметр FDP устанавливает уровень движения при отводе ин-
струмента по воздуху в плоскости, и по смыслу он всегда должен
быть больше нуля.
При черновой обработке припуск на чистовую обработку глуби-
ны, устанавливает параметр FALD.
Параметр VARI назначает тип обработки. Значение VARI = 1
определяет черновую обработку, значение VARI -2 — чистовую.
Разряд десятков параметра VARI, равный 1, соответствует обработке
параллельно абсциссе в одном направлении; равный 2 — обработке
параллельно ординате в одном направлении; равный 3 — обработке
параллельно абсциссе со сменой направлений; равный 4 — обра-
ботке параллельно ординате со сменой направлений.
Если параметр VARI запрограммирован с другими значениями
CYCLE 71 прерывается с выдачей сообщения «Неверно определен
тип обработки». Перед вызовом цикла следует активировать коррек-
цию инструмента, иначе произойдет прерывание цикла с выдачей
сообщения «Нет активной коррекции инструмента».
Параметр FDP1 указывает перебег фрезы в направлении подачи
в плоскости MIDA (рис. 14.11).
Перебег позволяет компенсировать разницу между радиусом
фрезы и острием резца. При этом траектория движения центра
фрезы определяется в следующем виде: LENG (WID) + FDP1 — ра-
диус инструмента (из таблицы коррекций).
Например, заданы следующие параметры цикла торцового фре-
зерования:
Плоскость отвода (абсолютная)............................10
Референтная плоскость (абсолютная).......................0
Безопасное расстояние....................................2
Глубина фрезерования (абсолютная)........................-6
Начальная точка (абсцисса)...............................0
294
11ачальная точка (ордината)............................О
Длина прямоугольника (абсцисса)......................60
Длина прямоугольника (ордината)......................40
Угол между продольной осью и абсциссой.................10
Максимальная глубина врезания.........................2
Максимальная ширина врезания.........................10
Траектория отвода инструмента в плоскости..............5
* I истовая обработка..................................0
Скорость подачи при поверхностной обработке............400
Тип обработки..........................................31
Траектория перебега в направлении врезания в плоскости.2
Программа CYCLE 71 в этом случае будет иметь следующий вид:
N I О G54
N2 0 TRANS Z2 0
N <0 Тб D1 Мб
N40 S2500 М3 F400
N')0 GO Х0 Y0 Z20
N()0 CYCLE 71 (10, 0, 2, -б, 0, 0, 60, 40, 10, 2, 10, 5,
0, 400, 31, 2)
N70 GO Z40
NKO МЗО
Контурное фрезерование (рис. 14.12) производится с помо-
щью CYCLE 72г который описывается следующими параметрами:
К NAME, RTP, RFP, SDIS, DP, MID, FAL, FALD, FFP1, FFD, VARI, RL,
AS1, LP1, FF3, AS2, LP2.
Референтная
плоскость
RFP
Чистовой
глубины
FALD
Конечный %
размер глубины
DP
Рис. 14.12. Контурное фрезерование:
а - с хемы подвода и отвода инструмента; б — схема обработки на глубину от ре-
ферентной плоскости
295
Здесь KNAME — имя контурной подпрограммы; RTP — пло-
скость отвода (абсолютная); RFP — референтная плоскость (абсо-
лютная); SDIS — безопасное расстояние (складывается с референт-
ной плоскостью, задается без знака); DP — глубина (абсолютная);
MID — максимальная глубина врезания (инкрементальная, задается
без знака); FAL — чистовой припуск по кромке контура (задается
без знака); FALD — чистовой припуск по дну (инкрементальный,
задается без знака); FFP1 — подача для обработки по плоско-
сти; FFD — подача для врезания на глубину (задается без знака);
VARI — тип обработки (задается без знака); RL — обход контура
правой или левой стороной (по команде G41 или G42, задается без
знака); AS1 — спецификация пути подвода инструмента (задается
без знака); LP1 — длина пути подвода или радиус дуги подвода
инструмента (задается без знака); FF3 — подача отвода и подача
для промежуточного позиционирования инструмента в плоскости
(по воздуху); AS2 — спецификация пути отвода инструмента (за-
дается без знака); LP2 — длина пути отвода или радиус дуги отвода
инструмента (задается без знака).
С помощью цикла CYCLE 72 можно выполнять фрезерование
вдоль любого заданного в подпрограмме контура.
Цикл работает с коррекцией радиуса фрезы.
Контур не должен быть принудительно замкнутым.
Сторона обработки наружная или внутренняя определяется поло-
жением коррекции радиуса фрезы (слева или справа от контура).
Контур программируется в том же направлении, в котором он
должен фрезероваться, причем описание его должно состоять как
минимум из двух кадров (начальной и конечной точек), так как
подпрограмма контура вызывается внутри цикла.
Данный цикл выполняет следующие функции:
выбор черновой обработки (однократный проход параллельно
контуру с учетом припуска на чистовую обработку или при необ-
ходимости проход нескольких глубин до чистового припуска);
выбор чистовой обработки (однократный проход конечного кон-
тура или при необходимости проход нескольких глубин);
плавный подвод и отвод инструмента по выбору по касательной
или радиально — четверть или половина круга;
программируемое врезание на глубину;
промежуточные перемещения инструмента по выбору на бы-
стром ходу или на подаче.
Обязательным условием выполнения данного цикла является
использование версии матобеспечения ЧПУ, содержащей функцию
«Плавный подвод и отвод».
296
При черновой обработке CYCLE 72 выполняет следующие дей-
ствия:
врезание на глубину (общая глубина обработки делится на
равные части с возможно большим значением в соответствии
с заданными параметрами);
вывод инструмента на стартовую точку для первого фрезерова-
ния с помощью команд GO и G1. Эта точка вычисляется системой
управления в зависимости от начальной точки контура (первая
точка в подпрограмме), направления контура в начальной точке,
типа подвода, его параметров и радиуса инструмента. В этом
кадре также включается коррекция радиуса фрезы;
врезание инструмента на первую или следующую глубину обра-
ботки плюс программируемое безопасное расстояние (DISCL) по
командам GO и G1. При этом первая глубина обработки опреде-
ляется в зависимости от общей глубины обработки, чистового
припуска и максимально возможной глубины врезания;
подвод инструмента к контуру вертикально с подачей врезания,
а затем в плоскости с подачей, запрограммированной для пло-
ской обработки, или в пространстве (3D) с подачей, запрограм-
мированной в параметре FALD. При этом подача соответствует
программированию плавного подвода;
фрезерование вдоль контура по командам G41/G42;
плавный отвод инструмента от контура по команде G1;
отвод инструмента по командам GO и G1 (при подаче отвода FF3)
после программирования;
возврат инструмента к точке врезания на глубину по командам
GO и G1 (при FF3);
повторение указанных действий на следующем уровне обработ-
ки до чистового припуска по глубине.
По окончании черновой обработки инструмент располагается
за точкой подвода к контуру (рассчитанной системой управления)
на высоте плоскости отвода.
При чистовой обработке CYCLE 72 выполняет фрезерование с дей-
ствующим врезанием на глубину вдоль контура до заданного размера.
Подвод к контуру и его отвод производятся плавно в соответствии
с заданными параметрами. Траектории этих движений вычисляются
системой управления. По окончании цикла инструмент располагается
за начальной точкой контура на высоте плоскости отвода.
При программировании обработки контура необходимо учиты-
вать следующее:
в подпрограмме нельзя перед первой программной позицией вы-
брать программируемый кадр (TRANS, ROT, SCALE, MIRROR);
297
первый кадр контурной подпрограммы является кадром пере-
мещения по прямой по командам G90, GO, и он определяет старт
обработки контура;
коррекция радиуса фрезы выбирается и отменяется главным
циклом, поэтому в контурной подпрограмме функции G40, G41,
G42 не программируются.
Контур, подлежащий фрезерованию, комплектно программиру-
ется в одной подпрограмме.
Параметр KNAME устанавливает имя этой подпрограммы.
Параметр VARI определяет тип обработки (задается без знака).
Разряд единиц в значении VARI указывает:
1 — черновая обработка до чистового припуска;
2 — чистовая обработка.
Разряд десятков в значении VARI указывает:
О — промежуточный путь по команде GO;
1 — промежуточный путь по команде G1.
Разряд сотен в значении VARI указывает:
О — возврат в конец контура до плоскости RTP;
1 — возврат в конец контура плоскость RFP плюс расстояние
SDIS;
2 — возврат в конец контура на безопасное расстояние SDIS;
3 — возврата в конец контура нет.
Параметром RL определяет сторону обхода контура: левая или
правая соответственно по команде G41 или G42. Задается этот па-
раметр без знака, значениями: 41 — для G41, 42 — для G42.
Параметр AS1 задает спецификацию пути подвода инструмента
(без знака). Разряд единиц в его значении указывает: 1 — каса-
тельно по прямой, 2 — по четверти круга, 3 — по половине крута.
Разряд десятков в его значении указывает: 0 — вывод инструмента
на контур по плоскости, 1 — вывод инструмента на контур по про-
странственной траектории.
Параметр AS2 задает спецификацию пути отвода инструмента
(без знака). Разряд единиц в его значении указывает: 1 — каса-
тельно по прямой, 2 — по четверти крута, 3 — по половине круга.
Разряд десятков в его значении указывает: 0 — отвод инструмента
от контура по плоскости, 1 — отвод инструмента от контура по про-
странственной траектории. При этом плавный подвод инструмента
к контуру по пространственной траектории (винтовой или прямой)
должен программироваться, когда он еще не зашел в заготовку, т. е.
пока можно осуществить такой подвод.
Параметр LP1 определяет длину пути подвода или радиус дуги
подвода инструмента (расстояние от наружной кромки инструмен-
298
Рис. 14.13. Чертеж детали для контур-
ного фрезерования
та до стартовой точки контура), а параметр LP2 — длину пути или
радиус дуги его отвода (до конечной точки контура).
Параметр FF3 определяет подачу обратного хода для проме-
жуточного позиционирования в плоскости (по воздуху), если про-
межуточные его перемещения должны выполняться с подачей (по
команде G01). Если подача не запрограммирована, промежуточное
перемещение производится по команде G01 с подачей плоской
обработки.
Например, для детали, чертеж которой показан на рис. 14.13,
заданы следующие параметры цикла торцового фрезерования:
Плоскость отвода (абсолютная)..........................10
Референтная плоскость (абсолютная).....................0
Безопасное расстояние..................................2
Глубина фрезерования (абсолютная)......................-6
Начальная точка (абсцисса).............................0
Начальная точка (ордината).............................0
Длина прямоугольника (абсцисса)......................60
Длина прямоугольника (ордината)......................40
Угол между продольной осью и абсциссой.................10
Максимальная глубина врезания.........................2
Максимальная ширина врезания.........................10
Траектория отвода инструмента в плоскости..............5
Чистовая обработка.....................................0
Скорость подачи при поверхностной обработке............400
Тип обработки..........................................31
Траектория перебега в направлении врезания в плоскости.2
Программа CYCLE 72 в этом случае будет иметь следующий вид:
N10 G54
N20 TRANS Z2 0
N30 Т1 D1 Мб (фреза 016)
N40 S2500 F400 М3
N50 CYCLE 72 («Konturl», 2, 0, 1, -4, 4, 0, 0, 250,
100, 11, 41, 2, 5, 0, 2, 5)
299
N60 GO Z40
N70 M30
«Konturl»
Gl X50 Y44
X94 RNDM = 6
Y6
X6
Y44
X50 RNDM = 0
M17
14.4.
ЦИКЛЫ СВЕРЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ
ПРОГРАММИРОВАНИЯ SINUMERIK 8400
Циклы являются технологическими подпрограммами, позво-
ляющими сделать процесс обработки более универсальным. Вызов
цикла производится в следующем виде:
Цикл (Параметр 1, параметр 2, ...)
При вызове цикла вводятся только значения параметров (без
названий), поэтому последовательность введения этих параметров
следует сохранять во избежание неправильной их интерпретации.
Если какой-либо параметр не требуется, вместо него ставится до-
полнительная запятая.
Геометрические параметры для всех циклов сверления идентич-
ны параметрам при токарных и фрезерных работах (рис. 14.14).
Плоскость отвода
Безопасное расстояние
Базовая
плоскость
Г еометрические
параметры
Конечная
глубина
сверления
Рис. 14.14. Общая схема цикла сверления
300
Рис. 14.15. Схема цикла сверления CYCLE 81:
(JO — команда ускоренного подвода инструмента; G1 — команда рабочего хода;
RTP — плоскость отвода абсолютная; RFP — базовая, референтная, плоскость
(абсолютная); SDIS — безопасное расстояние {вводится без знака); DP — конечная
глубина сверления (абсолютная); DPR — глубина сверления относительно базовой
плоскости (вводится без знака)
Циклы сверления определяют:
базовую плоскость;
плоскость отвода;
безопасное расстояние;
абсолютную или относительную глубину сверления.
Рассмотрим цикл сверления CYCLE 81 (рис. 14.15), для описания
которого используются следующие параметры: RTP, RFP, SDIS, DP,
DPR.
Данный цикл определяет выполнение следующих движений:
подвод инструмента к выступающей на безопасное расстояние
базовой плоскости по команде GO;
движение до конечной глубины сверления с подачей, запро-
граммированной в вызывающей команде G1;
отвод инструмента на базовую плоскость по команде GO.
По правилам референтная плоскость (RFP) и плоскость отвода
инструмента (RTR) должны иметь различные значения. В цикле за-
дается расположение плоскости отвода перед референтной. Таким
образом, расстояние от плоскости отвода инструмента до конечной
глубины сверления будет больше, чем от референтной плоскости.
Безопасное расстояние (SDIS) задается относительно референтной
плоскости. Направление расположения безопасного расстояния
определяется в цикле автоматически. Глубина сверления выбирает-
ся абсолютной (DP) или относительной (DPR). При относительном
задании цикл вычисляет заданную глубину сверления с учетом
301
Рис. 14.16. Пример цикла сверления трех отверстий
положений плоскости отвода и референтной плоскости. Если DP
и DPR заданы одним и тем же значением, конечная глубина свер-
ления определяется исходя из DPR. Если это значение отличается
от запрограммированного в DP абсолютного значения, в строке
диагностики выдается сообщение: «Глубина: соответствующее зна-
чение для относительно заданной величины».
Для примера приведем программу сверления трех отверстий,
в случае когда осью сверления является ось Z (рис. 14.16):
N10 GO G90 F200 S300 М3 ; определение технологических
значений
N20 D3 ТЗ Z110 ; вывод инструмента на плоскость отво-
да
N30 Х4 0 Y120 ; вывод инструмента на первую позицию
сверления
N40 CYCLE 81 (110, 100, 2, 35) ; вызов цикла с абсолют-
ной глубиной сверления, безопасным расстоянием
и неполным перечнем параметров
N50 Y30 ; вывод инструмента в следующую позицию свер-
ления
N60 CYCLE 81 (110, 102, , 35) ; вызов цикла без безо-
пасного расстояния
N70 GO G90 F180 S300 МОЗ ; определение технологических
значений
N80 Х90 ; вывод инструмента в следующую позицию свер-
ления
N90 CYCLE 81 (110, 100, 2, , 65) ; вызов цикла с отно-
сительной глубиной сверления и безопасным рас-
стоянием
N100 МЗО ; конец программы
302
Некоторой разновидностью цикла сверления является цикл
CYCLE 82 «Сверление, зенкование». В этом цикле инструмент
осуществляет сверление с запрограммированным числом оборо-
тов шпинделя и скоростью подачи до заданной конечной глубины
сверления. После достижения конечной глубины сверления может
начинать действовать время ожидания, обозначаемое параметром
DTB (время ожидания на конечной глубине сверления, ломка струж-
ки в секундах):
CYCLE 82 (RTP, RFP, SDIS, DP, DPR, DTB).
В качестве примера запишем программу сверления отверстия
на позиции Х24 Y15 в плоскости XY на глубину 27 мм при времени
ожидания 2 с и безопасном расстоянии в оси сверления Z, равном
4 мм:
N10 GO G90 F200 S300 М3 ; определение технологических
значений
N20 D1 ТЗ Z110 ; подвод к плоскости отвода
N21 Мб
N30 Х24 Y15 /подвод к позиции сверления
N40 CYCLE 82 (110, 102, 4, 75, , 2) /вызов цикла с аб-
солютной глубиной сверления и безопасным рас-
стоянием
N50 МЗО /конец программы
Цикл создает следующий процесс движения:
подвод к выступающей на безопасное расстояние базовой пло-
скости с GO;
движение до конечной глубины сверления с подачей, запро-
граммированной в вызывающей программе G1;
исполнение времени ожидания на конечной глубине сверле-
ния;
отвод на плоскость отвода с GO.
Сверление на глубину выполняется с помощью цикла CYCLE 83.
Цикл использует следующий порядок записи:
CYCLE 83 (RTP, RFP, SDIS, DP, DPR, FDEP, FDPR, DAM, DTB, DTS,
FRF, VARI).
В цикле устанавливаются следующие параметры: RTP — пло-
скость возврата (абсолютная); RFP — референтная плоскость
(абсолютная); SDIS — безопасное расстояние (задается без знака);
DP — глубина сверления (абсолютная) DPR — глубина сверле-
ния относительно референтной плоскости (задается без знака);
FDEP — первая глубина сверления (абсолютная); FDPR — первая
глубина сверления относительно референтной плоскости (задается
303
без знака); DAM — дегрессионная величина (задается без знака);
DTB — выдержка времени на конечной глубине сверления (облом
стружки); DTS — выдержка времени в начальной точке и при уда-
лении стружки; FRF — коэффициент подачи для первой глубины
сверления (задается без знака) — диапазон значений 0,001... 1;
VARI — тип обработки: облом стружки = 0, удаление стружки = 1.
Порядок выполнения сверления следующий. Инструмент
сверлит с запрограммированной частотой вращения шпинделя и
скоростью подачи до заданной конечной глубины сверления. При
этом глубокое сверление производится многократным, пошаговым
врезанием, чье максимальное значение задается предварительно, до
достижения конечной глубины сверления. По выбору можно после
каждого врезания выводить сверло на референтную плоскость для
удаления стружки либо поднять на 1 мм для облома стружки.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В каких координатах выполняется программирование фрезер-
ной обработки?
2. Какие различают виды программируемого смещения нулевой
точки?
3. В чем заключается особенность цикла торцового фрезерова-
ния?
4. Какие параметры используются при программировании цикла
контурного фрезерования?
5. В чем заключается особенность циклов сверления?
СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Ill
РАЗДЕЛ
Глава 15.
Глава 16.
Конструкторско-технологическая
подготовка производства
и средства ее автоматизации
Системы CAD/CAM
Глава 15
КОНСТРУКТОРСКО-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА
ПРОИЗВОДСТВА И СРЕДСТВА
ЕЕ АВТОМАТИЗАЦИИ
15.1.
НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМ CAD/CAM
Конструкторско-технологическая подготовка производства
и средства ее автоматизации используются в различных системах
автоматизированного проектирования (САПР).
Системы автоматизированного проектирования предназначены
для создания чертежей, схем, конструкторской и технологической
документации, а также ЗИ-моделей.
Программные продукты для автоматизации технологических
процессов производства подразделяются на четыре группы:
CAD-системы для разработки специальной оснастки и инстру-
мента;
CAE-системы для расчета и анализа физических процессов (ли-
тья, штамповки и т.д.);
САРР-системы для проектирования технологических процессов
и оформления технологической документации;
CAM-системы для программирования работы станков с ЧПУ.
CAD (Computer Aided Design) — автоматизированные системы
для проектирования. Предназначены для решения геометрических
задач проектирования и конструирования с помощью интерактив-
ных методов вычислительной геометрии. Условно подразделяются
на плоские (2D) и объемные (3D). Как правило, содержат инстру-
ментарий для оформления конструкторской документации, геоме-
трические библиотеки стандартных и типовых элементов (крепежа,
сортамента и т.д.) и форм документов.
САЕ (Computer Aided Engineering) — автоматизированные систе-
мы для расчетов. Предназначены для решения инженерных задач.
Программные продукты этой группы для проектно-конструкторской
деятельности появились одними из первых. Как и расчетные мето-
306
дики, они подразделяются на две группы: проверочные — которые
на основе геометрии изделия позволяют определить его харак-
теристики, например прочность, и проектировочные — которые
обеспечивают решение обратной задачи получения геометрических
параметров конструкции из заданных условий, например нагрузок
и предельно допустимых напряжений.
САРР (Computer Aided Process Planning) — автоматизированные
системы для проектирования технологических процессов и оформ-
ления технологической документации. Продукты этой группы пред-
ставляют собой интерактивную среду, наполненную базами данных
по материалам, сортаменту, оборудованию, технологическому осна-
щению и прочей справочной информацией. Современные САРР
включают в себя расчетные модули по технологическим режимам
и нормированию, а также имеют настройку под специализирован-
ные формы документов.
САМ (Computer Aided Manufacturing) — автоматизированные
системы программирования оборудования с ЧПУ. Продукты этой
группы пришли на смену ручным методам программирования, ко-
торые не в состоянии поддерживать обработку деталей сложной
формы с необходимым качеством поверхности. Принцип их дей-
ствия состоит в автоматической генерации траектории движения
обрабатывающего инструмента на основе математической модели
изделия и заданных технологических параметров. Современные
CAM-системы, как правило, содержат также модули для контроля
геометрических конфликтов и виртуального контроля процесса
обработки до выхода на станок, а также инструментарий для адап-
тации к оборудованию.
Для создания САПР необходимы следующие условия:
совершенствование проектирования на основе применения ма-
тематических методов и средств вычислительной техники;
автоматизация процесса поиска, обработки и выдачи инфор-
мации;
использование методов оптимизации и многовариантного про-
ектирования;
применение эффективных математических моделей проектируе-
мых объектов, комплектующих изделий и материалов;
создание банков данных, содержащих систематизированные
сведения справочного характера, необходимые для автоматизи-
рованного проектирования объектов;
повышение качества оформления проектной документации;
увеличение творческой доли труда проектировщиков за счет
автоматизации нетворческих работ;
307
унификация и стандартизация методов проектирования;
подготовка и переподготовка специалистов в области САПР;
взаимодействие проектных подразделений с автоматизирован-
ными системами различного уровня и назначения. При создании
САПР и их составных частей следует руководствоваться принци-
пами системного единства, совместимости, типизации, развития
(ГОСТ 23501.101—87).
Принцип системного единства обеспечивает целостность систе-
мы и системную «свежесть» проектирования отдельных элементов
и всего объекта проектирования в целом (иерархичность проекти-
рования).
Принцип совместимости обеспечивает совместное функцио-
нирование составных частей САПР и сохраняет систему открытой
в целом.
Принцип типизации ориентирует на преимущественное соз-
дание и использование типовых и унифицированных элементов
САПР. Типизации подлежат элементы, имеющие перспективу мно-
гократного применения. Типовые и унифицированные элементы
периодически проходят экспертизу на соответствие современным
требованиям САПР и модифицируются по мере необходимости.
Принцип развития обеспечивает пополнение, совершенствова-
ние и обновление составных частей САПР, а также взаимодействие
и расширение взаимосвязи с автоматизированными системами
различного уровня и функционального назначения.
15.2.
ВИДЫ САПР
Разработка САПР представляет собой крупную научно-техни-
ческую проблему, а ее внедрение требует значительных капита-
ловложений.
По уровню сложности различают САПР легкого, среднего и тя-
желого классов.
К легким САПР относятся:
AutoCad — популярная в мире среда автоматизированного про-
ектирования, применяемая многими разработчиками в качестве
базовой графической платформы для создания машинострои-
тельных, архитектурных, строительных, геодезических программ
и систем инженерного анализа. Ранние версии AutoCAD опе-
рировали элементарными объектами, такими как круги, линии,
дуги и другие, из которых составлялись более сложные объекты.
Начиная с версии 2010, в AutoCAD реализована поддержка
308
параметрического черчения, которая гарантирует сохранение
определенных параметров и ранее установленных между объ-
ектами связей при внесении любых изменений в проект;
AutoCad Inventor — комплекс программного обеспечения для
трехмерного проектирования и составления конструкторской
документации в области машиностроения. Inventor — это се-
мейство продуктов для промышленного ЗБ-проектирования,
включающее в себя средства моделирования, создания инстру-
ментальной оснастки и обмена проектными данными. Использо-
вание технологии цифровых прототипов (ЗБ-моделей) позволяет
создавать изделия более высокого качества за меньшее время;
КОМПАС-3D — система, позволяющая реализовывать классиче-
ский процесс трехмерного параметрического проектирования: от
идеи ассоциативной объемной модели и от модели до конструк-
торской документации. Основными компонентами этой системы
являются собственно сама система трехмерного твердотельного
моделирования, универсальная система автоматизированного
проектирования КОМПАС-график и модуль проектирования
спецификаций. Все они легки в освоении, имеют русскоязычные
интерфейс и справочную систему.
К средним. САПР относятся:
ADEM — программное обеспечение для промышленности и об-
разования, включающее в себя отечественную интегрированную
систему CAD/CAM/CAPP, предназначенную для автоматизации
конструкторско-технологической подготовки производства. В со-
став данного программного комплекса входят инструменты для
автоматизации следующих процессов:
/ проектирование, конструирование и моделирование изде-
лий;
/ оформление чертежно-конструкторской документации в со-
ответствии с требованиями ЕСКД;
/ проектирование технологических процессов и оформление
технологической документации в соответствии с требова-
ниями ЕСТД;
/ программирование оборудования с ЧПУ;
/ управления архивами и проектами;
SolidWorks — мощное средство проектирования, базирующее-
ся на передовых технологиях гибридного параметрического
моделирования, интегрированных средствах электронного до-
кументооборота SWR-PDM/Workflow и широком спектре спе-
циализированных модулей. Разработчиком SolidWorks является
SolidWorks Corp (США) — независимое подразделение холдинга
309
Dassault Systemes (Франция), считающееся мировым лидером
в области высокотехнологичного программного обеспечения.
Концептуальные идеи, положенные разработчиками в основу
этой системы, и такие ее качества, как высокая производитель-
ность и надежность, интуитивно понятный интерфейс, руси-
фикация и поддержка ЕСКД, предопределяют успех внедрения
SolidWorks на предприятиях отечественной промышленности.
К тяжелым САПР относятся:
Pro/Engineer полнофункциональная система для разработки
изделий любой сложности. Благодаря мощным возможностям
автоматизации всех машиностроительных дисциплин эта си-
стема представляет собой общепризнанное ЗВ-решение для
моделирования и разработки конкурентоспособных коммерче-
ских изделий. Используемые в этой системе интегрированные
решения CAD/CAM/CAE позволяют проектировать быстрее,
чем когда-либо, максимально способствуя появлению новых
идей и повышению качества, что в конечном итоге приводит
к созданию высококачественных изделий;
NX CAD/CAE/CAM Unigraphics — система высокого уровня,
предназначенная для решения всего комплекса задач, стоящих
перед инженерами на всех этапах создания сложных техниче-
ских изделий (предварительного проектирования, инженерного
анализа и оптимизации конструкции, изготовления).
В программах для машиностроения можно выделить различные
CAM-системы различной степени сложности, например Техтран
и SPRIT.
Техтран — программный комплекс для подготовки управляющих
программ, обеспечивающий:
построение геометрической модели детали;
задание обработки (построение траектории движения инстру-
мента и определение назначения технологических команд);
создание управляющих программ для различных станков с ЧПУ;
автоматическую генерацию текста программы на языке Тех-
тран;
средства разработки и отладки управляющих программ;
обмен геометрическими данными с другими системами CAD/
САМ;
средства настройки на конкретное оборудование с ЧПУ.
SPRIT — высокопроизводительная система, предлагающая
мощные средства для автоматизации любого станка с ЧПУ. Данная
система многофункциональная, поскольку включает в себя програм-
мирование фрезерной обработки от двух до пяти осей, токарной
310
обработки от двух до двадцати двух осей, электроэрозионной об-
работки от двух до пяти осей, многозадачных токарно-фрезерных
станков с синхронизацией и станков с осью В.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. На какие группы подразделяются программные продукты для
автоматизации конструкторско-технологических процессов?
2. Что представляют собой CAD-системы?
3. Что представляют собой САМ-системы?
4. Что представляют собой САРР-системы?
5. Какие условия необходимо выполнить при создании САПР?
6. Какие САПР относятся к легким?
7. Какие САПР относятся к средним?
8. Какие САПР относятся к тяжелым?
Глава 16
СИСТЕМЫ CAD/CAM
16.1.
САПР PRO/ENGINEER
Для ознакомления с системами CAD/CAM рассмотрим САПР
Pro/ENGINEER и NX CAD/CAE/CAM Unigraphics.
Базовым модулем для разработки управляющих программ явля-
ется САПР Pro/ENGINEER (рис. 16.1).
Реализация принципа сквозного проектирования позволя-
ет инженеру-технологу начинать разработку технологической
оснастки и управляющих программ для оборудования с ЧПУ, не
дожидаясь окончательного завершения этапа конструкторского
проектирования, обеспечивающего трехмерное твердотельное
моделирование.
Ассоциативная связь между моделью изделия и моделью его
обработки позволяет оперативно проводить изменения на любом
этапе цикла проектирование — производство, что существенно
сокращает время и средства, затрачиваемые на разработку и из-
готовление изделия, а также значительно повышает качество вы-
пускаемой продукции.
Управляющая программа должна обеспечить реалистичную визу-
ализацию процесса обработки с динамическим удалением материа-
ла, а также возможность масштабирования и изменения панорамы
наблюдения. При этом визуализация обработки обеспечивается
и на этапе создания технологических переходов, и при создании
программы в целом. Применение УП позволяет значительно сокра-
тить или даже исключить необходимость ручного редактирования
программы непосредственно на станке.
Основные возможности системы Pro/ENGINEER следующие:
обеспечение параметрической связи конструкторской модели
и модели заготовки. Изменения, внесенные в любую модель,
312
вызывают автоматическое изменение траекторий движений
инструмента и технологического процесса;
моделирование заготовки непосредственно по модели изготов-
ляемой детали;
создание открытых баз данных различных операций, позво-
ляющих накапливать опыт по обработке деталей на конкретном
производстве;
создание открытых баз данных используемых в производстве
инструментов, хранящих основные режимы резания по обра-
ботке различных материалов;
создание открытых баз данных параметров обработки, содержа-
щих различные стратегии обработки;
Рис. 16.1. Система автоматизированного проектирования Pro/ENGI-
NEER
313
применение шаблонов обработки для автоматизированного соз-
дания новых программируемых переходов с лучшими методами
обработки на базе ранее отработанных;
задание соотношений между параметрами резания и параме-
трами инструмента;
расчет машинного времени, необходимого для выполнения тех-
нологических переходов и всей операции в целом;
расчет объема материала, удаляемого при обработке;
визуализацию процесса обработки резания в цветотеневом
и каркасном представлении;
автоматический расчет оптимальных траекторий движения
инструмента на основании прямых ссылок на геометрию про-
ектируемой модели;
проектирование обработок для типовых технологических се-
мейств деталей и автоматическое обновление всей техноло-
гической информации по любому элементу технологического
семейства;
поддержку стандартных и возможность разработки пользова-
тельских циклов обработки;
проверка УП на возможные зарезы детали режущим инстру-
ментом;
вывод УП в стандартном АРТ-формате.
управление очередностью вывода технологических переходов
в выходной файл УП;
создание обработок с зеркальным отображением траектории
инструмента и сохранением условий резания;
смещение, разворот, масштабирование, тиражирование гото-
вых УП;
использование готовых стандартно поставляемых постпроцес-
соров для наиболее известных систем ЧПУ;
возможность создания и использования подпрограмм;
создание графического интерфейса для визуализации процесса
обработки с динамическим удалением материала в процессе
обработки;
формирование карт наладки процесса обработки.
СИСТЕМА САПР NX
Весь производственный процесс (от проектирования детали до ее
изготовления) заключен в одной системе NX — ключевой функции
программного пакета (включая дополнительные возможности про-
16.2.
314
граммирования, постобработки и имитационного моделирования).
В каждом модуле NX предусмотрен расширенный по сравнению
с типовыми пакетами программ для подготовки УП набор функций.
Например, интегрированный модуль имитационного моделиро-
вания работы станка учитывает не только траекторию движения
инструмента, но и выходные данные постпроцессора NX. Таким
образом NX обеспечивает более высокий уровень проверки про-
граммы непосредственно внутри САМ-системы.
Система NX предоставляет полный набор средств для програм-
мирования станков с ЧПУ в единой CAM-системе, а также инте-
грированный пакет программных приложений для производства
деталей. Данные приложения позволяют моделировать детали,
выбирать геометрию инструмента и создавать контрольные про-
граммы на основе признанных технологий NX.
Программное обеспечение NX успешно внедрено и используется
на многих промышленных предприятиях авиакосмической отрасли,
автомобилестроения, а также при производстве медицинского обо-
рудования, в станкостроении и машиностроении.
Система NX предоставляет эффективные средства для решения
бизнес-задач независимо от масштабов производства, т.е. и для
небольшого цеха с незначительным числом станков, и для промыш-
ленной организации с большим парком оборудования.
Эффективное программное обеспечение для проектирования
и изготовления деталей в сочетании с новейшими контроллерами,
станками и другим оборудованием позволяет обеспечить макси-
мальную производительность предприятия.
Компания Siemens является признанным лидером в области раз-
работки передовых технологий управления станками и приводным
оборудованием. Профессиональный опыт в области разработки
программного обеспечения и производственного оборудования по-
зволяет компании создавать эффективные решения для процессов
изготовления деталей, обеспечивая пользователям значительные
преимущества.
Система NX САМ предоставляет широкий спектр функциональ-
ных возможностей, способствующих решению множества задач: от
программирования работы станков с ЧПУ до многокоординатной
обработки. Гибкость системы NX САМ позволяет легко решать
самые сложные задачи.
Использование передовой технологии на основе распознавания
элементов (FBM) открывает дополнительные возможности автома-
тизации программирования и позволяет сократить время создания
программ для обработки на станках с ЧПУ до 90 %.
315
Система NX САМ содержит полностью интегрированную систе-
му постобработки. Многоуровневый процесс проверки программы
для станка с ЧПУ включает в себя имитационное моделирование на
основе G-кода, что позволяет исключить необходимость использо-
вания других пакетов программ.
Максимальную эффективность система обеспечивает возможно-
стью работы в графическом интерфейсе. Например, возможность
выбора и перемещения ЗЭ-модели инструмента для настройки тра-
ектории его движения является быстрым интуитивным способом
управления системой.
В диалоговых окнах системы используется графика с четкими
пояснениями по вводу значений, запрашиваемых меню.
В системе NX реализованы расширенные средства автомати-
зированного проектирования, благодаря которым программист
станков с ЧПУ может решать любые задачи: от моделирования
новых деталей до создания чертежей наладки по данным для
ЗЭ-модели.
Для решения задач производства деталей в NX представлены
специальные CAM-приложения, например модули проектирова-
ния технологической оснастки и создания контрольных программ.
Различные приложения согласованно используют ЗИ-модели без
необходимости преобразования данных.
Интеграция системы NX с системой управления данными и про-
цессами Teamcenter® является основой расширения ее возмож-
ностей при производстве деталей, позволяет полностью управлять
всеми типами данных (от ЗЭ-моделей до карт наладки и перечня
инструментов), а также файлами управляющих программ для стан-
ков с ЧПУ.
Система NX САМ, обеспечивающая широкие возможности для
двух- и трехосевой обработки деталей призматической и свободной
формы (от создания и настройки траектории движения инструмента
вручную до передовых автоматизированных методов обработки),
включает в себя:
оптимизированные методы черновой обработки, позволяющие
достичь максимального съема материала без ухудшения показа-
телей стойкости инструмента;
полностью автоматизированное остаточное фрезерование,
удаляющее припуск, оставшийся после предыдущей операции
обработки, и позволяющее исключить проходы инструмента
без резания;
широкий набор методов чистовой обработки, позволяющий до-
биться получения высокого качества поверхности;
316
автоматическую систему обнаружения столкновений, обеспечи-
вающую безопасность обработки до получения максимального
соответствия требуемой геометрии детали.
Высокоскоростная обработка
Передовая высокоскоростная черновая обработка в системе NX
обеспечивает быстрый съем материала с одновременным контролем
стойкости инструмента. При высокоскоростной чистовой обработке
(например, при обработке обтекаемых поверхностей), обеспечива-
ется плавная траектория реза, в результате чего достигается хоро-
шее качество поверхности при высоких скоростях подачи.
Многокоординатная обработка в NX позволяет обрабатывать
высокоточные детали сложной формы (рис. 16.2) с использованием
минимального числа операций и установок, что способствует со-
кращению стоимости и сроков производства.
Система NX САМ поддерживает различные методы точного
определения управляемой траектории движения инструмента при
многокоординатной обработке сложных поверхностей, обеспечивая
эффективный контроль возможных столкновений и зарезов:
быстрые и точные методы черновой и чистовой обработки, по-
зволяющие изготовлять детали сложной формы, в основном
применяющиеся в авиакосмической промышленности;
метод Z-уровней с использованием установки инструмента под
углом, позволяющий применять инструменты меньшей длины,
предотвращая их изгиб и деформацию;
Рис. 16.2. Пятиосевая обработка
317
обработку с плавной траекторией резания обтекаемых поверхно-
стей, являющуюся идеальным методом для многокоординатной
высокоскоростной чистовой обработки;
технологию копирования геометрии детали с постоянной кор-
ректировкой оси инструмента, позволяющую добиться макси-
мального контакта с обрабатываемой поверхностью и обеспе-
чивающую выполнение обработки за меньшее число проходов
применением инструментов больших размеров;
автоматическую многокоординатную контурную обработку,
требующую минимального выбора припуска вдоль стенок детали
или других профильных поверхностей.
Многофункциональные станки
Система NX обеспечивает полный комплекс разнообразных
средств обработки для новейших многофункциональных станков,
поддерживающих многоосевые операции. Графический дисплей
Диспетчера синхронизации (Synchronization Manager) позволяет
управлять порядком обработки в интерактивном режиме через
многоканальную связь.
Отслеживание состояния обрабатываемой заготовки в процессе
резания является важной составляющей эффективности токарно-
фрезерных работ. Система NX САМ автоматически генерирует
конфигурацию обрабатываемой заготовки в процессе обработки,
обеспечивая плавный переход между токарными и фрезерными
операциями.
Система NX САМ предоставляет готовые решения для токарных
работ, обеспечивая привязку жесткой геометрии детали к использо-
ванию приложений для обработки на многошпиндельных станках
с несколькими револьверными головками.
Для токарной обработки в NX могут использоваться как
2Э-профили деталей, так и модели твердотельной геометрии.
Также могут использоваться программы для черновой обработки,
многопроходной чистовой обработки, нарезания резьбы, проточки
канавок и осевого сверления.
При токарной обработке в NX обеспечивается контроль инстру-
мента по осям А и В. Кроме того, для повышения эффективности
выполнения типовых задач предусмотрен специальный «режим
обучения», который позволяет дополнительно управлять чисто-
выми операциями и изучать различные ситуации, возникающие
при обработке.
318
Фрезерование турбокомпонентов
Прикладное программирование специальных приложений, на-
пример фрезерования турбокомпонентов (рис. 16.3), обеспечивает
значительное повышение эффективности работы программиста
станков с ЧПУ по сравнению с использованием генерирующих
функций.
Благодаря применению специальных функций программиро-
вания для станков с ЧПУ система NX позволяет сократить объем
работ при пятиосевой механической обработке сложных деталей
вращения с лопаточным венцом, например моноколес или крыль-
чаток. Одновременная пятиосевая черновая обработка позволяет
эффективно удалять материал между лопатками с заданными па-
раметрами, такими как смещение уровня реза, шаблон движения
и наклон оси инструмента.
Остаточное фрезерование автоматизирует процесс удаления
материала, оставшегося после предыдущей операции, а также
оптимизирует контакт инструмента с деталью.
Чистовое фрезерование ступиц создает оптимизированную
траекторию движения инструмента за счет точного управления
перемещением фрезы между проходами, использования шаблона
реза и сглаживания траектории перемещения инструмента.
Чистовое фрезерование лопаток позволяет получить окончатель-
ную поверхность основной лопатки посредством определения ее
обрабатываемой стороны и параметров стабилизации оси инстру-
мента для обработки кромок.
Рис. 16.3. Фрезерование турбокомпонентов
319
Чистовое фрезерование разделителей позволяет создать про-
грамму обработки моноколеса или крыльчатки с одним или несколь-
кими разделителями (конструкции некоторых крыльчаток включают
в себя лопатки небольшого размера — разделители, расположенные
между основными лопатками).
Технология на основе распознавания
элементов
Система NX позволяет создавать оптимизированные управляю-
щие программы для станков с ЧПУ в автоматическом режиме по
геометрии модели детали, используя технологию на основе рас-
познавания элементов — FBN. С помощью этой технологии можно
автоматически распознавать и создавать программы для различных
элементов обработки:
обработки деталей призматической формы;
токарной обработки;
электроэрозионной обработки на проволочно-вырезных станках
с ЧПУ;
цветового решения и атрибутов.
При этом каждый элемент обработки выбирается на основе
конфигурируемой логической схемы и параметров, организованных
в базу данных по механической обработке, являющуюся частью
системы. При этом можно легко изменять конфигурацию базы дан-
ных, добавляя или изменяя операции, определяемые технологией на
основе распознавания элементов, и порядок их выбора с помощью
удобного редактора данных механической обработки (Machining
Knowledge Editor).
Обработка с использованием информации
о производстве изделия
При выборе метода обработки система NX может считывать
данные об изделии и производстве (PMI), включая значения до-
пусков и шероховатостей поверхностей, указанных в модели.
Например, для получения жесткого допуска может потребоваться
специальный процесс чистовой обработки и соответствующий
инструмент. Система NX САМ может считывать данные о допуске,
указанные в геометрии модели NX, и использовать их для выбора
соответствующих операций механической обработки. Аналогично
320
данные PMI используются при создании программ для станков
с ЧПУ и механической обработки.
Система NX САМ предоставляет настраиваемую базу данных
по механической обработке, позволяющую управлять подтверж-
денными данными и применять их для создания операций по
механической обработке с ассоциативной траекторией движения
инструмента. Система NX автоматически вводит требуемые зна-
чения скоростей резания и подачи согласно указанной операции
и выбранному инструменту.
Для решения типовых задач в NX можно быстро создать соот-
ветствующий мастер-процесс, выполняющий сложные настройки
программного обеспечения на основе простых указаний пользова-
теля. Мастер обработки легко доступен и активируется с помощью
меню NX.
Система NX САМ обеспечивает возможность использования
заранее определенных правил управления процессами и установки
шаблонов для нормирования и повышения скорости программируе-
мых задач. Как правило, такие процессы применяются в целях обе-
спечения использования оптимальных методов и инструментов.
Система NX имеет собственную систему постобработки (рис.
16.4), которая тесно взаимодействует с ядром CAM-системы. Это по-
зволяет легко сгенерировать требуемый код управляющей програм-
мы для большинства типов конфигурации станков и контроллеров.
Рис. 16.4. Постобработка
321
Библиотека постпроцессора представляет собой интернет-ресурс,
в котором содержится множество процессов, поддерживающих
множество различных станков и инструментов.
Система NX САМ включает в себя утилиту PostBuilder, позво-
ляющую создавать и редактировать постпроцессоры. Используя гра-
фический пользовательский интерфейс утилиты, можно задавать
параметры требуемого кода программы для станка с ЧПУ.
Система NX САМ также включает в себя оптимизированный
постпроцессор Sinumerik, который автоматически выбирает основ-
ные настройки контроллера в соответствии с данными операции
технологического процесса.
Моделирование обработки на станке
(рис. 16.5)
Одним из основных преимуществ системы NX САМ является
наличие интегрированных функций имитационного моделирования
и верификации обработки, которые позволяют специалистам вы-
полнять проверку траектории движения инструмента в процессе
программирования станков с ЧПУ. При этом доступен многоуров-
невый процесс проверки.
Рис. 16.5. Моделирование обработки на станке
322
Например, имитационное моделирование на основе G-кода по-
казывает движение, управляемое выходными данными кода про-
граммы станка с ЧПУ на встроенном постпроцессоре NX.
В этом случае ЗЭ-модель станка вместе с деталью, приспособле-
ниями и инструментом перемещается в соответствии с движениями
инструмента на основе G-кода.
При интеграции ядра виртуального цифрового контроллера
Siemens (VNCK) в систему NX САМ программное обеспечение
реального контроллера используется в качестве интегрированного
решения моделирования обработки. Интегрированное решение
обеспечивает детальное цифровое представление фактического
движения станка с высокой точностью соблюдения скоростей, уско-
рений, смены инструмента и длительности цикла обработки.
Пакет поддержки для настройки станка. Пакет поддержки для
настройки современных станков, представляющий собой комплекс-
ное решение, содержит:
надежный постпроцессор;
ЗЭ-модель станка;
типовые детали, шаблоны и документацию.
Преимуществом CAD/CAM-систем в NX является наличие
возможности редактировать ЗЭ-модели, перемещая необходимые
элементы.
Подготовка 30-модели детали в САПР
Новейшие технологии автоматизированного проектирования
в системе NX обеспечивают высокую скорость редактирования
модели деталей, созданных в любых САПР. Используя синхронную
технологию, можно напрямую редактировать модели деталей и под-
готавливать их к созданию программ для станков с ЧПУ, включая
обработку глухих отверстий, зазоров и смещенных поверхностей,
а также изменять размеры элементов детали.
Система NX предоставляет также ряд специализированных
функций САПР, которые позволяют программистам работы станков
с ЧПУ выполнять быстрый анализ деталей перед созданием опера-
ций соответствующей управляющей программы.
Система NX использует концепцию мастер-модели в целях обе-
спечения сквозного проектирования и разработки программ для
ЧПУ за счет привязки всех САМ- и СММ-функций к единой модели,
определяющей геометрию детали. В результате программист может
начать разработку программы для станка с ЧПУ, не дожидаясь окон-
323
чания работы конструктора. Полная ассоциативность обеспечивает
последующее обновление операций управляющей программы для
станка с ЧПУ при изменении геометрии модели.
Производственная цепочка
CAD-CAM-CNC
Для получения максимальной отдачи от станка необходимо опти-
мизировать процесс его использования. Согласованный целостный
подход позволяет обеспечить быструю установку новых станков
и повысить эффективность производства.
Производственный процесс начинается с ввода данных проек-
тирования — обычно это ЗЭ-модель САПР, но в некоторых случаях
используются и 2И-чертежи.
Программное обеспечение 3D-CAHP часто бывает необходимо
для подготовки или доводки проектной модели и программирования
станков с ЧПУ.
CAD-программа САМ-программа VNCK Постпроцессор ЧПУ производство Конструирование {создание конструкций) Программирование ЧПУ Машинное моделирование Создание файла MPF Преобразование данных в команды станка Обработка (ЧПУ — инструмент — станок)
Рис. 16.6. Производственная цепочка CAD—САМ—CNC
324
Приложения САПР также можно использовать для проектиро-
вания и установки креплений.
Приложения системы NX САМ включают в себя полностью
интегрированные функции САПР САМ.
Система NX САМ обеспечивает программирование станков
с ЧПУ, постобработку и моделирование станка. В оптимизирован-
ной производственной цепочке (рис. 16.6) каждый из элементов
САМ настроен в соответствии с особенностями конкретных стан-
ков.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие вопросы решает базовый модуль для разработки управ-
ляющих программ Pro/ENGINEER?
2. Каковы основные возможности САПР Pro/ENGINEER?
3. Каковы основные возможности САПР NX САМ?
4. Из каких элементов состоит производственная цепочка CAD—
CAM-CNC?
Список литературы
1. ARINSTINE (руководство по программированию на станках с ЧПУ) : в 3
т. — Т. 1: Основы токарной и фрезерной обработки. Т. 2: Программирование.
Токарная обработка. Т. 3: Программирование. Фрезерование. — 2008.
2. Босинзон М.А. Современные системы ЧПУ и их эксплуатация : учеб-
ник для нач. проф. образования / М.А.Босинзон. — М. : Издательский
центр «Академия», 2014.
3. Высокая эффективность производства деталей. NX САМ Siemens
Product Lifecycle Management Software Inc. — 2011.
4. Гоцеридзе P. M. Процессы формообразования и инструменты : учеб-
ник для студ. учреждений сред. проф. образования / Р. М. Гоцеридзе. — М. :
Издательский центр «Академия», 2014.
5. Ермолаев В. В. Технологическая оснастка / В. В. Ермолаев. — М. : Из-
дательский центр «Академия», 2014.
6. Контрольно-измерительные приборы и инструменты : учебник /
[С. А.Зайцев, Д.Д.Грибанов, А.И.Толстов, Р.В.Меркулов]. — М. : Издатель-
ский центр «Академия», 2013.
7. Левин В. И. Информационные технологии в машиностроении : учеб-
ник / В.И.Левин. — М. : Издательский центр «Академия», 2013.
8. Ловыгин А. А. Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM система /
А.А.Ловыгин, Л. В.Теверовский. — М. : ДМК, 2012.
9. Методика ускоренной подготовки технических специалистов для
автоматизированной КТПП с ЧПУ (рекомендовано для преподавателей
и студентов высшего, среднего и специального технического образования,
а также для конструкторов, технологов, программистов и операторов ЧПУ).
Группа компаний ADEM, 2008.
10. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дис-
циплине «Программирование обработки деталей на многофункциональных
станках с ЧПУ» / сост. В. Г. Гусев. — Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та,
2009.
11. Михеева Е. В. Информатизационные технологии в профессиональ-
ной деятельности : учебник / Е. В. Михеева. — М. : Издательский центр
«Академия», 2014.
12. Описание программного обеспечения. EMCO WinNC SINUMERIK
810D/840D Milling Номер EN 1814, Издание F2005-04.
13. Описание программного обеспечения EMCO WinNC SINUMERIK
810D/840D Turning Номер EN 1815, Издание F2005-04.
14. Серебреницкий П.П. Программирование для автоматизирован-
ного оборудования : учебник для сред. проф. учебных заведений /
326
П. П. Серебреницкий, А. Г. Схиртладзе ; под ред. Ю. М. Соломенцева. — М. :
Высш. шк., 2003.
15. SINUMERIK 840D/840Di/810D Основы. Руководство по программи-
рованию. Выпуск 08/2005 6FC5398-1BP10-0PA0.
16. SECO (руководство по обработке и выбору материалов на станках
с ЧПУ). «Токарная обработка» — т. 1, «Фрезерная обработка» — т. 2. —
2008.
17. Фуфаев Э.В. Пакеты прикладных программ : учеб, пособие /
Э.В.Фуфаев. — М. : Издательский центр «Академия», 2014.
18. Шишмарёв В.Ю. Автоматизация технологических процессов : учеб-
ник / В.Ю.Шишмарёв. — М. : Издательский центр «Академия», 2014.
19. Шишмарёв В.Ю. Автоматика : учебник / В.Ю.Шишмарёв. — М. :
Издательский центр «Академия», 2013.
Оглавление
Предисловие...................................................4
РАЗДЕЛ I
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Глава 1. Общая характеристика машиностроительной продукции....8
1.1. Общие сведения о качестве и надежности машин.........8
1.2. Конструктивно-технологические признаки и показатели
качества деталей........................................11
1.3. Точность деталей машин..............................13
1.4. Технологичность машины и отдельных ее деталей.......16
Глава 2. Характеристики заготовок для деталей................20
2.1. Общие сведения о заготовках.........................20
2.2. Припуски на механическую обработку..................23
2.3. Расчет размеров заготовки...........................25
2.4. Конструктивно-технологические особенности заготовок
из деформируемых материалов.............................29
2.5. Конструктивно-технологические особенности заготовок
из литейных материалов..................................35
2.6. Конструктивно-технологические особенности заготовок
из листовых материалов..................................38
Глава 3. Основы базирования обрабатываемых заготовок.........41
3.1. Базирование заготовки в системе обработки...........41
3.2. Базы, используемые технологом при проектировании
операций технологического процесса......................43
3.3. Особенности выбора технологических баз..............47
3.4. Влияние погрешностей базирования заготовок
на точность обработки...................................50
Глава 4. Режущий инструмент и инструментальные
материалы...................................................56
4.1. Инструментальные материалы и их свойства............56
4.2. Виды режущего инструмента...........................62
328
Глава 5. Методы обработки поверхностей.......................85
5.1. Общие сведения......................................85
5.2. Методы токарной обработки...........................86
5.3. Методы фрезерной обработки..........................87
5.4. Методы обработки отверстий..........................92
5.5. Методы абразивной обработки.........................94
5.6. Методы обработки резьбовых поверхностей............109
5.7. Методы обработки эвольвентного профиля зубьев
цилиндрических зубчатых колес.......................116
5.8. Методы обработки протягиванием.....................124
5.9. Методы обработки шлицов............................128
5.10. Электрофизические и электрохимические методы
обработки...............................................129
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
изготовления деталей машин..................................140
6.1. Структура технологического процесса................140
6.2. Виды и характеристики технологических процессов....142
6.3. Общие сведения о технологической наследственности..144
6.4. Исходные данные для проектирования технологического
процесса изготовления деталей машин.....................145
6.5. Определение типа производства......................147
6.6. Принципы составления технологического маршрута
изготовления детали.....................................151
Глава 7. Нормирование технологических операций..............157
7.1. Общие сведения о техническом нормировании операций.157
7.2. Методика нормирования токарных операций............161
7.3. Методика нормирования фрезерных операций...........166
7.4. Особенности нормирования шлифовальных операций.....172
Глава 8. Разработка технологических операций................177
8.1. Общие сведения.....................................177
8.2. Методика разработки круглошлифовальной операции....181
8.3. Методика разработки плоскошлифовальной операции....184
Глава 9. Технологические процессы изготовления основных деталей
машины......................................................189
9.1. Изготовление корпусных деталей.....................189
9.2. Изготовление валов.................................191
9.3. Изготовление дисков................................196
9.4. Изготовление зубчатых колес........................198
9.5. Изготовление кольцевых деталей.....................203
9.6. Изготовление рычагов вилок и других мелких деталей.204
329
РАЗДЕЛ II
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
И ПРОГРАММИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ
Глава 10. Технологические процессы обработки на станках с числовым
программным управлением............................208
10.1. Этапы программирования технологических процессов....208
10.2. Современные технологии металлообработки
с применением станков с ЧПУ...........................209
Глава 11. Технологические процессы для токарных станков с ЧПУ.219
11.1. Использование сменных многогранных пластин
и державок при токарной обработке.....................219
11.2. Стружколомы и стружкоотводные ступеньки..............226
11.3. Растачивание, обработка отрезными и подрезными
резцами...............................................229
11.4. Примеры режимов обработки, применяемых при точении
на станках с ЧПУ......................................235
11.5. Проектирование токарных операций.....................236
Глава 12. Программирование токарной обработки.................246
12.1. Программирование линейных и круговых
перемещений.......................................246
12.2. Токарные циклы в системе программирования
Sinumerik 840D....................................250
Глава 13. Технологические процессы для фрезерных станков с ЧПУ.266
13.1. Прямолинейное врезание под углом, круговая и винтовая
интерполяция..........................................266
13.2. Расфрезеровывание отверстия, наружная круговая
и винтовая интерполяция...............................271
13.3. Плунжерное фрезерование.............................275
13.4. Вскрытие и расфрезеровывание выборки и кармана......277
13.5. Фрезерование с засверливанием.......................278
13.6. Фрезерование с малой шириной контакта фрезы
с материалом и трохоидальное фрезерование.............279
Глава 14. Программирование фрезерной обработки................282
14.1. Программирование линейной и круговой интерполяции.....282
14.2. Программируемое смещение нулевой точки...............286
14.3. Циклы фрезерования в системе программирования
Sinumerik 840D.........................................290
14.4. Циклы сверления в системе программирования
Sinumerik 840D.........................................300
330
РАЗДЕЛ III
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Глава 15. Конструкторско-технологическая подготовка производства
и средства ее автоматизации...............................306
15.1. Назначение систем CAD/CAM........................306
15.2. Виды САПР........................................308
Глава 16. Системы CAD/CAM..................................312
16.1. САПР Pro/ENGINEER................................312
16.2. Система САПР NX..................................314
Высокоскоростная обработка.........................317
Многофункциональные станки.........................318
Фрезерование турбокомпонентов......................319
Технология на основе распознавания элементов.......320
Обработка с использованием информации о производстве
изделия........................................320
Моделирование обработки на станке..................322
Подготовка ЗВ-модели детали в САПР.................323
Производственная цепочка CAD — САМ—CNC.............324
Список литературы..........................................326
Учебное издание
Ермолаев Валерий Вячеславович,
Ильянков Александр Иосифович
Разработка технологических процессов изготовления деталей
машин
Учебник
Редактор В. Н. Махова
Компьютерная верстка: Р. Ю. Волкова
Корректоры С. Ю. Свиридова, Н. В. Савельева
Изд. № 101116775. Подписано в печать 05.06.2015. Формат 60 х 90/16.
Гарнитура «Балтика». Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 21,0.
Тираж 1500 экз. Заказ № 8385.
ООО «Издательский центр «Академия», www.academia-moscow.ru
129085, Москва, пр-т Мира, 101В, стр. 1.
Тел./факс: (495) 648-0507, 616-00-29.
Санитарно-эпидемиологическое заключение № РОСС RU. АЕ51. Н 16679 от 25.05.2015.
Отпечатано с электронных носителей издательства.
ОАО «Тверской полиграфический комбинат», 170024, г. Тверь, пр-т Ленина, 5.
Телефон: (4822) 44-52-03, 44-50-34. Телефон/факс: (4822) 44-42-15.
Home раде — www.tverpk.ru Электронная почта (E-mail) — sales@tverpk.ru.
Издательский центр
ACADEMA «Академия» Учебная литература для профессионального образования
Наши книги можно приобрести (оптом и в розницу)
Москва: 129085, Москва, пр-т Мира, д. 101 в, стр. 1 (м. Алексеевская) Тел.: (495) 648-0507, факс: (495) 616-0029 E-mail: sale@academia-moscow.ru
Филиалы: Северо-Западный 194044, Санкт-Петербург, ул. Чугунная, д. 14, оф. 319 Тел./факс: (812) 244-9253 E-mail: spboffice@acadizdat.ru Приволжский 603101, Нижний Новгород, пр. Молодежный, д. 31, корп. 3 Тел./факс: (831) 259-7431, 259-7432, 259-7433 E-mail: pf-academia@bk.ru Уральский 620142, Екатеринбург, ул. Чапаева, д. 1а, оф. 12а Тел.: (343) 257-1006 Факс: (343) 257-3473 E-mail: academia-ural@mail.ru Сибирский 630007, Новосибирск, ул. Кривощёковская, д. 15, корп. 3 Тел./факс: (383) 362-2145, 362-2146 E-mail: academia_sibir@mail.ru Дальневосточный 680038, Хабаровск, ул. Серышева, д. 22, оф. 519, 520, 523 Тел./факс: (4212) 56-8810 E-mail: filialdv-academia@yandex.ru Южный 344082, Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, д. 10/65 Тел.: (863) 203-5512 Факс: (863) 269-5365 E-mail: academia-UG@mail.ru
Представительства: в Республике Татарстан 420034, Казань, ул. Горсоветская, д.17/1, офис 36 Тел./факс: (843) 562-1045 E-mail: academia-kazan@mail.ru в Республике Казахстан Алматы, пр-т Абая, д. 26А, оф. 209 Тел.:(727)250-0316, моб.тел.:(701) 014-3775 E-mail: academia_kazakhstan@mail.ru в Республике Дагестан Тел.: 8-928-982-9248 www.academia-moscow.ni