Материал: Технология машиностроения. Пачевский В.М

3.4. Обработка сложных поверхностей

3.4.1. Виды сложных поверхностей и их классификация

В конструкциях современных турбин, автомобилей, металлоре­жущих станков, самолетов, механизмов и т. п. применяют детали сложной формы.

Использование в деталях поверхностей сложной формы обуслов­лено назначением и требованиями выполняемого деталью, узлом или машиной рабочего процесса (например, придание рабочему колесу турбины в сечении формы равного сопротивления), необходимостью повышения к. п. д. энергетических и силовых установок (например, формы лопастей водяных и паровых турбин, гребных винтов и т. п.) и необходимостью осуществления заданного движения в машине или в механизме (применение кулачков в распределительных валиках двигателей, кинематических цепях станков и т. п.).

На рис. 3.29 приведены характерные виды деталей со сложными поверхностями.

В технике применяют разнообразные поверхности, однако наиболее распространенными являются три вида поверхности: поверхности, подчиненные математическим уравнениям, определенной формы и с определенным расположением в пространстве называются алгебраическими, поверхности, форма которых определена отдельными точками, а координаты этих точек заданы в виде числовых отметок, обычно сведенных в таблицу, называются поверхностями с числовыми отметками, поверхности, форма которых определяется конструктив­ной необходимостью, называются конструктивными.

Поверхности с образующей в виде прямой линии называются линейчатыми. В свою очередь линейчатые поверхности подразделяются на два вида: развертываемые и неразвертываемые поверхности. К развертываемым относятся цилиндрические и конические поверхности. К неразвертываемым поверхностям относятся конусоиды, коноиды и различные гиперболоиды и параболоиды.

Поверхности с образующей в виде кривой линии называются нелинейчатыми. К ним относятся поверхности второго порядка (шаровидные, сфероидальные и т. п.).

Рис. 3.29. Виды деталей со сложными поверхностями:

а - гребной винт; б - крыльчатка; в - колесо насоса; г - винт с переменным шагом; д - колесо водяной турбины; е - дисковый кулачок; ж - цилиндрический кулачок; з - блок из кулачков

Поверхности, образованные сочетанием двух движений образующей, расположенной под некоторым углом к оси, вращением ее вокруг оси с одновременным поступательным перемещением вдоль оси, называют винтовыми.

Поверхности с числовыми отметками применяют при необходимости задавать форму поверхности, исходя из физических условий ее работы. К ним относятся профили лопаток паровых, газовых и водяных турбин, гребных винтов и др.

Различают также переходные поверхности, к которым относятся, например, поверхности перехода от ступицы к лопасти в гребных винтах, от хвостовой части к рабочей в лопатке турбины и т. п.

3.4.2. 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 различных методов обработки.

Копиры представляют собой ведущую деталь копировального устройства, очертание которой определяет траекторию движения режущего инструмента, соответствующую профилю обрабатываемой поверхности.

Системы управления процессом копирования подразделяют на системы прямого и непрямого действия.

При прямом действии контакт копировального ролика (пальца) и копира обеспечивается весом груза, силой гидравлического давления или силой сжатия пружины.

При системе непрямого действия копировальный ролик находится в соприкосновении с копиром под действием незначительной силы, измеряемой сотнями или даже десятками граммов. В этой системе копировальный ролик является промежуточным подвижным элементом, незначительные перемещения которого, измеряемые в сотых или десятых долях миллиметра, в виде команд передаются в специальные усилительные устройства, которые воздействуют на исполнительные механизмы и перемещают режущий инструмент и обрабатываемую заготовку.

На рис. 3.30, а приведена схема копировальной обработки по системе прямого действия с механическим управлением. Стол 9 перемещается ходовым винтом 8 от редуктора 7. На столе 9 установлен копир 1 и заготовка 10. При движении стола палец 2 совместно 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, при перемещении совместно с бабкой обрабатывает заготовку, придавая ей форму копира. Работа пружины 4, сила которой больше, чем вертикальная слагающая от силы резания на фрезе, обеспечивает постоянный контакт между пальцем и копиром.

На рис. 3.30, 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. 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 аппарате 4, который затем сообщает команду двигателю 6; последний через редуктор и ходовой винт 7 перемещает по стойке 8 бабку 5. Соответственно фреза 9 обрабатывает заготовку по профилю копира.

Рис. 3.30. Принципиальные схемы копирования

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.

.

3.5. Образование резьбовых поверхностей

3.5.1. Виды резьб, их назначение и классификация

Резьбы подразделяют на цилиндрические и конические. Основным видом цилиндрической резьбы в СССР является метрическая резьба. По величине шага эту резьбу делят на резьбу с крупным и мелким шагом. Таким образом, одному и тому же номинальному (наружному) диаметру резьбы соответствует несколько шагов разной величины.

Ограниченно применяют стандартную дюймовую резьбу. Кроме указанных резьб, используют специальные цилиндрические резьбы: трубную, трапецеидальную, упорную, часовую, круглую.

Трубная резьба представляет собой измельченную по шагу дюймовую резьбу с закругленными впадинами.

Трапецеидальную резьбу применяют в резьбовых соединениях, передающих движение (ходовые и грузовые винты).

В резьбовых соединениях, предназначенных для передачи движения, иногда используют прямоугольную резьбу с квадратным профилем.

Упорную резьбу применяют в резьбовых соединениях, испытывающих большое одностороннее давление (в винтовых прессах, специаль­ных нажимных винтах и др.).

Часовую резьбу применяют в точном приборостроении для резьбовых соединений диаметром меньше 1 мм.

Круглую резьбу используют в соединениях с повышенными динамическими нагрузками или в условиях, загрязняющих резьбу.

Конические резьбы, как правило, применяют в трубных соединениях, если необходимо обеспечить плотность соединения без специальных уплотняющих материалов (пряжи с суриком, льняных нитей и др.).

Наиболее распространенным видом является трубная коническая резьба, профиль которой соответствует закругленному профилю трубной цилиндрической резьбы.

В зависимости от назначения и характера работы резьбовые сопряжения разделяют на неподвижные и кинематические. К первым относят обычные резьбовые соединения (болт - гайка), соединения труб и т. п., а ко вторым - ходовые винты, микрометрические пары, грузо­вые винты и др.

3.5.2. Нарезание наружной резьбы

Наружную резьбу нарезают плашками различных конструкций, резьбонарезными головками (с раздвигающимися плашками), резь­бовыми резцами, гребенками, дисковыми и групповыми резьбовыми фрезами, одно- и многониточными шлифовальными кругами, а также накатыванием.

Круглыми плашками нарезают резьбы невысокой точности, так как у этих плашек профиль резьбовой нитки не шлифуют.

В некоторых случаях применяют плашки особо высокой точности изготовления, у которых режущие кромки, притирая, доводят до высокой точности. Такими плашками можно нарезать и калибровать точные резьбы. Однако этот способ нарезания резьбы неэкономичен и вследствие этого применяется редко.

Круглые плашки используют главным образом для нарезания резьб на заготовках из цветных металлов, а также для нарезания резьб малых диаметров (менее 3 мм). Их изготовляют разрезными, или регулируемыми по диаметру, и неразрезными. Неразрезные плашки более надежны и обеспечивают получение более правильной и чистой резьбы, чем разрезные.

При нарезании наружной резьбы (так же, как и внутренней) на заготовках из вязких металлов происходит «поднятие нитки» (вспучивание металла), т. е. наружный диаметр резьбы получает некоторое приращение по сравнению с первоначальным диаметром стержня перед нарезанием резьбы. Поэтому диаметр стержня под нарезаемую резьбу делают на 0,1 - 0,2 мм меньше наружного диаметра резьбы.

При нарезании резьбы круглыми плашками на станках их вставляют в самовыключающиеся от упора патроны. Плашку закрепляют в патроне тремя упорными винтами. Патрон подают на нарезаемый стержень вручную до тех пор, пока нарезаемая резьба захватит и поведет плашку, после чего происходит самозатягивание.

При ручном нарезании применяют круглые и раздвижные плашки.

Нарезание наружной резьбы на сверлильных, револьверных, болторезных станках и автоматах резьбонарезными (винторезными) головками является более совершенным, производительным и точным способом.

В зависимости от расположения гребенок различают следующие типы резьбонарезных головок: с радиальным расположением гре­бенок для точных резьб (рис. 3.31, а); с тангенциальным располо­жением гребенок для менее точных резьб (рис. 3.31, б).

По конструкции гребенок резьбонарезные головки могут быть с круглыми (дисковыми) (рис. 3.31, в) и плоскими (призматическими) гребенками (рис. 3.31, а и б).

Рис. 3.31. Схемы работы гребенок в резьбонарезных головках

Резьбовые резцы и гребенки применяют при нарезании особо точных наружных резьб, например для резьбовых калибров, ocoбо ответственных резьб в отдельных деталях, а также при чистовом нарезании точных ходовых трапецеидальных и прямоугольных резьб. Для нарезания наружных резьб применяют резьбовые резцы стержневые, призматические, а также круглые.

Профиль резьбового резца представляет собой профиль впадины между двумя соседними витками нарезаемой резьбы.

Нарезание резьбовыми резцами является малопроизводительной операцией, так как для полного нарезания ниток необходимо сделать большое число проходов. В особенности мала производительность нарезания резьбы резцами в упор, так как в этом случае независимо от нарезаемой резьбы число оборотов должно быть не более 50 в минуту.

Резьбонарезные гребенки представляют собой как бы несколько резьбовых резцов, соединенных вместе в ряд (от 2 до 8). Гребенки имеют режущую, или приемную, часть со срезанными зубьями (обычно 2 ÷ 3 зуба) и направляющую часть - остальные зубья. Благодаря наличию нескольких зубьев гребенка не требует большого числа проходов, как резьбовой резец, и, следовательно, дает большую производительность. Гребенки изготовляют плоскими (призматическими) и круглыми.

Эффективным способом, повышающим производительность резьбонарезания, является нарезание резьб вращающимися резцами, так называемое «вихревое» нарезание резьбы. Этот способ заключается в следующем: обрабатываемая заготовка вращается с числом оборотов от 30 до 300 в минуту (в зависимости от обрабатываемого материала, диаметра и шага резьбы), а один из резцов, закрепленных в резцовой головке, вращающийся с числом оборотов от 1000 до 3000 в минуту, периодически (один раз за каждый оборот головки) приходит в соприкосновение с обрабатываемой поверхно­стью. Резцовая головка размещена на шпинделе, расположенном эксцентрично по отношению к оси обрабатываемой заготовки (рис. 3.32).

Рис. 3.32. Схема «вихревого» нарезания резьбы

В головках закрепляют один, два или четыре резца. Этим способом можно нарезать как наружные, так и внутренние резьбы диаметром более 50 мм, 7-го квалитета с шероховатостью поверхности 2,5 мкм. При применении резцов, оснащенных пластинками Т15К6, скорость резания достигает 400 м/мин.

Шлифование резьбы абразивными кругами на резьбошлифовальных станках применяют для обработки метчиков, резьбовых фрез, резьбовых калибров, накатных роликов и т. п. В настоящее время в практике производства преимущественно применяют следующие основные способы шлифования резьбы :

шлифование однониточным шлифовальным кругом, профилированным в соответствии с профилем одной впадины резьбы. Режим обработки характеризуется соотношением глубины резания и окружной скорости обрабатываемой детали. При большой глубине резания и малой окружной скорости можно шлифовать резьбу с небольшим шагом «из целого», т. е. без предварительного прорезывания. Этот метод позволяет получить резьбу очень высокой точности, например с погрешностью по половине угла профиля резьбы в пределах ± 3;

шлифование резьбы многониточным кругом с кольцевыми нитками, этот способ позволяет шлифовать короткие резьбы (длина которых меньше ширины круга) способом врезания: круг получает поперечную подачу на высоту витка при медленном вращении заготовки, после чего последняя совершает один полный оборот (перемещается вдоль своей оси на один шаг). Этого достаточно, чтобы прошлифовать всю резьбу по заготовке. Описанный способ отличается высокой производительностью и позволяет шлифовать резьбы с мелким шагом «из целого» (без предварительного прорезывания), но точность резьбы, достигаемая при этом, ниже, чем при работе однониточным кругом - погрешность по половине угла профиля составляет ± 6. Резьбы большей длины шлифуют при продольной подаче круга.

Кроме указанных, применяют способ бесцентрового шлифования резьбы на бесцентрово-шлифовальном станке, оснащенном дополнительными специальными устройствами. Здесь также используют многониточный шлифовальный круг.

Точность резьбы, полученная бесцентровым шлифованием, ниже, чем точность, достигаемая другими методами, но вполне достаточна для обычных деталей. Это обстоятельство и высокая производительность способа делают его применение целесообразным в массовом производстве резьбовых деталей, не требующих высокой точности.