Обработка основных и крепежных отверстий

 

На АЛ и АС обработку основных отверстий заготовок кор­пусных деталей диаметром от 15 до 400 мм выполняют преиму­щественно растачиванием однолезвийным инструментом. При этом обеспечивается точность диаметральных размеров, соответ­ствующая 1T6...IT12;  отклонения формы отверстий в попереч­ном и продольном сечениях в пределах 0,2...0,5 от допуска на диаметральный размер; отклонения от соосности осей, обраба­тываемых относительно осей крайних отверстий, в интервале 0,015...0,05 мм на длине до 500 мм; отклонения межосевого рас­стояния осей отверстий ±(0,02...0,10) мм; отклонения от парал­лельности осей отверстий 0,02...0,08 мм на длине 300 мм; от­клонения от перпендикулярности осей основных отверстий 0,03...0,10 мм на длине 300 мм; отклонения осей основных от­верстий от параллельности или перпендикулярности базовой плоскости 0,03...0,1 мм на длине 300 мм; шероховатость поверх­ности отверстий Ra = 0,63...2,5 мкм.

По некоторым параметрам точности обработки основных от­верстий заготовок корпусных деталей, например по отклонени­ям от соосности осей отверстий или отклонениям от перпенди­кулярности осей отверстий и их торцев, обработка на расточных и расточно-подрезных АС не имеет конкурентов. Схемы обра­ботки на них отверстий и сопряженных поверхностей заимству­ют для других видов металлорежущего оборудования.

Отверстия на расточных АС обрабатывают борштангами, применяя два способа соединения со шпинделями: жесткое, с базированием борштанги поверхностью вращения (выступ — шейка хвостовика или отверстия) и плоскостью фланца с за­креплением через фланец (рис. 5.28), и плавающее (рис. 5.29). В последнем случае хвостовик борштанги 3 устанавливают в плавающий патрон 2, а патрон — хвостовиком в шпиндель 1 с базированием борштанги специальными узлами направления. Плавающий патрон допускает возможность смещения оси бор­штанги на 0,5...2,0 мм и поворот ее оси на угол до 5°. Плаваю­щий патрон передает крутящий момент от шпинделя борштанге и обеспечивает ее осевую фиксацию.

На расточных АС и в позициях AJI используют четыре спо­соба направления борштанги:

1) заднее — дополнительная опора (направляющая втулка) находится за обрабатываемой заготовкой (см. рис. 5.28, б);

2)переднее — дополнительная опора (втулка) установлена перед заготовкой относительно направления подачи инструмен­та (см. рис. 5.29);

3)переднее и заднее (двухопорная схема направления) — до­полнительные опоры находятся перед заготовкой и за нею;

4)многоопорное — кроме передней и задней опор имеются одна или несколько промежуточных.

Первый способ применяют только для жесткого соединения борштанги со шпинделем станка, остальные три — для борштанг с плавающим соединением инструмента со шпинделем.

Рис. 5.28. Схемы инструментальных наладок для растачивания при жестком соединении инструмен­та со шпинделем: а — без направления; б — с задним направлением

 

Борштанги конструктивно могут быть выполнены цельны­ми — тело вращения представляет собой монолит; сборными с механизмом автоматического подвода и отвода резцов в по­перечном направлении для обработки отверстий диаметром бо­лее 70 мм и сборными — типа «скользящая втулка». Растачива­ние отверстий жестко закрепленной на шпинделе станка борштангой обычно выполняют по консольной схеме без приме­нения дополнительной опоры (см. рис. 5.28, а). Для этой схе­мы характерен относительно большой вылет l _x борштанги от торца шпинделя до режущего лезвия резца, который назовем вылетом режущего инструмента. Он зависит от расстояния L от места крепления резца до переднего подшипника шпинделя (см. рис. 5.28, а) и диаметра шпинделя D _шп в передней опоре. Устойчивая работа консольно закрепленной борштанги и точ­ность растачиваемых отверстий обеспечиваются при отношении l _x / D _шп ≤ 3...4 и D _бш ≤ D _шп, где D _бш — диаметр борштанги в зоне резания. Меньшее значение относится к растачиванию отвер­стий в заготовках из стали и серого чугуна, большее — к раста­чиванию отверстий в заготовках из легких сплавов цветных ме­таллов.

При обработке отверстий на AЛ и АС диаметр борштанги в зоне резания определяют по формуле

D _бш = kD – 2 ɀ _{i max}

где k — коэффициент, учитывающий материал обрабатываемой заготовки и вид обработки (черновая, получистовая, чистовая), k = 0,82...0,92; D — диаметр растачиваемого отверстия; ɀ _{i max} ^— максимальный припуск на радиус отверстия, равный 3...10 мм для черновой обработки, 1...2 мм — для получистовой и ≤ 0,5 мм — для чистовой обработки.

При необходимости иметь больший вылет инструмента, т. е. при   l _x > (3...4) D _бш, рекомендуют растачивание жестко закреп­ленной борштангой, имеющей дополнительное направление во втулке (см. рис. 5.28, б). Для такой схемы инструментальной наладки предъявляют весьма высокие требования к соосности осей шпинделя и направляющей втулки. Предельно допустимое расстояние l _max от торца шпинделя до торца направляющей втулки (см. рис. 5.28, б) составляет (7... 12,5) D _бш для чистового раста­чивания заготовок из чугуна; (8,6...15,0) D _бш — для растачива­ния заготовок из стали и (10...17,5) D _бш — для растачивания заготовок из алюминиевых сплавов. При растачивании двумя или тремя резцами l _max умножают на коэффициент 0,8, а при раста­чивании четырьмя—шестью резцами — на 0,7.

При еще больших вылетах инструмента схема, приведенная на рис. 5.28, б, не обеспечивает необходимой жесткости технологической системы, а в случае многошпиндельной обработки возникают проблемы с обеспечением соосности осей жестко зак­репленных борштанг и направляющих втулок.

Рис. 5.29. Схемы инструментальных наладок для растачивания при плавающем соединении инст­румента со шпинделем:

а, б — одноопорное (переднее) направление борштанги по вращающейся втулке при D _вт > D и D_вт < D соот­ветственно;

1 — шпиндель; 2 — плавающий патрон; 3 — борштанга; 4 — направляющая втулка; 5, 8 — шпонки; 6 — люнет; 7 — паз для прохода резца

 

Тогда прибегают к плавающему соединению борштанга — шпиндель и использо­ванию специальных узлов направления инструмента. На пози­циях AJI по обработке отверстий, имеющих плавающее соеди­нение борштанга — шпиндель, можно применять нормализо­ванные многошпиндельные коробки и бабки с одним шпинделем. На таких позициях точность расположения осей обрабатывае­мых отверстий не зависит от геометрических погрешностей стан­ка, его тепловых деформаций и износа. При направлении инст­румента по втулкам устраняется схватывание поверхностей в со­пряжении втулка — инструмент при скоростях резания свыше 20…25 м/мин вследствие разделения поверхностей, воспринима­ющих вращательное движение инструмента и его поступатель­ное перемещение (подачу). Такого разделения поверхностей до­стигают использованием вращающейся направляющей втулки либо конструкцией вспомогательного инструмента (борштанга типа «скользящая втулка»).

При одноопорной схеме с передней направляющей инстру­мента (см. рис. 5.29, а) имеется одна направляющая втулка 4, которая установлена в корпусе приспособления на подшипни­ках качения и может вращаться. Вспомогательный инструмент — борштанга 3 — соединен со шпинделем 1 станка плавающим патроном 2. Такое соединение исключает появление деформа­ций инструмента и узла направления при значительных откло­нениях (до 0,2 мм) от соосности шпинделя и направляющей втул­ки. Для исключения влияния радиального биения внутренней поверхности вращающейся втулки 4 на точность обработки на борштанге установлена подпружиненная шпонка 5, а во втулке имеется шпоночный паз. Люнет 6 необходим для вывода борштанги из направляющей втулки при смене резца и других ра­ботах. Такую схему применяют при D < D_ВТ.

Для обработки отверстий с малыми межосевыми расстояни­ями между отверстиями в одной стенке заготовки используют схему, показанную на рис. 5.29, б. Здесь во вращающейся втул­ке 4 имеется паз 7 для прохождения резца, а в борштанге — паз для шпонки 8, установленной во втулке.

Рассмотренные одноопорные схемы направления инструмента во вращающихся втулках применяют для обработки отверстий диаметром D = 18... 120 мм и длиной не более 2 D при вылете инструмента l _ин < 2,3D. Такие схемы обеспечивают точность об­работки диаметральных отверстий, соответствующую IT6...IT12, позиционные отклонения ∆_поз = 25... 120 мкм и отклонения меж- осевых размеров ∆_м.р = 25... 150 мкм.

Для обработки соосных отверстий в нескольких стенках за­готовки, растачивания отверстий в стенках заготовки, находя­щихся на расстоянии l _x > 2,3D, растачивания глубоких отвер­стий l _отв > 3D, а также отверстий с большой неравномерностью припуска применяют двухопорную схему направления по двум вращающимся втулкам (рис. 5.30). В схеме, показанной на рис. 5.30, б, диаметр отверстия передней втулки меньше диа­метра растачиваемого отверстия (D _BT1 < D), поэтому в передней направляющей втулке предусмотрен сквозной паз для прохож­дения резцов и в борштанге на всей длине ее направляемой части выполнен паз с ловителем шпонок у переднего торца. Точность обработки диаметральных отверстий соответствует IT6...IT12, отклонение от соосности осей отверстий относително общей оси 20...80 мкм, отклонение межосевого расстояния отверстий 30... 120 мкм.

Рис. 5.30. Схемы инструментальных наладок при плавающем соедине­нии и двухопорном направлении борштанги:

а, б — по двум вращающимся втулкам при D _BT1 ≥ D ₁ и D _BT1 < D соответ­ственно; в — по двум вращающимся втулкам, одна из которых многопазовая; 1 — шпонка, закрепленная на борштанге;

2 — то же, на вращающейся втулке

 

Обработку ряда соосных отверстий (трех и более) с малыми отклонениями расположения, формы и размеров (например, от­верстий под коленчатый и распределительный валы и в заготов­ках блоков цилиндров автомобильных двигателей, отверстий под рабочий вал в заготовках корпусов многоступенчатых центро­бежных насосов и других) ведут с использованием трех и более опор типа «вращающаяся втулка» (рис. 5.31). Чтобы обеспечить одновременную параллельную обработку системы отверстий, борштангу вводят в заготовку без вращения в определенном угло­вом положении для прохода резцов через пазы направляющих втулок и отверстия заготовки. Заготовку для этого сдвигают в поперечном направлении (показано стрелкой на рис. 5.31), пер­пендикулярном оси борштанги, на расстояние, достаточное для прохода резцов 1 и 2 через отверстия, а затем возвращают в исходное положение и закрепляют. По окончании обработки борштангу вновь фиксируют в определенном угловом положении для вывода, а заготовку сдвигают в поперечном направлении для ис­ключения образования продольных рисок на обработанных по­верхностях при быстром обратном ходе инструмента с резцами.

При использовании таких схем обработки отклонение от со­осности промежуточных опор относительно крайних должно быть очень мало. В противном случае применение промежуточных опор (узлов направления) может привести к увеличению откло­нений от соосности обрабатываемых отверстий из-за деформа­ций борштанги.

Рис. 5.31. Схема инструментальной наладки при плавающем соедине­нии и многоопорном направлении борштанги:

1 — чистовой резец; 2 — черновой резец; 3 — ловитель шпонок;

4 — шпон­ка во вращающейся втулке

 

Часто в одной позиции AJI предусматривают предваритель­ное и окончательное растачивание системы соосных отверстий. В таких случаях необходимо обеспечить условие l _ин > l ₁ (l ₂) для разделения различных этапов обработки и обеспечения точнос­ти диаметров, а также условие l ₁ = l ₂ = l ₃ =... = l _n (см. рис. 5.31). Точность обработки диаметральных размеров системы соосных отверстий при такой схеме направления борштанги соответствует IT6...IT10, а отклонения от соосности осей отверстий относи­тельно общей оси составляют 0,015...0,05 мм на длине до 600 мм.

Крепежные отверстия — это группа отверстий корпусной де­тали (гладких или резьбовых), используемых для присоединения и связанных координатами положения их центров внутри груп­пы. Диаметры отверстий в группе чаще одинаковые, но могут и различаться (от 6 до 50 мм), глубина отверстий преимуществен­но одинаковая. При изготовлении корпусных деталей на AЛ и поточных линиях из АС технологические переходы обработки крепежных отверстий составляют до 70 % от общего числа пе­реходов. Поэтому наиболее распространенными инструментами на AЛ являются сверла. Обработка крепежных отверстий на AЛ имеет следующие особенности:

1) метод обработки и режимы резания зависят от такта вы­пуска т линии;

2) работа в автоматическом режиме может быть нарушена вследствие плохого отвода стружки из обрабатываемых отвер­стий, особенно при вертикальном и наклонном расположении осей глухих отверстий;

3) несвоевременный выход из строя инструментов (их по­ломка, катастрофический износ и т. п.) требует оснащения AЛ специальными автоматами, сигнализирующими о наличии от­верстий в обрабатываемой заготовке, т. е. возникает необходи­мость дополнительных позиций в AЛ;

4) инструментальные наладки часто имеют режущий и вспо­могательный инструмент специфической конструкции.

К крепежным отверстиям предъявляют ряд требований по их технологичности:

1) межосевое расстояние между отверстиями должно быть не менее минимально допустимого, т. е. А ≥ A _min (для заготовок из чугунов A _min = (2,78...4,75) d, из сталей A _min = (4,8...6,9) d, а из алюминиевых сплавов А _min = (4,8...6,2) d, где d — диаметр отвер­стия);

2) длина отверстий l должна быть минимально возможной (для заготовок из стали l ≤ 3d, а для заготовок из чугуна и алю­миниевых сплавов l ≤ 5 d);

3) отклонения от перпендикулярности торцев отверстия на входе и выходе относительно оси инструмента должны быть не более 10°;

4) обязательна унификация отверстий по диаметрам, фаскам и другим элементам, так как это сокращает номенклатуру режу­щего и вспомогательного инструмента, приспособлений для на­стройки и смены инструмента, причем предпочтение следует от­дать сквозным отверстиям.

Рис. 5.32. Инструментальная наладка сверлильной позиции AЛ или АС

 

В большинстве случаев на AЛ и АС сверление отверстий вы­полняют с направлением сверл по кондукторным втулкам. Спи­ральное сверло 8 (рис. 5.32) с коническим хвостовиком устанав­ливают в удлинитель 9, который помещают в отверстие шпин­деля 10 и крепят двумя винтами 1 с упором в наклонный скос. Сверло направляется сменной втулкой 5, установленной в по­стоянной втулке 6 кондукторной плиты 7. Крутящий момент от шпинделя передается удлинителю шпонкой 11. Гайка 2 предназ­начена для регулировки (наладки) вылета l _нал сверла (после его перетачивания) относительно торца шпинделя. Ее контрят гай­кой 4 через замковую шайбу 3, выступ которой входит в про­дольный паз хвостовика удлинителя. Основные схемы инстру­ментальных наладок при сверлении представлены на рис. 5.33.

Рис. 5.33. Схемы инструментальных наладок при сверлении

 

Схему с закреплением сверла в удлинителе 1 (см. рис. 5.33, а) применяют для регулировки вылета сверла и уменьшения жест­кости инструментальной наладки. Схема с закреплением сверла в короткой переходной втулке 2 (см. рис. 5.33, б) имеет боль­шую жесткость по сравнению с предыдущей. Ее применяют как отдельно, так и в сочетании со схемой а при различных рассто­яниях от торца шпиндельной коробки до поверхности заготов­ки. Схема, приведенная на рис. 5.33, в, содержит быстросмен­ный патрон 3, позволяющий сократить время установки инст­румента на шпиндель. Схему, представленную на рис. 5.33, г, применяют при сверлении глубоких отверстий. Сверло допол­нительно закрепляют в оправке с помощью зажимной гайки 4 и разрезного кольца во избежание его выпадения при быстром об­ратном ходе. Наконец, на рис. 5.33, d и e даны схемы, которые можно рекомендовать при сверлении предварительно зацентро­ванных отверстий, рассверливании предварительно просверлен­ного отверстия, сверлении одиночного отверстия диаметром бо­лее 40 мм, а также в случае, когда применение кондукторной втулки затруднено. При этом для обработки предпочтительна на­ладка, в которой сверло устанавливают в специальный патрон 5 и зажимают непосредственно по ленточкам, обеспечивая тем са­мым повышенную жесткость системы шпиндель — патрон — свер­ло (схема е).