книги из ГПНТБ / Якобсон, Михаил Осипович. Технология станкостроения

ГЛАВА II

ОБРАБОТКА БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Базовые детали станков — станины, колонны, стойки, попере­ чины— соединяют и координируют взаимное положение основных узлов станка.

Точность работы станка и неизменность положения его узлов зависят от материала базовых деталей, их конструкции, способ­ ности выдерживать нагрузку, износостойкости, виброустойчивости и технологии их обработки.

Точность базовой детали определяют ее направляющие: прямо­ линейные— плоские или цилиндрические и круговые. Точность направляющих базовых деталей определяет траекторию движения режущей кромки инструмента.

Направляющие базовой детали испытывают нагрузку от веса

перемещающейся детали станка, от веса обрабатываемой заготовки

иот сил резания.

Вбазовых деталях станков наибольшее распространение имеют прямолинейные направляющие скольжения, которые служат для перемещения и перестановки подвижных узлов станка относитель­

но направляющих базовых деталей.

Несмотря на большое разнообразие условий работы различных станков, основные конструктивные формы направляющих немного­ численны. Они предусмотрены нормалью станкостроения и приве­ дены на фиг. 11.

Цилиндрические (штанговые) направляющие применяют зна­ чительно реже чем плоские, хотя они более технологичны. Так, на­ пример, на круглошлифовальном станке обычной точности можно обработать цилиндрическую поверхность с высокой точностью и получить образующую, очень близкую к идеальной прямой.

При круглом шлифовании деталь .1 и абразивный круг 2 (фиг. 12) представляют собой касающиеся друг друга окружности, Если направляющее станины круглошлифовального станка имеют отклонение от прямолинейности в пределах +0,01 мм на длине

300 мм, то в этом случае возможное отклонение от прямой на об-

21

разующей цилиндрической поверхности детали 1 определится из зависимости

Если R = 40 мм, с = 0,02 мм, то б = 0,0000012 мм.

Цилиндрические направляющие устанавливают на станине и на столе станка. Крепление направляющих конструктивно оформ­ ляют так, чтобы они не деформировались под действием собствен-

него веса. Применение цилиндрических направляющих показано на фиг. 13.

Цилиндрические направляющие вследствие технологичности и высокой точности применяют в конструкциях прецизионных стан­ ков и некоторых станков общего назначения.

Круговые направляющие имеют базовые детали карусельных

и зубообрабатывающих станков, многопозиционных вертикальных полуавтоматов и некоторых плоскошлифовальных станков.

Для плавных и точных перемещений по направляющим сколь­ жения необходимо, чтобы находящаяся между направляющими

плоскостями масляная пленка имела одинаковую толщину и при­ том наименьшую. Толщина масляной пленки между поверхностями трения зависит от скорости скольжения, удельного давления и вяз­ кости масла. Вследствие неравномерной подачи масла в распреде­ лительные канавки и изменения скорости относительного переме­ щения деталей происходят колебания несущей способности и тол щины масляной пленки. При малых скоростях относительного

перемещения деталей толщина масляной пленки часто оказывается очень малой, что обусловливает полусухое трение, неравномерное, скачкообразное перемещение, а следовательно, вибрации, пере-

22

косы, повышенный расход энергии и интенсивный износ направ­ ляющих. Частые изменения толщины масляной пленки на направ­

ляющих скольжения вызывают значительные затруднения при точных перемещениях подвижных узлов станков. Поэтому в пре­ цизионных станках (координа'тно-расточных, шлифовальных и др.), где необходимы очень тонкие равномерные подачи, применяют ин­

дустриальные масла средней вязкости с присадкой алюминиевых

высокомолекулярных жирных кислот, обеспечивающих практически постоянные значения коэффициентов трения покоя и движения и

плавность перемещения рабочих органов. Часто вместо направ­ ляющих скольжения применяют направляющие качения (ролико­ вые, шариковые или игольчатые), обеспечивающие плавное и лег­ кое перемещение. Для этих направляющих используют шарики и

ролики (фиг. 14, а) диаметром до 30—40 мм. Ролики и шарики для направляющих должны быть очень точно изготовлены; отклонения от геометрической формы и размеров роликов не должны превы­ шать 1—3 мк. Направляющие качения обеспечивают строгую равномерность подачи при резком снижении усилий, затрачиваемых на перемещение подвижных частей.

Направляющие качения для тяжелых станков дороги, поэтому для малых перемещений крупных узлов по направляющим сколь­

жения подбирают специальные масла или применяют направляю­ щие скольжения с жидкостным трением (фиг. 14, б), где направ­ ляющие плоскости не соприкасаются (ни в покое, ни при переме­ щении) и зазор между ними составляет 6—10 мк. В этих направ-

24

ляюших верхний элемент под давлением масла всплывает, что устраняет изнашивание направляющих, потерю ими первоначаль­

ной точности и снижает коэффициент трения. По направляющим

скольжения, снабженным опорами с жидкостным трением, можно осуществлять очень тонкие подачи (до долей микрона).

По условиям работы направляющие базовых деталей могут быть разделены на:

1)направляющие, предназначен­ ные для перемещения в процессе об­ работки отдельных узлов, несущих изготовленные детали или режущий инструмент; по таким направляю­ щим перемещаются суппорты токар­ ных и столы продольно-строгальных, продольно-фрезерных и круглошли­ фовальных станков;

2)направляющие, используемые

только для установочных перемеще­

Направляющие первого типа изготовляют с большей точностью,

чем второго.

Конструкции станин непрестанно совершенствуются. Станины, с прямолинейными направляющими выполняются с двойными стен­ ками, повышающими их жесткость (фиг. 15); закрытым попереч­

ным сечением и наклонной верхней плоскостью (фиг. 16), облег­ чающей отвод стружки. Предложена конструкция станины токар­ ного станка, у которой направляющие повернуты на 90° относи­ тельно обычного положения (фиг. 17), это обеспечивает удобный отвод стружки, лучшее расположение суппортов и значительно упрощает обслуживание станка.

Для повышения износостойкости направляющие базовых дета­

лей подвергают упрочнению путем закалки или устанавливают

стальные закаленные или азотированные (Rc = 674-70) накладки,

изготовленные из высококачественных материалов, прикрепляемые винтами к направляющим станины.

С этой же целью применяют двухслойные направляющие из мяг­ кой малоуглеродистой стали с облицовкой рабочих поверхностей тонкими накладками из хромистой стали, термообработанными до твердости Rc = 644-66.

Для предотвращения контактного схватывания и снижения из­ носа незакаленных прямолинейных направляющих базовых дета­ лей работающие в паре с ними салазки выполняют с тонкими на­ кладками из пластических масс. Подобным образом изготовляют на Рязанском станкостроительном заводе станину и нижние са­ лазки суппорта токарно-винторезного станка мод. 163.

Распространены сварные конструкции станин, стоек, колонн,

2S

плит и других базовых металлоемких деталей. Применение тонко­ стенных стальных сварных конструкций позволяет сократить вес ба­ зовых деталей по сравнению с литыми конструкциями в среднем

на 35—50%.

Сварные конструкции могут быть выполнены со стенками зна­

чительно меньшей толщины, чем литые.

Во многих случаях стенки литых базовых деталей выполняют

значительной толщины не из-за требований жесткости и прочности конструкций, а вследствие технологических возможностей. Изго­

а)

товление тонкостенных сварных конструкций не вызывает каких-

либо технологических затруднений.

Уменьшение толщины стенок в сварных стальных конструкциях возможно также и потому, что модуль упругости стали примерно в 2 раза больше, чем модуль упругости серого чугуна.

Сварные конструкции обеспечивают такую же жесткость и

виброустойчивость, как и литые конструкции. Сварные швы являются поглотителями вибраций. Особое внимание необходимо уделять износостойкости направляющих сварных конструкций.

Незакаленные направляющие стальных сварных станин и стоек,

работающие в паре с незакаленными стальными или чугунными направляющими подвижных узлов, интенсивно изнашиваются и склонны к заеданию. Для повышения их долговечности приме­ няют привертные закаленные направляющие или приваренные стальные направляющие, подвергаемые поверхностной пламенной

закалке, или привертные термически не обработанные направляю­ щие, работающие в паре с накладками из пластических масс.

Применение сварных конструкций базовых деталей особенно эффективно в производстве нестандартных агрегатных и опециаль-

26

иых станков, изготовляемых малыми сериями. Здесь экономия достигается за счет уменьшения трудовых затрат, приходящихся на 1 т веса конструкции и снижения веса. Стоимость, отнесенная к 1 т веса сварной конструкции, примерно на 30—40% ниже стои­

нием моделей, а стоимость модельного комплекта в 5—6 раз пре­

вышает стоимость отливки, выполненной по этим моделям. Сварные конструкции базовых деталей агрегатных станков

изготовляют на ряде заводов. Так, например, на Рязанском станко­ строительном заводе, на Минском заводе автоматических линий изготовляют сварные конструкции станин, колонн и салазок. Сталь­ ные накладные направляющие сварных деталей подвергают за­ калке токами высокой частоты до твердости Rc = 48 = 52.

На Минском станкостроительном заводе им. Кирова изготов­ ляют сварные конструкции базовых деталей серийных станков вертикальных и горизонтальных протяжных станков. Производ­ ство сварных конструкций осуществляется на полуавтоматической линии.

В серийном и крупносерийном производстве стоимость, отнесен­

ная к 1 т веса сварной конструкции, приближается к стоимости, отнесенной к 1 т веса чугунного литья. Однако в некоторых слу­

чаях сварные конструкции базовых деталей могут быть экономич­ нее литых вследствие применения автоматической сварки и сниже­ ния веса конструкции.

Большой вес базовых деталей (станин, колонн, столов, попере­ чин), значительная протяженность направляющих, сложный их

профиль и все повышающиеся требования к точности их изготов­ ления (плоскостности, параллельности и чистоте рабочих поверхно­ стей) предопределяют большую трудоемкость их обработки.

Особенно велика трудоемкость обработки базовых деталей

тяжелых станков. Станины тяжелых станков имеют несколько на­ правляющих (четыре—пять). Длинные станины тяжелых станков конструируют составными из нескольких секций длиной 5—6 м.

зоподъемностью кранов и других транспортных средств. Расчленение базовой детали на отдельные части не обязательно

должно сопровождаться понижением ее жесткости по сравнению с цельной. При проектировании и изготовлении составной базовой детали для обеспечения ее жесткости необходимо правильно ре­ шать вопросы усиления соединительных фланцев, увеличения числа крепежных болтов и равномерного их распределения, возможного увеличения площади стыка в пределах данного контура, хорошей плоскостности контактных поверхностей и тщательной их отделки до 8-го класса чистоты.

>При обработке поверхностей стыка базовой детали практически

27

тельно, чтобы микронеровности соединяемых поверхностей сцепля­ лись, что обеспечивается их'однородной обработкой при одинако­ вых условиях.

При изготовлении базовых деталей особое внимание уделяется обработке направляющих. Прямолинейные направляющие обра­ батывают различными методами. В последние годы проведена большая работа по совершенствованию действующих технологиче­ ских процессов механической обработки направляющих и созда­ нию новых, более эффективных.

Круговые направляющие базовых деталей обрабатывают на ка­ русельных станках режущими инструментами, оснащенными твер­ дым сплавом. Сначала производят черновую обработку профиля направляющих, затем старение и чистовую обработку профиля на карусельных станках. Далее с помощью специального устрой­ ства осуществляют шлифование поверхностей сопряжения. Обра­ ботку на карусельных станках производят при скорости резания

25—40 м]мин.

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Материалы. Базовые детали отливают из серого чугуна 1-го или

2-го класса, марок СЧ 21-40, СЧ 15-32. Значительно реже применя­ ют легированные чугуны марки СЧ 32-52, содержащие: 3,09% С, 1,26% Si, 1,07% Мп, 0,15% Р, 0,12% S и 0,14% Сг.

В последнее время получают распространение магниевые высо­ копрочные чугуны марок ВЧ 50-1,5 и ВЧ 40-10, содержащие: 2,8% С, 3,0% Si, 0,5% Мп, 0,07% Р, 0,01% S и 0,08% Mg.

Износостойкость магниевого чугуна выше, износостойкости чугуна СЧ 32-52 на 20% и чугуна СЧ 21-40 примерно на 40%.

Базовые детали станков иностранных фирм изготовляют из низколегированных чугунов, содержащих хром, никель, ванадий и титан до 0,1 % каждого из этих элементов. Так, станины токарного автомата фирмы Тагех отливают из чугуна, содержащего: 3,18% С;.

необходимо особое внимание уделять экономии металла. Допуски на толщину стенок и на размеры отливки не должны превышать

предусмотренных техническими условиями.

28