Нарезание резьбы. Обработка шпоночных и шлицевых поверхностей при изготовлении валов.

Типовая технология обработки заготовок валок и осей- Способы подготовки баз.

Черновой базой при фрезеровании торцов валов и их зацентровки служит цилиндрическая поверхность вала, установленного в двух самоцентрирующихся призмах и торец вала. Далее осуществляется обработка валов в центрах. Для обеспечения точности линейных размеров обработку производят с применением специальных центров-поводков обеспечивающих поджатие торца вала к упорному торцу центра поводка. Для пустотелых валов базами являются вытачиваемые на концах отверстия. В качестве приспособлений в этом случае служат грибковые центры. Точная обработка поверхностей валов возможна только при условии тщательного шлифования и доводки центровых отверстий на специальных станках Однако в тех случаях, когда условия работы детали требуют очень точного взаимного расположения отдельных её поверхностей, их обработка не может производиться на базе центровых отверстий и от применения пришита постоянства баз приходится отказаться. Недостатки: неопределенно положение базового левого торца, поэтому линейные размеры не выдерживаются с большей точностью. Для устранения этого недостатка применяется плавающий центр.

В серийном производстве обработку ведут на фрезерно-цснтровальных полуавтоматах с установкой заготовки по наружному диаметру в призмы и базированием в осевом направлении по упору. Подрезку торцев выполняют раздельно от центрования.

В массовом производстве для фрезерования и центров и центрования применяют станки барабанного типа.

В единичном производстве подрезку торцев и центрование ведут в основном на цснтровально-токарных станках.

Шпоночные и шлицевые соединения служат для передачи крутящего момента. Шпоночные соединения осуществляются призматическими, клиновыми и сегментными шпонками (рис. 2.60). Шпоночные канавки для призматических шпонок могут быть закрытыми с двух сторон (глухими), закрытыми с одной стороны и сквозными. Сквозные и закрытые с одной стороны шпоночные канавки изготовляют фрезерованием дисковыми фрезами на горизонтально-фрезерных станках за один-два рабочих хода (рис. 2.61, а). Применение этого способа обеспечивает достаточную производительность и точность ширины шпоночной канавки. Сквозные канавки можно обрабатывать на строгальных станках. Глухие шпоночные канавки изготавливают концевой фрезой на вертикально-фрезерных станках с продольной или маятниковой подачей (рис. 2.61, б; в). В первом случае производится врезание фрезы вертикальной подачей на полную глубину шпоночной канавки, а затем включается продольная подача и канавка обрабатывается по всей длине. Точность паза по ширине при такой схеме обработки невысокая, т.к. припуск удаляется за один рабочий ход и фреза изнашивается довольно быстро. С целью облегчения работы фрез часто предварительно сверлят отверстие меньшего диаметра, чем фреза, на глубина шпоночного паза, а затем осевой подачей вводят фрезу и обрабатывают паз. Для получения точных по ширине шпоночных канавок применяют маятниковую подачу. В этом случае производится врезание фрезы на 0,1 -0,3 мм с последующей продольной подачей. В конце канавки фреза снова врезается на ту же глубину, и канавка фрезеруется в обратном направлении. В этом случае точность паза по ширине. соответствует 8, 9 квалитету, а шероховатость боковой поверхности 5 мкм.

Канавки под сегментные шпонки изготавливаются фрезерованием на горизонтально-фрезерных станках дисковыми фрезами с вертикальной подачей (рис. 2.61, г). Шлицевые соединения бывают с прямобочными, эвольвентными и треугольными зубьями (рис. 2.62,a; б; в). Центрирование втулки относительно вала осуществляется по наружному диаметру вала, по внутреннему диаметру вала и боковой поверхности зубьев (рис. 2.62,г; д; е) При центрировании по внутреннему диаметру вала применяют исполнение - I. При центрировании по наружному диаметру всей боковой поверхности зубьев применяют исполнение - II.

Шлицы на валах нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием и холодным накатыванием.

Фрезерование шлицевосуществляют в основном двумя способами: с применением делительных механизмов одной или двумя дисковыми фасонными фрезами или методом обкатки червячной фрезой (рис. 2.63, а; б; в). Применение второго способа обеспечивает более высокую производительность, а также точность по ширине паза и шагу зубьев. Однако требует использования специальных шлицефрезерных станков. Ввиду более высокой производительности второй способ применяют в крупносерийном и массовом производстве. При центрировании втулки по внутреннему диаметру вала дисковая и чёрвячная фрезы (должны иметь "усики для образования канавок у основания зуба, которые необходимы для выхода круга при шлифовании боковой поверхности и дна впадины зубьев (рис. 2.63, г). Точность обработки после фрезерования соответствует 9, 10 квалитету шероховатость 5-10 мкм.

После механической обработки валы подвергают закалке или улучшению. При термической обработке возникают деформации детали. Для исправления погрешностей применяют шлифование шлицев. При центрировании втулки по наружному диаметру вала его шлицевую часть шлифуют по наружной поверхности на круглошлифовальных станках. При центрировании втулки по внутреннему диаметру вала или по боковым поверхностям шлицев . шлифуют эти поверхности и дно впадин.

Шлифование производится следующими способами: фасонным кругом, раздельно двумя кругами, одновременно тремя кругами (рис. 2.64, а; б; в). После шлифования точность повышается до 8, 9 квалитета, а шероховатость составляет 0,63 - 1,25 мкм.

Строгание шлицевпроизводят методом копирования с помощью многорезцовой головки на специальном станке (рис. 2.65). Резцы имеют форму впадины шлицев и установлены в корпусе головки, с возможностью синхронного перемещения в радиальном направлении. При строгании за один двойной ход (вперед-назад) осуществляется радиальная подача резцов на глубину резания. Эта подача обеспечивается конструкцией головки. Данным методом обрабатывают сквозные и глухие шлицы высотою 25-30 мм, получить которые другими методами невозможно. В последнем случае в конструкции ; вала предусматривается канавка для выхода резцов. Точность обработки обеспечивается геометрией резцов, а также точностью позиционирования резцов в головке. Шероховатость поверхности шлицев составляет 1,25 - 2, 5 мкм.

Протягивание шлицевпроизводится двумя блочными протяжками, установленными напротив друг друга (рис. 2.66). Таким образом, одновременно обрабатывается две впадины с последующим поворотом вала на один шаг шлицев и процесс повторяется. Зубьями протяжки являются резцы, установленные в корпусе и подпружиненные в направлении от оси вала. Задняя часть резцов соединена с роликами, которые при перемещении протяжки перекатываются по копиру. Форма копира обеспечивает отвод резцов под действием пружин в конце обрабатываемого участка. Точность и шероховатость при протягивании шлицев такая же, как и при строгании. Производительность строгания и протя­гивания выше, чем фрезерования в 5 - 8 раз.

Накатывание шлицевпроизводится пластической деформацией металла в холодном состоянии, т. е. без его нагрева. Накатку производят зубчатыми роликами, рейками и гладкими роликами (рис. 2.67, а; б; в). При накатывании зубчатыми роликами и рейками имитируется процесс зубчатого зацепления с выдавливанием металла из впадин шлицев. При накатывании гладкими роли-ками каждым роликом обрабатывается одна впадина. Накаткой зубчатыми ро-ликами и рейками получают эвольвентные шлицы. Прямоугольные шлицы на--катывают гладкими роликами. Накаткой получают мелкие шлицы высотою до 2,5 мм при большом их количестве.Упрочнение металла при накатывании по- : вышает его механические свойства. Это позволяет отказаться от термической обработки и шлифования шлицев. При накатке обеспечивается высокая точность и низкая шероховатость обрабатываемой поверхности. Производительность при накатке в 10 раз выше, чем при фрезеровании.

Нарезание резьбы

Наружную резьбу нарезают резьбовыми резцами, плашками, гребенками, резьбовыми фрезами и резьбонакатными головками. Внутреннюю резьбу нарезают резцами, метчиками, плашками.

Нарезание резцаминаружной и внутренней резьбы в мелкосерийном производстве производят на токарно-винторезных станках. Из-за низкой прочности рабочей части резца нарезание выполняют за несколько рабочих ходов. Перемещение суппорта при нарезании резьбы осуществляется от ходового винта. После каждого рабочего хода резец отводят от детали и реверсом винта перемещают суппорт в исходное положение. Затем резец снова подводят к заготовке, устанавливают требуемую глубину резания и рабочий ход повторяют, Схемы нарезания наружной и внутренней резьбы резцами представлены на рис.2.68. 'В крупносерийном и массовом производстве резьбу нарезают резца­ми из твердого сплава на станках с ЧПУ. Точность резьбы при обработке резцами соответствует шестой степени точности с полем допуска, например, 6g. При этом вал или отверстие под резьбу обрабатываются по 7 квалитету.

Нарезание резьбы круглыми плашками(рис. 2.69) производят на токарных, токарно-револьверных станках и токарных автоматах. Точность резьбы невысокая и соответствует восьмой степени точности.

Нарезание резьбы самооткрывающимися головкамис плоскими и круглыми гребенками (рис. 2.70, а; б) производят на тех же станках. Гребенки размещаются в корпусе головки вокруг обрабатываемой детали. При нарезании резьбы гребенкой припуск распределяется между ее зубьями, высота которых постепенно увеличивается от одного края гребенки к другому. Производительность при нарезании резьбы головками примерно в два раза выше, чем при на­резании плашками, т. к. в конце рабочего хода головка автоматически раскрывается, гребенки раздвигаются, и время на свинчивание инструмента не затрачивается. Точность резьбы выше, чем при нарезании плашками.

Фрезерование резьбыпроизводится на резьбофрезерных станках дисковыми и гребенчатыми фрезами (рис. 2.71, а; б). Дисковыми фрезами нарезают резьбу с шагом более 4 мм. Профиль фрезы соответствует профилю резьбы. Ось фрезы располагается под углом к оси детали, равным углу подъема резьбы. Фреза имеет поступательное движение вдоль оси детали и перемещается за один оборот детали навеличину, равную шагу резьбы. Фрезерование гребенчатыми фрезами применяют для получения коротких резьб с мелким шагом. Длина фрезы обычно на 2 - 5 мм больше длинны резьбового участка.. Фреза устанавливается параллельно оси детали. Сначала производится врезание фрёзы на глубину резьбы, затем за 1,2 оборота детали резьба нарезается полностью.

Рис. 191. Схема фрезерования внутренней резьбы гребенчатой фрезой

Внутреннюю резьбунарезают метчиками, которые бывают ручными и машинными. Ручные метчики применяются в комплекте из двух — трех штук. Ручными метчиками нарезают метрическую резьбу диаметром 1 - 52 мм, а также другие типы резьб: трубную дюймовую и пр. В машинном варианте, как правило, используется один метчик. Точность метрической резьбы нарезанной метчиками соответствует 6-8 степени точности. Для нарезания внутренней резьбы на револьверных станках и автоматах применяют резьбонарез­ные головки с раздвижными плоскими плашками (рис. 2. 72). Принцип действия этих головок аналогичен действию головок для нарезания наружных резьб.

Накатывание резьбыосуществляется пластической деформацией металла в холодном состоянии без снятия стружки. Резьбу накатывают плоскими плашками или роликами. Резьба после накатки имеет высокую точность и низ­кую шероховатость поверхности. Схема накатывания резьбы плашками представлена на рис. 2.73. Нижняя плашка 1 при накатыванииостается неподвижной, а верхняя 2 имеет возвратно-поступательное в горизонтальном направлении. Рабочая поверхность плашек представляет собой развертку резьбы на плоскость с профилем и. углом подьёма накатываемой резьбы. При движении плашки вперед деталь винтовым движением перекатывается по плашкам из положения 3 в положение 4. При обратном ходе верхней плашки деталь возвращается в исходное положение и выбрасывается из зоны обработки. Таким образом, накатка резьбы производится за один двойной ход плашек. Станки для накатки резьбы плоскими плашками имеют высокую производительность и совершают до 280 двойных ходов в минуту.

Накатка резьбы роликами осуществляется на токарных станках и специальных автоматах по различным схемам. Накатка резьбы одним роликом применяется на токарно-винторезных и токарно-револьверных станках (рис. 2.7.4, а). Заготовка 1 зажимается в патроне или цанге станка. Резьбовой ролик 2 закрепляется в державке 3 и устанавливается в резцедержателе или револьверной головке 4 станка. Резьба на ролике имеет обратное направление, чем резьба на заготовке, т. е. правая резьба накатывается роликом с левой резьбой и наоборот.

При накатке резьбы одним роликом возникает изгиб детали, что снижает точность резьбы. В этой связи большее распространение получило накатывание резьбы двумя роликами с кольцевыми или винтовыми витками (рис. 2.74, б; в).В первом случае оси роликовой заготовки параллельны. Во втором - наклонены под углом подъема резьбы. При накатке заготовка 1 опирается на планку 2.Оба ролика 3 вращаются в одну сторону. Заготовка совершает относительно роликов винтовое движение.

Методы шлифование валов

Шлифование производится абразивными кругами при обильной подаче в зону резания СОЖ и является основным методом чистовой обработки наружных поверхностей. Различают предварительное, чистовое и тонкое шлифование. Предварительным шлифованием обеспечивают точность по 8-9 квалитету. Шероховатость поверхности составляет 0,4 - 6,3 мкм. Чистовое шлифование осуществляют после термической обработки. Им обеспечивают точность по 6 - 7 квалитету с шероховатостью поверхности 0,2 -3,2 мкм. Более высокая точность достигается тонким шлифованием с шероховатостью поверхности 0,025 - 0,1 мкм. Шлифование делится на вида: круглое и бесцентровое.

Круглое шлифованиенаружных цилиндрических и конических поверхностей выполняют, на круглошлифовальных станках причем деталь устанавливается в центрах, патроне или цанге. Существует два основных метода круглого шлифования: с продольной подачей и методом врезания.

Шлифование с продольной подачейосуществляется возвратно-поступательным перемещением детали относительно шлифовального круга. На каждый двойной ход стола с деталью круг перемещается к центру заготовки

на 0,005 - 0,02 мм. Схема шлифования с продольной подачей представлена на рис 2.75, а.

Шлифование методом врезанияпроизводится кругом, ширина которого больше длины обрабатываемого участка (рис. 2.75, б).

В данном случае круг имеет только поперечную подачу. Одновременное шлифование нескольких поверхностей методом врезания может быть осуществлено фасонным кругом (рис. 2.75, в; г). Данный метод более производителен чем шлифование с продольной подачей, поэтому его применяют в массовом и крупносерийном производстве.

Бесцентровое шлифованиеосуществляется на бесцентрово-шлифовальных станках. Здесь также применяются два метода шлифования: с продольной подачей и врезанием.

Бесцентровое шлифование с продольной подачейприменяют для обработки гладких валов. Схема шлифования представлена на рис. 2.76, а; Деталь 2 при шлифовании не закрепляется, а свободно перемещается между двумя шлифовальными кругами. Круг I большего диаметра является шлифовальным, а круг 3 меньшего диаметра является ведущим. Этот круг устанавливается под углом 1 - 5° к оси шлифовального круга и вращает деталь с подачей в осевом направлении. Деталь опирается на нож 4 со скосом, благодаря которому она прижимается к ведущему кругу. Детали при шлифовании одна за другой поступают в зону обработки с одной стороны, а выходят с другой.

Бесцентровое шлифование врезаниемприменяют для обработки валов сбуртиком. Схема шлифования представлена на рис. 2.76,в. Перед обработкой ведущий круг отводят на некоторое расстояние от опоры и устанавливают деталь на опору сверху или сбоку. Затем круг подводят к детали для обработки. Шлифование осуществляется с подачей ведущего круга к шлифовальному кругу. Этим методом можно шлифовать детали с конической поверхностью, применяя ведущий круг, заправленный на конус.

В процессе резания шлифовальный круг теряет форму и режущую способность, т.е. круг засаливается. Для восстановления работоспособности шлифовальных кругов их подвергают правке. Правку осуществляют алмазами в оправах, алмазными карандашами, роликами и пр. Алмазный карандаш представляет собой абразивный инструмент, в котором мелкие алмазы, синтетические или естественные, закреплены в связке. Связка представляет собой затвердевший полимерный материал. Масса отдельных алмазов в карандаше находится в пределах 0,03 - 0,5 карата (1 карат равен 0,2 грамма). Алмазы в оправах могут также иметь искусственное или естественное происхождение. Они, как правило, крупнее, чем в карандашах. Их масса достигает 2 карат. На рис. 2.77, а представлена схема правки круга алмазом в оправе при шлифовании поворотного кулака. Правка производится периодически перемещением алмаза по копиру. Недостатком правки широких кругов по копиру является необходимость перерывов в работе станка для правки. Это время может составлять 10-15% от основного. Применение правки алмазными роликами сокращает время перерывов. Форма роликов соответствует профилю круга (рис. 2.77, б). Правка круга роликами осуществляется также периодически, но одновременно по всей его образующей, что сокращает время правки в 2 - 3 раза. На рис 2.77, б представлен совмещенный эскиз для трех операций шлифования вала. На первых двух операциях, отмеченных позициями А и Б шлифуются.

Методы чистовой обработки поверхностей врашения абразивным инструментом. Схемы методов и их технологическая характеристика.

Шлифование

При шлифовании наружных цилиндрических поверхностен применяют следующие виды шлифования: а) обдирочное; б) точное, которое может быть предварительным и чистовым; в) тонкое-Обдирочное шлифование применяется взамен предварительной обработки резанием лезвийным инструментом

Точное шлифование, при котором точность обработки наружных цилиндрических поверхностей достигает 7-8 квалитета, а шероховатость поверхности —Ral,6-0,4.

Тонкое шлифование соответствует 6-7 квалитету точности, шероховатость -Ra 0,2-0,1. Оно осуществляется мягким, мелкозернистым шлифовальным крутом при большой скорости его вращения (более 40м/'сек). Шлифование сопровождается усиленным охлаждением обрабатываемой детали.

Шлифование наружных цилиндрических и конических поверхностей производят на кругло-шлифовальных станках. Обрабатываемая деталь устанавливается в центрах, цанге, патроне или в специальном приспособлении. Скорость вращения детали при шлифовании в зависимости от ее диаметра и меняется от 10до50.к.ш;г скорость шлифовального круга составляет обычно у многих станков 30м/сек, а при использовании более прочных кругов достигает 50 м/сек. Продольная подача и глубина резания варьируются в зависимости от способов шлифования. Различают следующие способы круглого шлифова-ния: а) шлифование с продольной подачей; б) шлифова-ние с поперечной подачей (способ врезания).

При первом способе в процессе шлифования обрабатываемая деталь (рис. 1, а) совершает продольные движения попеременно в обе стороны; поперечная подача шлифовального крута производится по окончании каждого продольного хода. Этот способ наиболее распространен и удобен для шлифования валов.

Рис.1.

Схемы круглого шлифования

а—с продольной подачей; б—с поперечной no-дачей; в — шлифование уступа и шейки вала.

Второй способ — шлифование с поперечной подачей (Snon), или способ врезания рис.1,6). Шлифование производится широким кругом фазу по всей длине детали. Шлифовальному кругу сообщается поперечная подача по направлению к центровой линии детали. Высота круга больше, чем длина шлифуемой поверхности. Этот способ производителен и широко применяется в массовом и крупносерийном производстве. Пользуясь фасонным кругом, можно получить соответствующую форме круга поверхность детали. В настоящее время стали применять кругло-шлифовальные станки с несколькими шлифовальными кругами. При шлифовании уступа и прилегающей узкой шейки ступенчатого вала применяют станки с поворотной шлифовальной бабкой (рис. \.в). Для измерения применяют специальные устройства, измеряяющие диаметр обрабатываемой поверхности в процессе шлифования. Такие устройства бывают: 1) механические (с индикатором); 2) электроконтактные; 3) электроиндуктивные; 4) пневматические; 5) электропневматические; 6) фотоэлектрические и др. Наиболее распространены: механические (с индикатором) и электроконтактные устройства.

К механическим относятся трехконтактные индикаторные скобы, для визуального контроля. При шлифовании шеек ступенчатого вала при­меняют устройства с поворотным барабаном, на котором смонтировано необходимое количество трехконгактных индикаторных скоб.

Электроконтактные и др. устройства автоматически выключают станок при достижении заданного размера, что гредупреждает брак.

Бесцентровое шлифование.

При нём деталь не закрепляется в центрах, а свободно помешается между двумя шлифовальными кругами (рис.2, а), из которых круг большего диаметра — является шлифующим, а круг меньшего диаметра — ведущим.

Шлифующий круг вращается с окружной скоростью 30— 35 м/сек, ведущий круг имеет скорость 20—30 м/мин. Обрабатываемая деталь поддерживается опорой-ножом.

Рис.2

Бесцентровое шлифование производят двумя способами: 1-й—продольной подачи (сквозное шлифование «на проход» —рис. 2, а, б): 2-й —поперечной подачи (врезания— рис. 2, в)