Тема: Технологія обробки шпінделів

План

1.Службове призначення шпінделів і технічні вимоги до них

2.Матеріал і методи отримання заготовок для шпінделів

3.Технологічний процес обробки шпінделів

4.Чорнова та чистова обробка шпинделів

5. Обробка поверхонь шпінделя після термічної обробки

6. Балансування шпінделів

 

1.Службове призначення шпінделів і технічні вимоги до них

Шпіндель металорізального верстата – одна із найбільш відповідальних деталей. Якість деталей, які виготовляються на верстаті, залежить від якості самого шпінделя і від його опорних шийок, жорсткості шпігделя і стабільності його положення в опорах.

Головне службове призначення шпіндельного верстата – надавати обертального руху заготовці чи різальному інструменту з певною кутовою швидкістю і крутним моментом. В якості опор шпінделів верстатів використовують підшипники кочення і ковзання. Шпіндель рядом своїх розмірів безпосередньо приймає участь у розмірних ланцюгах системи ВПІД і, як наслідок, безпосередньо впливає на точність виготовляємої деталі.

Вимоги до всіх параметрів точності шпінделя сучасних верстатів дуже високі. По точності виготовлення шпінделі верстатів діляться на 5 груп, як і верстати. Для шпінделів металорізальних верстатів нормальної і підвищеної точності з опорами кочення застосовують переважно підшипники 4-го класу точності. Для верстатів більш високого класу (С і А) застосовують підшипники 2-го класу точності. Відповідно до цього і встановлюються відповідні вимоги до геометричної форми опорних шийок. Для особливо точних верстатів(С і А) вимоги до форми опорних шийок ще більші. Допуски овальності і конусоподібності для верстатів нормальної точності не мають перевищуавти 50 % допуску діаметральних розмірів шийок, для шийок верстатів підвищеної точності – 25 % допуску, а для прецизійних – 5-10 % допуску. Торцеве биття опорних фланців відносно вісі обертання шпінделя в залежності від їх діаметра для верстатів нормальної точності не перевищує 0.006 – 0.008 мм., а для прецизійних верстатів – 0.002 – 0.003 мм. і менше.

Шорсткість поверхні і твердість опорних шийок, особливо для шпінделів, які працюють у підшипниках ковзання, впливає на стабільність положення шпінделя при експлуатації верстата Ra = 0.32…0.04 мкм.

 

2.Матеріал і методи отримання заготовок для шпінделів

Вибір матеріала для шпінделя визначається типом верстата і умовами роботи шпінделя. Шпінделі повинні володіти не лише високою міцністю і жорсткістю, але і високою стійкістю до спрацювання.

Переважно використовують високоміцний (магнієвий) чавун, що за міцністю не поступається сталі. Для виготовлення пустотілих шпінделів використовують поковки із сірого чавуну СЧ15, СЧ21.

В залежності від серійності у якості заготовок використовують поковки, рідше – стальні відливки, прутковий матеріал і труби. Заготовки отримують методом центробіжного лиття у металічні форми.

Заготовки для одиничного і дрібносерійного виробництва виготовляють із прокату або з поковок, отриманих з допомогою вільного кування.

У багатосерійному виробництві заготовки стальних шпінделів виготовляють гарячою висадкою на ГКМ.

 

3.Технологічний процес обробки шпінделів

В залежності від призначення шпінделі подляють на:

1.                Ті, що мають наскрізний осьовий отвір, який на одному або на двох кінцях переходить у точний циліндричний чи конусний.

2.                Ті, що мають ненаскрізний точний циліндричний чи конусний отвір.

3.                Суцільні, без осьового отвору.

Найбільш поширена – 2-га група, вона, також є найбільш складною для виготовлення. Всі заготовки шпінделів, отримані поковкою чи штамповкою, перед механічною обробкою піддаються термічній обробці (нормалізація, покращення).

Основними базами шпінделя є його опорні шийки, але так як використовувати їх у якості технологічних баз на більшості операцій неможливо, то при обробці зовнішніх поверхонь технологічними базами служать поверхні центрувальних отворів.

При обробці ж центрального отвору у шпінделях перших двох груп в якості технологічної бази використовують опорні шийки.

Чистову обробку опорних шийок і співвісних з ними зовнішніх поверхонь шпінделів з осьовим отвором проводять на спеціальних пробках чи оправках із зацентрованими отворами. Пробки встановлюють у розточені  циліндричні або конічні отвори.

Розглянемо приклад маршруту обробки на прикладі обробки шпінделя токарного верстата 16К20.

005. Фрезерно-центрувальна. Фрезерують і зацентровують на фрезерно-центровальному верстаті МР.

010. Токарна. Обточити усі зовнішні поверхні і підрізати торець фланця на токарно-гідрокопіювальному верстаті.

015. Токарна. Точити тонко циліндричні поверхні і канавки.

020. Токарна. Точити начисто циліндричні поверхні і канавки.

025. Свердлильна. Свердління центрального отвору на спец. верстаті РТ-54 для глибокого свердління.

030. Термічна. Нормалізуючий відпуск у вертикальному положенні Т = 350 град., витримка 3 години, охолодження на повітрі.

035. Свердлильна. Фрезерувати отвір під конус Морзе на певну глибину.

040. Розточити конус Морзе і підрізати торець.

045. Агрегатна. На фланці свердлять 4 отвори і нарізають різьбу. Свердлити і розвернути всі отвори на циліндричних поверхнях шпінделя.

050. Ще раз проточити всі шийки шпінделя.

055. Шліцефрезерна. Фрезерувати шліци.

060. Слюсарна. Зачистити задирки.

065. Термічна. Закалити шийки, шліци, зовнішній і внутрішній конус, торець фланця струмом високої частоти.

070. Шліфувати конус попередньо.

075. Токарна. обточити циліндричні поверхні остаточно, нарізати прямокутну різьбу.

080. Шліфувальна. Шліфувати конус остаточно.

085. Шліфувати конус Морзе з іншого боку попередньо.

090. Токарна. обточити фаски, канавки, зачистити верх різьби.

095. Круглошліфувальна. Шліфувати зовнішні  циліндричні поверхні попередньо.

100. Шліфувальна. Шліфувати шліци.

105. Круглошліфувальна. Шліфувати ціліндричні поверхні остаточно.

110. Шліфувальна. Шліфувати конус остаточно.

115. Круглошліфувальна. Шліфувати шліци.

120. Шліфувальна. Шліфувати зовнішній діаметр остаточно.

125. Внутрішньошліфувальна. Шліфувати конус Морзе попередньо і остаточно.

130. Слюсарна. Калібрувати, провірити різьби, протерти.

Аналіз приведеного ТП показав, що зберегти єдність і постійність баз у звязку зі складністю профіля шпінделя не вдається. Тому при обробці на різноманітних операціях відбувається зміна баз. Навіть при чистовій обробці зовнішніх поверхонь практично не вдається на усіх операціях вести обробку від основних опорних шийок. Це пояснюється тим, що опорні шийки знаходяться на досить великій відстані від кінців шпінделя.

 

4.Чорнова та чистова обробка шпинделів

В залежності від серійності чорнову і чистову обробку проводять на токарних, багаторізцевих автоматах та гідрокопіювальних верстатах.

Обточування ведеться при швидкості різання 150…160 м/хв., глибина 5…15 мм., з подачею 0.32 мм/об. твердосплавними різцями Т14К8 і Т15К6.

Заготовка встановлюється в центрах, піджимаючи лівий торець до опорного кільця, від якого ведеться настройка лінійних розмірів.

Інколи після чорнового обточування шпінделя його піддають термічній обробці (нормалізації) для послаблення внутрішніх напружень.

Осьові отвори свердлять на спец. верстатах для глибокого свердління. Верстат РТ-54 має 2 шпінделя для одночасної обробки двох заготовок. Для свердління внутрішнього отвору діаметром 80 мм., використовують спеціальні перові свердла ЗОР і відвід стружки проводиться через отвір в державці. Отвір свердлять спочатку з одної сторони, а потім навихід з іншого кінця.

Вид термічної обробки залежить від матеріалу шпінделя. Мета термообробки – підвищення опору спрацюванню шийок вала. Найбільш ефективний спосіб – поверхнева закалка. Закаляють до НRСе 46.5…57.

Поверхневе закалювання з нагрівом ТВЧ останнім часом дістала найбільше поширення. Глибина закалюваного шару 1…5 мм.

Поверхнева термічна обробка азотуванням. Цим методом закалюють шпінделі із легованих сталей.

 

5. Обробка поверхонь шпінделя після термічної обробки

Усі найбільш відповідальні операції, в тому числі оздоблювальні, які забезпечують кінцеву точність шпінделя, виконуються після термообробки. Більшість із них проводиться при базуванні шпінделя на центрувальних пробках, вставлених після термообробки у конусні отвори.

До остаточної обробки зовнішніх поверхонь шийок обточують зовнішні поверхні шийок, нарізують різьбу і шліци, фрезерують шпоночні пази.

Різьби, нарізані на шийці шпінделя, є фіксаторами зажимних патронів. До них висовуються підвищені вимоги.

Шпоночні пази на поверхні деяких шпінделів фрезерують на звичайних фрезерних верстатах дисковими або пальчиковими фрезами.

Найбільш відповідальними операціями, що впливають на кінцеву точність шпінделя є оздоблювальні операції по обробці опорних шийок шпінделя, центрувального конуса.

У шпінделів з осьовим отвором шліфування опорних шийок проводиться при базуванні на пробках, які встановлені по конусам шпінделя. Останнім часом для обробки зовнішніх поверхонь застосовують шліфувальні верстати із ЧПУ.

 

6. Балансування шпінделів

Усі шпінделі швидкохідних верстатів проходять балансування у зібраному вигляді. Похибки виготовлення і монтажу шпінделя, а також неоднакова щільність металу, із якого він виготовлений, призводять до незрівноваженості шпінделя. А при експлуатації це призводить до вібрації. Вібрації понижують стійкість різального інструменту, якість обробленої поверхні, викликає посилене зношування опор шпінделя.

Незрівноваженість може бути статичною, коли не співпадає центр ваги деталі з віссю обертання, і динамічною, коли з’являються центробіжні моменти.

Для встановлення незрівноваженості деталі проводять балансування. Так як незрівноваженість буває двох видів, то існують два методи балансування – статичне і динамічне.

Статичне балансування застосовують для деталей, у яких L/D мале. Балансування проводять на оправці з надітою на неї деталлю, яка вільно переміщується на двох паралельних ніжках під дією статичного моменту Т.О. визначають радіальний напрямок прикладання зрівноважувального вантажу.

У шпінделя верстата L/D набагато більше за 1, тому його піддають динамічному балансуванню в зборі з підшипниками, зубчатими колесами, кільце-гайками і т. д.

Балансування проводять на спеціальних балансувальних верстатах. Незрівноваженість шпінделя визначають по амплітуді і фазі коливання опор. Незрівноважуваність знімають висвердлюванням металу у заданих місцях деталі, що балансується, на цьому ж балансуючому верстатах.

Контроль шпінделів провіряють в наступній послідовності:

1.                Правельність форми поверхонь;

2.                Геометричні розміри. За вимірювальні бази переважно приймають опорні шийки шпінделя. Овальність – скобами, округлістькругломірами;

3.                Відхилення від співвісності;

4.                Торцеве і радіальне биття;

5.                Биття конусної поверхні відносно вісі шпінделя.

 

Питання для самоконтролю

1.Яке службове призначення шпінделів ?

2.Які методи отримання заготовок для шпінделів?

3.Які види чорнової та чистової обробка шпинделів?

4. Які методи обробки поверхонь шпінделя після термічної обробки?

5. Які види балансування шпінделів?