что значит фасонная поверхность
Общие сведения о фасонных поверхностях
Фасонными принято называть поверхности, имеющие криволинейную образующую. По форме их можно разделить на простые и сложные. У простых криволинейный профиль выполнен по дуге окружности постоянного радиуса, а у сложных он может состоять из участков различной кривизны, иногда соединенных прямыми линиями.
Кроме этого, различают контурные и объемные фасонные поверхности. Контурные поверхности ограничены двумя плоскими основаниями и имеют криволинейный профиль только в сечении, проведенном параллельно им. Такие поверхности могут быть получены обработкой на консольно-фрезерных станках. На рис. 83 показаны контурные фасонные поверхности у гаечного ключа (рис. 83, а), профильных дисковых кулачков (рис. 83, б) и рычага (рис. 83, в).
Объемная фасонная поверхность в сечениях, проведенных в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, имеет криволинейную форму, а для ее обработки требуются специальные копировально-фрезерные станки. Такие поверхности имеются в штампах, пресс-формах и других деталях.
Требованиями, предъявляемыми к фасонным поверхностям, являются обеспечение точности их формы, размеров, определенного расположения их относительно других поверхностей и получение заданной шероховатости в соответствии с техническими условиями чертежа.
Обработка фасонных поверхностей относится к сложным и трудоемким операциям и требует от фрезеровщика большого внимания и аккуратности.
На консольно-фрезерных станках контурные фасонные поверхности можно обрабатывать одним из следующих способов: комбинированием двух подач, по копиру, на круглом поворотном столе, фасонными фрезами.
Обработка фасонных поверхностей
Фасонными поверхностями называют поверхности, форма которых отличается от плоскости, цилиндра или конуса.
Различают фасонные поверхности: а) тел вращения (рисунок 1, а); б) замкнутого контура (рисунок 1, б); в) незамкнутого контура (рисунок 1, г) г) пространственно сложного контура.
Обработка фасонных поверхностей замкнутого и незамкнутого контуров.
Обработку деталей с фасонной поверхностью замкнутого контура (кулачков, распределительных шайб и прочих) производят путём обтачивания, фрезерования и шлифования на станках, оборудованных специальными копировальными устройствами.
Обтачивание фасонных поверхностей замкнутого контура производится на токарных станках с применением вращающихся копиров.
При изменениях кривизны контура в разных точках меняется угол резания и ухудшаются условия работы резца. Чтобы устранить этот недостаток, токарно-копировальные станки для обтачивания кулачков снабжаются устройством, обеспечивающим постоянство угла резания (рисунок 2).
Резцу 1, закреплённому в державке 2, вместе с суппортом 3 сообщается движение в поперечном направлении от вращающегося копира 4. Дополнительный копир 5, вращающийся синхронно с копиром 4, поворачивает державку 2 вокруг оси и изменяет положение резца относительно профиля кулачка.
Обрабатываемый кулачковый вал установлен в центрах и поддерживается люнетами.
При продольной подаче поверхность кулачка обрабатывается по всей длине.
Фрезерование деталей с фасонными поверхностями замкнутого контура производится на вертикально-фрезерных и копировально-фрезерных станках. При обработке на вертикально –фрезерном станке деталь помещают на вращающемся столе на одной оси с копиром, опирающимся на ролик, установленный в заданном положении относительно фрезы.
При обработке на копировально-фрезерных станках (рисунок 3) копир 2 и обрабатываемые детали 3,4 и 5 устанавливаются рядом на неподвижном или на синхронно вращающихся столах. При включении подачи следующий палец 7, закреплённый в импульсной головке 6, скользит по профилю копира, и при изменении давления на него переключает гидравлические или электрические механизмы, изменяющие направление движения стола 1.
Шлифование фасонных поверхностей типа кулачков производится на копировально-шлифовальных станках или на круглошлифовальных и токарных станках, оснащённых специальными копировальными приспособлениями. Копировально-шлифовальный станок (рисунок 4) применяется для шлифования кулачков распределительного вала. Передняя 1 и задняя 3 бабки, в центрах которых закрепляют деталь, установлены на люльке 6, качающейся на оси 4. Копиры 7 под действием пружины 5 все время прижимаются к ролику 8. Обрабатываемая деталь поддерживается люнетом 2.
Если диаметр шлифовального круга равен диаметру ролика, то контур копира соответствует контуру обрабатываемой детали. Обычно используют шлифовальный круг большого диаметра (500-600 мм). Контур копиров, которые значительно больше, чем обрабатываемые кулачки, определяется графическим способом или аналитическим расчётом. При шлифовании контура на таких станках обеспечивается точность до 0,1 мм и чистота 7-8 класса.
Фасонные поверхности незамкнутого контура обрабатывают на копировально-фрезерных станках (рисунок 3), а также на фрезерных и протяжных станках фасонными инструментами.
Для обработки фасонных поверхностей на фрезерных станках применяют обычно затылованные фасонные фрезы, у которых контур режущей кромки соответствует контуру обрабатываемой поверхности.
Протягивания фасонных поверхностей производится на тех же станках, на которых осуществляется протягивание наружных и внутренних поверхностей. При этом станок оснащают приспособлением, обеспечивающим надёжную ориентацию детали относительно протяжки и протяжками соответствующего профиля. При обработке фасонных поверхностей применяют протяжки, работающие по профильной или прогрессивной схеме.
Материал статьи написан на основе литературного источника «Технология производства двигателей внутреннего сгорания» М. Л. Ягудин
§ 22. Общие сведения о фасонных поверхностях
Поверхностью вращения называется поверхность, которая получается от вращения какой-нибудь линии АВ, называемой образующей, вокруг неподвижной прямой ОО1, называемой осью вращения. При этом любая точка М образующей А В остается на постоянном расстоянии от оси ОО1 и, следовательно, сделав полный оборот вокруг нее, возвращается в свое первоначальное положение, т. е. описывает окружность с радиусом MN и с центром в точке N (рис. 94, а).
Рис. 94. Классификация фасонных поверхностей
Цилиндрической поверхностью называется поверхность, создаваемая движением некоторой прямой (образующей), перемещающейся в пространстве параллельно данной прямой и пересекающей при этом некоторую кривую (направляющую) (рис. 94, б).
Конической поверхностью называется поверхность, производимая движением прямой (образующей), перемещающейся в пространстве так, что она постоянно проходит через неподвижную точку S (вершину) и пересекает данную линию (направляющую). Если направляющей будет окружность, то полученная таким образом коническая поверхность является конической поверхностью вращения (рис. 94, в).
Классификация поверхностей. В технике находят широкое применение детали с фасонными поверхностями.
Поверхности зубьев зубчатых колес и шлицев, поверхности винтовых канавок и резьб также относятся к фасонным поверхностям. Они находят широкое применение в машиностроении и для их обработки применяют, как правило, специальные (реже универсальные) станки и режущие инструменты.
Обработка зубчатых колес и винтовых канавок рассматривается в гл. VIII
Метод обработки фасонных поверхностей зависит от конфигурации, размеров, требуемой точности, материала заготовки, количества обрабатываемых деталей и других условий.
В большинстве случаев такие детали обрабатывают на универсальных фрезерных станках, копировально-фрезерных станках и на фрезерных станках с программным управлением.
Какими резцами и как точат фасонные поверхности
Методы обработки и используемый инструмент
Точение фасонных поверхностей производится на токарных или фрезерных станках. Существует несколько основных методов обработки:
С применением проходных резцов осуществляется обтачивание небольшого количества фасонных заготовок. Расположение режущих кромок и форма вершины резца подбираются в соответствии с углами наклона и радиусом изделия. Точение осуществляется посредством одновременного продольного и поперечного движения резца. При отсутствии опыта рекомендуется для отработки этих маневров рекомендуется выполнить следующее упражнение: в центрах или патронах устанавливается заготовка с фасонной поверхностью и сложным профилем, человек необходимо правильно перемещать суппорт, чтобы вершина режущего инструмента находилась на близком расстоянии от поверхности заготовки.
После приобретения необходимых навыков точения на токарных станках можно осуществлять комплексную обработку фасонных деталей. Изделие фиксируется в патроне. При помощи чернового резца поверхности придается ступенчатая форма. Удаляются вершины ступеней при помощи продольных и поперечных движений. Важно, чтобы интенсивность подачи и скорости обтачивания были на 30% меньше, чем при обработке наружных поверхностей изделий с цилиндрической поверхностью. После срезания ступеней посредством чистового резца фасонной детали придается окончательная форма. Проверка правильности обтачивания производится по шаблону.
Минусом обработки заготовок при помощи проходных резцов является малая производительность. Процесс точения требует от человека большое количество внимания и мастерства. Преимуществом этого способа является возможность использования стандартных проходных резцов, обладающих высокой прочностью и надежностью.
Также обработка поверхностей, обладающих криволинейной образующей, осуществляется при помощи фасонных резцов. Они соответствуют форме профиля заготовки. Существуют следующие разновидности этих инструментов:
Перед обтачиванием заготовки фасонный резец устанавливается на линии центров станка. Режущий инструмент должен находиться в горизонтальной плоскости под углом 90° относительно линии центров. Важно, чтобы ширина резца соответствовала диаметра обрабатываемой детали.
Заточка осуществляется по передней поверхности. Режущую кромку необходимо установить по центру обрабатываемой поверхности. Подача должна осуществляться равномерно и соответствовать жесткости заготовки. Скорость затачивания на 20% меньше, чем при обтачивании наружных поверхностей изделий цилиндрической формы. Во время обработки детали резец снимает большое количество металлической стружки, что приводит к появлению дополнительных колебаний и вибраций. Чтобы стабилизировать инструмент, необходимо снизить интенсивность резания и периодически охлаждать режущую кромку при помощи эмульсии или масла.
Обработка фасонных поверхностей по копиру имеет множество сходств с обтачиванием конических заготовок посредством конусной линейки. Копиром называется измерительный инструмент, имеющий криволинейное очертание. С помощью этой технологии резец придает заготовке поверхность, профиль которой будет эквивалентен профилю копира.
Для осуществления обработки фасонных поверхностей по копиру необходимо закрепить ролик в тяге и совершить продольные движения при помощи суппорта, отсоединенного от винта поперечной. В результате резец получает не только продольное, но и поперечное перемещение. Ролик во время обработки осуществляет передвижение по пазу криволинейной формы, образованному после наложения 2 пластин измерительного инструмента с криволинейным очертанием. Резец повторяет движение ролика и придает фасонной поверхности окончательную форму профиля. Если для обтачивания применяется односторонний копир, то прижим ролика происходит при помощи груза или пружинного механизма.
В нынешнее время в промышленных масштабах обработка фасонных поверхностей осуществляется посредством специализированных приспособлений, сообщающих резцу круговое движение по дуге с соответствующим радиусом. Наиболее часто применяются гидрокопировальные устройства, позволяющих обтачивать сложные профили и ступенчатые валики. Благодаря применению этого приспособления уменьшается время обработки и повышается производительность труда на предприятии.
Виды фасонных резцов и их основные характеристики
Фасонный резец, по сути, является инструментом, чья режущая кромка в точности повторяет профиль обрабатываемой поверхности, то есть она имеет криволинейную либо ступенчатую форму. Основные виды подобных резцов представлены на рисунке 1. Это инструменты, которые предназначены для изготовления фасонных деталей.
Рисунок 1. Основные типы фасонных резцов
На представленном изображении под буквой «а» представлен стержневой резец, используемый для получения вогнутой поверхности. Его преимущества сводятся к простоте конструкции и дешевизны производства. Что касается недостатков, то наиболее значимым является быстрый износ инструмента. После определенного числа переточек (выполняется по передней поверхности, чтобы можно было сохранить профиль) пластинка истирается, за счет чего высота по центру, определяемая при закреплении инструмента, становится недопустимо маленькой. Из этого следует, что дальнейшую обработку такой резец производить не может. По этой причине стержневые резцы чаще всего применяются на производствах, которые не отличаются массовым характером.
Под буквой «б» на этом же рисунке представлен призматический резец. Его передняя поверхность представляет собой торцевую часть бруска, использованного при производстве данного инструмента. При этом задний угол образуется за счет наклонного расположения резца 1 в державке 3. Для такого соединения оба этих элемента оснащаются специальными пазами, выполненными в форме ласточкиного хвоста. Более того, державка несколько надрезана, поэтому она сжимается все сильнее с затягиванием винта 2, за счет чего гарантируется надежная фиксация резца. Главные «минусы» этого типа фасонного резца связаны со сложностями его производства.
С дисковым фасонным резцом также можно ознакомиться, глядя на рисунок 1 (он расположен под буквой «в»). На изображении показано, что передняя поверхность инструмента находится несколько ниже, чем ось. Эта величина обозначается h и составляет десятую часть диаметра резца. За счет такого расположения образуется требуемый задний угол и в большинстве случаев он равен 12°, а передний угол — 0°. Такое исполнение не доставляет трудностей при изготовлении инструмента. К тому же, оно предотвращает затягивание резца в заготовку и благодаря этому полученная поверхность характеризуется отменным качеством. Ширина дискового резца, как правило, не превышает 40 мм, хотя в некоторых ситуациях она достигает 100 мм.
Тонкости обработки фасонных поверхностей
Для проведения правильной токарной обработки фасонных деталей важно правильно устанавливать режущие приспособления. Рабочая кромка должна размещаться на 1 уровне с центрами станка. Рекомендуется применять угольник для проверки правильности местоположения режущего приспособления. Первое ребро измерительного инструмента прикладывается вдоль оси детали. Второе ребро подносится к боковой стороне режущего инструмента. Важно не допустить появление неравномерного просвета.
Величина подачи зависит от следующих факторов:
Эти параметры применяются и во время обработки конических поверхностей. При правильной пропорции величин поперечной и продольной подачи позволит придать изделию максимально точную форму, соответствующую шаблону.
При обработке небольшого количества изделий нецелесообразно применять фасонные резцы, отличающие высокой стоимостью и сложностью изготовления. Если же необходимо обработать крупную партию заготовок, то необходимо амортизировать подачу режущего приспособления. С помощью этого приема повышается общая производительность.
Во время обтачивания заготовок с криволинейной образующей могут возникнуть следующие виды брака: неправильный профиль обработанной поверхности, низкая чистота обточенного изделия. Эти дефекты возникают из-за следующих причин:
Для предотвращения появления брака необходимо аккуратно устанавливать резцы и заготовку на токарном станке, производить проверку состояния рабочего оборудования и деталей.
Главным условием обработки деталей на станках является соблюдение техники безопасности:
Во время проведения обработки могут возникнуть нестандартные ситуации:
В этом случае необходимо выключить токарный станок, отвести людей на безопасное расстояние и сообщить о поломке.
Тонкости процесса точения
Отдельно следует акцентировать внимание на точении фасонных деталей, когда параллельно воздействует поперечная и продольная подача, осуществляемая станочником вручную. К такому способу мехобработки прибегают, если нужно изготовить малую партию деталей или обрабатываемая поверхность имеет малые размеры
Что касается первого случая, то изготавливать обычный фасонный резец невыгодно с экономической точки зрения, а для реализации второго варианта может понадобиться инструмент с нестандартными габаритами, который вызывает сложности в эксплуатации (например, образование вибраций).
Чтобы снять требуемый слой металла с заготовки используется либо чистовой, либо проходной резец. Продольные салазки смещаются в левую сторону, а поперечные — в правую сторону и назад. Если необходимо обработать поверхность, характеризующуюся малыми габаритами, то продольная подача реализуется за счет суппорта, который устанавливается таким образом, что его направляющие оказываются параллельными центровой линии оборудования. Поперечная подача в этом случае осуществляется поперечными салазками суппорта. Вершина инструмента, независимо от способа обработки, перемещается по кривой.
Обрабатывать детали с фасонными поверхностями — достаточно сложная задача, требующая от станочника определенных умений и опыта. Высококвалифицированные токари предпочитают использовать автоматическую продольную подачу, параллельно осуществляя поперечную подачу вручную. Полностью автоматизировать эти процессы можно при помощи специальных копировальных приспособлений. Их использование особенно актуально при обработке больших партий деталей. Перейти к списку статей >>
Контроль фасонной поверхности
Контроль качества обработки поверхности производится при помощи шаблона или специального протектора посредством наложения профиля обработанной детали в увеличенном масштабе на чертеж. Выбор метода контроля зависит от масштаба производственных работ, необходимой точности обработки и выбора конструктивной базы. Выделяют следующие методы контроля точности обработки:
Более точные результаты измерения точности заточки деталей можно получить при использовании оптических устройств. В этом случае производится фиксация базовых точек обработанного изделия при помощи наведения на них сетки оптического прицела.
Точение фасонных поверхностей
Фасонная поверхность — поверхность, полученная либо криволинейной образующей, либо сочетанием прямолинейных образующих, которые располагаются под разным наклоном относительно оси детали, либо комбинацией прямолинейных и криволинейных образующих. К ним относятся винтовые канавки, зубья шлицев и шестерен и прочее.
На токарных станках сложную фасонную поверхность можно получить четырьмя способами:
Разновидности фасонных резцов
Фасонный резец — это инструмент с режущей кромкой, повторяющей профиль обрабатываемой поверхности. Исходя из этого, различают:
Тонкости обработки фасонных поверхностей
Чтобы получить заданный профиль обрабатываемой заготовки, следует уделить внимание установке резца: режущая кромка должна располагаться на одном уровне с высотой центров токарного станка. Правильность положения при виде сверху проверяется посредством небольшого треугольника. Одно его ребро следует приложить вдоль оси цилиндрической поверхности заготовки, а другое нужно подвести к боковой стороне резца. При этом между инструментом и угольником не допускается неравномерный просвет.
Правил закрепления фасонных резцов следует придерживаться с особой ответственностью.
Что касается подачи фасонного резца, то она зачастую производится вручную. При этом ее величина зависит:
Обработка фасонных деталей в зависимости от подачи
Одновременное действие поперечной и продольной ручной подачи осуществляется в случае точения относительно больших по площади фасонных поверхностей либо при обработке небольшого числа деталей. Если использовать более традиционные способы, то для первого варианта потребовался бы довольно широкий резец, который бы при обработке вызывал серьезные вибрации детали, а для второго варианта изготовление фасонного резца вообще нецелесообразно.
Для снятия припуска используется проходной или чистовой резец. При этом продольные салазки суппорта вручную перемещают влево, а поперечные, вместе с тем, — вперед и назад. Сравнительно малые фасонные поверхности обрабатывают следующим образом: продольная подача осуществляется посредством задействования верхних салазок суппорта, направляющие которого располагаются параллельно центровой линии токарного станка; поперечная — посредством поперечных салазок. В обоих случаях траектория передвижения вершины режущего инструмента будет кривой.
Правильное соблюдение соотношения величин продольной подачи и поперечной при нескольких проходах придаст обрабатываемой заготовке нужную форму. Чтобы качественно выполнять подобную работу требуется определенные навыки и опыт. Квалифицированные токари при обработке сложных поверхностей включают автоматическую продольную подачу, параллельно с ней вручную перемещая поперечный суппорт.
При точении больших партий деталей необходимо автоматизировать сложное движение режущего инструмента. Для того чтобы справиться с этой задачей разрабатываются и изготавливаются копировальные приспособления. Сейчас все более популярными и востребованными становятся так называемые «гидравлические суппорты».