Обработка резанием деталей ЭА.

В конструкциях современной ЭА используется большое количество разнообразных металлических и неметаллических деталей, выполняющих различные функции: детали, образующие несущую конструкцию ЭА и обеспечивающие устойчивость ее к механическим нагрузкам и климатическим воздействиям; элементы управления, без которых невозможна эксплуатация ЭА; корпусные детали, обеспечивающие эргономические и эстетические характеристики ЭА; детали электромеханических узлов – накопителей на магнитных дисках, датчиков, печатающих устройств, преобразователей, графопостроителей, сканеров и др. На рис. 1 приведен внешний вид вычислительно-управляющей системы с входящими в нее устройствами, встроенной в базовый несущий каркас. Из рисунка видно, что данная система состоит из металлических и неметаллических деталей, технологические методы изготовления которых различны и требуют разнообразного технологического оборудования, соответствующей оснастки и приспособлений. К таким методам относятся в первую очередь обработка материалов резанием (механообработка), литье, обработка давлением, электрохимические и электрофизические методы, обработка пластмасс.

Рис. 1. Внешний вид вычислительно-управляющей системы в базовом каркасе.

Если трудоемкость изготовления ЭА принять за 100%, то операции механической обработки могут составлять до 15%, операции литья деталей – до 3%, операции обработки давлением – до 18%, операции переработки пластмасс – до 12%, электрофизические и электрохимические операции до 5%, остальное сборка и монтаж. Рассмотрим в общем виде эти методы обработки материалов и формообразования применительно к технологии производства ЭА.

Обработка металлических и неметаллических деталей для ЭА проводится на различных металлорежущих станках, подразделяемых по степени автоматизации работы на универсальные станки, полуавтоматические, станки-автоматы, станки с числовым программным управлением, станки типа "обрабатывающий центр". Универсальные станки используют для опытного, ремонтного и мелкосерийного производств, станки-автоматы – крупносерийного и массового производств. В серийном производстве широко применяют станки с числовым программным управлением (ЧПУ) и обрабатывающие центры.

К методам обработки деталей резанием относятся: точение, фрезерование, шлифование, сверление, развертывание, протягивание. Каждый вид обработки характеризуется достигаемой точностью (табл. 1).

Таблица 1

Обработка деталей на токарных станках. Токарные станки предназначены для обработки деталей типа тел вращения, имеющих цилиндрические, конические, фасонные, сферические, винтовые поверхности, а также торцевые плоскости. Это детали типа осей, втулок, роликов лентопряжных механизмов и т. д. В качестве заготовок таких деталей используют штучные и прутковые заготовки. На рис. 2 приведены основные виды работ, выполняемых на токарных станках резцами.

Рис. 2. Обработка деталей на токарном станке:

а – обработка проходным резцом с продольной подачей Sпр; б – подрезка торца с поперечной подачей Sп; в – прорезка канавки и отрезка; г – растачивание отверстия.

Режущую кромку резца составляет клин (см. рис. 2, сечение 1-1), который имеет передний γ и задний угол резания α для уменьшения трения по поверхности резания при точении. Чем больше эти углы, тем острее клин (резец) и тем слабее его прочность. При обработке прочных, хрупких материалов эти углы минимальны или равны нулю, а при обработке мягких материалов они равны 5…15º.

Заготовка в процессе точения вращается с частотой n=1000ν/πd, где ν – скорость резания, м/мин, которая зависит от обрабатываемого материала и материала резца; d – диаметр обработки в мм.

Резец может перемещаться вдоль заготовки (продольная подача S_пр) и поперек заготовки (поперечная подача S_П). От величины подачи S зависит шероховатость получаемой поверхности — чем меньше S, тем меньше ше­роховатость и выше качество поверхности и наоборот.

Короткие заготовки, в которых отношение длины l к диаметру d меньше пяти, при обтачивании закрепляют в трехкулачковом патроне. Длинные заготовки (l/d = 5... 12) закрепляют в центрах или в патроне и в центре (рис. 2, а).

На токарных станках можно получать конические и фасонные по­верхности. На рис. 3 показаны схемы обработки конической (рис. 3, а) и фасонной (рис. 3, б) поверхностей.

Нарезание резьбы на токарных станках осуществляется как резьбона­резными резцами, так и плашками (наружная резьба) и метчиками (внут­ренняя резьба). Отверстия в цельной заготовке получают сверлением. Если требуется получить после сверления отверстие большего диаметра, то его растачивают специальными резцами.

а б

Рис. 3. Получение конической (а) и фасонной (б) поверхностей на токарном станке.

Обработка деталей на токарно-револьверных станках. Токарно-револьверные станки предназначены для последовательной обработки закрепленной заготовки несколькими разнообразными инструментами. Для обработки применяются резцы, осевые инструменты (сверла), фасонные, комбинированные и специальные инструменты; резьбонарезные инструменты (метчики, плашки, резьбонарезные головки), накатки и др. В качестве заготовки используют прутки различного сечения и штучные заготовки.

Обработка деталей на токарно-револьверных станках ведется по методу автоматического получения размеров, когда станок предварительно настраивают на изготовление определенной детали или группы деталей (при групповой обработке). Настройку проводят с использованием продольных и поперечных упоров. При выполнении каждого перехода необходимо знать длину рабочих ходов инструментов, которая определяется по схеме обработки детали.

Обработка деталей на токарных автоматах. Для изготовления деталей ЭА широко применяют универсальные токарные станки-автоматы: одношпиндельные продольного точения, токарно-револьверные и реже горизонтальные многошпиндельные. Все они предназначены для обработки деталей, имеющих форму тел вращения и требующих большого числа разнообразных режущих инструментов. В основном автоматы предназначены для обработки деталей при крупносерийном и массовом производстве, однако в последнее время широко внедряется групповой метод обработки, который позволяет применять токарные автоматы в серийном и мелкосерийном производстве для обработки небольших партий заготовок. Точность и параметры шероховатости, достигаемые при обработке на станках-автоматах, приведены в таблице 2.

Таблица 2. Точность и параметры шероховатости при обработке деталей на токарных станках-автоматах.

Обработку деталей на одношпиндельпых токарных станках-автоматах продольного точения осуществляют в крупносерийном и массовом производстве при изготовлении деталей из холоднотянутых калиброванных сов диаметром 3...25 мм. Автоматы предназначены для обработки методомпродольного точения деталей с большим отношением длины к диаметру (рис. 4). При сочетании продольной подачи прутка l и поперечной подачи инструментов 2, расположенных на поперечных суппортах, можно обрабатывать детали сложной конфигурации. Продольная подача осуществляется перемещением шпиндельной бабки 3 или пиноли шпинделя. Цилиндрические, конусные, сферические поверхности получают в результате согласованных движений прутка и резцов. Применяя даже один резец, можно получить детали разнообразной формы. Перед резцами устанавливают люнет, воспринимающий усилия резания и обеспечивающий высокую точность обработки.

Рис. 4. Схема работы токарного станка-автомата продольного точения:

1 — пруток; 2 — суппорты с инструментами; 3 — шпиндельная бабка; 4 — люнет; 5 —дополнительное приспособление; 6—распределительный вал с кулачками.

С помощью дополнительных приспособлений 5 на станках-автоматах можно выполнять сверление, нарезание резьбы, прорезку шлицев. Все рабо­чие и холостые ходы инструментов осуществляются от кулачков, располо­женных на распределительном валу 6. Станки-автоматы продольного точе­ния выпускаются обычной, высокой и особо высокой точности, которые со­ответственно обеспечивают следующие квалитеты точности деталей: по диаметру — 9-, 8- и 6-й, по длине — 11-, 9- и 7-й. Параметр шероховатости обрабатываемых поверхностей Rа = 1,25...0,63 мкм.

На рис. 5 приведена схема обработки детали на станке-автомате продольного точения :пруток имеет левое вращение (по ча­совой стрелке). Это означает, что невращающейся плашкой можно нарезать только левую резьбу. Правую резьбу нарезают методом обгона. При этом шпиндель резьбонарезного устройства вращается в ту же сторону, что и пруток, но с некоторым обгоном, равным скорости нарезания резьбы. После нарезания резьбы шпиндель резьбонарезного устройства тормозится и про­исходит автоматическое свинчивание плашки (метчика).

Аналогично при невращающемся шпинделе сверлильного приспо­собления работу можно проводить левыми сверлами. Если необходимо использовать правые сверла, то шпинделю приспособления сообщают вращение с частотой, превышающей частоту вращения шпинделя авто­мата с прутком.

Рис. 5. Схема обработки детали на автомате продольного точения:

1 — подвод проходного резца; 2 —обтачивание 0 1,4; 3 — отвод проходного резца на 0 2,5; 4 — обтачивание 0 2,5; 5 — отвод проходного резца; 6 — протачивание канавки; 7 — обта­чивание 0 2,5; 8 — отвод канавочного резца; 9 — протачивание канавки; 10 — обтачивание 02,5; 11 — отвод канавочного резца; 12 — подвод отрезного резца; 13 — отрезка с одно­временным получением конических поверхностей

На токарно-револьверных станках-автоматах изготавливают детали сложной формы по 8—11 квалитету точности с параметрами шероховатости Rа = 2,5...0,63 мкм. Принцип работы токарно-револьверного автомата по­ясняет рис. 6. Заготовка-пруток 1размещается в шпиндельной бабке 2, установленной жестко на станине. Шпиндель автомата имеет левое враще­ние (по часовой стрелке) при обточке и правое вращение (против часовой стрелки) при нарезании резьбы невращающимся резьбонарезным инструментом, устанавливаемым в револьверной головке.

Рис. 6 Схема работы токарно-револьверного станка-автомата

I — пруток; 2 — шпиндельная бабка; 3 — попереч­ные суппорты; 4 — револьверная головка; 5 — про­дольный (револьверный) суппорт; 6— инструменты

Станок-автомат имеет два или три (реже четыре) по­перечных суппорта 3, совер­шающих поперечную подачу S_П, и один продольный ре­вольверный суппорт 5, на ко­тором установлена поворотная шестипозиционная револьвер­ная головка 4 с инструмента­ми 6 для обработки с про­дольной подачей Sпр. В одном гнезде револьверной головки устанавливают упор, до кото­рого подается пруток на необходимую длину, равную длине обрабатывае­мой детали плюс ширина отрезного резца.

Большинство рабочих операций выполняют при левом вращении шпинделя, а нарезание резьбы, развертывание и некоторые другие операции при более медленном правом вращении. Переключение направлений враще­ния шпинделя проводится автоматически. Всеми действиями автомата управляют кулачки, установленные на распределительном валу. За один оборот распределительного вала получается готовая деталь. После отрезки детали и отхода отрезного резца проводится быстрая подача прутка до упо­ра, затем последовательная обработка заготовки режущими инструментами, устанавливаемыми в рабочую позицию при периодическом повороте ре­вольверной головки, и инструментами поперечных суппортов.

На рис. 7 приведена схема обработки детали на токарно-револьверном станке-автомате. Чертеж обрабатываемой детали размещен в верх­ней части рисунка.

Рис. 7 Схема обработки детали на токарно-револьверном станке-автомате:

1 – подача до упора; 2 – обтачивание Ø 19 и центрование; 3 – обтачивание Ø 15,88 и сверление Ø 10; 4 – сверление Ø 6, снятие фаски и проточка канавки; 5 – нарезание резьбы; 6 – чистовое обтачивание Ø 18; 7 – отрезка.

Обработка деталей фрезерованием. Фрезерованием обрабатывают в основном плоские поверхности, пазы, уступы, фасонные поверхности и канавки, а также отрезают заготовки. Для фрезерования используют универсальные фрезерные станки: вертикально- и горизонтально-фрезерные, продольно-фрезерные; фрезерные станки с ЧПУ для обработки сложных поверхностей; обрабатывающие центры с набором различных инструментов, работающие по программе.

Инструментом для фрезования являются фрезы: цилиндрические с прямым и винтовым зубом; торцевые, концевые и фасонные. На рис. 8 представлена схема обработки плоскости цилиндрической фрезой с винтовым зубом.

Рис. 8 Схема фрезования цилиндрической фрезой с винтовым зубом.

Заготовка 2 установлена и закреплена на столе 3 фрезерного станка и подается с подачей S на вращающуюся фрезу 1, которая удаляет слой материала толщиной t. Зубья 4 фрезы располагаются по винтовой линии на поверхности цилиндра под углом α, что обеспечивает равномерное врезание зуба в материал заготовки без удара. Вращение фрезы nфр осуществляется по часовой стрелке (см. рис. 8), навстречу подачи заготовки. Такое фрезерование называется встречным. Зуб фрезы в этом случае врезается в материал заготовки с минимальным припуском, что приводит к повышенному износу инструмента. Эту схему рекомендуется использовать для обработки заготовок, имеющих на поверхности корку (окалину).

Если фреза вращается против часовой стрелки, то это будет попутное по отношению к подаче фрезование. Такую схему рекомендуется применять, если поверхность заготовки чистая, не имеет корки.

Для отрезания заготовок или фрезерования прямоугольных канавок используют циллиндрические фрезы с различной шириной режущей поверхности. Для высокопроизводительной и точной обработки поверхностей применяют торцевые фрезы, имеющие режущие кромки на торце фрезы. Фреза, которая имеет режущие кромки и на цилиндрической, и на торцевой поверхности, называется концевой. Такая фреза универсальна, с ее помощью можно фрезеровать канавки, уступы и прочее. (см. рис. 9).

Рис. 9 Схема обработки концевой фрезой.

Обработка деталей на сверлильных станках.Обработку деталей на сверлильных станках проводят многолезвийным осевым инструментом: сверлами, зенкерами, развертками. Соответственно названию инструмента называются операции: сверление, зенкерование, развертывание. Сверлением получают отверстия в сплошном материале, рассверливанием увеличивают диаметр обрабатываемого отверстия до большего, зенкерованием повышают качество уже имеющегося отверстия, развертыванием осуществляют чистовую обработку отверстия.

На рис. 10 приведены основные схемы обработки осевым инструментом на сверлильном станке.

Рис. 10 Схемы обработки деталей на сверлильном станке осевым инструментом:

а – сверление; б – зенкерование; в – развертывание.

Инструмент вращается с частотой n, определяемой по выражению n=1000V/(πd), где V – скорость резания, м/мин; d – диаметр инструмента, мм. Шероховатость получаемых отверстий определяется величиной подачи инструмента (мм/об).

В группу сверлильных станков входят вертикально-сверлильные, горизонтально-сверлильные (агрегатные), радиально-сверлильные, многошпиндельные станки. По назначению и конструкции сверла делятся на спиральные (винтовые), перовые, твердосплавные с прямыми, косыми и винтовыми канавками, сверла для глубокого и кольцевого сверления, центровочные и специальные. Изготавливают сверла из быстрорежущей стали (Р9, Р18 и др.) и твердых сплавов (ВК6, ВК8 и др.).

Обработка деталей шлифованием.Шлифование – процесс обработки металлических и неметаллических материалов абразивным инструментом, режущими элементами которого являются зерна абразивных материалов, связанных друг с другом связующим веществом. Шлифование обеспечивает высокую точность (до 5-го квалитета точности) и 7-12 классы шероховатости поверхности.

Основными видами шлифования являются: наружное круглое, бесцентровое наружное шлифование, внутреннее и плоское шлифование.

Наружное круглое шлифование в центрах применяют для обработки цилиндрических поверхностей. Основные методы наружного круглого шлифования – шлифование с продольной и с поперечной подачей.

Рис. 11 Схемы наружного круглого шлифования.

При шлифовании с продольной подачей (рис. 9.11, а) шлифовальный круг совершает два движения: вращательное вокруг оси (скорость резания Vк) и поступательное в направлении, перпендикулярном к оси обрабатывае­мой детали (поперечная подача Sп). Заготовка тоже получает два движения: вращательное вокруг своей оси со скоростью % и поступательное вдоль оси (продольная подача Sпр).

Поперечная подача Sп шлифовального круга осуществляется после возвращения заготовки в исходное положение.

При шлифовании с поперечной подачей или методом врезания (рис. 9.11, б) шлифовальный круг и обрабатываемая заготовка имеют вра­щательное движение. Поперечная подача Sп осуществляется шлифоваль­ным кругом в поперечном направлении перпендикулярно к оси заготовки. Шлифовальный круг перекрывает всю длину обрабатываемой поверхности заготовки.

Шлифовальный круг вращается с окружной скоростью Vк = 25...30 м/с. Заготовка, установленная в центрах передней и задней бабок или на оправ­ке, вращается с окружной скоростью Vз = 5...100 м/мин в направлении, про­тивоположном направлению вращения шлифовального круга.

Внутреннее шлифованиепроводят шлифовальными кругами, диа­метр которых меньше диаметра заготовки (рис.12). Внутреннее шлифова­ние осуществляют двумя способами: шлифование отверстия во вращающей­ся детали (рис.12,а) и шлифование отверстия в неподвижной детали — планетарное шлифование (рис.12,б). Первый способ применяют в основ­ном при обработке отверстий в деталях относительно небольших размеров, имеющих форму тел вращения.

Второй способ применяют при обработке деталей, которые неудобно закреплять в патроне станка. В этом случае шлифовальный круг совершает три движения: вращательное движение вокруг своей оси Vк, круговое (планетарное) движение вокруг отверстия заготовки и возвратно-поступательное движение (продольное) Sпр. Скорость вращения вокруг оси отверстия заготовки представляет собой как бы скорость вращения заготовки Vз. Поперечная подача при внутреннем шлифовании осуществляется движением стола станка.

Рис. 12 Схемы внутреннего шлифования отверстия во вращающейся детали (а) и в неподвижной детали – планетарное шлифование (б).

Плоское шлифованиеявляется основным методом чистовой обработки плоскостей деталей. Применяют два способа плоского шлифования (рис. 13): периферией и торцем круга на станках с прямоугольным и круглым столом.

Рис. 13 Схемы плоского шлифования:

а – периферией шлифовального круга; б – торцем шлифовального круга

При шлифовании на прямоугольных столах деталь совершает возвратно-поступательное движение со скоростью Vз, а круг (вращаясь со скоростью Vк) – поперечную подачу Sп в конце каждого продольного хода.

Для снятия всего припуска на обработку шлифовальный круг совершает движение вертикальной подачи Sв на глубину шлифования в конце каждого поперечного хода круга.