Obróbka zgrubna powierzchni obrotowych

Zewnętrzne powierzchnie obrotowe należą do tych grup powierzchni, które występują niemal we wszystkich typach i rodzajach części maszyn .

Do najczęściej spotykanych należą powierzchnie: walca kołowego prostego, stożka i płaszczyzny, rzadziej powierzchni o tworzącej krzywoliniowej.

Liczba obrabiarek grupy tokarek w wydziałach mechanicznych fabryk budowy ma­szyn waha się od 20 do 50% ogólnej liczby obrabiarek.

Na wybór odpowiedniego i właściwego procesu obróbki zewnętrznej powierzchni obrotowej składa się na to wiele czynników, z których najważniejsze to:

- różnorodność kształtów i wymiarów powierzchni;

- różnorodność surówek i materiałów obrabianych;

- cech charakterystyczne i właściwości danej części maszyny, która zawiera zewnętrzną        powierzchnię obrotową;

- dokładność kształtu, wymiaru i wzajemnego położenia poszczególnych powierzchni;

- duża liczba odmian obrabiarek dla tego samego sposobu obróbki;

- liczba obrabianych przedmiotów;

- różnorodność metod i sposobów obróbki.

.Obróbka zgrubna i kształtująca powierzchni walców kołowych prostych

Powierzchnia walca kołowego prostego może występować w różnych częściach maszyn, przy czym, jak to wynika z podziału tych części wg podobieństwa technologicznego, najczęściej występuje w klasach „wały", „tuleje" i „tarcze". Ponieważ pewne zasady kształtowania po­wierzchni walca kołowego są wspólne dla każdego przypadku, tzn. bez względu na to czy jest ona fragmentem części klasy „wałek", „tuleja" lub innej, zostaną omówione tylko metody i sposoby obróbki omówionych powierzchni występujące w częściach należących do klasy „wały" i „mimośrody". Zasady, o których mowa, zostaną omówione dla  trzech wałków:

- wałek gładki, tj. taki, którego cała część (wałek) pokrywa się z modelem geometrycznym walca kołowego;

- wałek stopniowany, tj. taki, którego modelem geometrycznym części (wałka) jest kilka (czasem kilkanaście) połączonych ze sobą walców kołowych, o wspólnej osi różniących się wymiarami;

- wałek mimośrodowy, tj. taki, którego modelem geometrycznym są dwa (lub więcej) po­łączone ze sobą walce kołowe, o tych samych lub różnych wymiarach, przy czym osie walców są przesunięte równolegle o pewną wielkość, zwaną mimośrodem.

Głównymi cechami charakterystycznymi wałka, z wyjątkiem wałków mimośrodowych,
gdzie dochodzi wielkość mimośrodu, są  jego dwa wymiary: średnicą  - D i długość - L.

Według tych wymiarów dobiera się przede wszystkim obrabiarki, np. tokarkę wg średnicy i długości toczenia.

Osobną grupę, niezależnie od typu, stanowią tzw. wałki niesztywne o stosunku długości do średnicy większym niż 12, których obróbka, przy zachowaniu odpowiedniej dokładności (zwłaszcza dokładności kształtu), jest związana z pewnymi trudnościami.

Obróbka zgrubna i kształtująca powierzchni walców kołowych wykonywana jest na obrabiarkach należących do grupy tokarek, która należy do najbardziej zróżnicowanych grup obrabiarek skrawających do metali.

Grupę tokarek można podzielić na 3 podgrupy: ogólnego przeznaczenia, specjalizowane i specjalne branżowe.

Operacje zgrubne i kształtujące powierzchni walców kołowych są wykonywane na obra­biarkach należących do podgrupy tokarek ogólnego przeznaczenia, np. tokarki kłowe, rewolwe­rowe, wielonożowe, karuzelowe, automaty i półautomaty jednowrzecionowe i wielowrzecionowe, jak również na tokarkach specjalizowanych, np. tokarki łuszczarki i inne, lub na tokarkach specjalnych branżowych, np. tokarki do osi kołowych itp.

Rozróżniamy trzy rodzaje toczenia:

-          zgrubne (wstępne): zadaniem toczenia zgrubnego jest przede wszystkim usunięcie uszkodzonej warstwy materiału. W toczeniu zgrubnym na tokarkach kłowych można uzyskać dokładność wymiarową 14 -12 kl. ISO (IT14 - IT12) i Ra = 40 -- 20 μm. chropowatość.

-          kształtujące (średniodokładne); toczenie kształtujące (średniodokładne) daje możność uzyskania odpowiednio IT12 - IT11 i Ra = 30 -- 20 μm. chro­powatość,

-          dokładne: toczenie dokładne (nie mylić z toczeniem bardzo dokładnym, tzw „diamentowaniem") IT11--IT9 i Ra=10--2,5 μm. chropowatość.

Jeżeli żądana dokładność ob­róbki nie jest zbyt wysoka (np. IT13 - IT12), wówczas może być wystarczająca obróbka zgrubna. Są to jednak przypadki rzadkie, gdyż i przy tej dokładności należy przewidzieć dwukrotne to­czenie - zgrubne i kształtujące. Dotyczy to zwłaszcza przypadków, gdy obrabiane są następujące wałki:

- kute, szczególnie przy większych średnicach;

- o małej sztywności (L/D>15 -=- 20);

- ulepszane cieplnie (operację wykonuje się po toczeniu zgrubnym).

Poza tym należy pamiętać, że do obróbki zgrubnej obrabiarka nie musi być zbyt dokładna, jak również pracownik obsługujący może mieć niższe kwalifikacje. Toczenie dokładne nie różni się w zasadzie od toczenia kształtującego (średniodokładnego), z tym że wykonuje się przy stosun­kowo niewielkich naddatkach na obróbkę i małych posuwach (g <1 mm, p. = 0,1 + 0,3 mm/obr).

Obróbka wałków gładkich

Obróbka toczeniem wałków gładkich o normalnej sztywności, tj. wałków o L/D<12, nie przedstawia  specjalnej trudności. Wałki te ustala się i mocuje w następujący sposób  (rys .3.10):

- w kłach;

-          w uchwycie samoosiującym (samocentrującym);

-          w tulei zaciskowej;

- w uchwycie samoosiującym z jednoczesnym podparciem kłem konika;

- w uchwycie z niezależnymi szczękami;

-          w uchwytach specjalnych.

Przykłady ustalania i mocowania wałków na tokarkach kłowych przedstawiono na rys. 3.1, zaś schematy obróbki zgrubnej i kształtującej wałków gładkich na rys. 3.2.

Obróbka wałków stopniowanych

Obróbka zgrubna i kształtująca wałków stopniowanych jest bardziej złożona od obróbki wałków gładkich.

Trudności, jakie występują w tym przypadku, wiążą się przede wszystkim z:

        -  uzyskaniem współosiowości poszczególnych stopni oraz ich wymiarów długościowych, na co ma wpływ, między innymi, dobór właściwego ustalenia i zamocowania surówki lub materiału i dobór sposobów obróbki powierzchni czół stopni.

         - drugim czynnikiem utrudniającym obróbkę, zwłaszcza w produkcji seryjnej, jest właściwy dobór kolejności planowania zabiegów, co ma wpływ na wydajność.

  Ustalenie i mocowanie tylko w uchwycie samoosiującym 3-szczękowym (rys. 3.3a) może mieć miejsce tylko dla wałków krótkich, kiedy część wystająca z uchwytu nie przekracza 5D.

Wałki dłuższe (L/D>5) należy obrabiać w uchwycie samoosiującym trójszczękowym przy rów­noczesnym podparciu kłem (rys. 3.3b).

Rys.3.3

Rys.3.4

Przedstawiono plan zabiegów obróbki zgrubnej i kształtującej stopni wałka wykonanego na tokarce kłowej z pręta walcowego.

a)     pierwszy schemat przewiduje toczenie stopni w trzech zabiegach, przy czym każdy stopień jest obrabiany od czoła wałka. Droga  jaką musi pokonać narzędzie wynosi: L = l +l +l.

b)    drugi  schemat przewiduje obróbkę każdego stopnia oddzielnie, z tym że pierwszy stopień z uwagi na duży naddatek wykonywany jest w dwóch zabiegach. Droga wynosi: L = l +l  Ogólna długość przesuwu noża (co jest proporcjonalne do czasu głównego) jest najmniejsza. Wymagana większa sztywność układu o-p-n.

c)     stosuje się kombinacje schematów zabiegów

Kolejność obróbki stopni przy toczeniu kształtującym, zwłaszcza gdy obróbka jest obróbką końcową zależy od przyjętych baz obróbkowych i sposobu pomiaru długości stopni.

Rys.3.5 Przedstawiono schematy obróbki wałka wielostopniowego wykonywanego z pręta o jednakowej średnicy

17

toczenie z zastosowaniem posuwu wzdłużnego przy zastosowaniu suportu poprzecznego

a) w tym przypadku noże są ustawione na określone średnice stopni i po przejściu suportu na długości L obróbka wałka jest zakończona. Obciążenie obrabiarki jest nierównomierne i stopniowo wzrasta

noże rozpoczynają pracę jednocześnie w różnych  miejscach wałka

b)daje krótszy czas obróbki; Noże rozpoczynają pracę jednocześnie w różnych miejscach wału. Suport dosuwany jest w kierunku poprzecznym wg. podziałki lub zderzaka i po wcięciu się na odpowiednią głębokość włączony jest posuw wzdłużny (długość wszystkich stopni jest wielokrotnością najkrótszego stopnia)

c)gdy długość stopnia nie jest wielokrotnością najkrótszego stopnia (kombinacja między a i b)

kombinacja metody a i b

toczenie posuwem poprzecznym

d) pierwszy rozpoczyna pracę nóż który ma wykonać stopień o najmniejszej średnicy. Metoda stosowana do obróbki stopni krótkich (obróbka nożem kształtowym).

Dokładność obróbki na tokarkach wielonożowych jest mniejsza niż na tokarkach kłowych i wynosi IT11 ÷ 10.Natomiast dokładność wymiarów długościowych zależy od staranności ustawienia zderzaków i dokładności pracy obrabiarki oraz wielkości przedmiotu i waha się w granicach 0,1 ÷ 0,8 mm.

Rys.3.6

Metody obróbki wałków stopniowanych z surówek (odkuwek lub odlewów) mających jednakowe naddatki na obróbkę (tzn. że stopnie są wstępnie ukształtowane) przedstawiono na rys. 3.6. Schemat na rys. 3.6a pokazuje metodę podobną do opisanej już na rys. 3.5b. Wszystkie noże, z wyjątkiem znajdującego się od strony konika, wcinają się jednocześnie w materiał pod kątem 0 do osi przedmiotu, co ułatwia pracę narzędzia i zapobiega drganiom.

Metoda ta nadaje się do obróbki wałków o dowolnym stopniowaniu, tzn. nie tylko o kolejno zwiększających się średnicach stopni, pod warunkiem że przewidziany do zdjęcia naddatek będzie można usunąć w jednym przejściu, a długości są zbliżone.

Długość przejścia suportu równa się długości najdłuższego stopnia.

Metoda przedstawiona na rys. 3.6b jest stosowana do obróbki wałków z surówek, których długości po­szczególnych stopni znacznie różnią się między sobą.

Wałki stopniowane można również wykonywać metodą kopiową oraz metodą obróbki wielozabiegowej (wieloprzejściowej ) na obrabiarce pracującej w cyklu automatycznym.

Wałki stopniowane można również wykonywać na tokarkach rewolwerowych, automatach i półautomatach. Jest to sposób często stosowany przy toczeniu krótkich wałków i sworzni i dotyczy przede wszystkim tych przypadków, kiedy wymagania obróbkowe są niezbyt wysokie i nie zachodzi potrzeba dalszej obróbki. Gdy wymagania są większe, wałki stopniowane obrabiane na tokarkach rewolwerowych i półautomatach tokarskich powinny być nakiełkowane i dalszą obróbkę (tzn. kształtującą i wykańczającą) należy przeprowadzić w kłach.

Obróbka wałków mimośrodowych.

W procesie obróbki wałków mimośrodowych występują dwa ważne zagadnienia:

1-zachowanie równoległości osi poszczególnych powierzchni walców kołowych,

2-zachowanie położenia tych osi w określonej odległosci, tj. uzyskanie odpowiedniej mimośrodowości określonej przez konstruktora.

Spełnienie tych warunków jest możliwe przy zastosowaniu jednej z trzech metod polegających na:

a-obróbka przy kilku zamocowaniach,

1) Przy obróbce części toczonych w kłach korzysta się z dwóch par na­kiełków, jak pokazano na rys.3.11, przy czym odległość między osiami nakiełków równa się żądanej mimośrodowości, a dokładność obróbki zależy od prawidłowości wykonania nakiełków. tzn. przy każdym zamocowaniu obrabia się powierzchnię odpowiadającą jednej osi.

Ustaliwszy część wg jednej pary nakiełków toczy się powierzchnie jej odpowiadające, potem część ustala się wg drugiej pary i toczy pozostałe powierzchnie (produkcja jednostkowa i małoseryjna),

Rys.3.11.

2) Przy obróbce części zamocowanych w uchwytach najprostszym spo­sobem otrzymania żądanej mimośrodowości jest zastosowanie podkładki pod jedną ze szczęk trzyszczękowego uchwytu samocentrująoego wskazuje rys. 3.12. Odpowiednią grubość a podkładki przy założeniu punk­towego styku szczęk z obrabianym przedmiotem, oblicza się z równania

A = R + e — r.

Rozwiązując to równanie otrzymamy

gdzie d średnica powierzchni, za którą przedmiot jest zamocowany w szczękach.

Rys.3.12.

3) Inne rozwiązanie przy użyciu uchwytu o indywidualnie przesuwa­nych szczękach, wymaga posiłkowania się bazami kontrolnymi i ustawia­nia przedmiotu oddzielenie dla każdego zamocowania wg tych baz. Przy­kładem jest obróbka mimośrodu, przedstawiona na rys.3.13.

...