Средства технологического оснащения

Осуществление различных технологических процессов изготовления деталей предусматривает наличие средств технологического оснащения (СТО), которые включают технологическое оборудование и технологическую оснастку. СТО для механической обработки заготовок – это металлорежущие станки и приспособления (станочные, контрольные, вспомогательные).

Классификация металлорежущих станков

В основу классификации металлорежущих станков, при­нятой в нашей стране, положен технологический метод обработки заготовок. Классификацию по технологическому методу обработки проводят в соответствии с такими признаками, как вид режущего инструмента, характер обрабатываемых поверхностей и схема обра­ботки. Станки делят на токарные, сверлильные, шлифовальные, полировальные и доводочные, зубообрабатывающие, фрезерные, строгальные, разрезные, протяжные, резьбообрабатывающие и т. д.

Классификация по комплексу признаков наиболее полно отра­жается в общегосударственной Единой системе условных обозначе­ний станков (табл. 6.1). Она построена по десятичной системе; все металлорежущие станки разделены на десять групп, группа — на десять типов, а тип — на десять типоразмеров. В группу объеди­нены станки по общности технологического метода обработки или близкие по назначению (например, сверлильные и расточные). Типы станков характеризуют такие признаки, как назначение, степень универсальности, число главных рабочих органов, конструктивные особенности. Внутри типа станки различают по техническим харак­теристикам.

В соответствии с этой классификацией каждому станку при­сваивают определенный шифр. Первая цифра шифра определяет группу станков, вторая тип, третья (иногда третья и четвертая) показывает условный размер станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различать станки одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками. Буква в конце шифра указывает на различные модификации станков одной базовой модели. Напри­мер, шифром 2Н135 обозначают вертикально-сверлильный станок (группа 2, тип 1), модернизированный (Н), с наибольшим условным диаметром сверления 35 мм .

Различают станки универсальные, широкого применения, спе­циализированные и специальные. На универсальных станках вы­полняют самые разнообразные работы, используя заготовки многих наименований. Примерами таких станков могут быть токарно-винторезные, горизонтально-фрезерные консольные и др. Станки широкого назначения предназначены для выполнения определенных работ на заготовках многих наименований (многорезцовые, токарно-отрезные станки). Специализированные станки предназначены для обработки заготовок одного наименования, но разных размеров (например, станки для обработки коленчатых валов). Специальные станки выполняют определенный вид работ на одной определенной заготовке

Оборудование для механической обработки

Применяемые в современном машиностроительном производстве станки разнообразны и имеют широкие технологические возможности. Ниже приведены характеристики некоторых типов станков.

Станки токарной группы

Станки токарной группы служат для обработки поверхностей тел вращения. Наибольшее распространение в группе токарных станков имеют станки универсальные и специализированные. Универсальные токарные станки подразделя­ются на две основные группы: токарные станки, которые предназначены для выполнения разнообразных токарных работ, за исключением нарезания резьбы резцами, и токарно-винторезные станки. Они отлича­ются наличием ходового винта и спе­циально рассчитанных гитар сменных зубчатых колес и коробки подач, обеспечивающих возмож­ность нарезать резцами различные резьбы. Токар­но-винторезные станки среди станков токарной группы получили наибольшее распространение.

Специализированные токарные станки предназначаются для выполнения узкого круга операций над деталями опреде­ленного класса. К специализированным токарным станкам относятся токарно-карусельные, токарно-лобовые, токарно-револьверные, токарные много­резцовые, токарные автоматы и полуавтоматы, токарно-затыловочные станки, токарные станки для обработки коленчатых валов, кулачков распредели­тельных валов и другие типы специализированных станков. Рассмотрим некоторые из них.

Токарные многорезцовые полуавтоматы позволяют повысить производительность путем совмещения переходов операции и автоматического получения всех операционных размеров при соответственном снижении квалификации работы.

Наладка многорезцового станка трудоемка, поэтому применение его оправдывается в серийном и массовом производствах.

Такой станок имеет передний и задний (иногда также верхний) суппорты, каждый из которых может нести несколько резцов. Передний суппорт имеет продольную подачу, задний — поперечную. Задний суппорт предназначается для подрезания торцов, прорезания канавок или обтачивания цилиндрических участков широкими резцами. Его работу обычно совмещают с работой переднего суппорта (рис. 6 1 ).

Рис. 6.1 Рабочая зона много резцового станка

Таблица 6.1

Классификация металлорежущих станков

Станки	Группа	Типы (подгруппы) станкон
Токарные		Автоматы и полу­автоматы	Револьвер­ные	Сверлильно-отрезные	Карусель­ные	Токар­ные и лобовые	Многорез­цовые	Специали­зированные	Разные токарные
одношпиндельные	многошпин­ дельные
Сверлиль­ные и рас­точные	1.	Вертикаль­но-свер­лильные	Одиошпнн-дельиые по­луавтоматы	Многошпин­дельные полуавто­маты	Координат-но-расточ-ные	Радиально- сверлильные	Расточные	Алмазно-расточные	Горизон­тально-сверлильные	Разные свер­лильные
Шлифоваль­ные	2.	Круглошлифовальные	Внутришлифовальные	Обдпрочношлифовальные	.Специали­зированные шлифо­вальные	—	Заточ­ные	Плоскошлифовальные	Притироч­ные, по­лировальные и хонинго-вальныо	Разные станки, работаю­щие аб­разивом
Для электро­физической и электрохими­ческой обра­ботки, ком­бинированные	3.	Универ­сальные	Полуавто­маты	Автоматы	Электро­химические	Электро­искровые	—	Электро­эрозионные, ультразву­ковые	Анодно-ме-ханические
Зубо- и резьбообрабатывающие	4.	Зубодолбежные для цилиндри­ческих ко­лес	Зуборезные для кони­ческих - колес	Зубофрезерные для цилиндри­ческих ко­лес и шлиц валов	Зубофрезерные для червячных колес	Для обра­ботки тор­цов зубьев колес	Резьбо-фрезерные	Зубоотделочные	Зубо- и резьбошлифовальные	Разные зубо- и резьбообрабатывающие

Продолжение табл. 6.1

Станки	Группа	Типы (подгруппы) станков
Фрезерные	6.	Вертикально-фрезерные кон­сольные	Фрезерные непрерыв­ного действия	Продольно-фрезерные одностоеч­ные	Копиро­вальные и гравиро­вальные	Вертикаль­ные бесконсольные	Продоль­ные	Широкоуниверсальные	Горизон­тальные консольные	Разные фрезер­ные
Строгаль­ные дол­бежные и протяжные	7.	Продольные	Поперечно-строгаль­ные	Долбеж­ные	Протяжные горизон­тальные	-	Протяж­ные вертикальные	-	Разные стро­гальные
одностоеч­ные	двухстоечные
Разрезные	8.	Отрезные, работающие	Правильно-отрезные	Ленточные	Диско­вые пилы	Ножовоч­ные	—	—
токарным резцом	абразивным кругом	диском
Разные	9.	Муфто- и трубообрабатывающие	Пилонасекательные	-	-	Для испы­тания ин­струментов	Дели­тельные машины	Балансиро­вочные	-	-

Обработка на револьверных станках. Токарно-револьверные станки предназначены для выполнения многопереходных операций методом автоматического получения размеров.

Револьверные станки обладают очень широкими технологическими возможностями. Их применяют для деталей, изготовляемых как из прутков, так и из штучных заготовок. При одной установке детали на станке возможно обтачивание наружных поверхностей, сверление, зенкерование, растачивание, развертывание отверстий, подрезание торцовых плоскостей, вытачивание канавок, нарезание наружной и внутренней резьб и т. д. Причем, благодаря автоматическому получению размеров, даже сложная операция не требует высокой квалификации исполнителя.

Обработка на автоматах. Токарные автоматы разделяются на прутковые и магазинные. Устройства для автоматической загрузки станка штучными заготовками обычно являются конструкциями специальными и часто сложными. В связи с этим большее распространение имеют прутковые автоматы, которые в свою очередь разделяются на одношпиндельные и многошпиндельные. Из одношпиндельные автоматов чаще используют револьверные, которые строят для прутков диаметром до 40 мм (тип 1140 и меньшие).

Револьверный автомат имеет револьверную головку с горизонтальной осью поворота, перпендикулярной оси шпинделя, и два суппорта: передний и задний (иногда еще и третий — верхний). Головка получает только продольную подачу, суппорты — только поперечную. Разрабатывая операцию для такого станка, исходят в общем из тех же принципов повышения производительности, какими руководствуются при разработке операции для револьверного станка.

При совмещении работы инструментов, как обычно, избегают совмещать черновые переходы с чистовыми. Точение широкими фасонными резцами, очень часто применяемыми для работы с суппортов, намечают возможно раньше, пока сечение детали еще не ослаблено. При необходимости поддержать деталь применяют державки с люнетами. К револьверным автоматам, как и к револьверным станкам, имеется много нормализованных приспособлений для инструментов.

Разработка автоматной операции связана с расчетом положений инструментов и соответственно положений револьверной головки и суппортов относительно шпинделя станка в различные моменты операции. На основании этих расчетов и выбранных режимов обработки профилируют кулачки, управляющие движениями головки и суппортов.

Многошпиндельные прутковые автоматы имеют четыре, шесть (бывает и восемь) шпинделей. Шпиндели несут прутки и помещены в одном поворотном барабане — шпиндельном блоке. Число позиций блока равно числу шпинделей. Суппорты ведут обработку одновременно во всех позициях.

В каждой позиции выполняется определенная группа переходов операции. По окончании обработки во всех позициях (в числе переходов последней позиции имеется отрезание детали от прутка) блок поворачивается. При этом шпиндель с прутком, находившийся в первой позиции, занимает вторую, занимавший вторую — переходит в третью и т. д. 3атем суппорты вновь вступают в работу и цикл повторяется. Таким образом, на многошпиндельном автомате меняются не позиции инструментов, а позиции детали. Штучное время операции равно промежутку времени, через который производится изменение позиций — поворот блока.

Поскольку поворот блока возможен лишь по окончании обработки во всех позициях, главной особенностью, отличающей разработку операция для многошпиндельного автомата, является необходимость обеспечивать одинаковую продолжительность обработки во всех позициях, чтобы избежать простоев инструментов. К этому условию приближаются путем рационального распределения переходов операции между позициями. В трудоемких позициях время сокращают применением более стойкого или комбинированного инструмента.

По точности обработки многошпиндельные автоматы несколько уступают одношпиндельным, но производительность их, естественно, намного больше. Для аналогичной обработки деталей более крупных, получаемых из штучных заготовок, пользуются многошпиндельными карусельными полуавтоматами.

Рис. 6.2. Горизонтальный шестишпиндельный прутковый автомат

Обработка на карусельных станках. Токарно-карусельные станки применяют для обработки крупных и тяжелых деталей типа дисков и колец (диски роторов, корпуса, крупные зубчатые колеса и т. п.). Горизонтальное положение планшайбы станка сильно упрощает установку и закрепление таких деталей.

На карусельном станке выполняют операции такого же характера как на токарном или крупном револьверном. Высокая жесткость станка допускает обработку с большими сечениями стружки. Наличие двух - трех суппортов, из которых один имеет револьверную головку, позволяет выполнять на станке многопереходные операции, что особенно важно ввиду нежелательности перестановок тяжелых деталей.

По точности обработки карусельные станки равноценны токарным станкам соответствующих размеров.

Карусельные полуавтоматы принадлежат к станкам вертикального типа. Вертикальное положение шпинделей упрощает обслуживание станка — установку и закрепление тяжелых деталей.

По принципам разработки операций эти станки подобны многошпиндельным прутковым автоматам. Разница лишь в том, что в одной из позиций деталь не обрабатывается; в этой позиции шпиндель останавливается, чтобы можно было заменить обработанную деталь новой. На рис. 6.3 показан внешний вид шестишпиндельного полуавтомата и пример его наладки. Первая позиция — загрузочная, а остальные пять — рабочие.

Такие станки, как и автоматы, допускают применение дублированной или двойной наладки, если сдвоить смежные позиции и превратить станок из шестипозиционного в трехпозиционный с двумя шпинделями в позиции. В такой сдвоенной позиции оба шпинделя можно использовать одинаково (дублирование) или по-разному. Во втором случае (двойная наладка) три шпинделя (один загрузочный, два рабочие) заняты обработкой одной стороны детали, а три — обработкой другой стороны или обработкой другой детали.

Рис. 6.3. Внешний вид и пример наладки карусельного полуавтомата

Станки сверлильной группы

Сверлильные станки предназначены для обработки цилиндрических и конических сквозных и глухих отверстий. Сверлильные станки разделяются по характеру выполняемых операций на станки общего назначения, специализированные и специальные. По количеству и расположению шпинделей различа­ют одно- и многошпиндельные станки с расположением шпинделей вертикальным, горизонтальным или под углом.

Вертикально-сверлильные станки (рис. 6.4) являются наибо­лее распространенными станками сверлильной группы. Они раз­деляются на три группы: настольные с наибольшим диаметром сверления до 12 мм, средних размеров с наибольшим диаметром сверления до 50 мм и тяжелые станки, которые позволяют обрабатывать отверстия до 75 мм и более.

Радиально-сверлильные станки (рис. 6.5) позволяют обрабаты­вать большое количество отверстий в крупногабаритных и тяже­лых деталях, так как деталь при работе на них остается непод­вижной, а шпиндель с режущим инструментом может переме­щаться и устанавливаться в требуемое положение. Сверлильная головка может перемещаться вдоль траверсы. Шпиндель приводится во вращение электродвигателем, установленным на кор­пусе сверлильной головки. Траверса может поворачиваться вокруг колонны, установленной на основании на 360° и перемещаться вдоль колонны. Таким образом, режущий инструмент, установ­ленный в шпинделе, может перемещаться по всем трем координа­там относительно детали, которая крепится на столе станка.

Рис. 6.4. Вертикально-сверлильный станок

Рис. 6.5. Радиально-сверлильный станок

Алмазно-расточные станки предназна­чены для обработки отверстий с высокой геометрической точно­стью и высокой чистотой поверхности. Их применяют для расточки подшипников скольжения двигателей внутреннего сгорания, для обработки точных корпусных деталей и т.п. Высокое качество об­работанных поверхностей достигают за счет применения больших скоростей резания (100—800 м/мин) и маленьких подач (0,02— 0,1 мм/об) при незначительном припуске на обработку. Резцы для таких станков имеют режущую часть из алмазов, твердых сплавов, минералокерамики.

Расточные станки применяют для обработки отверстий в крупных деталях, таких, которые трудно или невозможно разместить и вращать на станке токарного типа. На рис. 6.6. показан горизонтально-расточной (сверлильно-фрезерно-расточной) станок общего назначения. Подачу при растачивании может получать деталь (стол станка) или инструмент (шпиндель станка).

Инструментами служат резцы, закрепленные в державках (длинные державки с передним направлением называют борштангами), расточные пластины и блоки.

Рис 6.6. Горизонтально-расточной станок общего назначения

Для обработки отверстий с разнорасположенными осями в массовом производстве широко используют специальные (обычно агрегатные) многошпиндельные станки. Совмещение переходов обеспечивается одновременной работой шпинделей (инструмент — зенкеры, резцы), а автоматическое получение координат осей отверстий — соответственно точным взаимным расположением шпинделей и соответственной точностью установки детали в приспособлении.

Фрезерные станки

Область применения фрезерных станков весьма широка. В соответствии с большим разнообразием фрезерных работ количество различных станков фрезерной группы очень велико.

По назначению фрезерные станки можно разделить на три группы: фрезерные станки общего назначения, специализирован­ные фрезерные станки, специальные фрезерные станки.

Станки общего назначения (рис. 6.7, 6.8) служат для выполнения разнообразных фрезерных работ при изго­товлении различных по форме и размерам деталей. К станкам общего назначения относятся также одно- и много­шпиндельные продольно-фрезерные, карусельно-фрезерные и барабанно-фрезерные станки. У продольно-фрезерных станков стол получает только продольную подачу, а все необходимые для ра­боты движения в остальных направлениях получают фрезерные головки. Карусельно-фрезерные станки для установки обрабаты­ваемых заготовок имеют круглый стол, вращающийся вокруг вер­тикальной оси. На барабанно-фрезерных станках обрабатываемые заготовки устанавливаются на барабане, вращающемся вокруг горизонтальной оси.

Рис. 6.7. Вертикально-фрезерный станок

Рис. 6.8. Горизонтально-фрезерный станок

Специализированные фрезерные станки пред­назначены для выполнения определенного вида фрезерных работ. К специализированным фрезерным станкам относятся: шпоночно-фрезерные, резьбофрезерные, шлицефрезерные, зубофрезерные и др.

Специальные фрезерные станки создаются для обработки ка­кого-либо одного типа деталей или даже одной конкретной детали в условиях массового производства. К ним относятся, например, различные станки для производства режущего инструмента (для фрезерования лапок хвостовиков, автоматы и полуавтоматы для производства сверл, фрез, метчиков, разверток и т. п.).

Шлифовальные станки

Шлифовальные станки отличаются повышенной жесткостью, высокой точностью изготовления основных деталей, что позволяет устранить вибрации во время работы и обеспечить на этих станках предельно достижимую для механической обра­ботки точность. Высокая производительность шлифовальных стан­ков достигается широкой автоматизацией рабочих и вспомогатель­ных движений, а также применением прогрессивного абразивного инструмента, позволяющего применять большие скорости резания (до 50—60 м/с) и увеличенные подачи.

Станки шлифовальной группы составляют 20—25% парка металлорежущих станков машиностроительных, в том числе и танкостроительных заводов, и являются одними из самых распространенных.

В зависимости от формы шлифуемой поверхности и вида аб­разивной обработки шлифовальные станки разделяют на станки для круглого шлифования (центровые и бесцентрово-шлифовальные), станки для внутреннего шлифования, плоскошлифовальные станки, станки для профильного шлифования и станки для отде­лочной обработки.

Круглошлифовальные станки служат для обработки наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей. При обра­ботке на этих станках деталь устанавливается, как правило, в центрах и приводится во вращение. Процесс круглого шлифования может осуществляться не­сколькими способами: продольным шлифованием, шлифованием врезанием и уступами.

Станки продольного шлифования применяются для шлифования цилиндрических и конических поверхностей деталей значительной длины, а также ступенчатых валов в единичном и мелкосерийном производстве.

Круглошлифовальные станки для врезного шлифования целесообразно применять для обработки ступенчатых валов в се­рийном и массовом производстве, а также фасонных поверхностей. Они эффективны при шлифовании больших партий жест­ких деталей с обрабатываемыми поверхностями значительной длины

На универсальных круглошлифовальных станках (рис 6.9) как бабкаизделия, так и бабкашлифовального круга могут повора­чиваться вокруг вертикальной оси на значительный угол, что поз­воляет обрабатывать наряду с цилиндрическими и конические по­верхности с большими углами при вершине, а также торцовые по­верхности

Специальные шлифовальные станки предназначены для обработки только определенных деталей, например, для шлифования коренных шеек ко­ленчатых валов, кулач­ковых валиков механизма газораспределения и т.п.

Рис. 6.9. Круглошлифовальный станок

Внутришлифовальные станки менее производительны, чем станки для наружного шлифования, и обладают меньшими технологическими возможностями. Малый абразивный круг быстро изнашивается, требует частой правки и замены. Шпиндель станка имеет значительный вылет — жесткость его меньше, а склонность к вибрациям больше. В операции шлифования соосных отверстий разного диаметра размеры круга ограничивает меньшее отверстие, причем оно должно лежать за большим, а не наоборот.

На внутришлифовальных станках с автоматизированным циклом работы подача круга, контроль диаметра отверстия, правка круга перед чистовыми проходами и выключение станка по окончании обработки, производятся без участия рабочего.

Для шлифования отверстий в крупных деталях применяют планетарно-шлифовальные станки, позволяющие не вращать деталь в процессе шлифования.

Рис. 6.10. Внутришлифовальный станок

Плоскошлифовальные станки разделяются на две группы: станки, работающие торцом круга, и станки, работающие периферией круга. Столы станков либо круглые вращающиеся, либо прямоугольные с прямолинейным возвратно-поступательным движением. Для установки и закрепления деталей, имеющих две параллельные плоскости, пользуются магнитными столами. Эти столы особенно упрощают закрепление небольших тонких деталей, однако если подобная деталь нежесткая и имеет коробление, которое должно быть устранено, то плоскости приходится обрабатывать несколько раз, попеременно шлифуя то одну, то другую сторону.

Станки, работающие торцом круга, более производительны, так как круг может перекрывать всю ширину плоскости. Но они менее точны, чем станки, работающие периферией круга.

Рис. 6.11. Плоскошлифовальный станок

Станочные приспособления

В машиностроении используют три способа установки детали на станке: индивидуальной выверкой по поверхности; выверкой по рискам разметки и в приспособлении.

Первые два способа трудоемки и характерны для единичного и мелкосерийного производства. Установка деталей в приспособлении наиболее совершенна и применяется в крупносерийном и массовом производстве.

Приспособления представляют собой дополнительные устройства к металлорежущим станкам, применяемые для установки и закрепления обрабатываемых деталей или режущего инструмента. В последнем случае они называются вспомогательными инструментами. Применение станочных приспособлений обеспечивает:

- устранение разметки деталей перед обработкой и их выверки на станке;

- повышение производительности труда за счет сокращения вспомогательного времени, связанного с установкой детали и выверкой ее положения на станке, а также за счет увеличения числа одновременно обрабатываемых деталей или одновременно работающих режущих инструментов или повышения параметров резания;

- повышение точности обработки в результате автоматического придания необходимого положения обрабатываемой детали и за счет правильного расположения режущего инструмента;

- частичную или полную автоматизацию станка и, следовательно, организацию многостаночного обслуживания;

- снижение затрат на контроль;

- облегчение труда рабочих-станочников и возможность использования рабочих более низкой квалификации;

- расширение технологических возможностей оборудования и снижение себестоимости обработки деталей.

Приспособление выбирается в зависимости от вида и масштаба производства, формы деталей, точности их размеров и технических условий на изготовление деталей. В единичном и мелкосерийном производстве применяются нормальные или простые и дешевые специальные приспособления. Специальные приспособления используются в том случае, когда без них невозможно обеспечить заданную точность.

В массовом производстве специальные приспособления обеспечивают не только заданную точность, но также и быструю установку деталей.

Станочные приспособления можно разделить на следующие виды: универсальные, универсальносборные (УСП), универсально-наладочные (УНП) и специальные.

Универсальные приспособления применяются на металлорежущих станках общего назначения в единичном, мелкосерийном и серийном производстве. К этим приспособлениям следует отнести принадлежности к станкам (кулачковые патроны, станочные тиски и т. п.).

Универсально-сборные приспособления собираются из нормализованных деталей и узлов, входящих в комплект УСП (корпусные детали, установочные, направляющие, крепежные и другие детали).

УСП применяются в условиях опытного и серийного производства. При использовании УСП работа конструкторов по проектированию приспособлений резко сокращается. Однако значительный эффект от УСП получают при хорошей организации сборки и наладки приспособлений на станках.

Универсально-наладочные приспособления используют для установки и закрепления конструктивно схожих деталей на токарных, фрезерных, сверлильных, револьверных и других станках. УНП состоит из двух частей: универсальной (постоянной) и наладочной (сменной). Наладочная часть изготовляется для конкретной детали согласно ее форме и габаритным размерам.

По сравнению с трудоемкостью специального приспособления для обработки таких же деталей трудоемкость УНП ниже на 60 – 70%.

Специальные приспособления применяются для выполнения определенных операций обработки данной детали и изготовляются в единичных экземплярах.

Приспособления могут быть подразделены и по степени механизации и автоматизации на ручные, механизированные, полуавтоматические и автоматические.