5.2. Технологические процессы изготовления станин

Типовой технологический процесс изготовления станин включает следующие основные операции:

• черновая обработка основания (технологическая база – черновые поверхности направляющих).

• черновая обработка направляющих и поверхностей, перпендикулярных к ним.

• черновая обработка отверстия под шпиндель (если предусматривается конструкцией) и обработка больших отверстий под валы.

• старение.

• чистовая обработка основания (если предусматривается чертежом).

• чистовая обработка поверхностей направляющих и всех остальных поверхностей, обработка которых возможна при данной установке.

• обработка крепежных и других мелких отверстий.

• чистовая и отделочная обработка основных отверстий.

• окончательная обработка направляющих.

• отделочная обработка опор под шпиндель.

В зависимости от конкретных условий некоторые операции (переходы) могут совмещаться.

Обработка станин в единичном и мелкосерийном производстве может производиться по разметке вручную или на координатно-измерительных машинах. В условиях серийного и крупносерийного производства обработка заготовок производится с их установкой в заранее настроенные приспособления или на приспособлениях-спутниках с автоматической выверкой положения заготовки.

а) б) в) г)

д) е)

Рис. 17: а и б – строгание; в и г – фрезерование; д – корусельное обтачивание; е – торцевое фрезирование.

Наиболее производительным методом обработки является торцевое фрезерование, но его применение затрудняется в следующих случаях: при больших поперечных сечениях, что вызывает необходимость применения набора фрез, возможные дефекты поверхностного слоя литых заготовок, что вызывает выкрашивание твердосплавного инструмента.

Строгание уступает по производительности фрезерованию, но имеет следующие преимущества: меньшая стоимость инструмента и его наладки, меньшая чувствительность к дефектам поверхности, снятие больших припусков. Однако, в любом случае производится технико-экономическое сравнение вариантов обработки.

При черновой обработке основания одновременно обрабатывают вертикальные поверхности или технологические платики (специальные приливы), которые в дальнейшем используются в качестве технологических баз.

Черновая обработка направляющих производится фрезерованием, строганием, черновым шлифованием на универсальных и специальных продольно-строгальных, продольно-фрезерных, многошпиндельных станках, а также на многооперационных станках с ЧПУ.

В единичном и мелкосерийном производстве широко применяется строгание, при этом последовательность переходов определяется удобством обработки. При обработке направляющих небольшой ширины после прорезки канавки канавочным резцом обработка производится фасонными резцами по контуру направляющих. Поверхности больших габаритных размеров обрабатывают обычными проходными резцами, перемещающимися под углом (рис.18).

а) б) в)

Фрезерование направляющих станин может производиться на универсальных, продольно-фрезерных, продольно-строгальных станках и на многооперационных станках с ЧПУ различными способами:

1. а) первый переход.

   Ф резерование стандартным набором фрез за один или несколько установов. В этом случае возрастает вспомогательное время, связанное с переустановкой фрез и пробными ходами (рис. а и б).

б) второй переход.

При обработке за несколько установов вся партия обрабатывается при одной настройке станка. В этом случае вспомогательное время на переустановку фрез приходится на партию и переходит в категорию Т_пз. Однако, при этом возрастает вспомогательное время на установку, закрепление и снятие станины (по числу переходов или операций). Экономичность данного способа возрастает по мере увеличения партии. Данный метод применяется для направляющих простой формы при обработке на 2, 4 шпиндельных продольно-фрезерных станках в серийном производстве. Обработка может производиться на нескольких станках, настраиваемых на определенные операции, что характерно для серийного и крупносерийного производства. При обработке заготовок за один установ экономично использовать многооперационные станки с ЧПУ.

2. Фрезерование станин специальным набором фрез на 2 и 4 шпиндельных продольно-фрезерных станках.

Оправка с набором фрез, профиль которых соответствует профилю обрабатываемых направляющих, производит почти полную их обработку. Оставшиеся поверхности обрабатывают на отдельной операции. Способ является производительным, применяется при высокой серийности производства. Недостаток: высокая стоимость набора и заточки фрез. В набор включаются как стандартные, так и нестандартные фрезы, быстрорежущие или оснащенные твердым сплавом. Так как расчет режимов резания производится по быстрорежущему инструменту, то в этом случае снижается производительность твердосплавного инструмента.

3. Фрезерование стандартными наборами фрез.

Обработка производится на 4 или 8 шпиндельных продольно-фрезерных станках. Применяются небольшие наборы стандартных фрез, позволяющие произвести полную обработку профиля на двух 4 шпиндельных или на одном 8 шпиндельном станках. Метод применяется в крупносерийном производстве.

Чистовая обработка основания производится строганием, фрезерованием, иногда шлифованием. При обработке используется твердосплавный инструмент (фрезы, резцы).

Чистовая обработка направляющих производится строганием, фрезерованием, шлифованием, шабрением. При чистовом строгании и фрезеровании обеспечивается неплоскостность в пределах 0,02 на длине 1000 и шероховатость Ra не более 1,25 мкм. В случае необходимости применяется инструмент, оснащенный пластинками из сверхтвердых материалов (СТМ). Наиболее широко применяется фрезерование, обеспечивающее большую производительность обработки.

Д ля компенсации температурных деформаций, возникающих после термической обработки, перед чистовым фрезерованием могут производить искусственную деформацию станины с помощью специального приспособления с натяжным винтом с целью получения выпуклой поверхности после фрезерования (рис в, б, в, г). После обработки направляющие имеют выпуклую форму, они приобретают прямолинейную форму в процессе сборки станка при монтаже на станину различных деталей и сборочных единиц.

а) б) в) г)

а) – до зажима заготовки; б) – после зажима заготовки; в) – после обработки направляющих и до открепления заготовки; г) – после открепления заготовки с обработанными направляющими.

Требуемый профиль выпуклости может быть получен также на станках с копирным устройством или на станках с ЧПУ с контурным управлением.

Обработка торцевых поверхностей может производиться на продольно-строгальных станках двумя боковыми суппортами, на продольно-фрезерных – двумя боковыми фрезерными головками при высокой производительности и точности обработки. Метод применяется для обработки коротких станин.

Обработка торцов может производиться на горизонтально-расточных или многооперационных станках с ЧПУ, имеющих поворотный стол с точной индексацией.

Обработка может производиться на торцефрезерных станках, которые могут иметь 3 шпинделя: 2 шпинделя – для черновой обработки и 1 – для чистовой. За один рабочий ход осуществляется полная обработка торцов.

О бработка крепежных отверстий и других мелких отверстий в станине производится на радиально-сверлильных и многооперационных станках с ЧПУ. Обработка производится с 4 сторон при установке заготовки в поворотных приспособлениях по накладным кондукторам. В условиях крупносерийного производства обработка также может производиться на агрегатно-сверлильных станках. При нерациональности использования станка или невозможности его применения обработка таких отверстий может производиться с помощью ручного инструмента (электрической или пневматической дрели).

Перед окончательной обработкой направляющих их подвергают упрочнению методами поверхностно-пластического деформирования или термической обработкой. Поверхностно-пластическое деформирование производятся с помощью шариковых или роликовых обкатников, при установке на станину на продольно-строгальных станках. При обкатывании производится упрочнение поверхностного слоя на глубину 0,4 мм, поверхностная твердость возрастает на 25 – 30%.

Термическое упрочнение направляющих производится закалкой на специальных установках с нагревом ТВЧ. Упрочнение производится на глубину от 1 до 3 мм при обеспечении твердости НRC 45 – 52.

Упрочнение направляющих может производится лучом лазера, скорость перемещения которого превышает скорость тепловой волны. Благодаря большой скорости перемещения и малого нагрева образуется высокопрочная мелкозернистая структура поверхности слоя. Вследствие небольшого нагрева температурные деформации заготовки в этом случае будут меньше.

Отделочными методами обработки направляющих являются шлифование, тонкое фрезерование, шабрение, иногда тонкое строгание.

Шлифование является наиболее распространенным методом окончательной обработки направляющих, обеспечивая точность в пределах 0,01 мм на длине 9000 мм.

При использовании эльборовых кругов обеспечивается повышение качества поверхности, высокая точность - 0,005 мм на длине 1000 мм, шероховатость Ra = 0,63–0,16 мкм , снижается вероятность появления прижогов.

Машинное время примерно в три раза меньше, по сравнению с обработкой абразивными кругами.

Шабрение применяют в следующих случаях: при невозможности получения высокой точности обработкой резанием (0,002 мм на длине 1000 мм), при отсутствии необходимого оборудования, при обработке труднодоступных мест, граней, торцов, для повышения качества поверхности путем создания на ней масляных карманов, обеспечивающих удерживание тонких слоев смазки.

Тонкое фрезерование инструментом, оснащенным СТМ, в ряде случаев позволяет заменить шлифование и шабрение. При тонком фрезеровании обеспечивается повышение качества поверхности за счет меньших температурных деформаций, повышается производительность обработки.

В ряде случаев может применяться тонкое строгание на тщательно выверенных продольно-строгальных станках с широкими резцами из быстрорежущего материала.