3.3. Технологический процесс обработки шпинделей

В зависимости от назначения различают шпиндели: 1) полые, имеющие сквозное осевое отверстие, которое на одном или на обоих концах переходит в точное цилиндрическое или конусное; 2) имеющие несквозное точное цилиндрическое или коническое отверстие; 3) сплошные без осевого отверстия.

Рисунок 3.2. – Шпиндель токарно-винторезного станка

Более распространена первая группа шпинделей для наибольшего числа типоразмеров станков; они же отличаются наибольшей сложностью изготовления.

Все заготовки шпинделей, полученные ковкой или штамповкой, перед механической обработкой подвергают термической обработке (нормализации, улучшению), так как после снятия с поверхности шпинделя слоя металла может произойти значительное перераспределение внутренних напряжений, а это повлечет за собой значительные, деформации шпинделя не только после последующей обработки опорных шеек, но и в процессе его эксплуатации. Избежать этого можно правильным выбором материала и термической обработкой заготовки, а также созданием наиболее технологичной конструкции шпинделя и выбором правильного технологического процесса с разделением обработки на черновую и отделочную.

Основными базами шпинделя (рисунок 3.2) являются его опорные шейки, но так как использовать их в качестве технологических баз на большинстве операций невозможно, при обработке наружных поверхностей технологическими базами служат поверхности центровых отверстий. При обработке же центрального отверстия в шпинделях первых двух групп в качестве технологической базы используют его основные базы — опорные шейки.

Чистовую и отделочную обработки опорных шеек и соосных с ними наружных поверхностей шпинделей с осевым отверстием производят на специальных пробках или оправках с зацентрованными отверстиями. Пробки вставляют в расточенные с обеих сторон цилиндрические или конические отверстия шпинделя, которые служат технологическими базами. Пробки, входящие дополнительным звеном в технологическую размерную цепь при смене их на различных операциях, могут дать существенные погрешности установки, которые повлияют на положение исполнительной поверхности центрального отверстия относительно поверхности опорных шеек. Чтобы уменьшить это влияние погрешности на конечную точность шпинделя, чистовые и отделочные операции обработки наружных поверхностей следует выполнять на одних и тех же пробках, вставленных в шпиндель, без их смены. Это потребует большого числа пробок, но зато повышается точность обработки.

В таблице 3.1 приведен технологический маршрут обработки шпинделя токарно-винторезного станка I6K20 в условиях серийного производства.

Таблица 3.1. – Технологический маршрут обработки шпинделя токарно-винторезного станка

Продолжение таблицы 3.1.

Продолжение таблицы 3.1.

Продолжение таблицы 3.1.

Продолжение таблицы 3.1.

По мере необходимости иногда в технологический маршрут включают операции правки шпинделя после термической обработки, особенно для шпинделей, изготовляемых из цементуемых сталей, так как они подвергаются длительному нагреву. Однако правка нежелательна.

Анализ приведенного технологического маршрута показал, что сохранить единство баз ввиду сложности профиля шпинделя не удается, поэтому при обработке на различных операциях происходит смена баз. Даже при чистовой обработке наружных поверхностей практически не удается на всех операциях вести обработку от основных опорных шеек. Это объясняется тем, что опорные шейки расположены на значительном расстоянии от концов шпинделя, это затрудняет использование их в качестве технологических баз, так как происходит усложнение зажимных устройств станков и появляется вероятность возникновения вибраций. Установка на наружные поверхности шеек, соосных с опорными шейками шпинделя и обработанных совместно на одной операции, не вызывает погрешностей, выходящих за пределы технических требований.

Для максимального же сокращения отклонения от соосности исполнительной поверхности осевого отверстия относительно оси вращения шпинделя при обработке в качестве технологических баз используют окончательно обработанные поверхности опорных шеек.

В зависимости от серийности производства черновую и чистовую обработку наружных поверхностей шеек шпинделя производят на токарных, многорезцовых и гидрокопировальных станках. Сравнительно сложная конфигурация шпинделя с большим числом ступеней, незначительно различающихся по диаметру, часто не позволяет получить заготовку наиболее прогрессивными методами с минимальными припусками по всему профилю из-за экономической нецелесообразности для данного вида производства.

Поэтому далеко не всегда удается снять все припуски, состав- ляющие на отдельных участках более 15 мм, за одну операцию и, как видно из приведенного маршрута обработки, эту операцию разделяют на черновую и чистовую под шлифование.

Практика показала, что даже при небольших размерах партий экономически целесообразно вести обработку не только на токарных станках с ЧПУ, но и на многорезцовых и гидрокопировальных станках. Многорезцовые станки позволяют применять несколько резцов и сокращать длину рабочих ходов. Гидрокопировальные станки (несмотря на то, что продольное обтачивание производится одним резцом по копиру) вследствие их быстроходности и большой жесткости позволяют вести обработку на высоких режимах резания, что значительно сокращает машинное и вспомогательное время. Обтачивание ведется при скорости резания 150...160 м/мин, глубине резания 5...15 мм с подачей 0,32 мм/об твердосплавными резцами с пластинами из Т14К8 и Т15К6.

Заготовку устанавливают в центрах, поджимая левый торец к опорному кольцу, от которого ведется настройка линейных размеров. Крутящий момент передается поводковым патроном с самозахватывающими кулачками, которые захватывают заготовку за наружную поверхность и тем самым не позволяют производить обработку напроход по всей длине без перестановки заготовки. Применить же специальные торцовые поводковые патроны для черновой обработки, требующие большой осевой силы центра задней бабки, не всегда возможно, так как это может вызвать продольный изгиб обрабатываемой заготовки.

Так как большие силы резания, воспринимаемые центрами станка, вызывают смятие и изнашивание поверхностей зацентрированных отверстий, могут появляться зазоры и, следовательно, нарушается базирование в процессе снятия стружки резцом, в итоге понижаются точность и качество обрабатываемой поверхности. Периодический или постоянный поджим заготовки к передней опоре пневматическим или гидравлическим задним центром устраняет подобные усложнения. При тонких валах или шпинделях значительные силы, создаваемые вдоль оси гидравлическим или пневматическим цилиндром задней бабки, могут вызвать продольный изгиб деталей, превышающий допустимые биения обрабатываемых шеек под шлифование (не более 0,2...0,1 мм), что заставляет вводить дополнительные операции правки или увеличивать припуск на шлифование (или снижать режимы черновой токарной обработки).

Иногда после чернового обтачивания шпинделя его подвергают термической обработке — нормализации (стабилизирующему отжигу) для ослабления внутренних напряжений, улучшения механических свойств и обрабатываемости материала.

Осевые отверстия сверлят на специальных станках для глубокого сверления. Станок для глубокого сверления РТ-54 имеет два шпинделя для одновременной обработки двух заготовок. Отверстия диаметром до 80 мм сверлят специальными перовыми сверлами. Охлаждающая жидкость, служащая одновременно для удаления стружки, подается через канал державки сверла в зону резания. Для сверления отверстий большого диаметра, прошитых в заготовке, применяют многорезцовые расточные головки.

Глубокое отверстие в шпинделе сверлят обычно с двух установов: сначала на определенную глубину с одного конца, а затем — напроход с другого конца. В качестве технологических баз используют наружные поверхности предварительно обточенных шеек шпинделя. Одной шейкой заготовка устанавливается в патрон станка, а другой опирается на люнет.

Отверстие шпинделя токарного станка 16К20 диаметром 55 мм обрабатывают сверлом из быстрорежущей стали со скоростью резания v = 26,6 м/мин и подачей S = 0,2 мм/об. Применение сверл из твердого сплава позволяет повысить скорость резания до 60...70 м/мин. Допуск концентричности отверстия после сверления — не более 0,5 мм.

Затем в головной части шпинделя зенкеруют отверстие на больший диаметр для последующей обработки конуса. Окончательное растачивание технологического конуса в хвостовой части и предварительное в головной и подрезку торцов можно производить на токарном станке и с двух установов, применяя гидрокопировальный суппорт. Эти конусные отверстия служат затем технологическими базами, в которые вставляют калиброванные пробки с зацентрованными отверстиями для дальнейшей обработки наружных поверхностей шпинделя.

Последняя операция механической обработки перед термической обработкой — сверление, развертывание отверстий во фланце и нарезание резьбы. В зависимости от серийности выпуска сверление может осуществляться на вертикально-сверлильном, радиально-сверлильном, а также на агрегатно-сверлильных станках. Сверление на вертикально-сверлильном станке можно производить с использованием многошпиндельной головки. В этом случае нарезание резьбы выполняют как отдельную операцию обычно на радиально-сверлильном станке.