Короткие детали обычно устанавливают и закрепляют в патронах, которые подразделяются на простые и самоцентрирующие.

Простые патроны изготовляют обычно четырехкулачковыми (рис. 113). В таких патронах каждый кулачок 1, 2, 3 и 4 перемещается своим винтом 5 независимо от остальных. Это позволяет устанавливать и закреплять в них различные детали как цилиндрической, так и нецилиндрической формы. При установке детали в четырехкулачковом патроне необходимо ее тщательно выверить, чтобы она не била при вращении.

Выверку детали при ее установке можно производить при помощи рейсмаса. Чертилку рейсмаса подводят к проверяемой поверхности, оставляя между ними зазор в 0,3-0,5 мм; поворачивая шпиндель, следят за тем, как изменяется этот зазор. По результатам наблюдения отжимают одни кулачки и поджимают другие до тех пор, пока зазор не станет равномерным по всей окружности детали. После этого деталь окончательно закрепляют.

Самоцентрирующие патроны (рис. 114 и 115) в большинстве случаев применяются трехкулачковые, значительно реже - двухкулачковые. Эти патроны очень удобны в работе, так как все кулачки в них перемещаются одновременно, благодаря чему деталь, имеющая цилиндрическую поверхность (наружную или внутреннюю), устанавливается и зажимается точно по оси шпинделя; кроме того, значительно сокращается время на установку и закрепление детали.

В нем кулачки перемещаются при помощи ключа, который вставляют в четырехгранное отверстие 1 одного из трех конических зубчатых колес 2 (рис. 115, в). Эти колеса сцеплены с большим коническим колесом 3 (рис. 115, б). На обратной плоской стороне этого колеса нарезана многовитковая спиральная канавка 4 (рис. 115, б). В отдельные витки этой канавки входят своими нижними выступами все три кулачка 5. Когда ключом повертывают одно из зубчатых колес 2, вращение передается колесу 3, которое, вращаясь, посредством спиральной канавки 4 перемещает по пазам корпуса патрона одновременно и равномерно все три кулачка. При вращении диска со спиральной канавкой в ту или другую сторону кулачки приближаются или удаляются от центра, соответственно зажимая или освобождая деталь.

Необходимо следить, чтобы деталь была прочно закреплена в кулачках патрона. Если патрон в исправном состоянии, то прочный зажим детали обеспечивается применением ключа с короткой ручкой (рис. 116). Другие способы зажима, например зажим с помощью ключа и длинной трубы, надеваемой на ручку, ни в коем случае не должны допускаться.

Кулачки патронов. Кулачки применяют закаленные и сырые. Обычно пользуются закаленными кулачками ввиду их малой изнашиваемости. Но при зажиме такими кулачками деталей с чисто обработанными поверхностями на деталях остаются следы в виде вмятин от кулачков. Во избежание этого рекомендуется применять также и сырые (незакаленные) кулачки.

Сырые кулачки удобны еще и тем, что их можно периодически растачивать резцом и устранять биение патрона, которое неизбежно появляется при длительной его работе.

Установка и закрепление деталей в патроне с поддержкой задним центром. Этот способ применяется при обработке длинных и сравнительно тонких деталей (рис. 116), которые недостаточно закрепить только в патроне, так как усилие от резца и вес выступающей части могут изогнуть деталь и вырвать ее из патрона.

Цанговые патроны. Для быстрого закрепления коротких деталей небольшого диаметра за наружную обработанную поверхность применяют цанговые патроны . Такой патрон показан на рис. 117. Коническим хвостовиком 1 патрон устанавливается в коническом отверстии шпинделя передней бабки. В выточке патрона установлена разрезная пружинящая втулка 2 с конусом, называемая цангой. В отверстие 4 цанги вставляют обрабатываемую деталь. Затем навертывают на корпус патрона при помощи ключа гайку 3. При навертывании гайки пружинящая цанга сжимается и закрепляет деталь.

Пневматические патроны. На рис. 118 показана схема пневматического патрона, который обеспечивает быстрое и надежное закрепление деталей.

На левом конце шпинделя закреплен воздушный цилиндр, внутри которого имеется поршень. Сжатый воздух по трубкам поступает в центральные каналы 1 и 2, откуда направляется в правую или левую полость цилиндра. Если воздух поступает по каналу 1 в левую полость цилиндра, то поршень вытесняет воздух из правой полости цилиндра по каналу 2 и наоборот. Поршень связан со штоком 3, соединенным со штангой 4 и ползуном 5, который действует на длинные плечи 6 коленчатых рычажков, короткие плечи 7 которых перемещают зажимные кулачки 8 патрона.

Длина хода кулачков составляет 3-5 мм. Давление воздуха обычно 4-5 am. Для приведения в действие пневматического цилиндра на корпусе коробки скоростей устанавливается распределительный кран 9, поворачиваемый рукояткой 10.

Короткие детали обычно устанавливают и крепят в патронах, которые подразделяются на простые и самоцентрирующие.

Четырехкулачковые патроны

Простые патроны изготовляют обычно четырехкулачковыми (рис. 41). В таких патронах каждый из четырех кулачков (1, 2, 3 и 5) перемещается своим винтом 4 независимо от остальных. Это позволяет устанавливать и закреплять в них детали, имеющие несимметричную наружную форму. При закреплении детали в четырехкулачковом патроне необходимо ее правильно установить, чтобы она не била при вращении.

Рис. 41 Простой четырехкулачковый патрон

Правильность установки детали можно проверять чертилкой рейсмуса (рис. 42). Чертилку рейсмуса подводят к проверяемой поверхности, оставляя зазор между ними 0,3-0,5 мм. Детали сообщают медленное вращение и следят за тем, как изменяется этот зазор. По результатам наблюдения отжимают одни кулачки и поджимают другие до тех пор, пока зазор не станет равномерным по всей окружности детали. После этого деталь окончательно закрепляют всеми четырьмя кулачками, равномерно поджимая их ключом один за другим.

После закрепления детали в патроне нужно обязательно вынуть ключ. Если этого не сделать, то при пуске станок может сломаться; кроме того, рабочий подвергается опасности получить увечье.

Самоцентрирующие патроны

Самоцентрирующие патроны (рис. 43) в большинстве случаев применяются трехкулачковые и значительно реже двухкулачковые. Эти патроны очень удобны в работе, так как все кулачки перемещаются одновременно, благодаря чему деталь, имеющая цилиндрическую поверхность (наружную или внутреннюю), устанавливается и зажимается точно по оси шпинделя; кроме того, значительно сокращается время на установку и закрепление детали .

На рис. 43, а показан трехкулачковый самоцентрирующий патрон. В нем кулачки перемещаются при помощи торцового четырехгранного ключа, который вставляют в четырехгранное отверстие 1 (рис. 43, а и б) одного из трех конических зубчатых колес 2. Эти колеса сцеплены с большим коническим зубчатым колесом 3. На обратной плоской стороне колеса 3 нарезана многовитковая спиральная канавка 4 (рис. 43, б). В отдельные витки этой канавки входят нижними выступами все три кулачка 5. Когда ключом повертывают одно из зубчатых колес 2, вращение передается зубчатому колесу 3. Вращаясь, оно посредством спиральной канавки 4 перемещает по пазам корпуса патрона одновременно и равномерно все три кулачка. При вращении диска со спиральной канавкой в ту или другую сторону кулачки приближаются или удаляются от центра, соответственно зажимая или освобождая деталь.

Необходима обращать внимание на прочный зажим детали в кулачках патрона. Если патрон в исправном состоянии, то прочный зажим детали обеспечивается применением ключа с нормальной ручкой (рис. 44). Другие способы зажима, например зажим при помощи ключа и длинной трубы» надеваемой на ручку, применять запрещается.

Рис 43 - Трехкулачковый самоцентрирующий патрон

После зажима детали нельзя оставлять ключ в патроне, так как это может привести к несчастному случаю или поломке оборудования.

Кулачки патронов

Кулачки патронов применяют закаленные и сырые. Обычно пользуются закаленными кулачками, так как они изнашиваются медленно. Но при зажиме такими кулачками на деталях с чисто обработанными поверхностями остаются следы в виде вмятин от кулачков. Чтобы избежать получения вмятин, в этих случаях рекомендуется применять сырые (незакаленные) кулачки, которые точно обрабатывают (пригоняют) по диаметру закрепляемой в них детали.

Сырые кулачки удобны еще и тем, что их можно периодически растачивать резцом и тем устранять биение патрона, которое неизбежно при длительной его работе. Растачивают кулачки точно по размеру закрепляемой в них детали.

Установку и закрепление деталей в патроне с поддержкой задним центром применяют при обработке длинных и сравнительно тонких деталей (рис. 44), которые недостаточно закрепить только в патроне, так как сила резания и вес выступающей части детали могут изогнуть ее и вырвать из патрона.

При снятии детали отжимают кулачки патрону и, поддерживая деталь левой рукой, выводят из нее задний центр, для чего правой рукой вращают маховичок

Трехкулачковые самоцентрирующие патроны. Существует несколько типов самоцентрирующих трехкулачковых патронов с ручным приводом, различающихся между собой устройством для перемещения кулачков. Независимо от особенностей этих устройств перемещение кулачков патрона во всех случаях происходит одновременно и с одинаковой скоростью. Благодаря этому ось цилиндрической поверхности, предназначенной для закрепления детали в патроне, должна совпасть с осью вращения шпинделя станка.

Наиболее широкое применение получил спиральный самоцентрирующий трехкулачковый патрон (рис. 46). В корпусе 3 этого патрона заложена стальная коническая шестерня 4, на обратной стороне которой имеется спиральная канавка. На кулачках 2 патрона сделано несколько выступов, которые входят в спиральную канавку шестерни 4. При вращении одной из трех шестерен 1 посредством ключа (квадратный хвост которого входит в такое же отверстие в торце шестерни) вращается шестерня 4. Под действием спирали, нарезанной на обратной стороне этой шестерни, кулачки будут перемещаться в пазах корпуса патрона, что и требуется для закрепления детали.

Рассматриваемый патрон имеет два комплекта кулачков. Один из этих комплектов (кулачки 2) используется для закрепления детали за ее внутреннюю, а другой (кулачки 5) - за ее наружную поверхность.

При небольшом диаметре наружной поверхности, за которую деталь закрепляется в патроне, можно использовать и кулачки 2. Кулачки> в этом случае соприкасаются с деталью поверхностями А. Такой способ особенно часто применяется при изготовлении деталей из прутка, пропущенного через отверстие в шпинделе. Кулачки 5 используются иногда для закрепления детали за поверхность отверстия. Они соприкасаются в этом случае с деталью поверхностями В и работают, как говорят, «на разжим».

При замене одного комплекта кулачков другим необходимо вводить в паз корпуса сначала тот кулачок, на котором имеется цифра 1 (или одна точка, намеченная керном). После того как при вращении большой шестерни первый выступ этого кулачка войдет в спиральную канавку, можно вводить в следующий паз кулачок с цифрой 2, а затем (в последний паз) кулачок с цифрой 3. При правильной сборке патрона все кулачки, доведенные вращением большой шестерни до центра, должны плотно касаться друг друга. При неправильной сборке патрона коснутся только два кулачка, а третий не будет касаться остальных. В этом случае следует вывести все кулачки и ввести их снова в пазы корпуса патрона, как это было указано выше.

Биение точно обработанной детали, закрепленной в новом спиральном патроне, составляет 0,06-0,12 мм (в зависимости от диа>метра патрона). Величина этого биения быстро возрастает вследствие износа рабочих поверхностей спирали шестерни и выступов кулачков. Точность центрирования патроном зависит и от состояния пазов, по которым перемещаются кулачки. При износе этих пазов кулачки при закреплении детали отходят от корпуса патрона (рис. 47) и положение детали получается неправильным.

Для повышения точности центрирования патроном можно пользоваться чугунной разрезной втулкой (рис. 48, а).

Эту втулку, обработанную начерно, разрезают, зажимают в кулачки патрона и растачивают по диаметру детали, которая будет в ней обрабатываться. На время растачивания в место разреза кладут медную прокладку, которая после растачивания вынимается.
Положение втулки относительно кулачков должно быть постоянным, поэтому на втулке и на каком либо кулачке надо сделать отметки мелом или закернить. Лучше, однако, если в боковую поверхность втулки ввернуть небольшой винт, который во время работы должен плотно прилегать всегда к какому-нибудь одному из кулачков патрона. Заплечик у втулки следует делать для того, чтобы она не смещалась вдоль оси патрона.

При больших размерах детали разрезная втулка плохо пружинит. В этих случаях также с целью улучшения центрирования на кулачки патрона надеваются и закрепляются стопорными винтами чугунные кольца (рис. 48, б). Головки винтов не должны выступать над поверхностью колец. Установив кулачки в положение близкое к требуемому для закрепления данной детали, делают в кольцах выточку по диаметру> детали.

Разрезная втулка и кольца повышают точность установки детали и, кроме того, предохраняют поверхность ее от повреждений кулачками патрона.

Расширение пределов применения трехкулачкового патрона. Для за­крепления некоторых деталей, например, длинных (рис.49, а) , или,наоборот, коротких, но больших диаметров (рис. 49, б), могут, быть очень полезны специальные накладные кулачки, подобные показан­ным на рисунках. На этих рисунках: 1 - корпус патрона; 2 -основные кулачки; 3 - накладные кулачки; 4 - обрабатываемая деталь.

Накладные кулачки часто изготовляют сырыми (незакаленными), что дает возможность протачивать рабочие поверхности кулачков после их закрепления на основных кулачках. Такое протачивание обязательно после установки вновь изготовленных накладных кулачков, но его полезно делать и время от времени при дальнейшем использовании патрона. Протачивание кулачков следует производить на том станке, на котором будет работать данный патрон. При простой форме рабочих поверхностей кулачков они могут быть и закаленными. Рабочие поверхности их следует шлифовать, используя для этого переносную шлифовальную машинку.

Детали, закрепляемые в трехкулачковом самоцентрирующем патроне. Из сказанного выше вытекает, что деталь, обрабатываемую на токарном станке, следует закреплять в трехкулачковом самоцентрирующем патроне в следующих, случаях:

1. если деталь имеет цилиндрическую поверхность (наружную или внутреннюю), за которую она может быть достаточно прочно закреплена в патроне;
2. если обработка детали может быть выполнена при ее закреплении, которое не требует большого усилия, вредного для патрона;
3. если при обработке поверхностей детали, наиболее удаленных от патрона, установка ее не нарушается и сама деталь не будет погнута;
4. если вся обработка детали, закрепленной в патроне, может быть выполнена за одну установку;
5. если обработка детали выполняется за несколько установок, но строгой концентричности поверхностей ее, обрабатываемых при разных установках, не требуется.

Длинные детали, закрепленные в трехкулачковом самоцентрирующем патроне, следует поддерживать задним центром.

Двухкулачковые самоцентрирующие патроны. Перемещение основных кулачков 2 этого патрона (рис. 50) осуществляется посредством винта 4, один конец которого, например А, имеет правую резьбу, а другой, В, - левую. Соответственные резьбы имеются в кулачках 2. В средней части винта патрона сделана шейка Б с заплечиками, охватывающими полуподшипник 1. Полуподшипник прикреплен к корпусу патрона. Поэтому винт при вращении его посредством ключа за квадратный конец (любой) осевого перемещения не имеет, а перемещаются с одинаковой скоростью основные кулачки 2 с прикрепленными к ним накладными кулачками 3. На рис. 51 изображены примерные конструкции деталей, обрабатываемых с помощью двухкулачковых патронов. Из их рассмотрения нетрудно убедиться, что трехкулачковые патроны непригодны для обработки таких деталей.

Форма накладных кулачков 3 (рис. 50), изготовленных специально применительно к обработке одной или нескольких деталей, позволяет обеспечить их центрирование при установке и закреплении. Для детали, изображенной на рис. 51, б (симметричной относительно оси 00), накладные кулачки имеют одинаковые вырезы по контуру Г (рис. 50), а второй детали (рис. 51, а) - разные, поскольку одинаковые кулачки не обеспечат симметричной установки такой детали относительно оси ОО.

В двухкулачковых патронах можно в отдельных случаях центрировать и закреплять детали и по цилиндрическим поверхностям.

Детали, закрепляемые в двухкулачковом самоцентрирующем патроне. Этот патрон следует применять в следующих случаях:

1) если поверхность, за которую закрепляется и с помощью которой центрируется деталь, имеет нецилиндрическую форму, но симметричную хотя бы относительно одной оси;

2) если поверхность, за которую закрепляется и с помощью которой центрируется деталь, имеет цилиндрическую форму, но кулачки трехкулачкового патрона не имеют доступа к этой поверхности и нужны накладные кулачки специальной формы, например такие, как это показано на рис. 52.

Четырехкулачковые патроны с независимым перемещением кулачков. Кулачки 1 этого патрона (рис. 53) входят своими квадратными выступами 4 в пазы патрона и удерживаются в них гайками 2, которые должны быть затянуты настолько, чтобы кулачки могли перемещаться без излишней и вредной слабины. Для перемещения кулачков служат винты 3 с квадратными головками А, проходящие через выступы кулачков. Эти винты не имеют осевых перемещений, так как они упираются нижним концом в стенку паза, а заплечиком, сделанным вблизи квадратного конца, - в обод патрона. Квадратные головки винтов находятся в углублениях, сделанных в ободе патрона, и не должны выступать над ним (в целях безопасности).

На передней стороне патрона нанесены круговые риски на расстоянии 10-15 мм одна от другой. Пользуясь этими рисками, можно быстро устанавливать все кулачки на одинаковом расстоянии от центра патрона. На рис. 53 кулачки поставлены для закрепления детали за наружную поверхность. В случае необходимости кулачки можно перевернуть и закрепить обрабатываемую деталь за внутреннюю поверхность.

Существенный недостаток четырехкулачковых патронов - длительность проверки положения закрепляемых в них деталей, которая, однако, сокращается по мере накопления опыта.

Проверка установки детали, обрабатываемой в четырехкулачковом патроне. Эта проверка производится по боковой или по торцовой поверхности устанавливаемой детали или по обеим поверхностям.

Проверку установки детали, изготовляемой из грубой отливки или поковки, по боковой необработанной поверхности следует производить мелом. Для этого, пользуясь круговыми рисками, грубо устанавливают деталь в патроне и, предварительно закрепив ее, пускают станок в ход на тихих оборотах. Затем подводят к детали кусок мела. Мел обычно берут в правую руку и поддерживают ее для большей устойчивости левой. Руки должны быть расположены относительно детали так, как изображено на рис. 54, а. Ни в коем случае не следует держать руки так, как показано на рис. 54, б, потому что при слишком сильном нажатии на поверхность детали мел может «подхватить», что вызывает нередко повреждение руки. Лучше опереть руку на зажатый в резцедержателе и подведенный к устанавливаемой детали резец.

Мел, коснувшись детали, отметит ту часть поверхности, которая наиболее удалена от оси вращения, и поэтому деталь надо сместить в сторону, противоположную меловой отметке. Для этого останавливают станок, освобождают одни кулачки и поджимают другие. Обрабатываемая деталь смещается в сторону ослабленных кулачков.

После этого станок пускают в ход, снова посредством мела определяют «высокое» место, и т.д. до тех пор, пока мел не будет касаться детали со всех сторон равномерно.

На рис.55 показаны три характерных случая положения меловой риски на боковой поверхности проверяемой детали. На рисунке цифрами 1,2,3,4 обозначены кулачки патрона, 5- обрабатываемая деталь, 6-меловые риски и 7-стрелки, указывающие направление, в которое должна быть смещена деталь.Если риска расположена по рис.55,а, т.е симметрично относительно кулачка 4, необходимо слегка освободить (равномерно) кулачки 1 и 3, несколько больше ослабить кулачок 2, поджать кулачок 4 и снова закрепить кулачки 1 и 3.

При расположении риски точно посередине между двумя кулачками, например между кулачками 4 и 1 (рис. 55, б), для правильной установки детали необходимо одинаково ослабить кулачки 2 и 3 и поджать кулачки 4 и 1.

Когда риска располагается так, как показано на рис. 55, в, следует немного освободить кулачок 3, несколько больше кулачок 2 и после этого закрепить кулачки 1 и 4.

Предварительную проверку установки по боковой поверхности деталей, изготовляемых из более точных заготовок (штамповка, прокат), надо производить также по мелу, но окончательная проверка таких деталей (учитывая малый припуск) осуществляется при помощи рейсмуса. Его устанавливают или на суппорт станка, или на стальную плитку, положенную на станину (рис. 56). Загнутый конец иглы рейсмуса подводят к поверхности проверяемой детали так, чтобы между этой поверхностью и концом иглы был просвет 0,3-0,5 мм. Затем медленно вращают деталь и наблюдают, как изменяется величина этого просвета. Изменяя установку детали (перемещая для этого кулачки патрона, как указано выше), добиваются того, чтобы изменение просвета было возможно меньшим.
После этого закрепляют деталь окончательно.

Иногда оказывается необходимым проверить правильность установки детали по торцовой обработанной поверхности. В этом случае поступают так же, как и при проверке (рейсмусом) установки детали по боковой поверхности. Чем ближе будет расположен конец иглы к поверхности детали, тем точнее будет проверена установка ее.

Заметим в заключение, что при всех указанных выше проверках установки детали при помощи рейсмуса изменение ния детали, закрепленной просвета между его иглой и поверхностью детали наблюдается отчетливее, если сзади иглы держать листок белой бумаги.

Более точная проверка положения детали по ее обработанной поверхности производится при помощи индикатора. Общий вид и некоторые детали индикатора показаны на рис. 57.

В основании 9 индикатора (рис. 57, а) посредством накатанной гайки 10 закрепляется стойка 8, на которой при помощи зажима 4 удерживается стержень 2. Этот стержень зажимом 1 соединен со стержнем 5, на котором посредством зажима 6 закреплен индика­тор 5 с кнопкой 7. Ослабив винты зажимов 1, 4 и 6, а также гайку 10, можно установить индикатор 3 в любом положении. Затем следует закрепить эти зажимы. Кнопка 7 является (рис. 57, б) концом стерженька 16, который проходит через корпус индикатора. На части стерженька, расположенной внутри корпуса, нарезаны зубья, образующие рейку, сцепленную с маленькой шестерней 12. При перемещении стерженька 16 вдоль оси шестерня 12 вращается, и ее вращение через шестерни 11 и 13 передается оси, на которой закреплена стрелка 15. Конец стрелки расположен над шкалой, каждое деление которой соответствует перемещению стерженька 16 на 0,01 мм. Под действием пружинки 14 стерженек 16 отводится вниз и кнопкой 7 прижимается к проверяемой поверхности.

Установив основание индикатора на суппорт станка или плиту, положенную на станину, подводят кнопку индикатора к поверхности проверяемой детали и медленно поворачивают последнюю. При правильном положении детали стрелка индикатора не должна отклоняться от первоначального положения.

Детали, закрепляемые в четырехкулачковом патроне. Этот патрон применяется при закреплении детали за наружную цилиндрическую поверхность в случаях:

1. если обработка детали производится при большом зажимном усилии;
2. когда закрепление детали производится за необработанную или нецилиндрическую поверхность;
3. если обработка детали в самоцентрирующих (трехкулачковом или двухкулачковом) патронах невозможна, например, когда они малы по размерам, при сложной конфигурации деталей и т. п.;
4. когда требуется обеспечить точное положение детали, уста­навливаемой по ранее обработанной поверхности (с помощью рейсмуса или индикатора, например при ремонте тяжелых деталей).

Четырехкулачковые патроны, как это показано ниже, находят применение и в других случаях, например, когда у детали обрабатываемая поверхность (наружная или внутренняя) смещена относительно цилиндрической поверхности, используемой для закрепления и т. д.

Уход за патронами. Независимо от конструкции патрона его точность и срок службы зависят от ухода за ним.

Если патрон не нужен, его следует протереть сухой тряпкой (особенно пазы для кулачков, и особо тщательно, если в нем обрабатывалась чугунная деталь), защитить концами нарезанное отверстие в патроне и открытые части пазов для кулачков от попадания пыли. Время от времени патрон надо разбирать и очищать. Перед установкой патрона на шпиндель станка следует протереть шпиндель сухой тряпкой, затем тряпкой, смоченной в керосине, и, наконец, слегка смазать чистым маслом (для облегчения свертывания патрона, если он крепится на резьбовом конце шпинделя). Резьбу в патроне перед каждым навертыванием его на шпиндель станка также необ>ходимо тщательно прочищать.

Министерство образования Российской Федерации

«МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского

Кафедра «Технология производства двигателей летательных

аппаратов»

ВЫБОР СПОСОБА ЗАКРЕПЛЕНИЯ ДЕТАЛИ ПРИ ТОЧЕНИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

по курсу "Основы технологии производства двигателей летательных аппаратов"

Составители:

Хворостухин Л.А.

Бойцов А.Г.

Москва 2001

Технологический процесс механической обработки, представляя собой сложную комплексную задачу, складывается из совокупности операций, выполняемых в определенной последовательности. Для решения этой задачи необходимо знание основных положений технологии машиностроения и наличие некоторых производственных навыков разработки технологических процессов.

Правильно спроектированный технологический процесс должен обеспечить предусмотренную чертежом точность и шероховатость обработки всех поверхностей детали. Технолог, проектируя каждую операцию технологического процесса изготовления детали, должен найти решения, обеспечивающие выполнение всех этих требований.

Цель работы: выбор способа закрепления детали при обточке её цилиндрической поверхности на токарном или токарно-револьверном станке, исходя из допустимой конусности поверхности, получение исходных экспериментальных данных, необходимых для решения задачи.

1. ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ

Основной причиной появления конусности обтачиваемой поверхности является изгиб детали под воздействием усилия резания.

На рис. 1 показан случай обработки детали в патроне. Изделие подвергается действию сил Рх, Ру, Pz .

Сила Рх производит сжатие и изгиб, силы Р z , Ру производят изгиб; сила Р z производит, кроме того, кручение с моментом

Деформациями кручения и сжатия, а равно изгиба от действия сил Р z и Ру , в большинстве случаев можно пренебречь ввиду их незначительного влияния на точность обработки. Наибольшее значение имеет деформация изгиба от действия силы Ру . Под действием этого изгиба ось х-х изделия занимает положение х-х¹ и

t факт = t ном – у (1)

Соответственно, диаметр обрабатываемой детали d факт получается больше номинального диаметра d ном на величину

d = d факт – d ном = 2у (2)

Прогиб у определяется формулой

Рис. 1. Схема проточки образца, закрепленного консольно в

патроне токарного станка.

(3)

где ℓ - длина изделия, мм;

Е - модуль упругости, кг/мм 2 (для стали Е = 2.10 4 – 2,1.10 4);

J - момент инерции поперечного сечения издели я, мм 4

, (4)

В результате отхода изделия от резца обработка с назначенной глубиной резания t ном осуществляется только у места закрепления детали (см. рис.1).

Из теории резания известно, что

Р у = 0,4 С р t хр S ур , (4)

где С р - коэффициент, зависящий от физико-механических

свойств материала детали;

t - фактическая глубина резания, мм;

S - подача резца на 1 оборот изделия, мм (выбирается,

исходя из заданной чистоты обработки поверхности);

х р , у р - показатели степени у глубины резания t и подачи S .

Для сталей х р = 1,0; у р = 0,78.

Подставляя значение t факт. Из выражения (1) в (4) получим

Р у = 0,4С р (t ном – у) хр S ур . (5)

Подставляя далее значение Р у из (5) в (3) и учитывая, что для круглого сечения
, где

D – диаметр детали до обработки, получим:

или
.

Учитывая, что для сталей х р  1,0, из выражения (6) определяем значение у :

.

Обозначая
выражение (7) можно записать в виде:

. (8)

Зная длину обрабатываемой детали ℓ, диаметр заготовки D , модуль упругости детали Е и режим обработки (t ном , S ) из выражения (7) можно определить, какова будет конусность детали после обработки:

(9)

, (10)

где D e - конусность на длине ℓ при консольном креплении детали;

d кц - диаметр детали в сечении, наиболее отделенном от патрона (концевом);

d kp - диаметр детали в сечении, совпадающем с плоскостью патрона (корневом) (см. рис. 1).

При чистовой обточке стальных деталей величина второго слагаемого знаменателя всегда исчисляется двузначным числом. Поэтому без существенного ущерба для точности расчёта при решении практических задач единицей в знаменателе можно пренебречь и вместо выражения (9) пользоваться приближенной формулой

(11)

Выражение (10), представляющее собой уравнение гиперболы, графически изображено на рис. 2. Пользуясь такой диаграммой, легко решить вопрос, допустимо ли закреплять заданную деталь консольно в патроне при обточке с режимом (t , S ), если требуется обеспечить конусность не более ∆D 1 на длине l .

Для решения этого вопроса необходимо определить для заданной детали величину , нанести полученное значение на ось абсцисс диаграммы и из нанесенной точки восстановить перпендикуляр до пересечения его с прямой ∆D e = ∆ D 1 (cм. рис.2, точка “”).

Если точка “a” ложится выше кривой ∆D e = f () , то детали можно закреплять консольно в патроне.

Если точка “a” расположится ниже кривой, то для обеспечения предъявляемых требований в отношении конусности, деталь необходимо крепить в центрах или поддерживать люнетом.

Рис. 2 График ∆D е = f ()

Наибольший прогиб вала при обработке в центрах определяется по формуле

Y max =
. (12)

Из сравнения с формулой (3) видно, что при обточке в центрах прогиб детали будет в 16 раз меньше, чем при консольном креплении.

З А Д А Н И Е

И с х о д н ы е д а н н ы е:

а) материал детали ст. 45 (σ в = 70 кг/мм 2 , С р = 184);

б) режим обработки t = 1 мм; S = 0,12 мм/об;

n = 665об/мин;
м/мин;

резец Р18, проходной.

2. Построить аналогичную кривую экспериментальным путем для

тех же исходных данных и сравнить ее с теоретической.

3. Оценить возможность консольного закрепление в патроне при

обточке детали с заданными значениями.

Примечание. Допустимая конусность ∆D 1 задается преподавателем.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

l 6 = 90 мм.

Построить полученную кривую в отчете.

Установить образец № 1 в патрон станка таким образом,

чтобы длина выступающей части была равна 110 мм.

Произвести настройку станка на заданные обороты и подачу.

Обточить образец в несколько проходов (при глубине резания t = 0,1 – 0,05 мм) до полного устранения биения образца таким образом, чтобы резец в крайнем левом положении не доходил до кулачков патрона на 1-2 мм и разность диаметров образца у корны и у конца не превышала 0,02 – 0,03 мм.

Промеры диаметров образца производить микрометром.

Диаметр после обточки, измеренный у корня образца, записать в протокол.

5. Прользуясь лимбом, установить резец на глубину резания,

указанную в задании (t ном ).

Эскиз закрепления детали (см. рис. 1).

Таблица вычислений для построения теоретической кривой.

Таблица замеров для построения экспериментальной кривой.

Выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

какие факторы влияют на величину конусности детали при обточке и на рассеивание этой величины?

Какими мероприятиями можно уменьшить погрешности формы детали при обточке.

Как влияют механические свойства заготовки, качество заточки резца и его геометрии на точность обработки детали?

ЛИТЕРАТУРА

1. Сулима А.М. Основы технологии производства газотурбинних двигелей. М., «Машиностроение », 1996.

2. Ковшов А. Н. Технология машиностроения. М.,"Машиностроение". 1987.

3. Зернов И.А., Коноров Л.А. Теоретические основы технологии и процессы изготовления деталей самолетов. М., Оборонгиз, 1960.

4. Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. В.М. Кована, т.1 и 2, М., Машгиз, 1983.

В зависимости от заданной точности, размеров и конфигурации деталей их

обрабатывают на токарных станках в центрах и в патронах, на угольниках и

оправках.

Обработка в центрах . Самым распространенным способом обработки деталей

типа валов является обработка в центрах, при этом в торцовых поверхностях заготовки делают центровые отверстия. Для передачи заготовке вращения служат поводковый патрон и хомутик, закрепляемый винтом на конце заготовки. Свободный конец хомутика с помощью паза или пальца поводкового патрона приводит деталь во вращение.

Преимуществом обработки в центрах является то, что при установке детали

отпадает какая-либо необходимость в ее выверке.

На токарных станках применяются различные типы центров.

При чистовом точении с большими скоростями и незначительными нагрузками центра следует оснащать вставками из твердого сплава марки ВК6, при

получистовом точении со средними скоростями и нагрузками - марки Т5К10, при черновом точении с небольшими скоростями, но значительными нагрузками - марки ВК8.

Задний центр токарного станка в отличие от переднего играет роль подшипника, так как между ним и заготовкой происходит относительное движение, а

следовательно, и трение. Поэтому при обработке деталей на больших скоростях (v >75 м/мин) применяют вращающиеся задние центра с шарико- или роликоподшипниками, конструкции которых стандартизованы для малых, средних и тяжелых нагрузок.

Недостатком вращающихся центров является их малая жесткость и склонность вызывать вибрации при резании, в особенности при некотором износе и увеличении зазоров в подшипниках.

В процессе обработки деталь нагревается и длина ее увеличивается, что

приводит к повышению нагрузки на центра и к искривлению детали. Во избежание искривления в некоторых современных станках применяется такая конструкция пиноли задней бабки, которая дает возможность свободного удлинения детали (благодаря введению компенсирующих устройств с тарельчатыми пружинами).

Базирование деталей на центрах станка не обеспечивает стабильного положения их вдоль оси , так как глубина центровых отверстий может быть различной.

Чтобы обеспечить одинаковое базирование всех деталей вдоль оси при

различной глубине центровых отверстий в передней бабке токарного и

многорезцового станков, применяют плавающие центра. При установке той же детали на плавающий передний центр положение левого торца вала для заготовок всей партии будет определяться упором и сохраняться постоянным В этом случае установочная и измерительная базы совместятся, и погрешность базирования будет равна нулю.

Применение поводкового патрона с хомутиком связано с рядом недостатков. К ним относятся: большое вспомогательное время на установку и снятие хомутика; невозможность обработки детали по всей длине без ее перестановки; трудность обеспечения безопасных условий работы из-за выступающих частей у хомутика и поводкового патрона и т. п.

Указанных недостатков не имеют быстродействующие поводковые устройства современных конструкций, которые обеспечивают как правильное базирование детали, так и передачу крутящего момента без использования хомутика.

При обработке длинных деталей , когда отношение длины детали к ее диаметру l:d>12-15, применяют люнеты. Различают подвижные и неподвижные люнеты.

Нежесткие ступенчатые и особо тяжелые детали обрабатывают с помощью

неподвижного люнета, который устанавливают и закрепляют на станине станка.

При обработке нежестких гладких цилиндрических деталей на станке с высотой центров менее 500 мм применяют подвижный люнет, который устанавливается и закрепляется на суппорте и в процессе работы перемещается вместе с ним.

Для установки детали с неподвижным люнетом необходимо проточить на ней шейку под кулачки люнета. Так как шейка является для детали

дополнительной базой, то она должна быть обработана с минимальными

отклонениями от геометрической формы. Если в качестве заготовки применяют холоднотянутый прокат, то кулачки люнета устанавливают по необработанной поверхности.

При обработке особо нежестких валов, когда проточить шейку под кулачки

люнета трудно, вместо нее используют втулку с обработанной наружной

поверхностью. Такая втулка закрепляется на валу с помощью восьми болтов (по четыре у каждого конца втулки). Положение ее относительно центровой линии станка проверяется по ее наружной поверхности и регулируется при помощи ввернутых болтов. Наружная поверхность такой втулки и будет являться опорой для кулачков люнета.

При обработке детали с подвижным люнетом шейку протачивать на ней не

надо, так как базой для установки кулачков 1 люнета служит обработанная поверхность, по которой они и перемещаются. При использовании подвижного люнета расстояние а между точкой приложения усилия резания и опорой, создаваемой кулачками, остается постоянным в течение всей обработки детали.

Обработка в патронах . В патронах обрабатываются, как правило, жесткие и

короткие (l:d= 1,5) детали.

Для закрепления тонкостенных втулок с обработанными наружными

поверхностями применяют дополнительные кулачки с увеличенными рабочими поверхностями.

Для установки тонких дисков при обработке торцовых поверхностей

применяют электромагнитные патроны и патроны с постоянными магнитами.

Обработка на угольниках . В тех случаях, когда форма детали не позволяет

установить и закрепить ее в патроне или непосредственно на планшайбе, применяют дополнительное устройство в виде угольника, который крепится непосредственно к планшайбе. На угольниках с несимметричным расположением вращающихся масс относительно оси шпинделя необходимо произвести балансировку путем прикрепления к планшайбе груза.

Обработка на оправках . При обтачивании наружных поверхностей у деталей с уже точно обработанным отверстием для установки и закрепления их применяют оправки. Имеются различные конструкции оправок.

Коническая. Средняя часть оправки изготовляется с очень небольшой конусностью - 1/2000.

Диаметр D1 делается несколько меньше наименьшего возможного диаметра отверстия обрабатываемой детали. Деталь насаживается на оправку ударами медного молотка или под прессом и удерживается на ней силой трения. Недостатком конусной оправки является то, что положение детали на ней зависит от величины допуска на изготовление. Для работы на настроенном станке такая оправка непригодна.

Гладкие оправки.

Чтобы снять обработанную деталь с оправки, достаточно немного отвернуть

гайку и убрать шайбу, имеющую вырез. Диаметр D2 рабочей части оправки выполняется по скользящей посадке 7 квалитета. Таким образом, возможная погрешность установки детали лежит в пределах зазора при указанной посадке и данном диаметре отверстия в детали.

Разжимные оправки применяют для закрепления деталей, у которых разница в диаметрах отверстий может доходить до 0,5-2,0 мм.

Оправки с тарельчатыми пружинами являются более точными, чем рассмотренные выше. Они применяются для закрепления небольших деталей.