Закрепление детали на отверстии и. Установка и закрепление деталей в патронах

Короткие детали обычно устанавливают и крепят в патронах, которые подразделяются на простые и самоцентрирующие.

Четырехкулачковые патроны

Простые патроны изготовляют обычно четырехкулачковыми (рис. 41). В таких патронах каждый из четырех кулачков (1, 2, 3 и 5) перемещается своим винтом 4 независимо от остальных. Это позволяет устанавливать и закреплять в них детали, имеющие несимметричную наружную форму. При закреплении детали в четырехкулачковом патроне необходимо ее правильно установить, чтобы она не била при вращении.

Рис. 41 Простой четырехкулачковый патрон

Правильность установки детали можно проверять чертилкой рейсмуса (рис. 42). Чертилку рейсмуса подводят к проверяемой поверхности, оставляя зазор между ними 0,3-0,5 мм. Детали сообщают медленное вращение и следят за тем, как изменяется этот зазор. По результатам наблюдения отжимают одни кулачки и поджимают другие до тех пор, пока зазор не станет равномерным по всей окружности детали. После этого деталь окончательно закрепляют всеми четырьмя кулачками, равномерно поджимая их ключом один за другим.

После закрепления детали в патроне нужно обязательно вынуть ключ. Если этого не сделать, то при пуске станок может сломаться; кроме того, рабочий подвергается опасности получить увечье.

Самоцентрирующие патроны

Самоцентрирующие патроны (рис. 43) в большинстве случаев применяются трехкулачковые и значительно реже двухкулачковые. Эти патроны очень удобны в работе, так как все кулачки перемещаются одновременно, благодаря чему деталь, имеющая цилиндрическую поверхность (наружную или внутреннюю), устанавливается и зажимается точно по оси шпинделя; кроме того, значительно сокращается время на установку и закрепление детали .

На рис. 43, а показан трехкулачковый самоцентрирующий патрон. В нем кулачки перемещаются при помощи торцового четырехгранного ключа, который вставляют в четырехгранное отверстие 1 (рис. 43, а и б) одного из трех конических зубчатых колес 2. Эти колеса сцеплены с большим коническим зубчатым колесом 3. На обратной плоской стороне колеса 3 нарезана многовитковая спиральная канавка 4 (рис. 43, б). В отдельные витки этой канавки входят нижними выступами все три кулачка 5. Когда ключом повертывают одно из зубчатых колес 2, вращение передается зубчатому колесу 3. Вращаясь, оно посредством спиральной канавки 4 перемещает по пазам корпуса патрона одновременно и равномерно все три кулачка. При вращении диска со спиральной канавкой в ту или другую сторону кулачки приближаются или удаляются от центра, соответственно зажимая или освобождая деталь.

Необходима обращать внимание на прочный зажим детали в кулачках патрона. Если патрон в исправном состоянии, то прочный зажим детали обеспечивается применением ключа с нормальной ручкой (рис. 44). Другие способы зажима, например зажим при помощи ключа и длинной трубы» надеваемой на ручку, применять запрещается.

Рис 43 - Трехкулачковый самоцентрирующий патрон

После зажима детали нельзя оставлять ключ в патроне, так как это может привести к несчастному случаю или поломке оборудования.

Кулачки патронов

Кулачки патронов применяют закаленные и сырые. Обычно пользуются закаленными кулачками, так как они изнашиваются медленно. Но при зажиме такими кулачками на деталях с чисто обработанными поверхностями остаются следы в виде вмятин от кулачков. Чтобы избежать получения вмятин, в этих случаях рекомендуется применять сырые (незакаленные) кулачки, которые точно обрабатывают (пригоняют) по диаметру закрепляемой в них детали.

Сырые кулачки удобны еще и тем, что их можно периодически растачивать резцом и тем устранять биение патрона, которое неизбежно при длительной его работе. Растачивают кулачки точно по размеру закрепляемой в них детали.

Установку и закрепление деталей в патроне с поддержкой задним центром применяют при обработке длинных и сравнительно тонких деталей (рис. 44), которые недостаточно закрепить только в патроне, так как сила резания и вес выступающей части детали могут изогнуть ее и вырвать из патрона.

При снятии детали отжимают кулачки патрону и, поддерживая деталь левой рукой, выводят из нее задний центр, для чего правой рукой вращают маховичок

Министерство образования Российской Федерации

«МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского

Кафедра «Технология производства двигателей летательных

аппаратов»

ВЫБОР СПОСОБА ЗАКРЕПЛЕНИЯ ДЕТАЛИ ПРИ ТОЧЕНИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

по курсу "Основы технологии производства двигателей летательных аппаратов"

Составители:

Хворостухин Л.А.

Бойцов А.Г.

Москва 2001

Технологический процесс механической обработки, представляя собой сложную комплексную задачу, складывается из совокупности операций, выполняемых в определенной последовательности. Для решения этой задачи необходимо знание основных положений технологии машиностроения и наличие некоторых производственных навыков разработки технологических процессов.

Правильно спроектированный технологический процесс должен обеспечить предусмотренную чертежом точность и шероховатость обработки всех поверхностей детали. Технолог, проектируя каждую операцию технологического процесса изготовления детали, должен найти решения, обеспечивающие выполнение всех этих требований.

Цель работы: выбор способа закрепления детали при обточке её цилиндрической поверхности на токарном или токарно-револьверном станке, исходя из допустимой конусности поверхности, получение исходных экспериментальных данных, необходимых для решения задачи.

1. ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ

Основной причиной появления конусности обтачиваемой поверхности является изгиб детали под воздействием усилия резания.

На рис. 1 показан случай обработки детали в патроне. Изделие подвергается действию сил Рх, Ру, Pz .

Сила Рх производит сжатие и изгиб, силы Р z , Ру производят изгиб; сила Р z производит, кроме того, кручение с моментом

Деформациями кручения и сжатия, а равно изгиба от действия сил Р z и Ру , в большинстве случаев можно пренебречь ввиду их незначительного влияния на точность обработки. Наибольшее значение имеет деформация изгиба от действия силы Ру . Под действием этого изгиба ось х-х изделия занимает положение х-х¹ и

t факт = t ном – у (1)

Соответственно, диаметр обрабатываемой детали d факт получается больше номинального диаметра d ном на величину

d = d факт – d ном = 2у (2)

Прогиб у определяется формулой

Рис. 1. Схема проточки образца, закрепленного консольно в

патроне токарного станка.

(3)

где ℓ - длина изделия, мм;

Е - модуль упругости, кг/мм 2 (для стали Е = 2.10 4 – 2,1.10 4);

J - момент инерции поперечного сечения издели я, мм 4

, (4)

В результате отхода изделия от резца обработка с назначенной глубиной резания t ном осуществляется только у места закрепления детали (см. рис.1).

Из теории резания известно, что

Р у = 0,4 С р t хр S ур , (4)

где С р - коэффициент, зависящий от физико-механических

свойств материала детали;

t - фактическая глубина резания, мм;

S - подача резца на 1 оборот изделия, мм (выбирается,

исходя из заданной чистоты обработки поверхности);

х р , у р - показатели степени у глубины резания t и подачи S .

Для сталей х р = 1,0; у р = 0,78.

Подставляя значение t факт. Из выражения (1) в (4) получим

Р у = 0,4С р (t ном – у) хр S ур . (5)

Подставляя далее значение Р у из (5) в (3) и учитывая, что для круглого сечения
, где

D – диаметр детали до обработки, получим:

или
.

Учитывая, что для сталей х р  1,0, из выражения (6) определяем значение у :

.

Обозначая
выражение (7) можно записать в виде:

. (8)

Зная длину обрабатываемой детали ℓ, диаметр заготовки D , модуль упругости детали Е и режим обработки (t ном , S ) из выражения (7) можно определить, какова будет конусность детали после обработки:

(9)

, (10)

где D e - конусность на длине ℓ при консольном креплении детали;

d кц - диаметр детали в сечении, наиболее отделенном от патрона (концевом);

d kp - диаметр детали в сечении, совпадающем с плоскостью патрона (корневом) (см. рис. 1).

При чистовой обточке стальных деталей величина второго слагаемого знаменателя всегда исчисляется двузначным числом. Поэтому без существенного ущерба для точности расчёта при решении практических задач единицей в знаменателе можно пренебречь и вместо выражения (9) пользоваться приближенной формулой

(11)

Выражение (10), представляющее собой уравнение гиперболы, графически изображено на рис. 2. Пользуясь такой диаграммой, легко решить вопрос, допустимо ли закреплять заданную деталь консольно в патроне при обточке с режимом (t , S ), если требуется обеспечить конусность не более ∆D 1 на длине l .

Для решения этого вопроса необходимо определить для заданной детали величину , нанести полученное значение на ось абсцисс диаграммы и из нанесенной точки восстановить перпендикуляр до пересечения его с прямой ∆D e = ∆ D 1 (cм. рис.2, точка “”).

Если точка “a” ложится выше кривой ∆D e = f () , то детали можно закреплять консольно в патроне.

Если точка “a” расположится ниже кривой, то для обеспечения предъявляемых требований в отношении конусности, деталь необходимо крепить в центрах или поддерживать люнетом.

Рис. 2 График ∆D е = f ()

Наибольший прогиб вала при обработке в центрах определяется по формуле

Y max =
. (12)

Из сравнения с формулой (3) видно, что при обточке в центрах прогиб детали будет в 16 раз меньше, чем при консольном креплении.

З А Д А Н И Е

И с х о д н ы е д а н н ы е:

а) материал детали ст. 45 (σ в = 70 кг/мм 2 , С р = 184);

б) режим обработки t = 1 мм; S = 0,12 мм/об;

n = 665об/мин;
м/мин;

резец Р18, проходной.

2. Построить аналогичную кривую экспериментальным путем для

тех же исходных данных и сравнить ее с теоретической.

3. Оценить возможность консольного закрепление в патроне при

обточке детали с заданными значениями.

Примечание. Допустимая конусность ∆D 1 задается преподавателем.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

l 6 = 90 мм.

Построить полученную кривую в отчете.

Установить образец № 1 в патрон станка таким образом,

чтобы длина выступающей части была равна 110 мм.

Произвести настройку станка на заданные обороты и подачу.

Обточить образец в несколько проходов (при глубине резания t = 0,1 – 0,05 мм) до полного устранения биения образца таким образом, чтобы резец в крайнем левом положении не доходил до кулачков патрона на 1-2 мм и разность диаметров образца у корны и у конца не превышала 0,02 – 0,03 мм.

Промеры диаметров образца производить микрометром.

Диаметр после обточки, измеренный у корня образца, записать в протокол.

5. Прользуясь лимбом, установить резец на глубину резания,

указанную в задании (t ном ).

Эскиз закрепления детали (см. рис. 1).

Таблица вычислений для построения теоретической кривой.

Таблица замеров для построения экспериментальной кривой.

Выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

какие факторы влияют на величину конусности детали при обточке и на рассеивание этой величины?

Какими мероприятиями можно уменьшить погрешности формы детали при обточке.

Как влияют механические свойства заготовки, качество заточки резца и его геометрии на точность обработки детали?

ЛИТЕРАТУРА

1. Сулима А.М. Основы технологии производства газотурбинних двигелей. М., «Машиностроение », 1996.

2. Ковшов А. Н. Технология машиностроения. М.,"Машиностроение". 1987.

3. Зернов И.А., Коноров Л.А. Теоретические основы технологии и процессы изготовления деталей самолетов. М., Оборонгиз, 1960.

4. Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. В.М. Кована, т.1 и 2, М., Машгиз, 1983.

Наибольшей точности обработки детали можно достигнуть в том случае, когда весь процесс обработки ведется от одной базы с одной установкой, так как ввиду возможных смещений при каждой новой установке вносится ошибка во взаимное расположение осей поверхностей. Так как в большинстве случаев невозможно полностью обработать деталь на одном станке и приходится вести обработку на других станках, то в целях достижения наибольшей точности необходимо все дальнейшие установки детали на данном или другом станке производить по возможности на одной и той же базе.

Принцип постоянства базы состоит в том, что для выполнения всех операций обработки детали используют одну и ту же базу.

Если по характеру обработки это невозможно и необходимо принять за базу другую поверхность, то в качестве новой базы надо выбирать такую обработанную поверхность, которая определяется точными размерами по отношению к поверхностям, наиболее влияющим на работу детали в собранной машине.

Надо всегда помнить, что каждый переход от одной базы к другой увеличивает накопление погрешностей установок (погрешностей положения обрабатываемой детали относительно станка, приспособления, инструмента).

При выборе баз различного назначения надо стремиться использовать одну и ту же поверхность в качестве различных баз, так как это тоже способствует повышению точности обработки.

В этом отношении целесообразно в качестве измерительной базы использовать установочную базу, если это возможно; еще более высокой точности обработки можно достигнуть, если сборочная база является одновременно установочной и измерительной. В этом и заключается принцип совмещения баз.

Решение вопроса о возможности использования установочной базы в качестве измерительной зависит от того, какой размер детали должен быть точно выдержан и от какой поверхности при измерении может быть произведен отсчет размера.

По рис. 3.4.а точно выдерживается размер х ; отсчет этого размера производится от поверхности А-А, которая в данном случае является одновременно измерительной и установочной базой.

По рис. 3.4.б точно выдерживается размер у , отсчет его производится от поверхности В-В, которая, следовательно, является в этом случае измери­тельной базой; установочной же базой по-прежнему служит поверхность А-А, на которую в обоих случаях устанавливается обрабатываемая деталь.

Рисунок 3.4 - Установочная и измерительная базы

Размеры базы должны позволять получить надежное, прочное крепление детали, обеспечивающее неизменность ее положения во время обработки; базирующие поверхности не должны деформироваться от воспринимаемой ими силы, возникающей при обработке; они должны быть расположены так, чтобы непосредственно воспринимать силу резания и силы зажатия и быть возможно ближе к обрабатываемым поверхностям. Для соблюдения указанных требований необходимо обеспечить плотное прилегание обрабатываемой детали к опорным поверхностям приспособления или станка. Это достигается соответствующими зажимными устройствами, которые закрепляют деталь достаточно жестко, не деформируя ее.

Упругие деформации детали, возникающие от сил зажатия, как и от силы резания, оказывают значительное влияние на точность обработки, особенно при недостаточной жесткости, так как точно обработанная поверхность детали, деформированной силами зажатия, после снятия детали с приспособления может стать искаженной вследствие обратных деформаций детали, освобожденной от сил зажатия. Чтобы деталь не деформировалась при зажатии, необходимо зажимным силам противопоставить реакции опор, располагаемых так, чтобы обрабатываемые поверхности детали были жестко подперты и чтобы силы зажатия создавали в обрабатываемой детали только напряжение сжатия. В основу расчета силы зажатия должна быть положена величина силы резания с учетом ее направления и точки приложения.

Обработка детали начинается с поверхности, которая служит установочной базой для дальнейших операций. Для обработки этой поверхности, т. е. для выполнения первой операции, в качестве черновой базы приходится принимать, как уже упоминалось, необработанную поверхность, которая должна быть по возможности чистой, гладкой и ровной, без заусенцев и уклонов (последние применяются при изготовлении отливок, поковок, штамповок). При отсутствии поверхности, удовлетворяющей этим требованиям, у заготовок делают специальные установочные бобышки, на которые деталь базируется при обработке ее установочной поверхности (установочной базы),

Далее, когда обработана установочная поверхность, обрабатывают остальные поверхности, соблюдая при этом определенную последовательность и имея в виду, что обработка каждой последующей поверхности может искажать ранее обработанную поверхность. Это происходит по той причине, что снятие режущим инструментом слоя металла с поверхности детали вызывает перераспределение внутренних напряжений в материале детали, что приводит к ее деформации.

В связи с указанным явлением сначала обрабатывают поверхности, к точности которых предъявляются меньшие требования, а потом поверхности, которые должны быть более точными. Последней обрабатывается поверхность, которая должна быть наиболее точной и имеет наибольшее значение для работы детали в собранной машине. Если по условиям обработки эту поверхность необходимо обработать раньше, то после обработки всех остальных поверхностей ее надо повторно обработать для выверки и придания ей окончательного размера.

Например, обработку зубчатых колес обычно начинают с обработки отверстия, так как оно (как уже упоминалось выше) служит базой для дальнейших операций. Но так как это отверстие сопрягается с поверхностью вала, на который надевается данное колесо, совместно с ним работает в собранной машине и, следовательно, должно быть очень точным, так как является сборочной базой, то после ряда операций обработка зубчатого колеса заканчивается шлифованием отверстия.

При необходимости точной обработки в качестве установочных баз следует по возможности выбирать основные базы, а не вспомогательные, так как при этом обработка может быть произведена с минимальной погрешностью. При обработке от вспомогательных баз всегда возникают дополнительные погрешности.

Если при выполнении некоторых операций есть опасность получения брака из-за специфических условий обработки, то эти операции следует выполнять в начале процесса обработки, по возможности раньше, благодаря чему в случае брака будет устранена лишняя работа.

Метод крепления и установки заготовки в станке выбирают с учетом точности обработки, габаритов и жесткости материала. Обработка в центрах — это один из широко используемых методов точения деталей на токарном оборудовании.

Когда применяется крепление в центры

установка заготовки с помощью оправки: 1 — оправка средняя часть; 2 — лыска; 3 — центровые отверстия; 4 — заготовка

• Так протачивают длинные детали, у которых длина пятикратно превышает поперечник;
• если нужно создать концентричность поверхностей во время фиксации;
• дальнейший этап точения проходит на шлифовальном оборудовании;
• технология не предусматривает другие методы.

Технология крепления

Заготовка фиксируется в центрах с использованием специальных оправок. Для этого конус оправки не должен превышать 1:2000. На подготовительном этапе в торцах детали делают центральные выемки, в которые будут вставлены верхушки обоих центров. Оправку обрабатывают смазкой и плотно натягивают болванку. Для большей плотности по концу оправки аккуратно постукивают деревянным чурбачком. Закрепление детали в оправках такого типа может меняться в зависимости от ее поперечника.

Движение болванке передается посредством поводкового патрона, который надевается на резьбу шпинделя. Палец поводкового патрона принуждает болванку к вращению. Этот метод более опасен для оператора станка, поэтому предпочтительнее использовать планшайбу поводкового типа с защитным кожухом. Болт закрепляют хомутиком, который опирается на лыску оправки.

Установка заготовок с отверстиями (например, зубчатых колес или втулок) происходит с использованием центровых оправок разнообразной формы. Один из типов оправок имеет шейку в форме цилиндра, на нее надевают заготовку и закрепляют шайбой с гайкой. Гайка прижимается к буртику и фиксирует полученную конструкцию. Слева при помощи винта крепится хомутик. Деталь фиксируется в станке для точения выемками на торцевых участках оправки.

Конструкции центров

Центры для токарной обработки могут иметь различную конструкцию. Самая распространенная представляет собой конус, на него надевается заготовка, а также хвостовик конической формы. Хвостовик должен совпадать с отверстиями пиноли и шпинделя станка.

Для закрепления заготовок с внешними конусами используются обратные центры. Конусообразное окончание должно совпадать с серединой хвостовика. Чтобы проверить совпадение в шпиндель вставляется центр и запускается на малых оборотах. Об исправности детали говорит отсутствие биения.

Задний центр чаще всего неподвижный, передний вращается с заготовкой и шпинделем. В результате трения выходят из строя обе поверхности, поэтому необходимо наносить смазку:

• мела — 25%;
• тавота — 65%;
• графита — 5%;
• серы — 5%.

Перед смешиванием необходимо растереть в порошок без комков серу и мел. Если не использовать смазку, поверхности центров разрушатся, изменится их конфигурация.

Во время точения заготовок на больших скоростях центры быстрее изнашиваются, увеличивается отверстие в торце самой детали. Чтобы уменьшить разрушение заднего конуса на него наплавляют износостойкий слой.

Стандартный центр используют при скоростях до 120 оборотов в минуту. Во время работы с громоздкими и тяжелыми заготовками на высоких оборотах, при выборке крупной стружки жесткости конструкции мало: деталь начинает вибрировать и может отжаться.

Поэтому используют вращающиеся центры, смонтированные в заднюю стойку. Он содержит шпиндель, который крутится в радиально-упорном подшипнике. При высоких нагрузках предпочтительнее роликоподшипник, при средних — шарикоподшипник.

Отладка оборудования

Чтобы во время точения получилась деталь цилиндрической формы, нужно совместить центры с осью шпинделя и передвигать по ней резак.

Правильность отладки проверяется так: оба центра придвигаются друг к другу. Когда их верхушки совмещаются, можно закреплять заготовку и приступать к ее обтачиванию.

В противном случае необходимо проверить положение задней стойки, иначе поверхность детали невозможно будет вывести в конус. Иногда центры не совпадают из-за мусора в шпинделе и пиноли, поэтому предварительно их прочищают. Если после всех процедур биение продолжается, его требуется заменить.

Проверив положение, можно закреплять заготовку:

1. Пиноль выдвигаем из стойки на 35 — 45 мм.
2. Задняя стойка перемещается вдоль станины и фиксируется в нужном месте.
3. Обрабатываем выемку в заготовке, которая будет совмещаться с задней стойкой.
4. Совмещаем болванку с передним центром и, придерживая, вставляем конус задней стойки в подготовленную выемку детали. Вылет пиноли из задней стойки должен быть небольшим. Чем меньше вылет, тем устойчивее и жестче пиноль.
5. Прокручиваем болванку, поджимаем пиноль в стойке.

Необходимо иметь в виду, что во время точения инструмент нажимает на заготовку. В результате чего при плохой фиксации или неправильном положении резака деталь может вылететь. Поэтому установка и крепление в центрах это очень важный момент при токарной обработке.

Видео демонстрирует токарную обработку детали, зафиксированной в центрах: