Обработка металла резанием

Ознакомление школьников со способами обработки метал­лов резанием — одна из основных тем программы трудового обучения. И это понятно, если учесть, что резание — наиболее распространенный  способ  обработки заготовок.

В процессе резания с заготовки снимается слой металла для получения детали заданной формы и размеров с преду­смотренным технологией качеством поверхностей.

В древности резание производилось ручными инструмента­ми. Некоторые из них дошли до наших дней: слесарные напильники, граверные штихели, шаберы и др. Механическая обработка металлов резанием производится на металлорежу­щих станках, которые наряду с прессами являются основным оборудованием машиностроительных заводов.

Изготовление металлорежущих станков в России началось с XVIII в. Первый в мире токарный станок с самоходным суппортом изобрел и изготовил русский механик Андрей Нартов. Большой вклад внесли в станкостроение и другие русские изобретатели: Павел Захава, Лев Собакин, Яков Батищев и др. Отечественные ученые И. А. Тиме, К. А. Зворы­кин, А. А. Брике, Я. Г. Усачев стали основоположниками теории резания металлов.

Однако до Октябрьской революции станкостроение в России было развито слабо. Из 200 тыс. имевшихся станков лишь одна пятая часть была отечественного производства. Победивший пролетариат получил в наследство разрушенную экономику. Среди других отраслей народного хозяйства по существу заново пришлось создавать и станкостроение. К началу Великой Отечественной войны в стране ежегодно производилось 58,4 тыс. станков.

Разнообразные металлорежущие станки классифицирутся по различным признакам (виду обработки и типу режущего инструмента, чистоте обработки поверхности, конструктив­ным особенностям, характеру автоматизации и др.). В школь­ной практике достаточно ограничиться технологическим признаком.

В зависимости от вида осуществляемой обработки металлорежущие станки подразделяются на 9 групп: 1 — токарные; 2 — сверлильные и расточные; 3 — шлифовальные, полировальные, доводочные, заточные; 4 — комбинирован­ные; 5 — зубо- и резьбообрабатывающие; 6 — фрезерные; 7 — строгальные, долбежные и протяжные; 8 — разрезные; 9 — разные. В свою очередь, в каждой группе имеются, как правило, 9 типов станков, отличающихся друг от друга технологическим назначением.

klassifikaciya-metallorezhushhix-stankov

Условное обозначение (индекс) станка состоит из трех или четырех цифр и букв. Первая из них обозначает группу станка (например, 1 — токарная группа, 6 — фре­зерная и т. д.); вторая — тип или разновидность (в сверлильно-расточной группе цифра 1 обозначает верти­кально-сверлильный станок, а во фрезерной группе верти­кально-фрезерный и т. п.), третья и четвертая — его типоразмер. Следующая цифра (или две) определяет глав­ный параметр обработки (например, максимальный диаметр для токарной группы). Буква, стоящая после первой цифры, указывает на различное исполнение станков, а буква в конце цифровой части — модификацию базовой модели, степень точности или какую-либо особенность станка, указанную в паспорте. Например, индекс 1Г325 расшифровывается так: 1 — станок токарной группы, Г — его модификация, 3 — револьверный, 25 — максимальный диаметр обрабатываемо­го прутка.

vidy-rezaniya-metallov

В группу токарных станков входят 9 типов: 1 — одно-шпиндельные автоматы и полуавтоматы, 2 — многошпин­дельные, 3 — револьверные, 4 — токарно-револьверные по­луавтоматы, 5 — карусельные, 6 — токарные и лоботокарные, 7 — многорезцовые и копировальные, 8 — специализирован­ные, 9 — разные токарные. Токарные станки предназначены в основном для обработки тел вращения. Это одни из древнейших станков, на основе которых создавались другие их типы.

На токарных станках можно выполнять различные виды обработки: обтачивание цилиндрических, конических и фа­сонных поверхностей; подрезку торцов; отрезку; растачива­ние; сверление и развертывание отверстий; нарезание резьбы (если в станке имеется устройство для этого, то он называется токарно-винторезным); накатку рифлений; при­тирку и т. д. Применив специальные приспособления, на токарных станках можно фрезеровать, шлифовать, нарезать зубья и выполнять многие другие виды обработки.

Основные узлы токарного станка следующие:

  • станина с направляющими для перемещения подвижных узлов станка — суппорта и задней бабки. На станине смонтированы основные части станка, устанавливается она на массивных тумбах или основании;
  • неподвижная передняя бабка, внутри которой размещен шпиндель (полый вал), на его правом конце закрепляются приспособления, зажимающие заготовку: патрон, планшайба и др. Здесь же размещена коробка скоростей (иногда ее помещают в основание). Через нее шпиндель с помощью кли-ноременной передачи и системы зубчатых колес получает различное число оборотов;
  • суппорт — устройство для закрепления резца и его пере­мещения (ручного или механического)в различных направле­ниях. Механическое движение суппорт получает от ходового винта и ходового вала;
  • фартук — система механизмов, преобразующих враща­тельное движение ходового винта или вала в прямолинейное движение суппорта;
  • коробка подач — механизм, передающий вращение ходо­вому винту или валу для получения требуемой скорости подачи;
  • гитара — предназначена для настройки станка на тре­буемую подачу путем подбора соответствующих сменных зубчатых колес;
  • задняя бабка поддерживает правый конец длинных загото­вок в процессе обработки, а также служит для закрепления сверл, зенкеров и разверток.

Привод и другое электрооборудование располагается в основании станка или тумбах. Включение и выключение его двигателя производится с пульта управления.

В 6-ю группу токарных станков входят лобовые, предназна­ченные для обработки заготовок, диаметр которых значитель­но превосходит их длину. Тяжелые и крупногабаритные заготовки (до 20 м в диаметре) обрабатываются на карусель­ных станках. По своей конструкции они бывают одно- и двухстоечные (с одним, двумя, тремя и четырьмя суппорта­ми). На развороте цветной вкладки изображен карусельный станок, заготовка на котором закрепляется на вращающейся планшайбе. Большая его мощность позволяет проводить одновременную обработку детали несколькими суппортами.

Револьверные станки в отличие от токарно-винторезных не имеют задней бабки. Вместо нее на подвижной каретке закреплена поворотная (револьверная) головка, в которой закреплен набор режущих инструментов: резцы, сверла, метчики, развертки и др. Одновременная работа режущих инструментов, закрепленных в револьверной головке и поперечном суппорте, быстрая смена операций благодаря повороту головки обеспечивают высокую производитель­ность этих станков.

Для получения деталей типа ступенчатых валов заготовки обрабатывают на многорезцовых полуавтоматах. Они без участия рабочего выполняют перемещение инструментов: подвод к заготовке, резание, подачу на заданную длину, отвод и остановку станка. Рабочий лишь устанавливает заготовку и снимает готовую деталь. В многорезцовых полуавтоматах обычно имеются два суппорта. Вершина резца, закрепленного в верхнем суппорте, повторяет контур копира, с которым соприкасается щуп гидравлического следящего устройства, и обтачивает наружные поверхности валика. Рез­цы, закрепленные в нижнем поперечном суппорте, подрезают уступы, протачивают канавки, снимают фаски и т. д.

В отличие от станков-полуавтоматов одношпиндельные и многошпиндельные автоматы не только осуществляют пере­мещение инструмента, но и производят автоматическое закрепление заготовки и снятие готовой детали. Для из­готовления мелких изделий из пруткового материала применяются револьверные одношпиндельные автоматы. Обычно у них имеется четыре суппорта: продольный, на котором закреплена револьверная головка, и три попе­речных.

Для серийного производства деталей применяются высоко­производительные многошпиндельные токарные автоматы. Обрабатываемые на них заготовки закрепляются на барабане (планшайбе) с помощью патронов или цанговых зажимов. Барабан периодически поворачивается на определенный угол, и заготовки обрабатываются одним или несколькими инструментами.

Фрезерование является одним из самых распространенных видов обработки металлов резанием и используется для черновой, получистовой и чистовой обработки простых и фасонных поверхностей деталей из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов. В группу фрезерных входят 9 типов станков: 1 — вертикально-фрезерные консольные; 2 — фре­зерные непрерывного действия; 3 — продольные одностоеч­ные; 4 — копировальные и гравировальные; 5 — вертикально-фрезерные бесконсольные; 6 — продольные двустоечные; 7 — широкоуниверсальные; 8 — горизонтально-фрезерные консольные; 9 — разные фрезерные. Некоторые из назван­ных типов станков показаны на развороте вкладки.

Вертикально- и горизонтально-фрезерные станки исполь­зуются для обработки вертикальных, горизонтальных, на­клонных поверхностей и пазов в крупных деталях.

Вертикально-консольные фрезерные станки имеют верти­кально расположенный шпиндель. Конструкции некоторых их моделей допускают смещение шпинделя вдоль горизонталь­ной оси и поворот вокруг нее. Такая конструкция расширяет технологические возможности этих станков.

Продольно-фрезерные станки предназначены для обработ­ки крупногабаритных деталей. Станки делят на одно- и двустоечные.

Широкоуниверсальные консольно-фрезерные станки в от­личие от горизонтально-фрезерных имеют еще одну шпин­дельную головку, смонтированную на выдвижном хоботе. Ее можно поворачивать под любым углом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. На поворотной крепится на­кладная фрезерная головка, с помощью которой можно производить не только фрезерование, но и сверление, зенкерование, растачивание. Станки этого типа используются в основном в экспериментальных и инструментальных производствах для изготовления оснастки, приспособлений, кондукторов, штампов, пресс-форм и т. п.

На копировально-фрезерных станках обрабатывают по­верхности сложной формы для матриц и пуансонов, метал­лических моделей для литья, лопаток, турбин и т. д. Обработку осуществляют, как правило, по копиру.

К фрезерным станкам непрерывного действия относятся барабанно-фрезерные и карусельно-фрезерные. Свое назва­ние этот тип получил из-за возможности производить установку и съем заготовки без остановки станка.

К разным фрезерным относят шпоночно-фрезерные (для фрезерования шпоночных канавок), фрезерно-центро-вальные (для двустороннего фрезерования и зацентровки торцов валиков) и другие специальные станки.

На рисунке ниже в правом нижнем углу изображен многоцелевой фрезерный станок с числовым программным управлением (ЧПУ). Принципиальное отличие таких станков от автоматов заключается в использовании программы обра­ботки детали в математической (числовой) форме на программоносителе (перфоленте или магнитной ленте). По заданной программе регулируются направление и скорость перемещения исполнительных органов станка, производится смена инструмента и другие вспомогательные операции. Многоцелевые (иногда их называют обрабатывающими цент­рами) станки применяют в серийном и мелкосерийном производстве сложных корпусных деталей. В результате применения ЧПУ сокращается время на вспомогательные операции, в 3—5 раз возрастает производительность обра­ботки, повышается ее точность.

tokarnye-frezernye-stanki

В группу сверлильных и расточных входят следующие типы станков: 1 — вертикально-сверлильные; 2 — одно­шпиндельные полуавтоматы; 3 — многошпиндельные полуав­томаты; 4 — координатно-расточные; 5 — радиально-сверлильные; 6 — расточные; 7 — алмазно-расточные; 8 — го­ризонтально-сверлильные; 9 — разные. На станках этой группы производят сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание, растачивание и нарезание резьбы. На с. 1 вкладки изображены некоторые из названных типов сверлиль­ных и расточных станков. Из них наиболее распространен вертикально-сверлильный. Для сверления небольших отвер­стий используется настольный его вариант. Режущий инструмент (сверла, зенковки, развертки и т. д.) закрепляют в шпинделе 3, число оборотов которого устанавливается коробкой скоростей 4. Детали размещаются на столе 2 станка, который перемещается по колонне 5, жестко скрепленной со станиной 1.

На радиально-сверлильных станках обрабатываются более крупные и тяжелые детали. Здесь шпиндельная бабка 1 пере­мещается по траверсе 2, положение которой на колонне 4 зависит от высоты детали, закрепляемой на столе 3. Горизон­тально-сверлильные станки предназначены для сверления глубоких отверстий в полых валах, стволах стрелкового оружия.

Для одновременного сверления нескольких отверстий применяются многошпиндельные полуавтоматические станки. Деталь здесь закрепляется на столе 2 и обрабатывается несколькими шпинделями 1, перемещающимися по станине 3.

Многошпиндельный сверлильный станок изобрел упоминав­шийся в начале статьи тульский механик-самоучка Яков Батищев в 1712—1714 гг. Сконструированный им станок мог производить одновременно сверление 24 оружейных стволов.

Расточные станки подразделяются на горизонтально-расточные, координатно-расточные, отделочно-расточные и специальные. Координатно-расточные станки предназначены для обработки отверстий с точными координатами. Станки этого типа выпускаются в двух исполнениях: одностоечными и двустоечными. На рисунке показан двустоечный станок. С его станиной жестко связаны стойки I и 4, по которым перемещаются шпиндельные бабки 3. Обрабатываемую де­таль на координатно-расточных станках закрепляют на плоскости рабочего стола 2. Установка шпинделя на заданные координаты осуществляется путем перемещения стола в про­дольном направлении по направляющим станины и расточной головки, а в поперечном — по траверсе. На современных координатно-расточных станках достигается высокая точность обработки заготовок.

Показанный на с. 1 вкладки вертикальный отделочно-расточный станок предназначен для тонкого растачивания отверстий в блоках цилиндров автомобильных и тракторных двигателей, а также для сверления отверстий в других деталях. По станине 1 станка перемещается рабочий стол 2. В шпин­дельной бабке 3 устанавливается либо универсальный шпиндель, позволяющий проводить сверление, зенкерова-ние, развертывание, либо специальный, предназначенный для выполнения одной из названных операций.

Для обработки деталей крупносерийного и массового производства применяются высокопроизводительные агрегат-но-расточные станки. Особенностью их является широкое применение нормализованных узлов. Кроме расточных опера­ций на них можно выполнять сверление, резьбонарезание и фрезерование. Процесс обработки деталей на агрегатных станках автоматизирован, и оператор только устанавливает заготовки и снимает готовые детали.

Здесь же представлены два станка из группы строгальных, долбежных и протяжных. В нее входят 8 их типов: 1 — про­дольные одностоечные; 2 — продольные двустоечные; 3 — поперечно-строгальные; 4 — долбежные; 5 — протяжные горизонтальные; 6 — протяжные вертикальные для внутрен­него протягивания; 7 — протяжные вертикальные для наруж­ного протягивания; 8 — (этот тип отсутствует); 9 — разные строгальные.

Строгальные и долбежные станки предназначены для обра­ботки резцами плоских поверхностей, пазов, канавок, фасон­ных линейных поверхностей. Как правило, они применяются в единичном и мелкосерийном производстве и подразделяются на продольно-строгальные и поперечно-строгальные. Про­дольно-строгальные станки предназначены для обработки крупных заготовок и изготавливаются в одно- и двустоечном вариантах. Показанный на с. 1 вкладки двустоечный горизон­тально-строгальный станок состоит из станины 1, стола 2, поперечины 3, вертикального суппорта 4, стойки 5, балки 6, коробки подач суппортов 7 и 8, привода 9.

Современные строгальные станки позволяют обрабатывать заготовки длиной от 2 до 12,5 и шириной до 5 м. Движение резания в продольно-строгальных станках сообщается за­готовке, а на поперечно-строгальных главное движение сообщается инструменту.

Долбежные станки применяются в основном для обработки внутренних поверхностей. В современных их типах ход ползу­на и диаметр стола составляют соответственно 100—1600 и 240—1600 мм.

Протяжные станки предназначены для обработки внутрен­них и наружных поверхностей. Резание производят специаль­ным инструментом-протяжкой. Это многолезвийный инстру­мент, на режущей части которого размещается большое количество расположенных друг за другом зубьев. Наружный размер каждого зуба протяжки больше размера предше­ствующего и меньше размеров последующих. В протяжных станках движением резания является прямолинейное перемещение протяжки или заготовки. Максимальная длина хода протяжки у современных станков от 0,4 до 3,2 м. Станки высокопроизводительные, обеспечивают высокую точность. Показанный   на  рисунке  горизонтально-протяжный станок состоит из станины 4, силового цилиндра 2, планшайбы 3 и вспомогательного патрона.

sverlilnye-rasstochnye-strogatelnye-protyazhnye-stanki

В группу шлифовальных, полировальных, доводочных и заточных входят девять типов станков: 1 — круглошлифовальные (центровые и безцентровые); 2 — внутришлифовальные; 3 — обдирочно-шлифовальные; 4 — специализированные шлифовальные; 5 — продольно-шлифовальные; 6 — заточные; 7 — плоскошлифовальные; 8 — притирочные, полировальные, хонинговальные, доводоч­ные; 9 — разные, работающие абразивом.

На рисунке представлены некоторые из названных типов станков: точильно-шлифовальный, плоскошлифовальный и круглошлифовальный. Здесь цифрами обозначены: 1 — ста­нина; 2 — пульт управления; 3 — подручник; 4 — шлифоваль­ная головка; 5 — рабочий стол; 6 — магнитная плита; 7 — пылеотсос; 8 — передняя и 9 — задняя бабки.

shlifovalnye-zuboreznye-stanki

Заточные станки — наиболее просты по устройству. Применяются они для заточки режущего инструмента вручную, а также для обдирочного шлифования литых, ко­ваных, штампованных и сварных заготовок.

Плоскошлифовальные станки предназначены для обработки плоскостей заготовок периферией или торцом шлифовально­го круга. У первых стол с закрепленной заготовкой совершает возвратно-поступательное или вращательное движение, а вра­щающийся круг получает поперечную подачу на каждый ход или оборот стола и одновременно перемещается на заданную глубину резания. У вторых поперечная подача отсутствует, так как диаметр круга больше ширины обрабатываемой заготовки.

Наибольшее распространение получили круглошлифоваль­ные станки. Заготовку здесь устанавливают в центрах (или патроне), приводят во вращение и перемещают навстречу шлифовальному кругу. На этих станках обычно шлифуют наружные цилиндрические, конические, фасонные поверхно­сти и торцы заготовок.

Бесцентровые шлифовальные станки предназначены для шлифования наружных и внутренних цилиндрических поверхностей. В первом случае заготовку помещают между двумя абразивными кругами — шлифовальным (режущим) и ведущим — и прижимают к опорному ножу. Во втором — устанавливают между двумя поддерживающими роликами и ведущим кругом, который и вращает ее. Наиболее распро­странены станки, у которых обрабатываемая заготовка вращается вокруг оси шлифуемого отверстия, а шлифоваль­ный круг — вокруг своей оси.

Специализированные шлифовальные станки предназначены для обработки деталей заданной формы (шеек коленчатых валов, кулачков, шлицевых деталей, шаблонов и т. п.). Обра­ботка заготовок осуществляется при этом в основном методом копирования, реже путем огиба.

В зависимости от назначения шлифование разделяется на несколько видов. Если на заготовках после литья, ковки, прокатки, штамповки, сварки удаляется слой материала, поверхность и свойства которого не соответствуют заданным требованиям, то такое шлифование называется обдирочным. Шлифование поверхности заготовки одновременно несколь­кими кругами называется многокруговым. Абразивная обра­ботка, при которой инструмент и заготовка совершают вращательное, возвратно-поступательное или другое сложное движение со скоростями одного и того же порядка, носит название доводки. Абразивная обработка, предназначенная только для уменьшения шероховатости и увеличения зеркаль­ного отражения обрабатываемой поверхности, называется полированием. Шлифование рабочей части лезвийного режу­щего инструмента названо заточкой. Схемы основных видов шлифования показаны на с. 4 вкладки.

В группы зубо- и резьбообрабатывающих станков входят следующие типы: 1 — зубострогальные и зубодолбежные для цилиндрических колес; 2 — зуборезные для конических колес; 3 — зубофрезерные для цилиндрических колес и шлицевых валов; 4 — для нарезания червячных колес; 5 — для обработки торцов зубьев колес; 6 — резьбофрезерные; 7 — зубоотделочные, проверочные и обкатные; 8 — зубо- и резьбошлифовальные; 9 — разные зубо- и резьбообрабатывающие.

На зубофрезерных станках, один из которых показан на с. 4 вкладки, нарезают цилиндрические прямозубые, косозубые и с шевронными зубьями колеса, а также червяч­ные зубчатые колеса (цифрами обозначены: 1 — рабочий стол; 2— шпиндельная колонка; 3 — фреза; 4 — кронштейн). На зубодолбежных станках нарезают цилиндрические зубча­тые колеса наружного и внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями, блоки зубчатых колес, колеса с буртами, зубчатые секторы, шлицевые валики, зубчатые рейки, храпо­вые колеса и т. п. На зубострогальных станках обрабатывают конические зубчатые колеса с прямыми зубьями по методу обкатки одним или двумя резцами. Зубошлифовальные станки служат для обработки зубчатых колес обкаткой и профильным копированием при помощи фасонного шлифо­вального круга. На зубопритирочных станках после термиче­ской обработки производят притирку зубьев при помощи специального притира (чугунного зубчатого колеса), находя­щегося в зацеплении с обрабатываемым зубчатым. Притиры смазывают смесью абразивного порошка с маслом. Зубообка-точные станки применяются для обработки незакаленных колес в масляной среде без использования абразивного порошка. Обрабатываемые колеса работают в паре с одним или несколькими колесами-эталонами. В результате давления последних поверхности обрабатываемых зубьев сглаживают­ся. Фрезерование зубьев колес методом копирования и об­катки показано с. 4 вкладки.

Группа разрезных станков делится на такие типы: 1 — отрезные работающие резцом; 2 — отрезные, работающие абразивным кругом; 3 — отрезные, работающие гладким или насечным диском; 4 — правильно-отрезные; 5 — ленточнопильные; 6 — отрезные с дисковой пилой; 7 — отрезные ножовочные. Станки этой группы просты по своей кон­струкции и принципу действия.

К разным станкам относятся: 1 — трубо- и муфтообрабатывающие; 2 — пилонасекательные; 3 — правильно- и бесцентрообдирочные; 4 — нет; 5 — для испытания инструментов; 6 — делительные машины; 7 — балансиро­вочные.

Похожие статьи:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Школа и труд © 2014