Особливості розточування отворів по кондуктору і без нього

Точність міжосьових відстаней, паралельність і перпендикулярність осей, а також інші вимоги до розміщення отворів забезпечуються двома методами: обробкою їх з напрямком різального інструменту в кондукторі (метод автоматичного отримання розмірів) і без напрямку останнього з використанням універсальних способів координації положення (метод індивідуального отримання розмірів).

При обробці за першим методом отримання розмірів, тобто з напрямком інструменту, завдання координації вирішується за допомогою розточувального кондуктора (рис.4.9), який орієнтується на столі верстата шпонками 1. При цьому осі кондукторних втулок 2 розміщують паралельно осі шпинделя 3. Корпусну деталь установлюють базовою площиною на опорні пластини пристрою і двома отворами на установлюючі пальці 5.

Рис.4.9 – Схема установлення корпусної деталі в кондукторі

Задане положення першого отвору в горизонтальній площині (від бічної поверхні або осі другого отвору) витримується за допомогою розмірів а і в, а відстань А і С забезпечується відповідним розміщенням кондукторних втулок. Розточувальна скалка для обробки отворів на даній осі спрямовується двома втулками. При такому настроюванні системи досягається повна визначеність положення в ній деталі і створюється можливість отримання заданих координат оброблюваних отворів без якої-небудь вивірки.

Обробка отворів без кондуктора потребує попередньої розмітки, яка виконується після підготовки базових площин. За допомогою розмітки створюють вивірочні бази у вигляді кругових рисок, що проходять по середній площині зливки та перпендикулярних до неї рисок, які уявляють осьові лінії основних отворів. Базою для розмітки служать внутрішні порожнини заготовки та оброблені площини.

Розточування отворів по кондуктору здійснюють за допомогою консольної оправки або розточувальної скалки із закріпленим в ній інструментом (рис.4.10).

Оправка застосовується для коротких отворів, які розміщені поблизу шпинделя. Вона жорстко з’єднується із шпинделем за допомогою конуса та спрямовується однією кондукторною втулкою, що може знаходитися перед отвором або за ним (рис.4.10, а і б). В останньому випадку направляюча частка оправки повинна ввійти раніше, ніж інструмент почне різання.

Для обробки отворів великої довжини або в двох віддалених стінках використовують розточувальні скалки, спрямовані двома втулками. Борштанга з’єднується із шпинделем верстата шарнірно. Це викликає необхідність точного під’єднання осей шпинделя та кондукторних втулок, а також спрощує настроювання верстата (рис.4.10, в і г).

При масовому та великосерійному виробництві основні отвори корпусів обробляють одночасно з двох або трьох боків заготовки на багатошпиндельних верстатах при паралельних і паралельно-послідовних схемах побудови операцій. Потрібне положення отворів забезпечується відповідно розміщеними в агрегатних голівках шпинделями, кожний з яких з’єднується з розточувальною скалкою, що спрямовується кондукторними втулками пристрою. У серійному виробництві обробку отворів здійснюють по кондуктору на горизонтально-розточувальних верстатах. Зазначена операція виконується одним шпинделем, послідовно з’єднаним з розточувальними скалками, кожна з яких споряджена потрібним інструментом для обробки отворів на своїй осі. Міжосьові відстані та паралельність осей забезпечуються переміщенням столу і напрямком розточувальної скалки по кондуктору. В свою чергу, перпендикулярність осей отворів досягається внаслідок повороту столу верстата та напрямком втулок кондуктора.

З метою підвищення продуктивності праці на розточувальних верстатах застосовують багатошпиндельні розточувальні головки, які призначені для одночасної обробки кількох отворів з паралельними осями. Зазначена головка отримує обертання від шпинделя верстата, а її шпинделі, розміщені відповідно до розточувальних отворів, передають обертовий момент розточувальним скалкам.

У масовому виробництві доцільно чорнову й чистову обробку виконувати на двох агрегатних верстатах автоматичної або поточної лінії чи виконувати її в два переходи на двох робочих позиціях верстата. Умови завантаження верстатів при великосерійному виробництві обумовлюють іноді виконання обох операцій на одному багатошпиндельному верстаті з незначним його переналагоджуванням.

Основні отвори корпусів невеликих габаритних розмірів можуть бути оброблені на вертикально-свердлувальних верстатах із застосуванням кондукторів і багатошпиндельних головок, а також радіально-свердлувальних верстатах за допомогою поворотних кондукторів. При одиночному і дрібносерійному виробництві виконання розточувальних операцій без кондуктора ускладнюється через необхідність координування інструменту при установленні його в положення осі кожного отвора. Так, координація інструменту в процесі обробки отвора за допомогою консольної оправки на верстаті з рухомим столом включає такі прийоми: вивірку розмічених осей корпуса на паралельність осі шпинделя; з’єднання осей шпинделя і першого розточуваного отвору; переміщення після обробки отворів, центри яких розміщені на першій осі, на задану міжосьову відстань; поворот столу для обробки отворів з центрами на перпендикулярній осі.

При розточуванні отворів за допомогою скалки завдання ускладнюється необхідністю сполучення її осі з осями шпинделя та люнетного стояка по вертикалі. Установлення шпинделя в задане положення першої та всіх наступних осей отворів можливе по координатному шаблону, який має типорозмір отворів, більший від розточуваних з координатами, що точно відповідають заданому розміщенню осей отворів у деталі. При цьому шаблон установлюють на столі верстата перед деталлю або закріплюють на ній. За допомогою індикаторного центрошукача, який установлюється у шпинделі, сполучають осі останнього з отвором в шаблоні. Потім замість центрошукача установлюють в шпинделі оправку з інструментом і розточують отвір на першій осі. У положення другої вісі установлюється шпиндель по другому отвору в шаблоні аналогічно. Точність поєднання осі отвору в шаблоні та шпинделя складає ~0,05мм. Зазначена точність переміщення на задану міжосьову відстань спостерігається на горизонтально-розточувальних верстатах, обладнаних для роботи з програмним керуванням.

Найбільш складною є обробка великогабаритних розйомних корпусних деталей на верстатах з нерухомим столом (розточувальні колонки). При цьому для розйомних корпусів потрібні наступні додаткові прийоми вивірки: на горизонтальне розміщення площини розйому корпуса; розміщення осі шпинделя в зазначеній вище площині; з’єднання осей скалки і шпинделя; перенесення скалки в положення паралельної осі.

Розміщення осі шпинделя в площині розйому корпуса перевіряється вимірюванням відстані від площини розйому до утворюючої оправки, яка установлена в корпус шпинделя. Співосність скалки і шпинделя досягається в результаті перевірки співосності отворів шпинделя і втулки задньої стінки оптичним приладом, а при малих відстанях можлива вивірка співосності шпинделя з втулкою центрошукача, закріпленого в шпиндельній оправці. Перевірку виконують окремо в двох площинах: вертикальній – за однаковими показаннями рівня; горизонтальній – вимірюванням відстані скалки на її кінцях від сторонньої бази, яка установлена паралельно осі шпинделя. При цьому досягається з’єднання осей з точністю 0,02мм на 1м довжини, а при 6м похибка не перевищує 0,06мм. Паралельність осей вивіряють з точністю 15 кутових секунд. Відхилення від перпендикулярності осей розточувальних отворів складає 0,05...0,1мм на 100мм довжини.

Торцеві поверхні кільцевої форми можуть оброблятися у процесі виконання розточувальної операції, якщо це не зроблено раніше. Торці діаметром 80...100мм обробляють широкою підрізною пластиною при осьовій подачі, а великих розмірів проточують різцем з подачею в напрямку радіуса. Для цього, а також обробки виточок і канавок застосовують супорт з радіальною подачею, який установлюється на планшайбі верстата або скалки.

На агрегатних верстатах і автоматичних лініях одночасно з обробкою отворів можливе підрізання торців, розточування канавок і виїмок, зняття фасок. Ці переходи виконують при радіальній подачі різців у момент витримування розточувальної скалки на упорі по досягненні нею певної глибини.

Розточувальні операції в серійному виробництві можуть бути автоматизовані за рахунок застосування верстатів з програмним керуванням. Завдання програмного керування горизонтально-розточувальними верстатами порівняно просте, бо включає управління кінцевим положення осі інструменту при переміщеннях його в напрямку осей координат без функціональної залежності між ними.

При проектуванні вказаної технології обробки потрібно вирішити ряд специфічних питань, серед яких слід відзначити наступні: підготовку креслення із зазначенням розмірів у напрямку осей координат від їх початку з урахуванням його взаємозв’язку з базами верстата; складання карти установлюваних переміщень рухомих органів технологічного обладнання в черзі послідовності їх виконання; кодування координат установлюваних переміщень.

Корпусну деталь установлюють на столі верстата по базах, положення яких від початку координат відоме. Це сприяє визначенню вихідного положення фотодатчиків переміщень столу поперек і шпинделя уверх. Точність переміщень залежить від аналогічних показників вихідного положення рухомого органу, при якому подається сигнал, а також його реалізації.

Похибка вихідного положення складає 5...10мкм, а при реалізації сигналу залежить від технологічних факторів, зокрема, перебігів по інерції. У зв’язку з цим установлювані переміщення, з метою економії часу, спочатку відбуваються з великою швидкістю, а при переході до часток міліметрів знижують до 3 мм/хв. При такій швидкості стіл верстата має дуже малий запас кінетичної енергії і перебіг складає ~10мкм.

Перехід до обробки іншої заготовки на верстаті полягає в заміні програмоносія. При цьому верстат повністю зберігає свою універсальність. Це робить дану систему цілком придатною та високоефективною в умовах серійного і навіть одиночного виробництва.

Точність обробки отворів по розмірах і формі, а також координат і напрямок їх осей при розточуванні заготовок корпусів залежать від прийнятої технологічної схеми: без кондуктора або по ньому; консольною оправкою або скалкою з опорою в задньому стояку; з подачею столу або шпинделя. Крім того, від схеми обробки залежить ступінь впливу на точність певних параметрів заготівки, геометричних неточностей верстата та податливості його вузлів при робочому ходу, а також похибки вивірки й установлюваних переміщень.

Експериментальні дослідження показали, що жорсткість шпиндельної коробки розточувального верстата залежить від кута дії сили Р_у (по осі ординат), яка змінюється при вертикальному переміщенні коробки через знос направляючого стояка. Відносно поперечної жорсткості самого шпинделя, то вона із збільшенням вильоту останнього до повної величини (~100...150мм) знижується незначно, а потім різко.

Внаслідок нерівномірного зносу направляючих жорсткість столу горизонтально-розточувального верстата змінюється залежно від положення його по довжині станини, місця прикладання сили по висоті та напрямку її дії у вертикальній площині. Жорсткість заднього стояка теж залежить від висоти розміщення розточувального отвору. Дану характеристику можна підвищити в кілька разів шляхом закріплення столу після повороту.

У процесі обробки отворів на всі вузли верстата та оброблювану заготовку діють реакції від сил різання, що викликають їх віджаття. При цьому на точність обробки впливає не тільки абсолютна величина жорсткості системи, але і її нерівномірність на довжині робочого ходу, яка, у свою чергу, залежить від прийнятої схеми обробки.

Обробка отворів без кондуктора можлива при незмінному вильоті шпинделя з подачею робочого столу із закріпленою на ньому заготовкою або при нерухомому столі в результаті висування шпинделя. При цьому інструмент може бути закріплений в консольній оправці або скалці, що має другу опору в заднього стояка верстата.

При роботі без кондуктора з подачею столу податливість систем „заготовка – стіл” (W_заг) і „розточувальна скалка – шпиндельний вузол” (W_інс) в поздовжньому напрямку не змінюється за довжиною розточування та форма отвору осьового напрямку не отримує викривлень (рис.4.11).

Податливість зазначених систем в поперечному напрямку змінюється в міру пересування столу в напрямку подачі і при одному оберті. По побудованих епюрах податливості для відповідних режимних умов обробки може бути визначена похибка форми розточуваного отвору (рис.4.12).

Величина податливості W_інс менша при роботі скалкою і великою – консольною оправкою.

Рис. 4.12 – Види поєднаної та окремих для розглядуваних систем епюр податливості

При обробці отворів без кондуктора з подачею шпинделя податливість W_заг і W_інс змінюється в поперечному напрямку. Крім того, в міру висування шпинделя спостерігається зміни податливості системи W_інс в поздовжньому напрямку. У цьому разі, похибка форми отвору на усієї його довжині буде залежить від меж коливання сумарної податливості W_заг і W_інс, знайденої для кінцевих поперечних перерізів розточуваного отвору (рис.4.13). Застосування скалки замість консольної оправки можна знизити податливість W_інс і зменшити похибку форми отвору.

При розточуванні по кондуктору (рис. 4.14) шпиндельний вузол не впливає на точність обробки. Податливість W_заг, величина якої у порівнянні з W_інс в нормальних умовах невелика і її характер зміни в поперечному і осьовому напрямках залежить від конструкції кондуктора, конфігурації оброблюваної заготівки та способу встановлення в пристрої. При достатній жорсткості кондуктора податливість інструменту W_інс можна вважати в поперечному напрямку не змінною. У той же час в поздовжньому напрямку вона змінюється в міру віддалення різця від кондукторної втулки, що приводить до плавної зміни форми утворюючого отвору.

При обробці в кондукторі співосних отворів розточувальною скалкою з кількома різцями на неї діє система рухомих зосереджених сил. Умови навантаження ускладнюються в результаті неодночасного вступу в роботу та виходу різців із неї і, як наслідок, форма утворюючої отвору отримує стрибкоподібні зміни (рис.4.15).

Рис.4.15 – Схема розточування співосних отворів (а) і похибки форми отворів (б)

Для досягнення співосності отворів у двох стінках їх обробляють з одного боку наскрізним проходом, а чорнове розточування може виконуватися в кожній стінці окремо. При обробці на агрегатних верстатах доцільно поділяти чорнову й чистову обробки на дві операції, виконувані на двох верстатах автоматичної лінії, або два переходи – двох робочих позиціях агрегатного верстата поточної лінії.

Обробка найбільш важких корпусів на верстатах з нерухомим столом спряжена з великими витратами часу, особливо допоміжного, яке в несприятливих випадках складає 60 – 80% від штучного часу. Розточувальні операції на зазначених верстатах не поділяються на попередні й чистові, а виконуються при одному установленні. Тільки після виконання усіх переходів і по досягненні заданих розмірів і якості поверхонь отворів на одній осі переходять до обробки отворів, центри яких розміщені на наступній.

З метою економії часу бажано застосування короткої розточувальної оправки замість довгої скалки, що потребує тривалої вивірки при установленні в підшипниках заднього стояка. При цьому консольна оправка може бути застосована при l≤(5...6)d, а для корпусів зниженої точності – l=(8...10)d, де d – типорозмір отвору. Іноді точні корпуси попередньо розточують за допомогою консольних оправок, а чистовий перехід в обох стінках – скалки.

Для скорочення трудомісткості обробки заслуговує на увагу застосування паралельного розточування великогабаритних корпусів за допомогою кількох скалок, що приводяться в рух від переносних розточувальних голівок. Їх установлюють на плиті верстата з різних боків заготовки на потрібній міжосьовій відстані, а також монтують люнетні стояки для напрямку скалок. Таким чином створюється збірний стенд типу кондуктора для багатошпиндельного розточування отворів.

Підвищенню продуктивності праці в процесі обробки основних отворів корпусів сприяє додержання вимог технологічності.

Основні отвори повинні бути наскрізними і по можливості без перетину з іншими отворами та вікнами. Глухі отвори важко обробляти, особливо при значній глибині, а при наявності вікон порушується точність форми отвору в місцях однобічного різання. Співвідношення довжини й діаметра отвору повинні забезпечувати можливість застосування жорсткої розточувальної скалки.

Для серійного виробництва не бажана, а для масового – не припустима обробка з установленням інструменту в скалку через вікна в корпусі при виконанні операції. Тому не слід робити обробку яких-небудь внутрішніх торців, виточок або фасок за зазначеною технологічною схемою.

Канавки в отворах для фіксуючих кілець і закладних кришок (в корпусах з розйомом в діаметральній площині основних отворів) спрощують конструкцію та полегшують складання. При цьому обробка дещо ускладнюється, але вона можлива при застосуванні скалок з пристроєм для радіальної подачі різця.

При обробці співвісно розміщених отворів велике значення має їх розташування (рис.4.16). Для здійснення механічної обробки з одного боку найбільш зручне розташування отворів по спадаючих розмірах (рис.4.16, а). Отвори одного діаметра (рис.4.16, б) легко й безперешкодно обробляються одним інструментом послідовно в усіх стінках. Для одночасної обробки таких отворів розточувальну скалку з двома різцями потрібно ввести попередньо всередину корпуса. З цієї метою за допомогою спеціального пристрою корпус припіднімається, а після введення скалки він опускається і закріплюється.

Обробка групи отворів з найбільшим розміщеним в середній стінки (рис.4.16, в), можлива при установленні інструменту в скалку після її введення в корпус. Можливе висування інструменту за допомогою клинового, важільного або іншого пристрою всередині скалки, а також розточування
отворів в усіх стінках послідовно скалкою з програмним керуванням. Треба відзначити, що використання агрегатних верстатів для обробки отворів з таким розміщенням не припустиме.