Обработка деталей на агрегатных станках

Агрегатные станки предназначены для вы­сокопроизводительной многоинструментной обработки деталей. На них выполняются свер­ление, зенкерование, развертывание, снятие фа­сок, цекование, растачивание отверстий н вы­точек, обтачивание концов стержней, цапф, наружных фасок, нарезание или накатывание резьб, обкатывание поверхностей, фрезерова­ние плоских поверхностей, пазов, лысок и др. Агрегатные станки обеспечивают обработку отверстий по 8—9-му квалитету точности, межцентровое расстояние между ними ±0,15 мм, торцовое биение до 0,08 мм на радиусе 100 мм, глубину обработки при цековании до 0,15 мм, обтачивание по 11 — 12-му квалитету точности, резьбообразование с полем допуска 6h/6H, При применении более совершенных инструментов и приспособлений точность обработки повышается. Возможности агре­гатных станков обусловлены их компоновкой, предусматривающей размещение силовых го­ловок с индивидуальными шпинделями или многоинструментными насадками (рис. 1 и 2), вокруг стационарного или вращающегося сто­ла (барабана) с приспособлениями для закре­пления заготовок. Высокая производитель­ность достигается благодаря многошпиндель­ной и многосторонней обработке, одновремен­ному (параллельному) выполнению нескольких технологических переходов, а при наличии за­грузочных позиций — совмещению вспомога­тельного времени на снятие и установку заго­товок с машинным временем. Агрегатные станки создают на базе стандартных (унифи­цированных) узлов: станин, стоек, кронштей­нов, силовых головок и столов, поворотных (прямолинейных) делительных столов, шпин­дельных коробок и др. Силовые головки обес­печивают вращение, ускоренный подвод, рабо­чую подачу и ускоренный отвод инструмента. Различают силовые головки: самодвижущиеся, у которых подача производится в результате автоматического перемещения самих головок от гидро- или пневмоцилиндра и от винта (электромеханические головки), и несамодви­жущиеся, у которых подача производится при установке головки (или обрабатываемой заго­товки) на силовой стол с возвратно-поступа­тельным или круговым движением; стацио­нарные, у которых движением подачи является перемещение шпинделей (пинолей) с помощью копира (механические силовые головки) или от гидро- или пневмоцилиндра. Гидравлические самодвижущиеся силовые головки бывают са­модействующие с гидроприводом в одном блоке с головкой и несамодействующие с от­дельным приводом. Силовые головки могут быть одно- и многошпиндельные, т. е. нести один инструмент или привод для многошпиндельной головки (насадки), монтируемой на силовой головке. Силовые столы бывают элек­тромеханические, гидравлические или пневма­тические. Последние служат только для уско­ренного подвода и отвода небольших стацио­нарных силовых головок. Концы шпинделей силовых головок имеют цилиндрические или конические гнезда для крепления инструмен­тов или поводковые хвостовики (фланцы) для многошпиндельных насадок. В цилиндриче­ских отверстиях шпинделей закрепляют регу­лируемые втулки, удлинители или патроны для инструмента (рис. 3). Требуемый вылет ин­струмента от торца головки (насадки) обеспе­чивают соответствующим удлинением шпин­делей, что способствует унификации вспомогательного инструмента. Смену инструмента упрощает быстросменный патрон, закре­пляемый на стандартном шпинделе головки (рис 4); при этом обычную гайку на регули­руемой втулке заменяют специальной с V-образной канавкой, в которую западают ша­рики, удерживающие втулку от выпадания. Компоновка агрегатных станков зависит от габаритов обрабатываемой детали, выпол­няемых операций, требуемой производитель­ности и технико-экономических показателей. Наибольшая эффективность достигается при максимальной концентрации операций, т. е. при выполнении за один установ заготовки на­ибольшего числа переходов при многошпин­дельной и многосторонней обработке. Для со­кращения машинного времени, улучшения от­вода стружки или упрощения конструкции инструмента обработку одной поверхности не­редко разделяют на несколько переходов, вы­полняемых на разных позициях, а иногда — из-за невозможности пространственного размещения инструментов — в одной позиции, на­пример, при малом межцентровом расстоянии (рис. 5). Для упрощения агрегатных станков, взамен многосторонней обработки за один установ заготовки осуществляют ее переуста­новку без перемещения в процессе обработки (рис. 6) или с периодическим перемещением (рис 7).

Переустановка заготовок упрощает компо­новку станков, но усложняет обслуживание, увеличивает вспомогательное время и затруд­няет автоматизацию загрузки. Обработку гро­моздких корпусных деталей при относительно невысоких требованиях к производительности (5-10 шт/ч) осуществляют с одной или нескольких сторон на агрегатных станках без перемещения стола (рис. 8 и 9). Для заготовок меньших габаритов возможна последователь­ная многосторонняя обработка с переустанов­кой, как это показано на рис. 6.

На агрегатных станках с поворотным сто­лом (барабаном) обработку проводят с перио­дическим перемещением заготовок после ка­ждого рабочего цикла, что при наличии дополнительных зажимных приспособлений позволяет снять обработанную деталь и уста­новить заготовку за период машинного времени, т. е. частично исключить вспомогатель­ное время из штучного. Компоновка агре­гатных станков этого вида показана на рис. 10—13, а с переустановкой — на рис. 14. В се­редине стола станка (рис. 12) возможна уста­новка дополнительной головки. Агрегатные станки с непрерывным круговым перемеще­нием заготовок в процессе обработки (ро­торные станки) предусматривают полное со­вмещение вспомогательного времени с ма­шинным, так как исключается вспомогатель­ное время на пуск станка после каждого рабочего цикла (рис. 15). Стол с заготовками и центральная колонна, несущая силовые го­ловки, непрерывно вращаются, а каждый ра­бочий шпиндель имеет 1лавное движение (вра­щение) и движение подачи. При повороте стола на угол 15 - 30° вращение инструментов прекращается, с тем чтобы можно было снять и установить заготовку Число одновременно обрабатываемых заготовок равно числу голо­вок.

Агрегатные станки работают, как правило, в полуавтоматическом режиме, оставляя на долю оператора загрузочно-разгрузочную опе­рацию и управление рабочим циклом, что при рациональном расположении оборудования допускает многостаночное обслуживание. В экономически обоснованных случаях уста­новка робота или устройства для загрузки и разгрузки заготовок позволяет полностью автоматизировать работу агрегатного станка. В серийном производстве применяют перена­лаживаемые агрегатные станки для обработки группы однотипных деталей. В процессе на­ладки станка на обработку новой детали ме­няют зажимные приспособлений и инструмент, выбирают режимы резания, перемещают или изменяют положение силовых головок, заме­няют шпиндельную головку и др. На малых агрегатных станках пинольные силовые голов­ки на кронштейнах можно перемещать по коль­цевым пазам круглой станины, поворачивать вокруг вертикальной оси и фиксировать в тре­буемом положении.

Проектирование наладок. Исходными дан­ными для проектирования наладки являются заданный такт выпуска и плановая себестои­мость механической обработки детали с уже­сточенными техническими требованиями на 20-30% против указан­ных в чертеже, тес опре­деленным резервом точ­ности.

Такт выпуска опреде­ляет штучное время обра­ботки одной детали

Т_шт = CK/(60Ni),

где С — фонд рабочего времени в часах за рас­четный период (смену, ме­сяц, года), К = 0,8÷0,85 — коэффициент за­грузки агрегатного стан­ка; N — программа вы­пуска деталей за период времени С, i — число заго­товок, одновременно обрабатываемых на одной позиции агрегатного станка. В свою очередь, Т_шт = Т_м + Т_в, где Т_м — основное время лими­тирующей позиции, мин, Т_в — сумма элементов неперекрываемого вспомогательного времени, затрачиваемого на выполнение данной опера­ции, мин Основное время на каждой нелимитирующей позиции Т_мi, принимают близким к Т_м, что позволяет повысить стойкость инстру­мента на этих позициях без ущерба для производительности. Следует стремиться к одинаковому (минимальному) времени Т_м на всех позициях обработки

Т_м = l_и/s_м = l_и/s₀n,

где l_и — длина рабочего хода, мм, s_м -минутная подача, мм, s₀ — подача, мм/об, n — частота вращения шпинделя (детали), об/мин.

Форсирование s₀ и n (n — функция скорости резания v) ограничивается жесткостью си­стемы СПИД и периодом стойкости инстру­мента. Для агрегатных станков принимают та­кой период стойкости Т_п, который обеспечи­вает минимальную стоимость обработки, т. е. оптимизирует значение Т_м при снижении за­трат на инструмент, его смену и настройку. Для многоинструментальных наладок на агре­гатных станках Т_п ≈ 4 ÷ 8 ч, что обеспечивает смену инструмента 1—2 раза за рабочую смену. Применение быстросменного инструмента, налаживаемого вне станка, сокращает вспомо­гательное время на его смену и поэтому позволяет форсировать режимы резания путем сокращения периода стойкости. Два-три ком­плекта пригодного для работы инструмента хранят на стенде или в инструментальном шкафу в непосредственной близости от группы агрегатных станков или автоматиче­ской линии. Наиболее прогрессивной формой обслуживания является автоматическая смена инструмента в процессе работы станка, загруз­ка и выгрузка заготовок.

Разделение обработки на черновую и чи­стовую необходимо, когда выполнение опера­ции за один рабочий ход не обеспечивает получения требуемой точности обработки и параметра шероховатости поверхности. Объединение черновых и чистовых рабочих ходов недопустимо, если это влечет за собой остаточные деформации от действия сил реза­ния или зажима, снижает производительность из-за неблагоприятного сочетания режимов резания или малой стойкости отдельных сту­пеней режущего инструмента. При многопере­ходной обработке заготовок на многопози­ционных станках бывает целесообразно не только разделить технологические переходы на черновые и чистовые, но и ввести получи­стовые переходы, что повышает качество обработки и стойкость инструментов, не уве­личивая Т_м, так как все переходы выполняют­ся одновременно. Не рекомендуется объеди­нять в один технологический переход чисто­вую и черновую обработки (например, раз­вертывание и пекование), так как возникающие при этом вибрации вызывают огранку и дру­гие отклонения. Если объединение техноло­гических переходов необходимо из-за отсут­ствия свободных позиций, применяют компен­сирующие (плавающие) устройства или обес­печивают последовательность процессов обра­ботки, т. е. вступление в работу второго инструмента после окончания резания первым инструментом. Иногда на многошпиндельных головках и агрегатных станках применяют комбинированные инструменты (сверло-раз­вертку, зенкер-развертку) для обработки в процессе сверления нескольких точных ба­зовых отверстий. Широкое применение таких инструментов нецелесообразно, так как кроме их сложности и дороговизны невозможен вы­бор рациональных режимов резания для ка­ждого перехода и удлиняется рабочий ход. Разделение операций на черновые и чистовые не гарантирует получения высокого качества поверхности и точности. Часто достижение точности обеспечивает не столько выполнение чистовых переходов, сколько соблюдение не­обходимых норм точности при черновой обра­ботке. Например, развертывание «в линию» не может устранить отклонения от соосности от­верстий после сверления.

Длина рабочего хода l_и = а + L₀ + F + b, где а = 2÷3 мм — подход инструмента на ра­бочей подаче к обрабатываемой поверхности; L₀ — длина обрабатываемой поверхности, мм; F — длина заборной части инструмента, мм; b — перебег инструмента [b = 2 ÷ 5 мм для сквозного отверстия (рис. 16,а); b =0 для глухого отверстия (рис. 16,б)]. При входе и выхо­де сверл d < 10 мм на неровные или на­клонные поверхности подачу следует умень­шать в 2 — 3 раза. На многопозиционных агрегатных станках глубокие отверстия целе­сообразно сверлить за несколько технологиче­ских переходов на глубину

L₀' = (L₀ + b + F)/n – F;

L₀" = 2(L₀ + b + F)/n – F.

и т. д. (рис. 16, в) сверлами уменьшающегося диаметра (d_l>d₂>d₃ и т. д. на 0,2 — 0,5 мм), с тем чтобы при каждом последующем пере­ходе просверленные участки проходить с ускоренной подачей; тогда l_и = (L₀+b+F)/n + a, где n — число переходов (участков). Если ступенча­тое отверстие недопустимо, обработку про­изводят сверлом одного диаметра с много­кратным выводом и подводом его на ускорен­ной подаче. Параллельное выполнение на двух позициях сверления отверстия и снятия фаски сокращает длину рабочего хода, если сверле­нию предшествует центрование с учетом обра­зования фаски заданной высоты с (рис. 16,г): l_и = L₀+b+(a-c). При обработке одним ин­струментом нескольких разъединенных по­верхностей уменьшение Т_м достигают ускоренной подачей на нерабочем пространстве. Плоские поверхности рекомендуется цековать с уменьшением подачи и выдержкой на по­стоянном упоре в конце цикла. Циклограммы работы и условные обозначения, применяемые в чертежах наладок, приведены в табл. 1. Режимы резания должны обеспечить тре­буемую производительность и себестоимость обработки при рациональном периоде стойко­сти каждого из инструментов (в минутах ос­новного времени работы станка): Т_n = T₁К_n, где Т₁ — период стойкости одного инструмен­та (в минутах основного времени работы стан­ка) в зависимости от его диаметра d (мм); К_n - коэффициент, учитывающий число ин­струментов n в данной наладке. При быстро­сменном креплении инструментов режимы ре­зания могут быть повышены снижением пе­риода стойкости (табл. 2). Период стойкости инструмента Т₁ при сверлении на агрегатных станках зависит от диаметра:

Для инструментов d > 60 мм стойкость Т_n=150÷300 мин в зависимости от слож­ности наладки. Период стойкости фрез см. табл. 2.

Значения K_n в зависимости от числа ин­струментов:

При сверлении:

При фрезерова­нии:

Большие значения К_n принимают для меньших диаметров инструментов. Скорость резания каждого инструмента определяют по нормативам, с учетом периода стойкости это­го инструмента Т = Т_nλ, где λ = L₀/l_и — коэффициент продолжительности резания каждого инструмента; L₀ - длина обрабатываемой поверхности, мм; lи — длина рабочего хода инструмента, мм. При L₀/l_и>0,7 принимают λ = 1. У фрезерных станков с круглым столом L₀ является сум­марной длиной резания всех деталей, устано­вленных на столе и обрабатываемых фрезой. За длину рабочего хода l_и в этом случае при­нимают длину окружности πd_p, по которой ве­дется обработка (d_p - средний диаметр распо­ложения поверхностей, обрабатываемых дан­ной фрезой). С учетом выбранных режимов резания определяют основное время Т_м обра­ботки на лимитирующей позиции, к которому приравнивают Т_м обработки на всех осталь­ных позициях. Рассчитанные по нормативам режимы резания рассматривают как про­ектные, которые при внедрении в производ­ство доводят до оптимальных значений (повы­шают, если операция является узким местом, или понижают, если это диктуется недогруз­кой, целесообразностью многостаночного об­служивания и т. п.).

Инструментальная оснастка агрегатных станков в большинстве случаев состоит из блоков инструмента, каждый из которых включает рабочий и вспомогательный инстру­менты. Такой комплекс оснастки позволяет с минимальной затратой времени выполнять смену и закрепление блока на рабочей пози­ции станка. Демонтаж рабочего инструмента, замену его в блоке и настройку на размер обработки проводят вне станка по приборам, что сокращает время простоя оборудования.

В качестве рабочего инструмента приме­няют стандартный или специальный режущий и деформирующий инструменты, геометриче­ские параметры, качество и стойкость которых должны быть стабильными.

Для обработки отверстий используют широкую гамму осевых инструментов из быстрорежущей стали, твердого сплава, сверхтвердого материала (СТМ) и с механиче­ским креплением сменных многогранных пластин (СМП). Если выполнение всех за­проектированных переходов обработки лими­тирует невозможность размещения на станке соответствующего числа силовых головок, применяют комбинированный инструмент, предпочтительно сборный и  регулируемый. Многоступенчатый инструмент используют также для обработки за один рабочий ход не­скольких соосных поверхностей. Один из та­ких инструментов, три ступени которого пред­ставляют собой однолезвийные развертки с СМП и твердосплавными направляющими планками, показан на рис. 17.

Осевой режущий инструмент с коническим хвостовиком закрепляют в переходных регули­руемых втулках-удлинителях (см. рис. 8 и 9), которые снимают в сборе (блоком), демонти­руют, собирают и настраивают по длине вне станка на приборе, например, барабанного ти­па (рис. 18).

Предпочтительно применять сверла точно­го исполнения, шлифованные по целому: d≤13 мм с цилиндрическим хвостовиком и лапкой; d > 13 мм — с коническим хвостови­ком Морзе. Сверла с цилиндрическим хвосто­виком закрепляют в разрезных конусных втул­ках Морзе 1 при d ≤ 9 мм и Морзе 2 при d > 9÷13 мм (см. рис. 4) или в цанговых патронах, допускающих регулирование вылета сверла после переточек (рис. 19).

Вспомогательный инструмент не только осуществляет связь между шпинделем станка и рабочим инструментом, но также повышает технологические возможности оборудования, точность обработки и сокращает простои, свя­занные с эксплуатацией оснастки. Например, пружинные патроны, ограничивающие длину хода инструмента упором в торец детали или направляющей втулки, позволяют снимать фаски заданных размеров в отверстиях с необра­ботанным торцом или осуществлять точное цекование при грубом допуске на высоту заготовки, плавающие патроны для осевого инструмента повышают точность обработки отверстий, компенсируя погрешность индексации заготовки относительно оси шпин­деля силовой головки, копирные патроны позволяют преобразовать осевую подачу шпинделя в радиальную подачу канавочного резца; быстросменные патроны сокращают время на смену блоков инструмента и т. д.

Важным элементом рациональной эксплуа­тации инструментальной оснастки является качественное изготовление крепежных деталей, особенно винтов с шестигранным отверстием «под ключ» и монтажных ключей, а также на­личие в запасе быстроизнашиваемых деталей оснастки.

При высоких требованиях к параметрам шероховатости поверхности применяют роли­ковые раскатки (рис. 20). На агрегатных стан­ках используют разнообразный фрезерный ин­струмент (см. гл. 6), часто — в наборах (рис. 21). На рис. 22 показана сдвоенная торцовая фреза диаметром 500 и 262 мм для одновременного фрезерования двух плоских поверхно­стей на различных уровнях. Фрезы, закре­пленные на специальном телескопическом шпинделе фрезерного станка, вращаются в разные стороны со скоростью v ≈ 80 м/мин.

Нарезание резьб на агрегатных станках производят с принудительной подачей шпин­деля с помощью механизма подачи (обгонной муфты) или резьбовых копиров. Качающиеся пружинные патроны для метчиков (рис. 23) обеспечивают самозатягивание инструмента, компенсируют несоответствие подачи шагу на­резаемой резьбы и отклонение от соосности шпинделей. Метчики закрепляют в разрезных конусных втулках подобно сверлам с цилин­дрическим хвостовиком или с помощью бы­стросменного устройства (рис. 24). Патрон, представленный на рис. 23, применяют, когда подача шпинделя за каждый оборот на 2 — 4% превышает шаг нарезаемой резьбы и разница компенсируется сжатием пружины. При замед­лении подачи на 2-4% применяют компенси­рующие патроны с пружиной растяжения. На рис. 25 показан патрон, который вращается со шпинделем и независимо перемещается в осе­вом направлении с помощью резьбового копи­ра с неподвижной гайкой. Внутренние резьбы диаметром св. 39 мм нарезают гайконарезными головками типа КБ завода «Фрезер» с уби­рающимися в конце рабочего хода гребенка­ми, не требующими реверсирования. Для нарезания наружных резьб применяют винто­резные головки, также не требующие реверси­рования. Головки закрепляют в плавающих патронах; во внутреннюю полость головки че­рез отверстие в шпинделе подают охлаждаю­щую жидкость. Головка раскрывается и за­крывается подпружиненным хомутом, укреп­ленным на станине.

Многопереходная обработка на агрегатных станках находит отражение в специальном чертеже — схеме наладки инструмента, в кото­рой графически представлена обрабатываемая заготовка, инструмент в конечном положении с указанием наладочных размеров, направле­ния и значения рабочих и вспомогательных ходов, режимов резания, машинного и вспомо­гательного времени, кодов инструментальной оснастки и рабочих приспособлений. Схеме на­ладки присваивают шифр, который вносят в технологическую документацию. Обычно шифр состоит из кода детали и операции. Схе­ма наладки инструмента служит руководством для настройки и размещения оснастки на ра­бочих позициях, а в момент конструктивной проработки выявляет взаимодействие техноло­гической оснастки, участвующей в рабочем процессе. Во избежание неувязок рекомендует­ся вычерчивать схемы наладок в натуральную величину, но без конструктивных подробно­стей. После детальной проработки допускает­ся упрощенное (схематическое) изображение схемы наладки.

Последовательность переходов обработки зависит от возможности размещения блоков инструмента на рабочих позициях агрегатного станка. Уравнять основное время на всех пози­циях, т. е. уменьшить такт выпуска, позволяет варьирование режимами резания и соответ­ствующее распределение рабочих ходов.

Схемы многопереходной обработки загото­вок на агрегатных станках приведены на рис. 26-28. Схема наладки агрегатного станка барабанного типа для двусторонней обработки в автоматическом режиме заготовок вала ру­левого управления грузового автомобиля с производительностью 85 шт/ч правыми (п) и левыми (л) головками дана на рис. 26. Пози­ция I — с помощью пневматического устрой­ства заготовку подают из лотка (магазина) на призмы рабочего приспособления, фиксируют в осевом направлении и автоматически закре­пляют. Позиции. II, п — сверление отверстия диаметром 8 мм; II, л — фрезерование диско­вой фрезой шпоночного паза шириной 5 мм. Позиции III, п и IV, п — фрезерование с радиальной подачей гнезд шириной 8 и 5 мм под сегментную шпонку. Позиции V, п и V, л — нарезание резьб М27×1,5-6g и М24×1,5-6g пятигребенчатыми головками, раскры­вающимися в конце рабочего хода. Позиции VI и VII свободные. Позиция VIII — разгру­зочная. Применение резьбонарезных головок с числом гребенок более четырех позволяет нарезать резьбу на поверхности, пересеченной шпоночным пазом или лыской и не требует в дальнейшем зачистки заусенцев.

Схема наладки агрегатного станка с гори­зонтальным столом на одновременную обработку двух заготовок пальца ушка рессоры представлена на рис. 27. Позиция I — заготовки шагающим конвейером T подаются к механиз­му МЗ, откуда поступают на призмы рабочего приспособления до упора в буртик и автома­тически зажимаются двумя прихватами каж­дая; позиция II — нерабочая; позиция III -центрование; позиция IV — фрезерование лыски на буртике; позиции V — VII — сверление ступенчатого отверстия под резьбу и сма­зочный канал соответственно сверлами диаме­тром 8, 9; 8 и 7 мм. Позиция VIII — фрезерование с горизонтальной подачей лыски на стержне; вертикальную подачу на врезание и отвод инструмента осуществляет гидравли­ческое устройство, встроенное в головку. По­зиция IX — сверление вертикальной головкой смазочных отверстий диаметром 5 мм и гори­зонтальной головкой — нарезание резьбы К 1/8". Позиция X — автоматическая разгрузка с помощью механизма МР.

На рис. 28 показана схема наладки агрегат­ного станка с круглым поворотным столом для многопереходной двусторонней обработки с последовательной переустановкой двух чу­гунных заготовок корпуса. Позиция I — загрузочно-разгрузочная. Заготовки устанавливают на обработанный ранее торец Б, базируют и закрепляют в правом (п) и левом (л) рабочем приспособлении. Полностью обработанную заготовку из приспособления и снимают и на ее место устанавливают снятую с приспособ­ления л обработанную с одной стороны заго­товку, повернув ее на 90°. Освободившееся ме­сто приспособления л загружают новой заго­товкой. Позиция II,л — фрезерование верхнего торца горизонтальной головкой. Позиции III,л, IV, п — фрезерование вертикальной пло­скости вертикальной головкой. Позиция V — центрование отверстий под резьбу у обеих заготовок; позиция V, л — зенкерование трех­ступенчатого центрального отверстия верти­кальной головкой. Позиция VI, п — сверление отверстия диаметром 18 мм горизонтальной головкой; позиция VI, л — развертывание трех­ступенчатого отверстия вертикальной голов­кой. Позиция VII — сверление отверстий под резьбу у обеих заготовок; позиция VII, л — протачивание трех канавок в верхней части ступенчатого отверстия с помощью копирного патрона, преобразующего осевую подачу шпинделя вертикальной головки в радиаль­ную подачу резца. Позиция VIII — нарезание резьбы в обеих заготовках горизонтальными головками; позиция VIII, л - протачивание канавки и снятие фаски в нижней ступени центрального отверстия вертикальной головкой с копирным патроном.