Сверлильные станки подразделяют на универсальные, специализированные и специальные. На универсальных сверлильных станках можно выполнять любые операции по обработке отверстий. К универсальным станкам относятся: вертикально-сверлильные, радиально-сверлильные, настольно-сверлильные и др.; к специализированным сверлильные станки для глубокого сверления. В массовом производстве применяют специальные агрегатные многошпиндельные сверлильные станки, предназначенные для выполнения определенной операции.
При необходимости соблюдения точных межцентровых расстояний между отверстиями применяют кондукторные плиты, которые перед сверлением отверстий подводят к поверхности обрабатываемой заготовки, а затем шпиндели с инструментами направляют для сверления через кондукторные втулки, установленные на плите.
В массовом производстве при обработке заготовок корпусных деталей и др. применяют агрегатные многошпиндельные станки, которые состоят из нормализованных узлов и механизмов. На агрегатных станках производят сверление, развертывание, нарезание резьбы и прочие работы, которые обычно выполняют на сверлильных станках. Агрегатные сверлильные станки во многих случаях встраивают в автоматические станочные линии. Их можно переналаживать в зависимости от условий и требований технологического процесса.
Основные виды обработки, которые можно выполнять на сверлильных станках, приведены на рис. 3.10.
Сверление отверстий производится при вращении сверла и его осевой подаче (рис. 3.10, а). Инструментом служит обыкновенное спиральное или другой конструкции сверло. Сверление обеспечивает шероховатость Ra = 5 - 20 мкм и 9-й квалитет точности.
На сверлильном станке часто выполняют рассверливание, т. е. вторичную обработку сверлом большего диаметра ранее просверленного отверстия, это делают для того, чтобы сохранить межцентровое расстояние при сверлении отверстий больших диаметров, когда обработка одним сверлом большего диаметра может дать значительное отклонение оси сверления. При нормальном сверлении достигается точность отверстия по 9 - 10-му квалитетам.
Зенкерование отверстий (рис. 3.10, б) производится зенкером и служит для улучшения геометрической формы ранее просверленного цилиндрического отверстия. Черновое зенкерование обеспечивает точность обработки отверстия 9-й квалитет и шероховатость Ra = 5-20 мкм, чистовое зенкерование обеспечивает точность обработки отверстия 7-8 квалитеты и шероховатость Ra = 1,25-10 мкм.
Развертывание отверстий (рис. 3.10, в) выполняют после зенкерования, для того чтобы устранить грубые следы предыдущей обработки; расположение оси отверстия при этой операции не может быть исправлено.
Развертывание производят одно- или многократно. При однократном развертывании достигается точность обработки отверстия по 7 ÷ 8-му квалитетам, а при двух- или трехкратном развертывании можно достигнуть точности по 6 ÷7-му квалитетам. Шероховатость поверхности отверстия при развертывании может быть доведена до 0,16- 0,32 мкм.
Нарезание резьбы (рис. 3.10, г) производят после сверления отверстия под размер нарезаемой резьбы метчиками различных конструкций. При этом необходим обратный ход шпинделя (реверсирование) для вывертывания метчика из заготовки после нарезания резьбы. Исключение составляют так называемые «падающие» метчики (выпадающие из гнезда шпинделя) и специальные гаечные метчики, у которых нарезанные гайки перемещаются последовательно на гладкую часть стержня метчика.
Цекование (рис. 3.10 е) предусмотрено для подрезки торца бобышки заготовки или для получения ступенчатого отверстия. Эту операцию выполняют специальным инструментом - цековкой, которая имеет переставной резец 1, устанавливаемый по размеру диаметра обрабатываемой поверхности, и направляющую часть 2 для обеспечения соосности поверхностей ступенчатого отверстия.
Рис. 3.10. Основные виды обработки на сверлильных станках
3.2.3. Обработка на расточных станках
Расточные станки применяют главным образом для обработки в заготовках корпусных деталей отверстий с точно координированными осями (блоки двигателей, коробки передач и т. п.).
Растачивание может быть предварительным, чистовым и тонким. При предварительном растачивании Ra = 80…10, при чистовом 10…1,25, при тонком 2,5…0,63 мкм.
Универсально-расточные станки подразделяют на станки для обычных расточных работ и для точных расточных работ; к последним, в частности, относятся координатно-расточные станки, служащие для обработки отверстий с особо точными межцентровыми расстояниями. Они бывают горизонтальные и вертикальные.
На горизонтально-расточных станках можно сверлить и развертывать отверстия, нарезать в них резьбу и фрезеровать плоскости. Такие станки применяют в единичном и мелкосерийном производствах для обработки заготовок корпусных деталей.
На рис. 3.11 показаны основные виды работ, выполняемые на горизонтально-расточном станке, с указанием движений основных узлов станка.
На рис. 3.11, а показано одновременное растачивание двух концентричных отверстий резцами, закрепленными на борштанге 2, которую приводит во вращение шпиндель 1 и поддерживает люнет 3 задней стойки. При обработке заготовки стол 4 перемещается параллельно оси шпинделя (продольная подача). Этот способ растачивания с продольной подачей стола применяется в случае, когда расположенные соосно растачиваемые отверстия имеют значительную длину и возможен прогиб борштанги 2.
На рис. 3.11, б показано растачивание отверстия большого диаметра с помощью резца, закрепленного в резцедержателе 2, который укреплен на планшайбе 1. Продольная подача заготовки осуществляется движением стола 3, а радиальная подача резца - радиальным перемещением резцедержателя на планшайбе. Этим способом можно растачивать отверстия большого диаметра, но сравнительно малой длины.
На рис. 3.11, в показана обработка «летучим» суппортом торца заготовки после растачивания отверстия. В данном случае заготовка неподвижна и стол не перемещается. Планшайба 1 вращает резцедержатель 2с закрепленным резцом, который перемещается радиально, обрабатывая торцевую поверхность заготовки. Эта операция часто встречается при обработке больших несимметричных поверхностей.
Рис. 3.11. Схемы основных видов работ, выполняемых
на горизонтально-расточном станке
На рис. 3.11, г показан пример совместной работы шпинделя 2и планшайбы 1. Одновременно растачивается отверстие резцом, закрепленным на борштанге 4, и обрабатывается торец заготовки резцом, закрепленным в резцедержателе 3. Заготовка вместесо столом 5неподвижна.
3.2.4. Обработка на шлифовальных станках
Внутреннее шлифование применяют главным образом при обработке точных отверстий в закаленных деталях, а также в тех случаях, когда по каким-либо причинам невозможно применять другие, более производительные методы точной обработки отверстий, например алмазное растачивание, хонингование и др.
Существуют два способа внутреннего шлифования: шлифование отверстия во вращающейся заготовке, шлифование отверстия в неподвижной заготовке.
Первый способ применяют при шлифовании отверстий в небольших по размерам заготовках, большей частью представляющих собой тела вращения, например отверстий в зубчатых колесах, в кольцах шарико-и роликоподшипников, а второй - при шлифовании отверстий в заготовках корпусных деталей, которые неудобно или невозможно закрепить в патроне станка.
В первом случае обрабатываемую заготовку зажимают в патроне и приводят во вращательное движение, как это производят на токарном станке (рис. 3.12, а). Во втором случае заготовка устанавливается на столе станка, а шпиндель шлифовального круга, помимо вращательного движения, скорость которого соответствует окружной скорости шлифовального круга, имеет и планетарное движение со скоростью, соответствующей скорости вращения заготовки при шлифовании (рис. 3.12, б).
Рис. 3.12. Методы шлифования отверстий:
а - с вращением обрабатываемой заготовки;
б - с планетарным движением шлифовального круга
В обоих случаях осуществляется продольная подача шлифовального круга вдоль оси шлифуемого отверстия: в первом случае - движением шпиндельной головки, во втором - движением стола.
Наиболее существенное отличие внутреннего шлифования от наружного круглого шлифования заключается в том, что обработка производится кругом малого диаметра. Обычно диаметр круга при внутреннем шлифовании составляет 0,7 ÷ 0,9 диаметра шлифуемой заготовки.
По методу обеспечения заданной шероховатости внутреннее шлифование может быть черновым, предварительным и чистовым. Черновое шлифование применяется очень редко в тех случаях, когда поверхность отверстия в заготовке имеет следы песка, твердые шлаковые включения. Предварительное шлифование обеспечивает шероховатость Ra = 1,25…0,63, чистовое 0,63…0,16 мкм. Чистовое шлифование в ряде случаев может считаться отделочным видом обработки.
3.2.5. Обработка на протяжных станках
Протягивание - процесс обработки поверхности специальным инструментом - протяжкой, зубья которой за один ход снимают весь припуск.
На протяжке, кроме основных режущих зубьев, имеются калибрующие, придающие обрабатываемой поверхности требуемые точность и чистоту.
Различают три основных вида протягивания: по профильной схеме (рис. 3.12, а), осуществляемый протяжками, все зубья которых имеют профиль, подобный профилю (контуру) поперечного сечения обрабатываемой поверхности, различаясь только размерами, причем каждый зуб последовательно снимает слой металла по форме профиля обрабатываемой поверхности; по генераторной схеме (рис. 3.13, б), осуществляемый фигурными протяжками, зубья которых имеют переменный профиль с дугообразной или прямолинейной формой главной режущей кромки, постепенно переходящий к заданному профилю обрабатываемой поверхности; по прогрессивной схеме (рис. 3.13, в), осуществляемый протяжками, у которых все режущие зубья разбиты на группы, обычно по два зуба, причем каждый зуб группы формирует только определенный участок профиля обрабатываемой поверхности. При этом режущие кромки зубьев перекрывают друг друга.
Рис. 3.13. Схемы протягивания
Первая схема применима при протягивании поверхностей со снятием тонкого слоя металла по всей ширине обработки. Обработка по корке при этой схеме не производится. Генераторная схема упрощает изготовление протяжек, так как в этом случае нет необходимости в заточке зуба протяжки по всему фасонному затылку. Прогрессивная схема в основном применяется при протягивании необработанных предварительно поверхностей.
Величины припусков под протягивание при обработке цилиндрических отверстий колеблются от 0,5 до 1,5 мм на диаметр в зависимости от диаметра отверстий. Точность обработки по 8 -му квалитету.
Достигаемая шероховатость поверхности составляет Ra = 2,5…0,32 мкм. На (рис. 3.14) приведен общий вид наиболее распространенного горизонтально-протяжного станка. На станине 4 установлены основные узлы станка; в полой ее части размещен со всеми агрегатами и приводом от электродвигателя 1 гидропривод 3, который приводит в движение шток 2. Наружный конец штока покоится на дополнительной опоре, перемещающейся вместе с ползуном 5. Конец штока снабжен зажимным приспособлением 6 для крепления протяжки 8, другой конец которой поддерживается подвижным люнетом 9. Обрабатываемая заготовка 7 при протягивании упирается в торец станины.
Для перемещения штока с различными скоростями рабочего хода и установки протяжек с различной длиной в гидроприводе предусмотрено устройство для изменения длины и скорости движения ползуна 5.
По конструкции зубьев протяжки бывают режущими и уплотняющими. В первом случае зубья имеют острые режущие кромки, а во втором - округленные, работающие на уплотнение обрабатываемой поверхности.
Рис. 3.14. Общий вид горизонтально-протяжного станка
По профилю протяжки подразделяют на плоские, круглые и фасонные. Различают также сборные протяжки со вставными зубьями и наборные, оснащенные пластинками твердого сплава.
Разность высоты двух смежных зубьев определяет толщину слоя металла, срезаемого каждым зубом протяжки, или величину подъема на зуб, которая зависит от свойств обрабатываемого материала, материала протяжки, жесткости заготовки, формы протягиваемой поверхности и т. д. Для разделения широкой стружки на поверхности режущей части зубьев прорезаны стружкоразделительные канавки (от 6 до 12).
Наиболее распространенными являются круглые протяжки с прямыми зубьями (рис. 3.15, а). Их выполняют иногда сборными в целях экономии быстрорежущей стали.
Для протягивания глубоких отверстий применяют протяжки с винтовыми зубьями (рис. 3.15, б), работающие с поступательным движением вдоль оси.
Уплотняющая протяжка (рис. 3.15, в) не имеет острых режущих кромок; ее зубу придают округленную форму, что обеспечивает выглаживание обрабатываемой поверхности.
Шлицевые протяжки выполняют так же, как и круглые; в зависимости от формы шлица зубья изготовляют с прямым (рис. 3.15, г), угловым (рис. 3.15, д) или елочным (рис. 3.15, е) профилями.
Рис. 3.15. Виды протяжек
Для протягивания многогранных отверстий применяют квадратные, шестигранные прямоугольные и другого профиля протяжки. Для одновременной обработки различных поверхностей шлицевого отверстия применяют комбинированные протяжки, которые предварительно протягивают гладкое отверстие, а затем шлицы. Такие протяжки имеют вначале зубья круглой формы, за которыми расположены зубья, соответствующие форме шлица.
Шпоночные протяжки предназначены для протягивания в отверстиях шпоночных канавок различных форм.
3.2.6. Отделочные виды обработки отверстий
К основным отделочным видам обработки отверстий относятся: тонкое, или алмазное растачивание, хонингование (шлифование брусками) и притирка.
Хонингование (шлифование брусками) является основным видом отделочной обработки отверстий. Инструмент (рис. 3.16) - доводочная головка (хон) представляет собой цилиндр 4, вдоль образующих которого расположено шесть абразивных брусков 3, укрепленных на соответствующих планках 5 и соединенных попарно с радиальными стержнями 6, которые входят в соответствующие пазы головки. Внутри головки смонтирован двусторонний конический регулируемый стержень 1, с помощью которого радиальные стержни вместе с абразивными брусками раздвигаются, регулируя диаметральный размер и компенсируя износ абразивных брусков. Абразивные бруски соединены между собой попарно пружинами 7. Доводочную головку соединяют со шпинделем хонинговального станка шарниром.
Шпиндель станка сообщает доводочной головке одновременно вращательное (20 - 50 м/мин при обработке стали и 65 - 80 м/минпри обработке чугуна) и возвратно-поступательное движение (10 - 20 м/мин ) в отверстии обрабатываемой заготовки 2. При этом хон абразивными брусками сглаживает поверхность обрабатываемого отверстия заготовки и доводит его до нужного размера и чистоты поверхности. Точность отверстия соответствует 6 ÷ 7-му квалитетам с шероховатостью поверхности в пределах Ra = 0,16…0,04 мкм.
Рис. 3.16. Схема конструкции хонинговальной головки
Притирка - способ отделки отверстий с вращающимся притиром. Отверстия протирают лишь в единичном и мелкосерийном производствах, при обработке точных небольших отверстий, когда применение хонингования затруднительно. Притирка может быть грубой, средней и тонкой. При грубой притирке достигается шероховатость Ra = 0,63…0,32, при средней 0,16…0,32, при тонкой 0,16…0,08 мкм.
Одним из наиболее экономичных видов отделочной обработки является калибрование шариком. Способ заключается в продавливании шарика заданного размера через отверстие, диаметр которого на 0,05 – 0,1 мкм меньше диаметра шарика. Обработанная этим способом поверхность имеет шероховатость Ra = 0,32…0,08 мкм и поверхность с повышенной степенью наклепа.
3.2.7. Режущие инструменты для обработки отверстий
При сверлении режущим инструментом является сверло. Сверла бывают спиральными, перовыми, трубчатыми и т.д. Наибольшее применение находят спиральные сверла. Основные элементы спирального сверла представлены на рис. 3.17.
Рис. 3.17. Части и элементы спирального сверла
Сверла изготавливают из инструментальных сталей У9А, У10А, 9ХС, быстрорежущих сталей Р6М5, Р18 и др., твердых сплавов. Сверла, оснащенные пластинками из твердых сплавов, обладают высокой стойкостью, обеспечивают более высокую производительность, повышают качество обработанной поверхности и в результате снижают затраты на обработку. Особенно эффективно применять сверла с пластинками из твердых сплавов при сверлении чугунов и рассверливании чугунов и сталей.
Основным инструментом при зенкеровании и развертывании являются зенкер и развертка. По конструкции и оформлению режущих кромок зенкер несколько отличается от сверла и имеет три - четыре зуба (рис. 3.18).
Рис. 3.18. Основные части зенкеров: a - цельного с конусным
хвостовиком; 6 - насадного цельного
Процесс развертывания осуществляется разверткой. Развертка (рис. 3.19) во многом напоминает зенкер; основное ее отличие от зенкера заключается в том, что она снимает значительно меньший припуск и имеет большее число зубьев - от 6 до 12.
Рис. 3.19. Основные части развертки
Зенкеры и развертки изготовляют как из инструментальных сталей У12А, 9ХС, Р18 и Р9, так и с пластинками из твердых сплавов (Т15К6 при обработке сталей; ВК8, ВК6 и ВК4 при обработке чугунов); ручные развертки изготовляют из сталей 9ХС и У12A.
Рабочая часть зенкера и развертки (см. рис. 3.18 и 3.19) снабжена зубьями и состоит, в свою очередь, из двух частей: режущей В и калибрующей Г. Калибрующая часть служит для направления инструмента при работе, для калибрования отверстий и сохранения размера инструмента после его переточки. У развертки, в отличие от зенкера, калибрующая часть состоит из двух участков: цилиндрического Д и конического Е, так называемого обратного конуса (рис. 3.19). Обратный конус делается для уменьшения трения инструмента об обработанную поверхность и меньшей разбивки диаметра отверстия.
Для расточных операций применяют следующие типы инструментов: стержневые резцы с одной режущей кромкой (рис. 3.20); двусторонние пластинчатые резцы (резцы-блоки) с двумя или более режущими кромками; расточные головки с одной или несколькими режущими кромками (рис. 3.21).
Рис. 3.20. Способы расположения расточных резцов
при креплении их в оправках
Рис. 3.21. Двусторонние резцы и блоки
Широкое распространение при расточных работах получили расточные блоки, представленные на рис. 3.22.
Рис. 3.22. Расточные инструменты блоки: а - регулируемая расточная головка, б - резец-вставка с микрометрическим регулированием вылета; в) комбинированные инструменты; г - блок для дисковых фрез; д - блок для сверл с коническим хвостовиком; е - блок для сверл с цилиндрическим хвостовиком:I-хвостовик; 2- шпонка; 3- упор; 4- винт; 5-хвостовик цангового патрона; 6- регулировочная гайка; 7 - стопорный винт; 8 - прокладка; 9 - цанга; 10 - гайка; 11 - сверло; ж - регулируемая оправка: 1-корпус; 2- шпонка; 3- штифт; 4- стопорный винт; 5-гайка; 6- шпонка; 7-пружина; 8- винт; 9- гайка микрометрического регулирования; 10- резец; 12-винт крепления резца; 12- винт; 13 - резцедержатель; з - регулируемый резьбонарезной патрон