Точение многогранников - это процесс обработки плоскостей на вращающихся деталях при помощи специальных фрез на токарных станках с ЧПУ или многошпиндельном оборудовании. Деталь и фреза должны вращаться синхронизировано. При подобном виде обработки используется встречное фрезерование.
Устройство и работа токарного станка при точении многогранников все более актуально, так как цилиндрические детали с многогранными поверхностями находят все более широкое применение в различных сферах народного хозяйства, таких как: машиностроение, приборостроение, роботостроении, сельское хозяйство, горнодобывающей промышленности и даже в медицине. Это крепежные изделия, и элементы соединений передающих момент с участками многогранной формы, а также профильные соединения передающие момент.
Многогранники производятся обычно из заготовок круглого сечения используя фрезерный станок или зубофрезерный станок. Но в некоторых случаях точение многогранников на токарных станках, дополненных специальными устройствами, оказывается более эффективным.
В настоящее время определилось 3 способа точения многогранников, и если у вас есть токарный станок по металлу, то вы можете ими воспользоваться:
- а) Копирное приспособление для расточки многогранников;
- б) Если количество граней четное, то обтачивают неподвижную заготовку вращающейся резцовой головкой;
- в) Способ, при котором заготовка вращается в ту же сторону, что и резцовая головка, в этом случае число граней может быть нечетным.
Способ А. Токарная обработка поверхностей на токарных станках с использованием жесткого копира является наиболее простым способом обработки многогранников, который может быть рекомендован для деталей, не требующих высокой точности.
При растачивании многогранного отверстия суппорт с приспособлением подводится до соприкосновения следящего ролика с копиром в самой низкой точке его профиля. Затем вращением маховичка резец доводится до соприкосновения с предварительно расточенной поверхностью детали. Включаются скорость и подача. Деталь и копир вращаются с небольшой скоростью (45—60 об/мин.). Непрерывно поджимаемый пружиной к поверхности копира ролик следит за изменениями его профиля и передает их через штангу и державку резца на рабочий инструмент.
Растачивание многогранников производится расточным отогнутым резцом при продольной подаче 0,1—0,2 мм/об. Для повышения точности обработки копир изготовляют в десятки раз большей величины, чем готовая деталь. В результате этого в процессе обработки в соответствующее число раз уменьшаются погрешности исполнения задающего профиля.
Способ Б. Точение металла на токарном станке многорезцовой вращающейся головкой в автоматическом режиме, таких элементов как многогранник, при неподвижной заготовке основано на замене прямой линии многогранника участком сильно растянутого эллипса. Этим способом обрабатываются многогранники только с четным числом сторон, так как один резец инструментальной головки, следуя по замкнутой кривой, обтачивает две противоположные грани детали, два резца обтачивают попарно четыре грани квадрата, три резца — шесть граней шестигранника. Схема образования одной из сторон квадрата показана на рис. 1.
Рис. 1. Токарный станок по металлу: схема точения квадрата вращающейся головкой.
При точении квадрата двухрезцовой планетарной головкой один резец последовательно обтачивает две горизонтальные стенки, а другой резец — две вертикальные стенки квадрата. Грани квадрата выбраны из наиболее приближающихся к прямой линии частей эллипсов, описываемых вершинами резцов. Поскольку каждый резец, обтачивает по две грани, для обработки шестигранника, при неподвижной детали, нужно пользоваться инструментальной головкой с тремя резцами. Схема образования шестигранника показана на рис. 3.
Планетарное точение на токарном станке можно применять на оборудовании разных типов, но поскольку неподвижной заготовке необходимо сообщать движение подачи, целесообразно использовать револьверные станки, устанавливая зажимное приспособление в револьверную головку. При этом, несмотря на прерывистый характер резания, обеспечивается устойчивое состояние положения заготовки.
Схема технологической модернизации токарно револьверного станка для планетарного точения шестигранников с размерами под ключ от 22 до 55 мм показана на рис. 3. Заготовка закреплена с помощью патрона в револьверной головке. Она не вращается, но имеет продольную подачу. Обтачивание шестигранника производится трехрезцовой головкой, получающей планетарное движение от шестерни, с которой головка связана через шпонку общим валиком, смонтированным на подшипниках качения в крышке устройства, и в корпусе. Последний болтами прикреплен к планшайбе для токарного станка.
Процесс планетарной обточки весьма производителен. Если для фрезерования шестигранной головки болта с размером под ключ 32 мм на машиностроительном заводе требовалось 3,5 мин., то с переходом на точение машинное время уменьшилось до 0,7 минуты. Таким образом, производительность труда возросла в 5 раз.
Получив вращение от планшайбы и корпуса, планетарная шестерня с закрепленной на ней резцовой головкой начинает движение и вокруг своей оси, так как находится в зацеплении с неподвижной шестерней, поджатой к станине токарного станка через планку стяжкой. Каждый резец головки под воздействием переносного и обкаточного движений перемещается по эллипсу и обтачивает две противоположные грани заготовки.
К недостаткам, ограничивающим область применения указанного способа, следует отнести невозможность растачивания многогранных отверстий и обтачивания многогранников с нечетным числом его граней. Более совершенным способом в этом отношении является точение многогранников вращающейся многорезцовой головкой с вращением изделия в том же направлении.
Параллельное расположение осей заготовки и многорезцовой головки позволяет обтачивать многогранники как с четным, так и с нечетным числом граней. Число необходимых граней определяется соотношением угловых скоростей (или чисел оборотов) детали и головки, а также количеством резцов.
Теоретически возможны, как мы видим, различные варианты обработки на токарных станках. Стороны многогранника заменяются отдельными участками замкнутых циклоидальных кривых, приближающихся на участке точения к прямым линиям. Вид кривой определяется прежде всего числом резцов в инструментальной головке. Так, при точении шестигранника двухрезцовой головкой каждый резец обрабатывает три грани, что достигается при движении его по замкнутой трехветвистой гипоциклоиде.
Самым сложным случаем, очевидно, будет точение на токарном станке шестигранника однорезцовой головкой, так как резец вынужден описать в относительном перемещении замкнутую шестиветвистую циклоидальную кривую. И технологически этот случай является недостаточно удовлетворительным, так как съем всего лишнего металла относится к работе одного резца, который будет быстрее изнашиваться и ухудшать точность обработки.
Рис. 2. Схема точения неподвижного шестигранника трехрезцовой планетарной головкой.
Рис. 3. Приспособление для точения шестигранников на револьверном станке
При обтачивании шестигранника трехрезцовой головкой необходимо каждым резцом обрабатывать уже не по три, а только по две грани. Поэтому относительное перемещение резца по заготовке может осуществляться по более простой кривой (не по трехветвистой, а по двухветвистой) — по эллипсу (Рис. 4.).
При точении шестигранника шестирезцовой головкой каждый инструмент будет обрабатывать только одну грань. Производящий эллипс при этом может не охватывать деталь, а касаться ее — грань станет вогнутой. Здесь как бы аналогия с двумя методами вихревого точения с наружным или внутренним касанием.
Способ В. Точение металла на токарном станке при одновременном вращении в одну сторону детали и инструментальной головки по сравнению с другими способами резцовой обработки обладает рядом таких преимуществ, как осуществление точения при технически несложной модернизации токарных станков, высокая производительность, относительно высокая размерная точность (в пределах 2 класса точности), стабильность кинематики резания—незначительное изменение углов резания.
Вообще, для условий среднесерийного и мелкосерийного производства, характерного для большей части машиностроительных предприятий, наиболее целесообразно применение универсального оборудования общемашиностроительного назначения, на котором можно реализовать многогранную обработку поверхностей на токарных станках не только экономичным, но и высокопроизводительным методом. Таким методом является планетарное точение.
Рис. 4. Схема точения на токарном станке шестигранника: а — двухрезцовой головкой; б — трехрезцовой головкой.
Для реализации планетарного точения многогранных наружных поверхностей возможно применение двух методов – метода аппроксимации прямой линии многогранника гипотрохоидами в виде овалов; метода замены прямой линии многогранника участком удлиненной гипотрохоиды. При этом получаемый профиль будет отличаться от заданного, в первом случае он будет выпуклым, во втором – вогнутым (Рис. 5).
Наружная обработка на токарном станке, в особенности планетарная обработка многогранников с целью получения многогранников с различным количеством граней, от трех до двенадцати по одному из методов формообразования требует определения передаточного отношения R/r планетарного зубчатого колеса и сателлитов, а также количества сателлитов, несущих резцовые блоки.
Технологические условия для обработки поверхностей на токарных станках деталей с многогранными наружными плоскостями различны, для различных типов производств, технологических условий и возможностей. Поэтому при проектировании планетарной обработки на этапе формообразования многогранных поверхностей необходимо структурировать данные по передаточным отношениям зубчатой передачи и количеству резцовых блоков в планетарном механизме-построителе. Полученные данные представлены в таблице 1.
Таблица 1. Зависимость соотношений зубчатой передачи и количества резцовых блоков от метода получения и количества граней получаемых многогранников
где R – радиус неподвижного колеса с внутренним зацеплением, R – радиус шестерни сателлита расположенной на валу с закрепленным на ним резцовым блоком, N – число режущих кромок в резцовом блоке.
Таким образом, представленная таблица позволяет на этапе проектирования планетарной обработки многогранников, заранее выбрав устройство и работу токарного станка, определитьнаиболее подходящий метод формообразования, назначить передаточное отношение пары зубчатых колес, а также количество сателлитов с закрепленными на них резцовыми блоками в зависимости от количества граней многогранника, который необходимо получить.
Рис. 5. а) профиль получаемый при обработке по методу аппроксимации прямой линии многогранника гипотрохоидами в виде овалов; б) профиль получаемый при обработке по методу замены прямой линии многогранника участком удлиненной гипотрохоиды.
