Методы обработки сложных поверхностей

.

Сложные поверхности можно обрабатывать различными методами: с помощью копиров, с использованием настроенных кинематических цепей, с применением так называемых построителей, а также при сочетании этих методов обработки. Методы обработки фасонных поверхностей можно разделить на две группы: 1) обработка фасонным инструментом, имеющим профиль обрабатываемой поверхности, и 2) обработка нормальным инструментом, которому сообщается криволинейное движение относительно обрабатываемой заготовки при помощи копировальных устройств или вручную. В настоящее время сложные поверхности обрабатывают на станках с ЧПУ.

Копиры представляют собой основную деталь копировального устройства, очертания которой определяют траекторию движения режущего инструмента и соответствуют профилю обрабатываемой поверхности.

Системы управления процессом копирования подразделяют на системы прямого и непрямого действия. При прямом действии контакт копировального ролика (пальца) и копира обеспечивается силой тяжести груза, силой гидравлического давления или силой сжатия пружины. В системах непрямого действия копировальный ролик находится в соприкосновении с копиром под действием незначительной силы, измеряемой долями ньютона. Копировальный ролик является промежуточным подвижным элементом, незначительные перемещения которого, составляющие сотые или десятые доли миллиметра, в виде команд передаются в специальные усилительные устройства, выходные элементы которых воздействуют на исполнительные механизмы и перемещают режущий инструмент и(или) обрабатываемую заготовку.

На рис. 3.100, а приведена схема копировальной обработки по системе прямого действия с механическим управлением. Стол 9 перемещается ходовым винтом 8 от редуктора 7. На столе 9 установлены копир 1 и заготовка 10. При движении стола палец 2 с бабкой-3 под действием копира 1 сжимает пружину 4 и перемещается в вертикальном направлении по стойке 5. Фреза 6, имеющая форму и размеры пальца 2, обрабатывает заготовку, придавая ей форму копира. Пружина 4, сила которой больше, чем вертикальная составляющая силы резания на фрезе, обеспечивает постоянный контакт между пальцем и копиром.

На рис. 3.100, б показана схема копирования по системе непрямого действия с гидравлическим, пневматическим или электронным управлением. Стол 12 с копиром 14 и заготовкой 13 перемещается от редуктора 10 через ходовой винт 11. При этом палец 1 под действием копира 14 перемещается в корпусе 2, соединенном с бабкой 5.

Рисунок 3.100

Пружина 3 обеспечивает постоянный контакт между пальцем и копиром. Незначительное перемещение пальца, как элементарную команду управления, можно увеличить, используя электронные, гидравлические, пневматические или другие устройства. Это усиление происходит в устройстве 4, откуда поступает команда двигателю 6; последний че­рез редуктор и ходовой винт 7 перемещает по стойке 8 бабку 5. Соответственно фреза 9 обрабатывает заготовку по профилю копира.

Системы прямого действия обычно применяют на копировальных станках с механическим или ручным управлением, а системы непрямого действия — на копировальных станках с электронным, гидравлическим или пневматическим управлением.

Применение настроенных кинематических цепей основано на том положении, что получение детали определенной формы обеспечивает кинематическая цепь, связывающая вращение режущего инструмента или обрабатываемой заготовки с другим перемещением инструмента или заготовки.

Примерами обработки с помощью настроенных кинематических цепей являются нарезание резьб, обработка червяка, спиралей и зубонарезание.

Сложные поверхности обрабатывают методом настройки и методом обкатки с использованием настроенных кинематических цепей.

На рис. 3.101 приведены примеры обработки поверхностей штампа радиусным фрезерованием методом настройки. Вначале торцевой фрезой радиуса R обрабатывают поверхность 7 (рис. 3.101, б) на глубину А (рис. 3.101, а) и проходят по периметру прямоугольника, обозначенного стрелками; затем в четырех местах 1, 2, 3, 6 (рис. 3.101, б) обрабатывают заготовку концевой фрезой по радиусу r (рис. 3.101, а) на длину В; после фрезерования полуцилиндра 2 перемещают заготовку и обрабатывают полуцилиндр 6; затем поворачивают заготовку на 90° и обрабатывают полуцилиндры 1 и 3. Рисунок 3.101

В дальнейшем фрезеруют поверхности 4 и 5.

При обработке по методу обкатки осуществляется сочетание движения режущего инструмента и обрабатываемой заготовки. В этом случае необходимо обеспечить определенную скорость движения фасонного режущего инструмента, длина средней окружности которого представляет длину обкатываемого участка, например, при точении. Наиболее широкое применение методы обкатки получили при обработке заготовок на токарных, фрезерных и долбежных станках.

При работе по этому методу по начальной прямой профиля тела вращения без скольжения катится начальная окружность профиля инструмента. Заготовка, подлежащая обработке, вращается, а ось режущего инструмента движется равномерно вдоль оси заготовки. Профиль режущего инструмента представляет огибающую последовательных положений профиля обрабатываемой заготовки при качении начальной ее прямой по начальной окружности инструмента.

Метод обкатки имеет следующие преимущества: 1) его применение не ограничивается формой образующей обрабатываемой заготовки; 2) улучшаются условия врезания инструмента (режущая кромка инструмента находится в зацеплении незначительное время); 3) профиль заготовки формируется не путем усложнения станка, а за счет формы режущего инструмента; 4) упрощаются обслуживание и настройка станка.

Недостатками этого метода являются сложность проектирования и изготовления инструмента и в ряде случаев трудность обработки переходных кривых в местах соприкосновения профилей между собой.

Применяемые при обработке по методу обкатки фасонные резцы обеспечивают постоянство формы профиля, точность размеров обрабатываемых заготовок и допускают большее количество переточек.

Режущая кромка фасонного резца имеет форму профиля обрабатываемой заготовки, что позволяет обрабатывать как прямолинейные, так и криволинейные участки профиля, объединяя в одном переходе несколько переходов и операций.

По конструкции фасонные резцы бывают дисковыми (рис. 3.102, а), призматическими (рис. 3.102, б) и стержневыми (рис. 3.102, в). Их устанавливают относительно заготовки в радиальном и тангенциальном направлениях с параллельным и наклонным расположением оси резца относительно оси заготовки.

По форме образующей поверхности различают фасонные резцы: круглые с кольцевыми или винтовыми образующими и призматические с плоскими образующими.

Рисунок 3.102

Профиль фасонного резца рассчитывают графическим или аналитическим методом. Графический метод применяют при расчете фасонных резцов, предназначенных для обработки заготовок криволинейной формы невысокой точности, а аналитический метод — при расчете резцов, предназначенных для обработки точных заготовок.

Фасонными резцами обтачивают на токарных станках обычно фасонные поверхности небольшой длины. На рис. 3.103, а показан пример обтачивания фасонной поверхности призматическим резцом, а на рис. 3.103, б — дисковым резцом. Фасонный резец снимает широкую стружку, что часто влечет за собой вибрацию обрабатываемой детали. Чтобы избежать вибрации или уменьшить ее, применяют малые подачи и низкие скорости резания при обильном охлаждении резца эмульсией или маслом.

Величина подачи в зависимости от диаметра детали (от 10 до 100 мм) и ширины резца (от 8 до 100 мм) принимается равной 0,01—0,08 мм/об. Чем меньше диаметр детали и чем больше ширина резца, тем меньшей должна быть подача. Скорость резания при обтачивании фасонных поверхностей при указанных подачах меньше, чем при наружном обтачивании цилиндрических поверхностей, и составляет примерно 25— 40 м/мин..

Рисунок 3.103. Обтачивание фасонной поверхности:

а — призматическим резцом; б— дисковым резцом

Фасонные поверхности обрабатываются на вертикально-сверлильных станках в большинстве случаев специальным фасонным инструментом. На рис. 3.104, а показано предварительное сверление отверстия, а затем его рассверливание (рис. 3.104, б) фасонным перовым сверлом.

На рис. 3.104, в, г изображено растачивание специальными резцами двух фасонных отверстий, а на рис. 3.104, д — обтачивание бобышки фасонным резцом, закрепленным на оправке, направляемой по предварительно просверленному отверстию

Рисунок . 3.104 Обработка фасонных поверхностей на вертикально-сверлильных

станках:

а, б — сверление фасонного отверстия в два перехода; в, г — растачивание специальными резцами; д — обтачивание бобышки фасонным резцом на оправке с направлением

Построителями называют копиры, выполненные в виде отдельных механизмов. С их помощью получают отрезки или замкнутые кривые, точное воспроизведение которых по обычным копирам невозможно или слишком дорого. По видам построители делят на три группы:

-в виде механизмов, воздействующих на копировальное устройство;

-в виде механизмов, воздействующих непосредственно на исполнительное устройство;

-электрические построители.

На рис. 3.105 показана схема наладки токарного станка для обработки работки выпуклых и вогнутых торцов заготовок с применением построителей, воздействующих непосредственно на исполнительное устройство станка. По направляющим 8 станины перемещается продольный суппорт 3, отключенный от ходового винта. Для ограничения его перемещений поперечный суппорт 5 с

Рисунок 3.105

расположенным консольно стержнем 6 соединяют с шатуном 7, имеющим ось поворота 9, закрепленную в станине. Если маховичком 4 перемещать поперечный суппорт, то последний, будучи связан с осью, совершает движение по окружности с радиусом, равным длине шатуна, и с центром в оси 9. Дополнительное движение вдоль станины будет совершаться за счет продольного суппорта. Режущая кромка резца 2, закрепленного в резцедержателе, будет обрабатывать вогнутый торец на вращающейся заготовке 1. Если ось 9 поворота расположена с другой стороны поперечного суппорта, поверхность на торце обрабатываемой заготовки получится выпуклой.

Объемное фрезерование по копиру или по специально изготовленной модели производится на специальных копировально-фрезерных станках. У таких станков щуп копировальной головки управляет двумя электрическими цепями, соответственно включающими поперечную и продольную подачи. На рис. 3.106, а изображена схема управления таким станком.

На схеме показан момент подхода одного конца щупа / к копиру 2 и пальцевой фрезы 3 к заготовке 4. Другим концом щуп упирается в шайбу 17, смонтированную на конце рычага 16. У другого конца рычага 16 находятся контакты 13 и 14. Давление, оказываемое на щуп вдоль его оси, вызывает перемещение рычага 16 от контакта 13 к контакту 14. Когда давление прекращается, пружина 15 возвращает рычаг 16 в исходное положение и контакт 13 замыкается.

Рисунок 3.106

Поперечные салазки 5 станка, несущие щуп / и фрезу 3, получают движение от электродвигателя при помощи ходового винта 6 с гайкой зубчатого колеса 7 и передвижного зубчатого колеса 8 с дисками 10 на торцах. Электромагниты 9 и //, расположенные рядом с дисками 10, вращаются в разные стороны и питаются от электродвигателей. В зависимости от того, какой из контактов (13 или 14) замкнут рычагом 16, якорь 12 включает левый // или правый 9 электромагнит. Последний притягивает передвижное зубчатое колесо 8 и приводит во враще­ние ходовой винт 6, сообщая поперечным салазкам соответствующее движение.

Все движения механизмов подачи станка сочетаются таким образом, что горизонтальное или вертикальное перемещение возможно лишь когда механизм поперечного перемещения бездействует, т. е. когда рычаг 16 находится в промежутке между контактами 13 и 14, не замыкая ни одного из них. Предположим, что щуп, подойдя к копиру, коснется его в точке а₁ (рис. 3.106, б), осуществит на него давление и контакт 13 разомкнётся. Тотчас же включается вертикальное движение, и щуп перемещается в точку а₂. Так как при этом щуп выходит из соприкосновения с копиром, то контакт 13 мгновенно замкнется и в тот же момент начинается поперечное движение щупа в точку а₃ и т. д.

Таким образом, путь фрезы, повторяющей движения щупа, состоит как бы из ряда весьма малых, незаметных на глаз ступеней, которые позволяют вести копирование с точностью 0,01—0,02 мм. У копировально-фрезерного станка модели 6441Б Ленинградского станкостроительного завода им. Свердлова щуп управляет движениями не в результате прерывистого замыкания и размыкания контактов, а путем плавного регулирования двигателей подач по так называемой системе Леонардо, при которой изменение скоростей электродвигателей достигается изменением токов возбуждения электромеханических усилителей.

Рисунок 3.107. Строгание фасонных поверхностей по копиру, закрепленному на кронштейне

На рис. 3.107показано строгание вогнутой поверхности на детали 1 при помощи копира 4, закрепленного на кронштейне 3 приспособления 2, установленного на столе продольно-строгального станка.

В крупносерийном и массовом производстве некоторые фасонные поверхности обрабатываются протяжками.

На рис. 3.108 показано протягивание кругового контура крыльчатого валика 1. Протяжка 2 состоит из двух составных половинок. Такого типа протяжки применяются на вертикально-протяжных станках.

Рисунок 3.108 Протягивание круглого контура крыльчатого валика

Шлифованиефасонных поверхностей производится фасонными шлифовальными кругами, а также при помощи копиров, по которым перемещаются обрабатываемые детали или шлифовальный круг.

На рис. 3.109, а показано шлифование шаровой поверхности фасонным кругом с поперечной подачей. Соответствующий профиль круга получается при помощи алмаза, вращающегося в специальном приспособлении. При профилировании круга (рис. 3.109, б) величина центрального угла дуги ограничивается диаметром оправки d, в которой закреплен алмаз. На рис. 3.109, в показано шлифование вогнутой поверхности при помощи копира А, который перемещает деталь в поперечном направлении при продольной подаче стола.

Рисунок 3.109

а — фасонным кругом с поперечной подачей; б — профилирование шлифовального круга по радиусу; в — вогнутой поверхности по копиру; г — беговой дорожки шарикоподшипника; д, е — на бесцентрово-шлифовальных станках

Беговая дорожка (рис. 3.109, г) наружного кольца шарикоподшипника, закрепленного в патроне, шлифуется путем качательного движения круга вокруг центра, совпадающего с центром окружности, образующей профиль шлифуемого желоба, т. е. радиус качения равен радиусу желоба. Таким же способом можно шлифовать сферическую поверхность любого радиуса.

Фасонные поверхности можно шлифовать и на бесцентрово-шлифовальных станках (рис. 3.109, д, е); здесь 1— шлифовальный круг; 2 — ведущий круг.

Шлифование фасонных поверхностей возможно также с помощью абразивных лент.

Тема 3.7. Обработка корпусных деталей