Обработка эксцентриковых деталей на различном оборудовании

Эксцентриковая деталь - это особый вид детали применяющийся в машиностроении, автомобильной промышленности и других отраслях. Эксцентриковая деталь отличается наличием эксцентрика, который позволяет регулировать положение детали относительно других элементов. Обработка эксцентриковых деталей требует особых способностей и технологий.

Обработка эксцентриковых деталей к которым относятся эксцентрики, эксцентричные валики, коленчатые валы, более сложный процесс металлообработки. Отличительной особенностью эксцентриковых деталей является наличие нескольких поверхностей вращения со строго параллельными осями. Если деталь имеет поперечное сечение, неравное по отношению к его центральной линии, она считается эксцентричной. Обеспечение параллельности осей, расстояния между ними и их углового расположения (например, при обработке коленчатых валов) является одной из задач, возникающих при обработке эксцентричных деталей.

Распределительные валы часто называют наиболее распространенными из этих заготовок, но эти детали обычно изготавливаются на специальном станке, предназначенном исключительно для их производства. Так что же делать в металлообрабатывающей компании, когда поступает заказ на деталь, которая нуждается в эксцентричном повороте?

Многозадачные обрабатывающие центры (рис. 1) легко справляются с обработкой эксцентриковых деталей, тем самым спасая операторов от перемещения эксцентричных деталей на дополнительную машину. Однако, предлагаем рассмотреть обработку подобных деталей на токарном станке.

Рис. 1. Пример обрабатывающего центра с возможностью работы над сложными эксцентриковыми формами

Типичный эксцентрик показан на рис. 2, а. У этой детали необходимо обработать поверхности А и В и отверстие С, причем поверхность А имеет ось О1О1 а поверхность В - ось О2О2, не совпадающую с первой и отстоящую от нее на расстоянии е. Кроме того, должны быть обработаны все торцевые поверхности детали.

Один из способов обработки эксцентриковых деталей на токарном станке заключается в следующем. У детали, закрепленной в четырехкулачковом патроне за поверхность А, обрабатываются поверхность В, отверстие С и торцы, доступные для обработки. После этого деталь надевается на оправку, центровые отверстия которой смещены относительно ее наружной поверхности на величину е. Установив оправку на центры, обрабатывают поверхность А детали и последний торец.

При отсутствии такой оправки обработку эксцентриковых деталей можно выполнить следующим образом. Закрепив эксцентрик в четырехкулачковом патроне токарного станка за поверхность В, надо обработать поверхность А эксцентрика и его левый (по рис. 2, а) торец. После этого эксцентрик закрепляется (рис. 2, б) в том же патроне за обработанную поверхность А.

Для проверки необходимого при этом смещения оси поверхности на величину е можно поступать так. Подведя к поверхности А детали резец, установленный задним концом вперед, измеряют величину просвета Т. В этот момент деталь должна быть установлена так, чтобы против торца резца находилась (рис. 2, б) самая «высокая» точка поверхности А. После этого измерения деталь поворачивают вместе с патроном на 180° так, чтобы против торца резца оказалась (рис. 2, в) самая «низкая» точка поверхности А, и снова измеряют просвет между этой поверхностью и торцом резца. Если просвет оказался равным Т + 2е, можно приступить к обтачиванию поверхности В, обработке отверстия С и правых (по рис. 2, в) торцовых поверхностей детали. В большинстве случаев приходится несколько раз смещать деталь и столько же раз производить указанные выше измерения.

Для определения самой высокой точки поверхности А, когда происходит обработка эксцентриковых деталей,можно воспользоваться куском мела, как при проверке установки детали в четырехкулачковом патроне. При медленном вращении детали мел коснется ее и сделает отметку на наиболее высоком участке поверхности в виде линии, в середине которой находится самая высокая точка этой поверхности. Самая низкая точка ее лежит, очевидно, на противоположной стороне. При небольшой величине е проверку смещения детали, установленной по рис. 2,б, можно производить с помощью индикатора, закрепленного в резцедержателе. Кнопка индикатора прижимается в этом случае к поверхности А медленно вращающейся детали; по колебаниям стрелки можно судить о величине смещения этой поверхности относительно оси вращения шпинделя токарного станка.

При обработке эксцентриковых деталей на обрабатывающих центрах процесс происходит гораздо проще. С чего же начать? Удивительно, но решение этого вопроса на самом деле может начинаться с операции фрезерования.

Процесс эксцентрического точения аналогичен традиционному точению только с добавлением дополнительной оси заготовки, которая параллельна центральной оси. Для создания детали эксцентричной формы режущий инструмент удаляет материал на необходимую глубину при повороте детали, как правило, на низкой скорости.

Мнение Дэвида Фишера, специалиста по металлообрабатывающим станкам, о процессе обработки эксцентриковых деталей. Вот что он сказал.

• Какой тип установки станка лучше всего подходит для выполнения эксцентрической токарной операции? 

Фишер: Все зависит от того, имеет ли токарный станок с ЧПУ фрезерный шпиндель. Если используется многозадачный станок, мы рекомендуем фрезеровать эксцентричную деталь или элемент детали до почти чистой формы, прежде чем использовать чистовой проход для завершения обработки. Нет никаких особых изменений в комплектации станка или требований к мощности.

• Что делает операцию фрезерования необходимой?

Фишер: Если вы обрабатываете деталь в многозадачном фрезерном центре, прежде чем выполнять чистовую обработку с помощью токарного инструмента, вы выполняете эффективные действия. Эффективность этих действий связана с тем, что вы не перемещаете деталь от станка к станку, а используете фрезерные операции для удаления материала на заготовке. В этом случае обработка происходит гораздо быстрее. Хорошая предварительная фрезерная обработка создаст хороший итоговый результат, поэтому крайне важно сделать это правильно. В большинстве случаев при обработке эксцентриковых деталей мы выполняем первичную фрезеровку заготовки, чтобы приблизиться к требуемой форме, и только последний проход будет с эксцентрическим поворотом.

• Как процесс эксцентрикового точения влияет на настройку?

Фишер: Традиционный метод обработки сложных деталей включает несколько станков, как токарных, так и фрезерных, и требует больше времени на настройку, чем необходимо. Операторы должны убедиться, что детали правильно измерены и отцентрованы, чтобы гарантировать, что каждая деталь имеет те же размеры, что и предыдущая. Но эти шаги настройки и измерения не нужны, когда все операции обработки выполняются на одном станке. Чем сложнее операция эксцентрического точения, тем больше вероятность того, что ее придется выполнять в отдельных в несколько этапов или даже в отдельных станках. Если у вас нет опции фрезерования на токарном станке, то обороты должны быть уменьшены во время поворота заготовки, часто до 200-300 об / мин.

• Как деталь поворачивается для обработки своей окончательной формы, как происходит операция поворота?

Фишер: На токарных центрах с ЧПУ мы вращаем деталь на шпинделе и держим инструмент в револьверной головке. Мы используем X и Y, чтобы сформировать профиль, и Z, чтобы пройти вниз по детали. При эксцентричном вращении инструмент фиксируется в шпинделе, и мы используем X и Y, чтобы держать его в контакте с поверхностью детали. Самую большую часть обработки эксцентриковых деталей, мы проведём перед финальной операцией, а затем последует завершающий чистовой проход. Это зависит от того, насколько близко процесс фрезерования привел нас к окончательной форме.

Благодаря возможностям современных фрезерных / токарных станков, теперь есть возможность уже в предчистовой обработке приблизиться к окончательной форме и качеству и форме детали. Существуют ограничения скорости, потому что происходит комплексное перемещаете многих осей.

• Как длинные детали и детали с большой эксцентричной геометрией влияют на процесс обработки?

Фишер: Если вы выполняете эксцентричный поворот на большой угол, то произойдет отклонение. Это нормально в любой токарной операции. Для крупных деталей возможно нужно будет создавать диаметры, на которые вы не можете закрепить упор, потому что деталь очень эксцентричная. Эти детали могут стать сложными для станков. Мое мнение, что эксцентричный поворот - это операция, которую необходимо выполнять, когда все остальное не сработало.

Наилучшее использование точения в обработке эксцентриковых деталей - это когда вам нужна повернутая поверхность на эксцентриковой детали или элемент детали, который требует минимального времени обработки. Если вы можете обработать всю оставшуюся часть детали, а затем получить один эксцентричный диаметр, то его относительно легко настроить и запустить.

• Что делать, если на детали много эксцентричной геометрии (рис. 3)?

Фишер: Тогда вам нужно ответить, хотите ли вы сделать еще одну настройку, чтобы сделать второй диаметр по центру? Это немного проблематично, потому что вы тратите больше времени на настройку, либо перемещаете деталь на второй станок. Наличие современного обрабатывающего центра, избавляет вас от перехода на другую машину. Это не 100% лучший вариант, но есть случаи, когда он может сильно помочь.

Если бы у меня был заказ на обработку эксцентриковых деталей больших размеров, и большая часть деталей нуждалась в эксцентричном повороте, я, вероятно, использовал бы две отдельные настройки станка. Вы выполняете эксцентричное вращение за одним цикл, а центрирующую (концентрическую) работу в другом. Если это что-то вроде коленчатого вала, я, вероятно, не буду делать эксцентричный поворот. Причина, по которой это трудно, заключается в том, что сложно подвести инструмент к заготовке, и он, вероятно, не даст очень хорошей обработки. Специальные станки справятся лучше.

• Какие требования к рабочему месту необходимы для эксцентрикового точения?

Фишер: Работа, как всегда, будет зависеть от детали. Для этого типа работы это в значительной степени зависит от того, где на заготовке находится эксцентриковая геометрия. Эксцентричные элементы в конце детали, особенно если это длинная деталь или если используется задняя бабка, могут быть сложными для обработки. Обработка заготовок специально для эксцентрикового точения не является первоочередной задачей, потому что все высокоскоростные работы в процессе обработки эксцентриковых деталей обычно выполняются первыми. Во время эксцентричного поворота деталь движется медленно, поэтому ее можно удерживать так же, как вы держите обычную цилиндрическую деталь.

Рис. 3. Пример детали с различной геометрией эксцентрических форм.

Рассмотрим процесс обработки эксцентричных валиков. Обработка таких деталей производится в патроне или в центрах. В первом случае необходимое смещение поверхностей валика достигается способами, рассмотренными выше, а во втором - использованием двух пар центровых отверстий (рис. 4), имеющихся в торцах валика.

Первая пара отверстий, расположенных на оси О1О1 используется при обтачивании поверхности диаметром D, а вторая пара, расположенная на оси О2О2, - при обтачивании поверхности d. Оси О1О1 и О2О2 расположены на расстоянии, равном требуемому эксцентриситету е. Точность выполнения этого размера в момент, когда выполняется обработка эксцентриковых деталей зависит от правильности центровки, которая производится по разметке или по кондуктору.