Построение операций обработки основных поверхностей прецизионных деталей

Для высокоточных деталей проблема обеспечения надежно­сти играет особую роль. Это относится и к высокоточным валам, работающим с высокими частотами вращения. Превышение до­пустимых значений отклонения формы и расположения поверх­ностей ведет к появлению вибрации, повышенному изнашива­нию, что в экстремальных условиях может явиться причиной ава­рии. Обеспечение надежности высокоточных валов является задачей, решение которой связано с преодолением существенных технологических трудностей. Важно не только получить необходимые свойства изделия, но и сохранить их в течение длительно­го срока эксплуатации. Поскольку показатели качества машин обеспечиваются в процессе их изготовления, то ТП должен быть надежным, т. е. не допускать отклонения таких параметров, кото­рые могут влиять на качество выпускаемой продукции. Исследо­вания путей повышения точности формы и расположения поверх­ностей в прошлом ограничивали рамками отдельных операций. Такой подход неприемлем, особенно для высокоточных деталей. Нужно рассматривать все операции не изолированно, а во взаи­мосвязи, ибо конечные характеристики обработанных деталей фор­мируются под действием всего комплекса выполняемых опера­ций. В условиях современного производства можно обеспечить размерную точность до 0,001 мм, отклонения формы до 0,005 мм, шероховатость поверхности Ra = 0,04...0,08 мкм. Однако в тече­ние долгого времени это удавалось получить только доводкой. Такое положение было вызвано тем, что существуют причины возникновения погрешностей при обработке высокоточных по­верхностей деталей. Особенно ярко наследственные связи про­являются при обработке внутренних и наружных поверхностей вращения прецизионных деталей типа валов, гильз и т. п. Высо­кие требования по точности и шероховатости, предъявляемые к ответственным поверхностям прецизионных валов, предопреде­ляют ряд особенностей технологии их изготовления. Это касается метода подготовки технологических баз для операции финишной обработки, метода выполнения финишной обработки подшипни­ковых шеек, характера упрочнения и стабилизации структуры ма­териала валов, способа контроля размеров и взаимного располо­жения ответственных поверхностей валов.

Шейки валов в основном обрабатывают при базировании на неподвижных упорных центрах станка, которые обеспечивают наивысшие жесткость и точность обработки. При этом поверх­ности центрового отверстия и упорного центра можно рассмат­ривать как подшипники скольжения, испытывающие нагрузку от радиальной составляющей силы резания при шлифовании. Для получения точных по форме подшипниковых шеек необхо­дима тщательная подготовка упорных центров станка и центро­вых отверстий или опорных фасок вала.

Опорные поверхности упорных центров станка должны иметь точную форму по параметру отклонения от круглости и конус­ности. При вращении шпинделя на точных по форме упорных центрах точки контакта центровых отверстий с поверхностью упорных центров остаются неизменными, ось вращения и гео­метрическая ось вала также не меняют своих положений. Тем самым создается возможность получения высокой круглости шеек шпинделя.

Если при изготовлении деталей обычной точности техноло­гические базы рассматривают как геометрически правильные эле­менты, то в случае обработки высокоточных деталей такое до­пущение ошибочно. Влияние погрешности формы поверхностей центровых отверстий на отклонение формы обработанных поверх­ностей высокоточных деталей оказывается весьма значимым. Ус­тановлено, что центровые отверстия в поперечном сечении име­ют несколько выступов (волн), так что при обработке вала в цен­трах эти неровности, контактируя с жестким центром, вызывают перемещение детали относительно режущего инструмента в ра­диальном и осевом направлениях. Погрешность технологических баз наследуется, т. е. переносится на обработанную поверхность детали. Полученное при этом отклонение формы зависит от чис­ла волн на центровом отверстии, их высоты и силы резания.

Для выполнения точных по форме центровых отверстий не­обходима тщательная подготовка. Высокая точность формы цен­тровых отверстий и базовых фасок вала возможна при их обра­ботке на станках для шлифования центровых отверстий. При­меняют несколько типов станков для такого шлифования, различающихся схемой обработки и схемой базирования.

К первому типу относят станки, у которых шлифовальный круг имеет форму конуса с углом 60°, вершина инструмента при обработке центрового отверстия охватывает всю коническую по­верхность, а обрабатываемая деталь при этом неподвижна (рис. 4.16, а). Существенным недостатком этой схемы обработки является отсутствие возможности свободного выхода шлама, что приводит к быстрому засаливанию шлифовального круга, пере­греву заготовки, прижогам, снижению производительности. Эту схему обработки используют в основном перед операциями чис­тового точения и предварительного шлифования.

Ко второму типу относятся станки, у которых шлифовальный круг касается обрабатываемой поверхности по образующей кону­са, а обработка всей поверхности центрового отверстия осуще­ствляется при вращении обрабатываемой детали вокруг собствен­ной геометрической оси (рис. 4.16, б). Для улучшения качества обработки шлифовальный круг получает осциллирующее движе­ние вдоль обрабатываемого отверстия.

Рис. 4.16. Схемы обработки базовых по­верхностей

Недостатком этой схемы обработки является передача погрешности с базовой (наружной) поверхности на обрабатываемую. В итоге приходится многократ­но повторять цикл обработки, постепенно уменьшая остаточную погрешность формы, что резко снижает производительность.

К третьему типу относятся станки, у которых шлифовальный круг совершает три вида движения: вокруг собственной оси, пла­нетарное вокруг оси обрабатываемого отверстия и осциллирую­щее вдоль образующей обрабатываемого отверстия (рис. 4.16, в). Деталь при этом способе обработки, как правило, неподвижна.

К четвертому типу относятся станки, у которых шлифование центровых поясов осуществляется кругом, имеющим прямой про­филь (рис. 4.16, г). Деталь при этом базируется по наружной поверхности в призмах. Скорость резания у различных точек по дайне образующего круга одинакова. Эта схема обеспечивает наи­более высокую точность обработки. Передача вращения на де­таль осуществляется посредством компенсирующих устройств (сильфона, муфты и др.), благодаря чему отсутствует передача погрешностей вращения привода на деталь. Профиль круга по­зволяет обрабатывать не только конические, но также плоские торцевые и цилиндрические поверхности.

В производственной практике используют призмы различ­ных типов, отличающиеся формой, расположением и подвиж­ностью опорных поверхностей. Выбор поверхности призмы, обес­печивающей наивысшую точность технологических операций, зависит от конкретных условий и проведения тщательных ис­следований.

Актуальны также ТР, позволяющие использовать центровые отверстия обычной точности с отклонениями формы в пределах

1...4 мкм и уменьшить наследственный перенос погрешностей. Так, в МГТУ им. Н.Э. Баумана разработан метод шлифования валов с неравномерной окружной скоростью вращения заго­товки, которая обеспечивается введением в привод вращения заготовки специальных поводковых устройств. Специальный по­водковый патрон позволяет принудительно изменять скорость вращения заготовки в пределах каждого ее оборота. Для ис­пользования этого устройства необходимо иметь информацию о точности формы поперечных сечений центровых отверстий, ко­торую можно получить с помощью кругломеров.

Число выступов и их расположение на центровом отверстии может быть различным. В большинстве случаев проявляются низ­кочастотные гармонические составляющие некруглости (оваль­ность, трехгранка) (рис. 4.17).

Изменяя скорость вращения заготовки соответственно чис­лу выступов на центровом от­верстии, можно существенно уменьшить наследственный перенос погрешности формы центровых отверстий на обра­ботанную наружную поверх­ность вала. Окружная ско­рость

вращения n _заг заготовки должна уменьшаться при про­ходе

шлифовальным кругом участков заготовки, соответ­ствующих впадинам центровых отверстий (см. рис. 4.17). Особо следует отметить тот факт, что приведенные выше технологи­ческие операции выполняют в термо-константных помещениях.

Предварительная аттестация центровых гнезд заготовки и на­стройка специального поводкового патрона ограни-чивают при­менение рассмотренного метода

обработки в других производствах

Рис. 4.17. Схема круглого шлифо­вания