Перевести страницу
0
Корзина пуста

Машиностроительное предприятие - цех металлообработки, станочные работы любой сложности

Статьи

Подписаться на RSS

История совершенствования технологии доменной плавки - ЧАСТЬ 1

В 1940 г. Украина выплавляла 10 млн т чугуна в год, а в 1943 г. производство чугуна было равно нулю. Несмотря на проблемы возрождение народного хозяйства в послевоенный период, в 1988 г. производство чугуна в Украине достигло практически 50 млн т в год. Интенсивное усовершенствование доменного производства в Украине сопровождалось активной разработкой и реализацией новых технологий, строительством агрегатов большой единичной мощности, появлением в системе Академии наук УССР Института черной металлургии и большого количества отраслевых исследовательских и проектных институтов. Результатом разработок ученых явилось создание научно-технических основ увеличения эффективности доменного производства и увеличения выплавки чугуна.

Управление погрузкой материала в доменные печи всегда было первоочередным фактором, с помощью которого можно управлять ходом плавки, обеспечивать наивысшую эффективность доменной плавки. Уже около 100 лет эксплуатируются конусные аппараты, которые явились большим шагом вперед в развитии доменного производства, поскольку они позволили обеспечить управление распределением шихты по окружности и радиусу, уменьшить выбросы газа в атмосферу.

Рассмотрим более поздний этап, связанный с повышением объема доменных печей, который является ключевым в развитии доменной промышленности, совершенствовании технологии и управления загрузкой. В конце 30-х годов прошлого столетия на основании опыта эксплуатации и строительства доменных печей объемом около 1000 м3 среди специалистов не было единого мнения о возможности и целесообразности дальнейшего увеличения их объема. Американские и немецкие специалисты-доменщики считали, что увеличение объема, связанное с увеличением диаметров всех элементов печи, нецелесообразно, так как в осевой зоне печи может образовываться непроницаемый для газов столб материалов — «тотерман», увеличение которого приведет к снижению технико-экономических свойств плавки и осложнит управление распределением газов в доменной печи. Результаты изучения вопроса работы доменных печей, проведенные группой советских ученых — учеников профессора М.А. Павлова, опубликованы в 1949 г. в трудах Ленинградского политехнического института. Выполнение этого комплекса исследований было сконцентрировано на решение главной проблемы — оценки целесообразности строительства доменных печей большего объема, чем достигнутый в то время (1000—1300 м3). На 12 доменных печах изучались особенности распределения газов, определялось, можно ли продувать осевую зону доменной печи, обеспечить нормальную технологию плавки, не будет ли в горне печи образовываться чрезмерно большой тотерман, уменьшающий эффективность плавки. Эти обстоятельные исследования, проведенные на многих российских и украинских металлургических заводах, имели две особенности. Кроме обычного анализа технических данных доменной плавки и измерения распределения CO2 по радиусу печи, были применены новые методы исследования: во-первых, зондирование горна доменной печи, изучение процессов распределения газов в фурменной зоне и, во-вторых, использование при исследованиях различных средств для замера профиля засыпи и скоростей схода шихты. Именно эти два элемента существенно отличали содержание информации, которая анализировалась при проведении исследований. Опираясь на результаты исследований была показана возможность создания и нормальной эксплуатации более мощных доменных печей, увеличения диаметров колошника и горна, объема печей и их производительности.

В 1960—1965 гг. были опубликованы работы крупных специалистов — механика В.К. Грузинова и технолога Н.Н. Ба-барыкина. В работе обобщено и математически описано распределение шихты при помощи конусных аппаратов, в работе приведены результаты исследований, связанных с ходом доменной плавки, развитием тепловых процессов и влиянием на них распределения шихтовых материалов в доменных печах. Широкий объем экспериментальных и теоретических изучений газодинамики и газопроницаемости шихты в доменных печах, оснащенных конусными загрузочными устройствами (КЗУ), выполнен профессором В.П. Тарасовым. Изучению особенностей взаимосвязи конструкции конусного распределителя и изменения траекторий движения шихты, а также управления окружным размещении шихты на печах с КЗУ посвящена работа.

В 1950 г. в СССР начались активные работы по проектированию и строительству новых доменных печей больших объемов. Печи объемом 1719, 2000, 2700 м3 и более поздние печи объемом 3000, 3200, 5000 и 5580 м3 впервые в мире строились в Советском Союзе, причем значительная их часть была построена на «Криворожстали». Когда в послевоенные годы началось строительство и освоение первых образцов новых доменных печей большого объема на «Криворожстали», Институт черной металлургии, который в то время возглавлял академик АН УССР З.И. Некрасов, развернул комплекс исследований по распределению шихты при загрузке печей большого объема, изучению характеристик распределения, анализу шихтовых материалов, разработке и освоению новых технологий плавки. Тогда же начал широко применяться агломерат, а позднее — окатыши. Все эти факторы требовали осмысления, оценки и совершенствования управления процессом плавки на доменных печах большого объема. Позднее появились новые системы шихтоподачи, где вагон-весы были заменены конвейерами, а отсев мелких фракций осуществлялся грохотами, хотя везде на доменных печах полезным объемом до 2700 м3 продолжалось использование конусных аппаратов, имеющих свои особенности. Новая конвейерная шихтоподача впервые была исследована и освоена ИЧМ на доменной печи № 4 «Северстали» объемом 2700 м3. Она открывала новые возможности формирования порций и использование этих возможностей для управления загрузкой шихты. С этого времени в ИЧМ научные разработки велись комплексно, в чем большая заслуга З.И. Некрасова, поскольку он понимал, что процессы, связанные с организацией загрузки печи, ее ходом, контролем ее состояния, нужно рассматривать всесторонне. К исследованиям по загрузке печи подключились механики института, специалисты по автоматизации, которые обеспечили комплексное изучение этой проблемы. Ключевым этапом комплексных исследований стало освоение оборудования, систем управления и технологии доменной печи № 9 (ДП-9) «Криворожстали» объемом 5000 м3, которая была в то время крупнейшей в мире. ДП-9 была оснащена новым загрузочным устройством, конвейерной схемы подачи шихты на колошник и новой двухплечевой конвейерной шихтоподачей.

В 60-х годах в технологии доменной плавки была сформулирована и заявлена на государственном уровне позиция, что одним из главных направлений совершенствования технологии и усовершенствования показателей доменной плавки, особенно на печах немалого объема, является улучшение качества шихтовых материалов, но ее реализация требует огромных капитальных затрат. Европейские страны и Япония этот путь прошли и сегодня широко используют кокс, агломерат и окатыши более высокого качества, благодаря чему получают лучшие технико-экономические показатели производства чугуна.

История совершенствования технологии доменной плавки - ЧАСТЬ 2

История совершенствования технологии доменной плавки - ЧАСТЬ 3

Уменьшение влияния износа на работоспособность машин

На работоспособность и производительность машин в большей степени влияет неравномерный износ деталей, так как равномерный износ обычно легко компенсировать. Следовательно, очень важно компенсировать износ увеличением износостойкости той детали из пары, которая снашивается скачкообразно и неравномерно. Добиться этого можно путем придания участку изнашиваемой детали повышенной твердости. В частности, существенно важнее повышать износостойкость направляющих станин, чем салазок (или ходовых винтов, чем гаек). Выравнивание износа в ходовых винтах достигается применением на наиболее изнашиваемых участках закаленных вставок (рис. 1, а). В подшипниках это достигается применением обратных пар, т. е. ставить на шейках втулки из антифрикционных материалов и стальные закаленные вкладыши (рис. 1, б).Важно направлять вектор износа в ту сторону, которая не влияет на работоспособность, в частности для станочного оборудования — на точность обработки. Например, для направляющих токарных станков (рис. 1, в, г, д) следует так выбирать оптимальные углы наклона и ширины граней, чтобы в результате их износа смещение резца по нормали к поверхности обработки было минимальным; для шлицевых сцеплений зубчатых колес желательно располагать ступицы на колесах по возможности зеркально по отношению к венцам шестерен, дабы избежать перекоса зубьев.Поврежденным граням необходимо придавать форму, свойственную изношенным деталям, которая в меньшей степени искажается при износе (например, профиль передач М. Л. Новикова, рис. 1, е).Эффективно перемещать силы, воздействующие на износ, равномерно по детали или поверхности, чтобы эти силы не влияли на точность узла или машины (рис. 1, ж, з, и). Сюда относится эксплуатация в токарно-винторезных станках ходовых винтов только для резки резьбы и обтачивание с помощью ходовых валиков. В шпиндельных блоках многошпиндельных токарных автоматов предотвращается износ основных направляющих введением специальных опор качения для поворота. В некоторых прецизионных зуборезных станках в целях сохранения точности делительной пары предусматривается отдельный привод ускоренного движения для выверки положения заготовки. В направляющих в ряде случаев оказывается возможным и эффективным переносить износ на поверхности регулировочных клиньев и сопряженные с ними путем нагружения их основными силами. При этом точное направление обеспечивается постоянным поджатием к основным мало изнашиваемым поверхностям.Для механизмов, работающих с неминуемым износом, предусматривают восполнение или самокомпенсацию износа (компенсируется постоянная составляющая износа). Компенсация износа совмещается с регулированием зазора. В подавляющем большинстве случаев при регулировании используется кинематика клинового механизма. Самокомпенсация износа достигается: собственным весом (например, в V-образных и треугольных направляющих), исходным деформированием системы (подшипники качения с предварительным натягом), сжатием пружин (особо быстроходные подшипники качения, имеющие быстрый темп износа), самонатяжением системы (фрикционные передачи, подшипники скольжения с несколькими масляными клиньями по окружности). Сюда же можно отнести применение электромагнитных муфт с магнитопроводящими дисками.

Средства уменьшения влияния износа на работоспособность

Геометрическая и кинематическая точность станка

Точность станков регулируется государственными стандартами.

Предусмотрены проверки, отражающие влияние точности станка на класс точность обработки изделий. Нормы установлены на основе статистических данных и требований к точности изделий.

Общая геометрическая точность станков подразделяется на:

  • точность поверхностей на которые приходится опора размещения инструмента и заготовки (ровность и плоскостность столов, точность крепежных конусов для крепления оснастки, инструмента, приспособлений и т. д.);
  • мягкостью и точностью вращения деталей станка в подшипниках и перемещению по направляющим (точность движения шпинделей, параллельность направляющих при перемещении столов и суппортов);
  • правильностью взаиморасположения направляющих хода рабочих органов (оси шпинделя по отношению к хождению суппортов и столов строго параллельны или перпендикулярны);
  • точностью размещения направляющих к поверхностям базирования (параллельность и перпендикулярность базовой оси шпинделя и линии хождения суппортов по опорной поверхностная грань стола и т. д.).

Точность в кинематике определяется согласованностью взаимосвязанных относительных перемещение органов, зажимных приспособлений инструмента и заготовок, и точностью повторяющегося деления и закрепления заготовки (точность схемы составляющей шкалы от шпинделя к ходовому винту, точность схемы производства обкатки в зуборезных станках и т. д.).

Комплексной поверкой геометрических и кинематических изменений точности является обработка пробных образцов при тонких стружках. Проверяется точность обработанной поверхности, точность расположения обработанных поверхностей между собой и по отношению к базовой поверхности, точность размеров в партии при автоматическом цикле работы.

Ниже приведены некоторые допустимые отклонения по важнейшим проверкам точности для станков небольших размеров нормальной точности. Изменения в отклонениях плоскостности столов 0,02— 0,03 мм на длине 1000 мм. Радиальное колебательное биение шпинделей на центрирующем буртике 0,01 мм, на оправке длиной 300 мм — 0,02 мм. Отклонение от прямого движения суппортов 0,02 мм на длине 1000 мм. Истинность оси шпинделя продольному движения хода суппорта в горизонтальной плоскости 0,01, а в вертикальной плоскости — 0,03 мм. Суммарная погрешность при осевых перемещениях суппортов по ходовому винту 0,03 мм на длине 100 мм, на длине 300 мм - 0,04 мм. Конусность и овальность образцов, обточенных на токарных станках, 0,01 мм, отклонение от плоскости (вогнутость) образцов диаметром до 400 мм — 0,025 мм.

В настоящее время станки выпускают нескольких классов точности, а точнее пяти: Н — нормальной класс станков, П — повышенной класс станков, В — высокой класс станков, А — особо высокой класс станков и С — класс мастер-станков со знаменателем ряда допусков по основным показателям 1,6. Станки повышенной точности - это оборудование, базой которых являются станки нормальной точности; повышение точности достигается более точным изготовлением или подбором деталей и более тщательной сборкой. Станки высоких классов обработки, обычно, имеют в себе перечень конструктивных отличий. Мастер-станки, предназначенные для деталей высочайшей точности: делительных и образцовых колес, измерительных винтов и т.д., изготавливают индивидуально.

Некоторые направления повышения начальной точности.


  1. Конструирование узлов с учетом возможности их изготовления с наивысшей точностью.
  2. Применение конструкций, позволяющих очень точную выверку. Сюда, например, относятся аэродинамические подшипники на упругих диафрагмах, допускающие точную выверку соосности деформированием диафрагм (рис. 1, а).
  3. Окончательная обработка в собранном виде. Сюда относятся шлифование дорожек качения внутренних колец двухрядных роликовых подшипников, надетых на шпиндель (рис. 1, б), балансировка в собранном виде.
  4. Окончательная обработка сопряженных деталей одним инструментом. Конструирование сопряжений, позволяющих такую обработку. Сюда относятся шариковое круговые опоры [1] с одинаковым V-образным профилем, позволяющим производить доводку одним притиром (рис. 1, б), V-образные шариковые и роликовые направляющие; полуцилиндрические направляющие с трубой Ингерсол, с обработкой обеих пар направляющих одним набором фрез (рис. 1, в) и др. В применении к изготовлению особо прецизионных червячных пар для мастер-станков этот принцип был развит до шлифования червяка и шевера для червячного колеса на одном станке и одним инструментом.
  5. Обеспечение возможности взаимной притирки и проверки по краске. Для этого, например, в комбинированных V-образных и плоских роликовых направляющих (рис. 1, а) специально подбирают соотношение размеров роликов (на плоской направляющей в 1,414 раза больше, чем на V-образной).
  6. Обеспечение точной установки деталей на прецизионных шпинделях и валах (в частности, колец подшипников), направление по торцу даже при посадке на конус, отказ от поджима резьбой и т. д. (рис. 1, д, е).


Погрешности схемы формообразования


  1. Погрешности, вызванные приближенной кинематической настройкой станков, например, при нарезании резьбы (в условиях, когда ходовой винт станка имеет метрическую резьбу, а нужно нарезать модульную или дюймовую), при нарезании косозубых колес и т. д.
  2. Погрешности, связанные с заменой поверхностей детали более простыми и удобными для обработки на станках, например замена кривых дугами окружностей, нарезание зубчатых колес модульными фрезами сокращенного комплекта, нарезание конических колес без движения обката и т. д.
  3. Погрешности образования поверхностей огибанием, связанные с числом зубьев инструментов, а при объемном копировании — также с шагом строки. Эти погрешности- сказываются в основном на шероховатости поверхности.


Если погрешности от несовершенства кинематической схемы формообразования оказываются существенными, то осуществляется переход на более совершенную схему.

Средства повышения начальной точности

Общие принципы повышения точности

Можно сформулировать несколько самых общих принципов повышения точности обработки. Часть принципов относится к общему повышению точности станка, а часть — к получению на станках деталей более высоких классов точности, чем соответствующие узлы станка.

  • Выбор технологических процессов, при которых точность обработки меньше зависит от станка, например обработку отверстий инструментом, направляемым-в приспособлении (рис. 1, а), обработку на автоматах фасонно-продольного точения, шлифование на неподвижных центрах или башмаках (как путь резкого повышения округлости, рис. 1, б, в), обработку обкатыванием (как сродство устранения специфических ошибок периодического деления и выравнивания ошибок, рис. 1, г), обработку с выхаживанием (как средство устранения влияния упругих деформаций).

Схемы обработки, способствующие повышению точности

  • Применение схем станков, благоприятных для обеспечения высокой точности обработки. Сюда, в частности, относится применение одношпиндельных револьверных полуавтоматов и автомате взамен соответствующих многошпиндельных станков н т. д.
  • Применение по возможности симметричных конструкций, характерных уменьшенными величинами: короблений от собственных напряжений, температурных деформаций, упругих деформаций и т. д., например, успешно применяют прецизионные шип винторезные станки с симметричным расположением ходового пиита между направляющими, столы протяжных станков с симметричным расположением опор (рис. 1, д, е) и т. д. Применение конструкций с минимальной динамической связанностью. Либор оптимальных баз для узлов, например, в патронных автоматах и полуавтоматах базирование суппорта на корпус породней бабки.
  • Направление вредных смещений (упругих, температурных, вектора линейного износа) в сторону, мало влияющую па точность обработки, т. е. по касательной к поверхности обработки в зоне резания. Например, возможны токарные суппорты «бесконечной технологической жесткости», у которых при обычном направлении равнодействующей силы резания резец не отжимается от детали; применяют подшипниковые узлы с обращенными материалами, т. е. со втулкой из антифрикционного материала, запрессованной на шпиндель, и стальным закаленным вкладышем.
  • Создание начальных технологических или силовых смещений в сторону, противоположную вредным смещениям, например, выполнение горизонтальных направляющих с выпуклостью вверх, создание предварительного натяга.
  • Повышение точности применением механизмов со многими контактами и выравниванием ошибок. Сюда относятся волновые передачи со многими зубьями в контакте, пары ходовой винт — длинная гайка (длина гайки около трех диаметров), индексирующие механизмы с несколькими фиксаторами, глобоидные червячные передачи с многими витками в зацеплении и с зубьями пониженной жесткости в круговых делительных машинах (рис. 1, ж, з).
  • Уменьшение сил трения и особенно их переменности как источника теплообразования и температурных деформаций, скачкообразной подачи, погрешностей позиционирования — переход на трение качения, жидкостное или газовое трение. Для обеспечения точных малых перемещений осуществляется переход на направляющие качения, гидро- или аэростатические направляющие, переход на подачу поворотом суппортов на опорах с малым плечом сил трения или на упругих шарнирах, сокращение путей точного подвода столов и суппортов для сохранения масляной пленки, образовавшейся при быстром подводе, и т. д.
  • Устранение зазоров: создание предварительного натяга, замена шпоночных и шлицевых соединений на конические соединения или в, особо ответственных случаях при необходимости осевых перемещений под нагрузкой на шариковые соединения.

Схема регулирования зазоров в опорах и направляющих

  • Тонкое регулирование зазоров и компенсация равномерной составляющей износа (рис. 2, 3), достигаемые: в подшипниках скольжения г- радиальным сближением вкладышей, относительным осевым перемещением вкладыша и вала с конической шейкой, деформированием тела вкладыша; в подшипниках качения — взаимным осевым смещением колец (радиально-упорные подшипники), радиальным распором кольца, натягиваемого на коническую шейку (радиальные подшипники); я направляющих — перемещением регулировочных планок или осевым перемещением регулировочных клиньев; в зубчатых передачах — осевым перемещением колес, изготовленных с малой конусностью рабочих поверхностей; в червячных передачах — осевым перемещением червяка, имеющего переменную толщину витков, или применением передачи с двумя червяками и регулировкой перемещением одного червяка; в ходовых винтах — регулируемыми гайками. И прецизионных станках имеется определенная тенденция перехода от регулирования н условиях эксплуатации к регулированию при выпуске станка. При неизбежности задоров в реверсируемых кинематических цепях применяют настраиваемые компенсаторы в сопряженных цепях (рис. 4, ж). Например, для компенсации зазоров, а цепи деления резьбошлифовальных станков в привод шпинделя изделия (от вала, с которого разветвляется движение на шпиндель и па цепь деления) вводится компенсатор, настраиваемый так, чтобы искрение на круге при движении вправо и влево было одинаковым.

Схема регулирования зазоров в передачах

  • Самокомпенсация погрешностей: автоматическая выборка зазоров собственным весом, пружинами, гидравлическим давлением.
  • Применение конструкций с уменьшенной чувствительностью к точности сборки: самоустанавливающихся подшипников, упругокомпенсирующего привода, плавающих ходовых винтов с закреплением в одной опоре, с уменьшенным до 15° углом профиля и т. д. Компенсация погрешностей, связанных с. выдвижением ползунов (выборки зазоров, изменения контактных деформаций) автоматическим уравновешиванием веса.
  • Компенсация неточностей изготовления масляным слоем. Это направление наиболее эффективно реализуется в гидростатических подшипниках, которые целесообразно для этого выполнять с четырьмя карманами. Некруглость изделия из-за погрешностей шпинделя может быть уменьшена почти на порядок. В наибольшей степени компенсируется овальность шейки. Компенсация имеет место также в гидродинамических подшипниках, но в меньшей степени. Имеются перспективы повышения прямолинейности перемещений – автоматическим изменением толщины масляного слоя с управлением от эталонных линеек или светового луча.
  • Тонкая фильтрация масла, поступающего в прецизионные подшипники, так как частицы, пропускаемые фильтрами, становятся соизмеримыми с допусками на некруглость прецизионных деталей, измеряемыми в десятых микрона.
  • Применение коррекционных устройств, позволяющих получать детали более высокой точности, чем механизм станка.
  • Автоматическое получение точных размеров и формы изделий путем активного контроля, автоматической подналадки на размер, автоматической балансировки кругов самонастройки, и т. д.

В настоящее время активный контроль распространяется не только на размер, но и на форму деталей.

Сравнивая между собой прямые пути повышения точности обработки повышением точности изготовления, жесткости, уменьшением температурных деформаций и т. д. и пути с помощью специальных коррекционных устройств, автоматической подналадки, нужно сказать, что в пределах надежного получения удовлетворительных результатов прямыми путями они обычно оказываются более экономичными.

Точность погрешности обработки на станках

Погрешности системы станок — инструмент подразделяется на следующие группы.

  1. Начальные погрешности станков: погрешности схемы формообразования; геометрические и кинематические неточности станков.
  2. Погрешности инструментов: начальные; размерный износ; затупление, а отсюда рост температурных и деформационных сил.
  3. Погрешности станков, связанные с режимом работы в данный момент или за тепловой цикл станка: упругие деформации, влияющие на точность вследствии копирования формы заготовки, переменной жесткостью системы, переменными силами трения и др.; колебания; температурные деформации.
  4. Погрешности станков, связанные со временем и условиями длительной эксплуатации станков: износ станков; коробление от остаточных напряжений; разверка станков.
  5. Погрешности, связанные с оператором: погрешности настройки; погрешности установки на размер.


При работе со большими сечениями среза преобладают погрешности, связанные с податливостью упругой системы. При чистовых режимах и при выхаживании они резко уменьшаются. В станках, находящихся в эксплуатации длительное-время, решающее значение имеет износ. Точность прецизионных станков в первую очередь выясняется точностью изготовления, температурными деформациями и короблением. При настройке прецизионных станков на размер для партии деталей резко повышается роль температурных деформаций, накапливающихся за тепловой цикл станка. Колебания станков особенно проявляются при неблагоприятных с точки зрения устойчивости процесса режимах обработки и инструментах, при отделочных операциях, требующих зеркальной поверхности обработки, при необходимости очень медленных перемещений и точности позиционирования.

Основные причины стандартных погрешностей форм заготовок обрабатываемых на станках. Перечень важнейших причин типовых погрешностей обработки, связанные со станком:


  1. Эксцентричность тел вращения. Факторы: при вращении центра, происходит биение шпинделя, что влечет за собой копирование эксцентриситета обрабатываемой заготовки, влияние центробежных деформационных сил (схоже с едва заметным биением шпинделя), деформационные силы из-за давления на хомутике.
  2. Некруглость. Причины: не достигнута округлость шеек шпинделей на подшипниках скольжения (влияет на чистоту и точность обработки тела вращения) и некруглость диаметров расточенных отверстий под вкладыши (зависит какая будет обработка вращающейся борштангой), непредсказуемое биение подшипников под шпиндель (в целом, очень важный фактор), копирование формы некруглости заготовки, изменение жесткости расточных станков при угловом повороте шпинделя, влияние привода шпинделя (например, при неровном распространении сил между пальцами или кулачками муфты), отклонение изделия из-за колебания при бесцентровом шлифовании, уход сверла или иного инструмента для сверления и расточки отверстий, несоосность инструмента и изделия вращающегося по оси.
  3. Конусность. Причины: движение центров из-за смещения задней бабки, отсутствие параллельности оси шпинделя относительно направляющих (при изготовлении детали в патроне), неодинаковая жесткость центров - переднего и заднего, отклонение шпинделя при патронной обработке, конусность самой заготовки, деформация из-за повышения температуры в системе.
  4. Непрямолинейность образующих. Первопричины: гибкость центров, а отсюда - деталь принимает форму песочных часов, мягкость и податливость детали, следствием которого является раздутость и бочкообразность, меняющаяся податливость борштанги при растачивании с выдвижением борштанги, повторение конфигурации заготовки, завалка поверхности на концах обрабатываемой детали при врезании и выходе инструмента, отсутствие прямолинейности на направляющих, в результате погрешностей производства и закреплении во время установки станка, износа и температурных деформаций.
  5. Неплоскостность. Причинность: непрямолинейность направляющих, дублирование формы детали, завалка поверхности на концах заготовки вследствие податливости всей системы, изменение жесткости резки по системе координат, люфт столов, свешивающихся с направляющих консолей или оснований, деформации столов из-за остаточных напряжений и наклепа зеркала, температурные деформации, всплывание столов на направляющих скольжения.
  6. Непараллельность базовой поверхности. Причины: непараллельность (в горизонтальных станках) или неперпендикулярность (в вертикальных станках) оси шпинделя поверхности стола и направляющим стола, непараллельность направляющих суппортов или шпиндельных головок поверхности стола и направляющим стола, непрямолинейность направляющих, податливость технологической системы, в первую очередь оправок фрезерных станков, консолей, ползунов, температурные деформации, поднятие стола.
  7. Неперпендикулярность или непараллельность осей отверстий базовым поверхностям. Причины: неперпендикулярность или непараллельность оси шпинделя опорной поверхности стола и направляющим стола, непрямолинейность направляющих, податливость технологической системы — кронштейнов, консолей, траверс, стоек, температурные деформаций.
  8. Ошибки, шага при нарезке винтов. Причины: погрешности в шаге ходовых винтов вначале резанья, неравномерный износ по всей длине винтов и утрате необходимого контакта с гайкой, деформации, связанные с температурой и воздействием силы биения винтов, влияние изменения сил трения, утрате точности направляющих, влияющие непосредственно и вследствие сдвига гайки на ходовом винте, неточности кинематической схемы и ее настройки, температурные и силовые деформации нарезаемых винтов.
  9. Ошибки зубчатых колес. Основные причины ошибок в основном шаге и профиле — неточности изготовления инструментов, их биение и перекос на оправках. Основные причины ошибок в окружном шаге: неточности цепи деления зуборезного станка и ошибки шага инструмента типа рейки и шестерни-долбяка. Неточности деления станка в первую очередь определяются неточностями последней делительной передачи, а также неточностями других элементов кинематической цепи.
  10. Волнистость. Причины: биение и неравномерный износ круга, колебания детали относительно инструмента, прерывистая подача суппортов, неравномерный привод деталей, погрешности направляющих, следы износа инструмента.
  11. Шероховатость поверхности. Основные причины шероховатости поверхности при обработке металлическим и металлокерамическим инструментами: а) след на плоскости обработки профиля инструмента с искажениями, связанными с наростообразованием и податливой деформацией; б) ограниченность чисел зубьев инструмента при обработке огибанием; в) задиры из-за трения задней поверхности инструмента по обработанной поверхности; г) надлом элементов стружки при возделывании хрупких материалов; д) неточное расположение режущих кромок многолезвийного вращающегося инструмента, е) колебания в системе.


Основная особенность образования поверхности при шлифовании заключается в том, что режущие зерна на абразивном круге не представляют сплошную режущую кромку и поверхность образуется последовательно в результате многих оборотов круга.

Шероховатость зависит от зернистости и других свойств круга, шага подачи при правке алмазом, режима обработки и вибраций.

Цанговые центрирующие механизмы

Цанговыми называются механизмы, в которых в качестве установочно-зажимного звена применяется цанга, представляющая специальную разрезную пружинящую втулку, с помощью которой в цанговом механизме обеспечивается определенное положение геометрической оси обрабатываемых деталей.

Сила привода к такому механизму передается на наружную или внутреннюю коническую поверхность цанги. Цанга с наружным конусом используется для закрепления по наружной поверхности деталей в виде стержней с круглым, квадратным или другим многоугольным профилем поперечного сечения. Цанги с внутренним конусом применяются преимущественно для крепления изнутри деталей типа цилиндрических втулок.

Обычно цанги изготовляют из цементируемой стали 20 или из высокоуглеродистых сталей У7А и У8А, а для сложных работ нередко из легированных материалов марки 12ХНВА, 9ХС и др. Для придания большей упругости и сопротивляемости износу цанги подвергают закалке до твердости БЩС 58—60 и тщательно шлифуют.

Цанговый механизм, центрирующий деталь по наружной поверхности

На рис. 1 показано приспособление с цанговым центрирующим устройством. С помощью рукояток 3 гайка 4 навинчивается на корпус 1, нажимая на шарики 8, которые, действуя на фланец втулки 5, опускают ее, и она конической поверхностью сжимает лепестки разрезанного конуса цанги 7. Это сжатие передается втулке 6 и помещенной в ней обрабатываемой детали. Применение шариков обусловлено стремлением уменьшить потери на трение между гайкой 4 и фланцем втулки 5. С этой же целью гайка помещена на втулке 5 с большим зазором, исключающим трение цилиндрических поверхностей этих деталей. Угол α цанги в рабочем положении обычно принимается равным 30°, а в свободном состоянии 29°. Этим достигается прилегание конусов цанги и втулки 5 в рабочем положении по всей длине образующей конуса. В свободном состоянии лепестки цанги контактируют с конической поверхностью втулки 5 только кромкой отверстия со стороны верхнего торца цанги. Угол конуса втулки составляет 29°, а в конструкции с обратным конусом — 31°. Центрирование обрабатываемой заготовки достигается в этом механизме не только точной обработкой конической поверхности цанги 7 и втулки 5, но и точной посадкой последней на цилиндрическом выступе корпуса 1 приспособления. Штифт 9 удерживает втулку 5 от проворачивания при завинчивании и отвинчивании гайки, а пружинные упоры 2 возвращают втулку в первоначальное положение для замены обрабатываемой детали.

Для зажима в цанге длинных прутков, например, при обработке на револьверных станках, переходные втулки 6, как правило, не применяют и предъявляют высокие требования к соответствию формы и размеров поперечного сечения прутка. В связи с этим прутки приходится подвергать первоначальной калибровке, что связано с очередными затратами. Во избежание этого применяют цанги особой конструкции, позволяющие одинаково надежно закреплять детали, разница размеров, которых составляет 1—3 мм.

Типы и особенности приспособлений для протягивания

Метод протягивания различных по форме внутренних и наружных поверхностей занимает самое широкое распространение в изготовлении крупных партий и массовой обработке деталей. При протягивании внутренних поверхностей обрабатываемая деталь, зачастую, не закрепляется на станке, а при наружном протягивании крепление детали должно быть в обязательном порядке. При наружном протягивании возникает сильный поворотный момент и сдвигающая сила, которые надлежит восполнить надежным закреплением детали. 

Механизм приспособления для протягивания бывают стационарные, передвижные и поворотные. Протягивание внутренних поверхностей часто осуществляется при помощи горизонтально-протяжных станков. На рис. 1 показано механизм приспособления для протягивания шпоночного паза 7 в зубчатом колесе 2. Положение этого паза должно быть согласовано с положением зубьев малого венца колеса, что вызывает необходимость устанавливать обрабатываемые детали относительно протяжки в определенном положении. В этой конструкции – это требование обеспечивается применением подвижной призмы 3, которая «улавливает» один из зубьев малого венца обрабатываемого колеса и тем ориентирует колесо относительно протяжки, положение которой зафиксировано выполненной по размерам протяжки выемкой 6 в пальце 1, укрепленном неподвижно в кронштейне станка.

Приспособления для протягивания шпоночного паза

Для снятия со станка обработанной детали призма 3 слегка приподнимается поворотом гайки 4 при помощи рукоятки 5. Сменная пластина 8 применяется для обеспечения обработки паза за два прохода и для компенсации уменьшения высоты протяжки при ее износе или при переточке.

Для производства спиральных пазов необходима протяжка с зубьями, расположенными спиралевидно. Угол спирали зубьев протяжки исполняется того же размера, что и детали. Обработка выполняется без использования направляющего пальца. Деталь специально направляется цилиндрическим хвостовиком самой протяжки. Чтобы получить спиральный паз при осевом перемещении, необходимо вращать протяжку либо обрабатываемую деталь.

Соединение протяжки со станком обязательно должно быть крепким и функциональным, так как протяжку снимают после каждого прохода. В патронах, изредка, протяжка автоматически защелкивается и под конец рабочего хода освобождается. В патроне (рис. 2, а) под действием пружины 2, упирающейся в неподвижную гайку 1, стакан 3, свободно перемещающийся по корпусу 6, перекрывает отверстия корпуса, в которых расположены кулачки 7, связывающие конец протяжки 4 с этим корпусом. В конце холостого хода стакан 3 встречает неподвижный упор 5 и останавливается. При дальнейшем движении протяжки кулачки 7 попадают в кольцевую выточку корпуса 6, и протяжка в результате скошенной поверхности своей кольцевой проточки при небольшой силе может быть свободно вынута.

Способы крепления протяжек

После установки новой детали протяжка может быть свободно помещена в патрон, так как конической фаской на торце она выталкивает в выточку корпуса кулачки 7, которые при движении корпуса влево (при рабочем ходе) будут заперты стаканом 3, остающимся неподвижным до тех пор, пока пружина 2 всецело разжата. При небольших размерах и весе протяжки управлять патроном можно без помощи специального упора вручную.

Быстродействующий патрон (рис. 2, б) для плоских (пазовых) протяжек работает дальнейший образом. При установке протяжки в патрон (по направлению стрелки А) рычажки 10 под нажимом инструмента покачиваются около своих осей 9 и при помощи пружинок 8 заходят (защелкиваются) в боковые пазы протяжки. Во время производства те же рычажки вытягивают за собой инструмент. Для удаления последнего рычажки выводятся из пазов протяжки поворотом их относительно осей 9 вручную.

В многосерийном и массовом производстве при отделке наружных поверхностей деталей применяется именно протягивание. При таком методе КПД труда повышается в 3-8 раз в сравнении с фрезерной обработкой. Этот способ гарантирует высокую точность обработки (до 0,025 мм) и высокий класс чистоты обработки поверхности. При этом методе обрабатываемую деталь необходимо надежно закреплять при помощи ручных, пневматических и гидравлических зажимных механизмов.

В целях сокращения времени используют поворотные многопозиционные столы, на которых очередная обрабатываемая деталь крепится вне места обработки, а обработанная заготовка может сниматься без открепления зажима.

На рис. 3 показано пневматическое приспособление для станка, предназначение которого - протягивание плоскости разъема большой головки шатуна 1 и площадок на этой головке для шатунных болтов. В качестве базовых поверхностей используется торец подвергающейся обработке головки и отверстие в малой головке, которым шатун закрепляется на палец 2.

Приспособление для наружного протягивания

Крепление шатуна производится системой рычагов 3, 4, 6 и 7, приводимых в действие штоком 8 пневматического цилиндра 9. Ввиду того, что шарнирная ось 5 перемещается по вертикали, цилиндр выполнен качающимся около оси 10. Так как машинное время при протягивании невелико, в ряде обстоятельств автоматизация механизма приспособления приносит большую экономию во времени.

Функция механизм приспособления, изображенного на рис. 4, чистовая обработка косых пазов на наружной цилиндрической поверхности тонкостенного кольца 9 значительного диаметра. Посему деталь центрирована и выставлена с помощью упругой мембраны 10. Зажимное устройство приводится в действие вращением червяка 11 посредством электро-или пневмодрели или вручную.

Автоматизированное поворотное приспособление

Поворот планшайбы 8 с обрабатываемой деталью выполняется автоматически при помощи так называемого «шагающего» делительного устройства, состоящего из двух зубчатых клиньев 19 и 22, сблокированных валиком 21, и кольца 23 (см. рис. 5).

Для автоматизации двустороннего поворота валика 21 использовано движение стола станка 20, происходящее после каждого хода инструмента. Для этого случая на стационарной опоре стола 1 закреплена рейка 2, с которой валик 7 объединено при помощи зубчатых колес 3, 5, 6. Чтобы избежать поломки в конце поворота применена храповая подпружиненная муфта 4. Отсюда следует, что за один обоесторонний холостой ход стола станка обрабатываемая деталь проворачивается на целый шаг.

Двухклиновые"шагающие" механизмы

Для предотвращения вибраций всей системы при обработке поворотная планшайба 8 автоматически прижимается к корпусу 17 при помощи гидропластмассы 18. Сжатие гидропластмассы происходит при помощи винта 12, приводящегося в действие при движении приспособления относительно неподвижной рейки 16. Для связи валика 12 с колесом 13 применена подпружиненная храповая муфта, одна половина которой выполнена за одно целое с колесом 13, а вторая 15 — отдельно. Колесо-полумуфта 13 свободно надето на винт 12 и находится в зацеплении с рейкой 16. Полумуфта 15 соединена с винтом 12 при помощи шпонки. Пружина 14 обеспечивает совместную работу делительного и зажимного механизмов и предохраняет их от поломки.

Схемы одновременного протягивания зубьев

Подобно рассмотренной выше возможности одновременной обработки зубьев колес на зубодолбежных станках, возможно одновременное протягивание зубьев на протяжных станках с используя специальные кольцевые протяжки по схеме, сходна схеме, показанной на рис. 7. В отличие от обычного протягивания в этом случае протяжка 1 (рис. 6) неподвижна, а обрабатываемая деталь 2 перемещается, внутри протяжки вдоль ее оси.

Схема одновременной обработки зубьев

Типы и особенности приспособлений к зуборезным станкам

Приспособления к зубодолбежным, зубофрезерным, зубострогальным и другим станкам зависит от вида обработки зубьев. Выделяют приспособления для производства цилиндрических, конических и шевронных зубчатых колес и валов, а также червячных колес.

Приспособление для обделки круглым долбяком на зубодолбежном станке цилиндрического зубчатого колеса 3 состоит из опорной шайбы 2, оправки 1, переходной втулки 6, зажимной шайбы 4 и гайки 5. Оправка 1 закрепляется жестко на вращающемся столе станка и удерживается от проворачивания в результате самозаклинивания в коническом гнезде стола. Применением переходных втулок 6 достигается использование одной оправки для установки зубчатых колес с разными диаметрами центрального отверстия.

Монтаж заготовки в устройство приспособления происходить рядом с местом обработки из-за своей громоздкости. В приведенной схеме шайба 4 воздействует не на ступицу зубчатого колеса, а на его венец. Шайба зажима имеет наружную выточку для захвата рукой. Гайку 5 при смене обработанной детали отвинчивают полностью. При обслуживании большого станочного парка рекомендуется применять быстросъемные шайбы для уменьшения времен на креплении деталей.

На зубострогальном станке в приспособлении для обработки конических зубчатых колес обрабатываемая деталь 7 одевается на сменный фланец 8 оправки 13 и зажимается ключом при помощи гайки 9 и шайб 10 и 11 или тягой (рис. 1, в) соответствующего механизированного привода. Для того чтобы шайбу 11, находящуюся в выемке зубчатого колеса, можно было освободить, ее проворачивают до совпадения трех ее выемок с совпадающими выступами шайбы 10. Оправку 13, установленную в шпиндель станка, дополнительно закрепляют тягой 14. Гайка 12 облегчает снятие приспособления.

Типовые приспособления к зубострогальным и долбежным станкам

При резке зубчатых колес на зубофрезерных станках следует совместно устанавливать несколько деталей, чтобы увеличить КПД станка путем использования максимального хода суппорта фрезы (рис. 2, а). Приспособление закреплено на горизонтальном столе станка болтами, расположенными в Т-образных пазах. Совмещение осей приспособления и стола проверяется индикатором. Конструкция обеспечивает надежное крепление обрабатываемых деталей и минимальное время на установку и снятие заготовок. Достигается это с помощью пневматического диафрагменного привода одностороннего действия.

Приспособления к зубофрезерным станкам

При прохождении воздуха в полости 9 опускается державка 2 кольцевой диафрагмы 1. Опираясь на фланец штока 3, державка опускает шток и тягу 7, которая надежно прижимает съемную шайбу 5 к обрабатываемым деталям 4. Последние удерживаются на оправке 6 с помощью зубчатого шлицевого соединения.

При удалении воздуха из полости 9 пружина 8 поднимает шток 3 и тягу 7, шайба 5 при этом легко снимается, а затем снимаются и обработанные колеса, так как диаметр отверстия в них несколько больше диаметра головки тяги 7.

При потоковом производстве необходимо применять приспособление для обработки других зубчатых колес с разными диаметрами отверстий или венца. В таких случаях пускают в дело наличную оправку и основание приспособления. Оправку можно использовать только тогда, когда диаметр отверстия другого колеса отличается от диаметра оправки настолько, что разрешает применение дистанционной втулки. Для фиксации зубчатых колес с большим наружным диаметром меняют опорные кольца, зажимную шайбу и, если требуется, дистанционные кольца.

Для обтачивания зубчатых колес диаметром свыше 400 мм иногда, чтобы не приостанавливать технологический процесс продолжительной сменой деталей, приспособление исполняется в нескольких наборах; во время работы первого из них второй комплект снимается вне станка от обработанных деталей и заряжается новыми (рис. 2, б). Основание 18 с центрирующим пальцем 19, внутри которого нарезано отверстие, установлено на столе постоянно. На палец и на основание 18 надевается приспособление с установленными на нем зубчатыми колесами 15 и закрепляется резьбовым стержнем 13 через резьбовое отверстие пальца 19.

Корпус 17 приспособления может быть отлит из чугуна. Оправка 11 делается полой для уменьшения ее веса, и чтобы в ней можно было поместить стержень 13 с муфтой 16. Последняя, дойдя до втулки 12, позволяет снять приспособление за ушко стержня 13. Крепление зубчатых колес производится тремя или четырьмя болтами 10. Кольца 14 предназначено для центровки зубчатых колес по конкретной выточке в их ступицах.

Вопросу центровки колес при нарезке зубьев, особенно на финишных операциях, уделяется особое внимание. Поэтому в нынешнее время, когда к качеству изделий предъявляются высочайшие требования, надлежит для базирования колес при резке зубьев чаще применять высокоточные и эффективные оправки и патроны с гидропластмассой.

На рис. 3, а показан пример одной из таких оправок, предназначенной для закрепления колес (показаны два варианта: слева широковенцовое колесо, справа — узкое большего диаметра) по внутренней чисто обработанной цилиндрической поверхности. Оправка 3 своим конусным хвостовиком помещается в корпусе 2 и надежно закрепляется в нем гайками 1. Колесо 6 надевается на тонкостенную оболочку 10, заполненную гидропластмассой 11. Положение колеса выверяется с помощью откидного фиксатора 5, который своим шариком помещают в один из предварительно нарезанных пазов между зубьями колеса. С помощью «переходников» 4 и 7 определяется положение колеса в осевом направлении. Поджатием пластмассы винтом 12 осуществляется центрирование колеса, а гайкой 8 и шайбой 9 — окончательное его закрепление.

На рис. 3, б приведен пример аналогично действующей оправки для зажима зубчатого валика по наружной цилиндрической поверхности. С помощью этой оправки (патрона) также можно обрабатывать колеса больших и малых диаметров.

Оправки с гидропластмассой

При конструировании приспособлений для зубофрезерных станков, необходимо, так же как и для других, учитывать конструкцию их рабочей части, так как в некоторых малых станках приспособление или оправка непосредственно центрируются по коническому отверстию стола.

Стремление повысить производительность операции предварительной обработки зубьев колес привело к созданию приспособлений (рис. 4), с помощью которых возможна одновременная обработка всех зубьев. Обрабатываемое колесо 1 устанавливается и закрепляется не на столе зубодолбежного станка, как обычно (см. рис. 1—3), а на шпинделе 2 станка, который служит для закрепления долбяка. В роли инструмента применяется многорезцовая головка 4 со специальными резцами 3. После каждого рабочего хода шпинделя с колесом по направлению стрелки А корпус головки, в конусную проточку которого входят хвостовики резцов, слегка поднимается, перемещая резцы в направлении стрелок Б (во избежание трения между резцами и зубьями колеса при холостом ходе). После каждого холостого хода шпинделя по стрелке А корпус, наоборот, опускается, заставляя резцы сближаться по направлению стрелок В. Резцовая головка центрируется в неподвижном стакане 2, укрепляемом на столе станка в положении, согласованном с осью обрабатываемой детали.

Схема одновременной обработки зубьев