Инструмент для сверления и обработки отверстий

Под сверлением понимают процесс образования отверстия в сплошном материале с помощью сверла. Сверлом можно также рассверливать (увеличивать диаметр) имеющееся отверстие, полученное при литье, ковке, штамповке или сверлении. Обработкой сверлами в обычных условиях нельзя достичь размера точнее 12-го квалитета и шероховатости поверхности менее R_z = 40 мкм. Для повышения характеристик точности обрабатываемого отверстия до 11 … 10 квалитетов и R_z -20 мкм применяют зенкерование. Окончательную обработку точных отверстий выполняют развертками, обеспечивая черновым развертыванием 9 - 8 квалитеты, а чистовым развертыванием 7 - 6 квалитеты точности при R_z = 6,3 … 1,6 мкм. Большую часть всех отверстий малых и средних диаметров (до 100 мм) в деталях машин получают на сверлильных станках, в которых инструмент, как правило, осуществляет оба движения резания: главное вращательное и осевое подачи.

Режущий инструмент, используемый при работе на сверлильных станках. Для сверления и рассверливания отверстий чаще других применяют спиральные сверла (рис. 6.39). Сверло состоит из рабочей части I, включающей режущую II и направляющую III части, шейку IV и хвостовик V с лапкой VI.

Сверла малых диаметров имеют цилиндрический хвостовик, более крупные – конический. Установка и закрепление сверла производится через хвостовик, который с помощью патрона, переходных втулок или непосредственно соединяется со шпинделем станка. На режущей части сверла (рис. 6.39) различают две главные 1, одну поперечную 2 и две вспомогательные 3 режущие кромки. Передняя поверхность 4 сливается с винтообразной канавкой, по которой отводится стружка. Как и передняя, задняя поверхность имеется у каждого из двух зубьев, узкие ленточки 6 которых обеспечивают направление сверла при резании.

Геометрия режущей части сверла имеет определенные особенности. Передний угол γ измеряют в секущей плоскости ББ, перпендикулярной к главной режущей кромке. Задний угол α измеряют в плоскости АА, параллельной оси сверла. Угол наклона винтовой канавки ω измеряют между касательной к винтовой поверхности и образующей цилиндра. Углы γ, α и ω непостоянны в разных точках сверла, причем угол α уменьшается, а углы γ и ω увеличиваются от центра сверла к периферии. Главные режущие кромки образуют угол при вершине сверла 2φ. Угол наклона поперечной кромки φ измеряют между проекциями главной и поперечной режущих кромок на плоскость, перпендикулярную к оси сверла. У поперечной режущей кромки угол γ отрицательный. Поэтому она работает в трудных условиях, скользя по поверхности, пластически деформируя обрабатываемый материал.

В ряде случаев возникает необходимость в применении специальных видов спиральных сверл. Например спиральные сверла с отверстиями вдоль винтового зуба, по которым можно подавать жидкость, нашли применение для сверления труднообрабатываемых материалов.

Центровочные сверла (рис. 6.40, а) применяют для получения в торцах валов базирующих углублений (см. рис. 6.28, а). Отверстия, длина которых превышает 3 … 5 диаметров, называют глубокими. Отверстия с диаметром более 30 мм и длиной более 10 диаметров обрабатывают ружейными (перовыми) сверлами. Режущую часть ружейного сверла имеет одну режущую кромку (рис. 6.40, б). Сверло вводят в предварительно полученное неглубокое отверстие. Для лучшего направления и облегчения внедрения сверла в обрабатываемую заготовку его вершина смещена относительно оси на е ~ 0,2d. Увод сверла предотвращается спинкой 1, опирающейся при вращении на обработанную поверхность отверстия. Охлаждающая жидкость, подаваемая по внутреннему отверстию А под давлением 2 … 2,5МПа, выводится вместе со стружкой по наружной канавке Б. Для сверления глубоких отверстий диаметром 25 … 80 мм применяют ружейные сверла оснащенные пластинками из твердого сплава 2 (рис. 6.40, в). Подаваемая в зазор между сверлом и отверстием заготовки жидкость отводится из зоны резания вместе со стружкой через центральный канал 4. Колодки 3 предотвращают увод сверла.

Рис. 6.40. Инструмент для обработки отверстий

Сквозные отверстия диаметром более 80 мм сверлят кольцевыми сверлами, на торцовой части которых закреплены режущие пластинки. Их ширина несколько превышает толщину стенок трубчатого корпуса. После сверления внутри корпуса остается цилиндрический стержень. Такой способ снижает затраты мощности на резание и потери материала в стружку. Глубокое сверление обычно проводят на станках горизонтального типа при вращении заготовки и подаче сверла.

Зенкер отличается от сверла более жесткой рабочей частью, отсутствием поперечной кромки и увеличенным числом зубьев (не менее трех). Зенкеры бывают хвостовыми (рис. 6.40, г) и насадными. Хвостовые зенкеры – это зенкеры небольшого диаметра изготовленные, как и сверла, за одно целое с хвостовиком. Насадные зенкеры выпускают, начиная с диаметра 25 мм. Эти зенкеры имеют только рабочую часть с внутренним отверстием, которым насаживаются на оправку с коническим хвостовиком. Оправка закрепляется в конусное отверстие шпинделя токарного станка. Зенкером обрабатывают предварительно полученные отверстия, существенно повышая их точность, особенно по расположению оси. Обработка отверстия зенкером называется зенкерованием. Специальные зенкеры, предназначенные для обработки углублений под головки болтов и винтов, называют зенковками, а производимую ими обработку – зенкованием. Зенковки бывают цилиндрическими (рис. 6.40, д) и коническими (рис. 6.40, е). Цилиндрические зенковки обычно имеют направляющую часть 5 для обеспечения соосности углубления и основного отверстия. С направляющей частью изготовляют и цековки - специальные зенкеры, работающие только главными режущими кромками 6 (рис. 6.40, ж). Цекованием получают перпендикулярные оси отверстия плоские опорные поверхности для крепежных средств.

Развертывание производят многолезвийным инструментом - развертками, срезающим очень тонкие слои с обрабатываемой поверхности. Различают развертки цилиндрические (рис. 6.40, з) и конические. Конические развертки со стружко-разделительными канавками (рис. 6.40, и) применяют для предварительного развертывания. Как и зенкеры, развертки выполняют хвостовыми и насадными, с прямыми и с винтовыми зубьями. Благодаря последним улучшаются условия обработки отверстий с продольными канавками, пазами, выемками.

Нарезание внутренней резьбы на сверлильных станках осуществляют машинными метчиками. Рабочая часть метчика имеет форму винта с продольными или винтовыми канавками, благодаря которым образуются режущие кромки (рис. 6.40, к). Метчик имеет заборный конус 7, что обеспечивает постепенное прорезание резьбы, которая окончательно формируется калибрующей частью 8. Хвостовая часть 9 закрепляется в специальном патроне.

В крупносерийном и массовом производстве для повышения производительности применяют комбинированный инструмент, позволяющий выполнять несколько видов обработок (рис. 6.40, л).

Типы сверлильных станков

Главный параметр сверлильных станков - наибольший диаметр D_б сверления отверстия в стали средней твердости (НВ 200 - 250). К основным параметрам относятся наибольший вылет шпинделя L_б, наибольшее расстояние от торца шпинделя до стола или фундаментной плиты Н_б, наибольший ход шпинделя h_б и др.

Среди признаков различия сверлильных станков наиболее характерными являются расположение шпинделей (вертикальное и горизонтальное), назначение или степень специализации (универсальные и специализированные на определенные виды работ).

Вертикально-сверлильные станки (рис. 6.41, а),позволяющие выполнять все виды сверлильных работ, составляют основную часть парка сверлильных станков. Они бывают одношпиндельными и многошпиндельными, в настольном и напольном исполнении, с диаметром получаемого отверстия от 3 до 75 мм.

Для установки заготовки обычно служит стол 1. Хвостовик режущего инструмента или оправка устанавливаются в коническое отверстие шпинделя 2. Средние станки имеют раздельными коробку скоростей 3 и шпиндельную бабку 4 с механизмом подачи. Стол и шпиндельная бабка могут совершать установочное перемещение Sy по направляющим 5 колонны (станины) станка. Значение h_б зависит от D_б и колеблется от 130 до 500 мм. На вертикально-сверлильных станках обрабатывают небольшие заготовки массой до 25 кг. Для обработки очередного отверстия заготовку необходимо переустанавливать таким образом, чтобы ось шпинделя была сосна оси будущего отверстия.

а б

Рис. 6.41. Сверлильные станки

Радиально-сверлильные станки (рис. 6.41, б) предназначены для обработки большого числа разнообразных отверстий в крупных заготовках без их переустановки. Заготовку помещают на столе 6 или фундаментной плите 7. Шпиндель 5 можно сравнительно быстро установить соосно с любым обрабатываемым отверстием благодаря установочным перемещениям шпиндельной бабки 4 по траверсе 2 (Sy₁) и колонны 1 вокруг оси (Sy₂). Третье установочное перемещение (Sy₃) осуществляют подъемом или опусканием траверсы. Радиально-сверлильные станки отличаются большими значениями Н_б и L_б , которые в крупных станках достигают 3 м и более (у вертикально-сверлильных станков Н_б < 1,0 м и L_б < 0,5 м). Коробка скоростей 3 обеспечивает необходимый диапазон регулирования скорости резания.

Наряду со стационарными применяют переносные и передвижные станки. Первые, перенося подъемным краном в необходимое место, и обрабатывают вертикальные, горизонтальные и наклонные отверстия в крупногабаритных заготовках. Вторые монтируют на самоходных тележках, перемещающихся по рельсам. Для обработки отверстий в листовых материалах используют радиально-сверлильные станки, в которых не предусмотрено вертикальное перемещение траверсы. Для получения центровых отверстий в валах используют центровальные, а для глубоких отверстий горизонтально-сверлильные станки. Для повышения производительности сверлильных работ применяют многошпиндельные головки, а в крупносерийном и массовом производстве многошпиндельные автоматы.

Приспособления к сверлильным станкам. Для использования на одном станке режущего инструмента разных диаметров применяются переходные втулки. Имеется стандартный набор втулок, обеспечивающий закрепление инструмента любого диаметра в коническом отверстии шпинделя Переходные втулки бывают двух типов, для инструмента с коническим хвостовиком и для инструмента с цилиндрическим хвостовиком (рис. 6.42, а). Для инструментов с цилиндрическим хвостовиком небольшого диаметра применяют также патроны трехкулачковые и цанговые. Нашли распространение быстросменные патроны (рис. 6.42, б), позволяющие сменить инструмент, не останавливая вращения шпинделя, при поднятой вверх накатной части 1 патрона.

Для установки и закрепления заготовок применяют ма­шинные тиски, угольники, поворотные столы, струбцины 2, прихваты 3, призмы 4 (рис. 6.42, в) и другие приспособления. В серийном производстве часто используют специальные приспособления - кондукторы (рис. 6.42, г). В корпусе кондуктора 6, в который вставляется заготовка, имеются кондукторные втулки 5 для направления инструмента строго по заданным осям обрабатываемых отверстий. Втулки изготавливаются из инструментальной стали. Сверление производится через втулку. После сверления в заготовке отверстий их оси будут иметь те же координаты, что и оси кондукторных втулок. Применение кондукторов исключает трудоемкую операцию разметки отверстий в заготовке.

Примеры схем обработки на вертикально-сверлильном станке приведены на рис. 6.43.

6.6.3. Технологические возможности расточных станков

Обработка на фрезерных станках

Метод фрезерования и типы фрез

Фрезерование - это высокопроизводительный метод обработки плоскостей, криволинейных поверхностей и различных канавок, уступов, выступов многолезвийными инструментами - фрезами, которые совершают главное вращательное движение. Движение подачи чаще всего сообщается заготовке. Среди других видов лезвийного инструмента фрезы выделяются наибольшим разнообразием. Их различают по технологическому назначению, расположению, форме и материалу режущих зубьев, способу закрепления на станке и многим другим признакам.

Широкое распространение получили фрезы, цилиндрические с прямыми или винтовыми зубьями (рис. 6.49, а); торцовые (рис. 6.49, б), как и цилиндрические, предназначенные для обработки плоскостей, дисковые для обработки плоских участков выступов, уступов, пазов разрезания заготовок (рис. 49, в), для выполнения специальных работ (рис. 49, г); концевые для обработки плоских участков (рис. 49, д) и специальных пазов (рис. 49, е, ж), угловые (рис. 49, з) и фасонные (рис. 49, и, к).

Фрезы, применяемые для получения определенных элементов на заготовке, имеют еще и дополнительные названия. Так, фреза для прорезания впадин зубчатых колес (рис. 6.49, г) называется модульной, фреза (рис. 6.49 е) называется Т-образной пазовой, фреза (рис. 6.49, ж) шпоночной. Цилиндрической фрезой можно обрабатывать только одну плоскую поверхность, другие допускают одновременную обработку двух (например, угловая фреза) или трех (например, дисковая трехсторонняя) поверхностей.

Концевые фрезы имеют хвостовое исполнение. Цилиндрические фрезы выполняют насадными на оправку. Насадными обычно делают и торцовые фрезы. Цилиндрические и торцовые фрезы, начиная с диаметра 75 мм, изготавливают со вставными ножами из быстрорежущей стали. Для корпуса фрезы используют сталь 40Х. Насадная торцовая фреза с ножами, оснащенными твердым сплавом, может иметь диаметр от 100 до 630 мм. Хвостовая часть концевых фрез при диаметре свыше 10 мм делается из стали 45 или 50 и затем приваривается встык к рабочей части.

Рис. 6.49. Основные типы фрез

Ножи 1 из быстрорежущей стали (рис. 6.50, а) делают клиновидными с рифлениями, что позволяет многократно перетачивать затупившуюся фрезу, сместив предварительно на одно или несколько рифлений ножи в корпусе 2. Крупногабаритные фрезы (рис. 6.50, б) изготавливают с ножами (резцами) 3 имеющими твердосплавную режущую напайку. Ножи затачивают вне корпуса 4, а затем закрепляют в его пазах при помощи планки 5, прижимаемой втулкой со скосом 6. Фреза допускает регулировку положения ножей в осевом и радиальном направлениях, что используется для ступенчатого снятия припуска.

Для повышения качества пазов, обрабатываемых при глубоком внедрении фрезы, например, Т-образной (см. рис. 6.49, е) или трехсторонней (рис. 6.50, а), в тело заготовки, режущие зубья делаются разнонаправленными, что обеспечивает создание положительных передних углов для всех обрабатываемых поверхностей. Торцовые фрезы с твердосплавными неперетачиваемыми пластинками (рис. 6.50, в) изготавливают диаметром 160 … 315 мм. Ножи 8 с пластинкой крепятся в пазах корпуса 9 винтами 7. Фрезы при резании чугуна и стали допускают глубину резания до 15 мм.

Процесс резания для каждого зуба фрезы имеет прерывистый характер, и большую часть времени он свободен от резания. В этот период зуб охлаждается, что положительно влияет на стойкость фрезы. В зависимости от направления вращения цилиндрической фрезы и движения подачи различают встречное (против подачи) и попутное (по подаче) фрезерование (рис. 6.51, а).

Рис. 6.50. Способы крепления вставных ножей

При встречном фрезеровании главное движение зуба противоположно направлению движения подачи. Сечение срезаемого им слоя изменяется номинально от нуля до а_mах (рис. 6.51, б). Врезание зуба происходит с проскальзыванием, что повышает шероховатость обработанной поверхности и ускоряет износ зубьев. Фреза стремится оторвать заготовку от опоры, что требует усиленного ее закрепления. К преимуществам этой схемы обработки, применяемой при черновом фрезеровании, следует отнести плавное возрастание нагрузки на зуб, слабое воздействие на него литейной корки, окалины и других дефектов обрабатываемой поверхности (фрезерование из под корки).

Рис. 6.51. Варианты направления подачи

При попутном фрезеровании, используемом при чистовом фрезеровании, главное движение зуба совпадает с движением подачи. Сечение слоя уменьшается от а_mах до нуля. На а_mах влияет подача Sz=Sо/Z=Sм /Zn_ф, где Sz - подача на зуб, мм/зуб; Sо - подача на оборот фрезы, мм/об; S_M - минутная подача, мм/мин; Z - число зубьев фрезы; n_ф - частота вращения фрезы, об/мин.

В зависимости от расположения торцовой фрезы относительно заготовки при резании различают симметричное (рис. 6.51, в) и асимметричное (рис. 6.51, г) фрезерование. Диаметр фрезы D, мм, оказывает существенное влияние на врезание l₁ которое для цилиндрической и торцовой (при симметричном резании) фрезы составляет соответственно

, ,

где t — глубина резания, мм; В — ширина обрабатываемой поверхности, мм.

Геометрия зуба и заточка фрезы. У зубьев торцовой фрезы различают главную 1и вспомогательную 2 режущие кромки. В насадных фрезах дополнительно делают переходную режущую кромку шириной f₀ (рис. 6.52, а).

Переходная кромка повышает прочность режущей части зуба. Главный угол φ и вспомогательный угол φ₁ в плане измеряют в плоскости, проходящей через вершину зуба и ось фрезы. Углы образуются соответствующими проекциями кромок на осевую плоскость и направлением подачи. Как и у резцов, угол φ₁ зуба фрезы заметно влияет на шероховатость обработанной поверхности, его выполняют небольшим (от 9 до 10°). Передний угол γ и главный задний угол α измеряют в плоскости, перпендикулярной проекции главной режущей кромки на осевую плоскость. Цилиндрическая фреза имеет только главную режущую кромку и характеризуется углом γ, углом α и углом наклона зубьев ω. Угол γ определяют в плоскости, перпендикулярной главной режущей кромке. Угол α определяют в плоскости, перпендикулярной оси вращения фрезы.

Фрезы изготавливают с остроконечными (рис. 6.52, б) и затылованными (рис. 6.52, б) зубьями. Остроконечная форма зуба характеризуется линейными образующими передней и задней поверхностей. Заточку и последующую переточку затупившихся зубьев остроконечных фрез, как правило, выполняют по задней поверхности. В затылованном зубе задняя поверхность образована спиралью Архимеда. Такой зуб при его переточке по передней поверхности мало изменяется по диаметральному размеру и практически сохраняет исходную форму главной режущей кромки Прочность кромки затылованного зуба больше, чем у остроконечного. Однако, учитывая, что износ зубьев фрез преобладает по задней поверхности и затылованная форма требует применения специальных станков, большинство типов фрез выполняют остроконечными., Затылованный зуб имеют фрезы со сложной формой режущей кромки, например, фасонные.

Точностные показатели участков деталей, обработанных фрезерованием, изменяются в широких пределах и определяются многими факторами. В среднем можно считать, что точность размера и шероховатость обработанной поверхности составляют: при черновом фрезеровании 11 квалитет и Rz = 40 … 20 мкм; при чистовом фрезеровании 9 квалитет и Rz = 20 … 6,3 мкм; при тонком фрезеровании 8 квалитет и Rz = 6,3 … 3,2 мкм.