Специальное предложение

Черновое растачивание глубоких отверстий


24 Мая 2011
Рис. 1. Схема глубокого растачивания на сжатие (а)
и на растяжение (б)

Рис. 2. Способы подвода СОЖ и отвода стружки
при глубоком растачивании

Рис. 3. Однолезвийная расточная головка
с внутренним подводом СОЖ и двухрядными комбинированными направляющими элементами

Рис. 4. Двухлезвийная расточная головка одностороннего резания с делением ширины среза
с внутренним подводом СОЖ и направляющими
с натягом

Рис. 5. Расточная головка фирмы Botek (Германия) одностороннего резания с определенностью базирования для растачивания глубоких отверстий

а
б
Рис. 6. Расточные головки фирмы Sandvik Coromant (Швеция) однорезцовые с определенностью базирования с эжекторным отводом стружки

Рис. 7. Двухлезвийная расточная головка
двустороннего резания с делением толщины среза
и ограниченно подвижными направляющими



Рис. 8. Расточные головки:
а – однорезцовая с определенным базированием;
б – с резцовым блоком, с двумя рядами
направляющих и двумя пружинами их разжима

Рис. 9. Двухлезвийная расточная головка
двустороннего резания с делением толщины среза
и независимым разжимом направляющих

Рис. 10. Опытная схема управляемого растачивания глубокого отверстия

В обработке глубоких отверстий растачивание является вторичной дорабатывающей операцией, выпол­няемой после глубокого сверления в деталях - валах, либо образующей операцией в деталях - трубах с уже го­товыми отверстиями. Глубокое раста­чивание ведется на специальных стан­ках, специальным инструментом и по различным технологическим схемам.
В зависимости от назначения раз­личают три разновидности глубокого растачивания.
Черновое растачивание обеспечи­вает требования по расположению оси отверстия и ее прямолинейности.
Чистовое растачивание обеспечи­вает требования точности диаметраль­ных размеров и шероховатости обра­ботанной поверхности.
Комбинированное растачивание по­зволяет за один рабочий ход выполнить функции чернового и чистового раста­чивания.
Операцию чернового растачива­ния применяют в тех случаях, когда не удается обеспечить требования по расположению оси отверстия и ее пря­молинейности при сверлении и при не­обходимости удаления большого при­пуска, оставшегося после сверления.
В зависимости от схемы различа­ют глубокое растачивание на сжатие (рис. 1, а) и глубокое растачивание на растяжение (рис. 1, б).
По схеме на сжатие растачивание на­чинают с торца Б заготовки 5, располо­женного ближе к подающей каретке 4. При этом осевая составляющая силы резания Рх создает в стебле 3 напря­жения сжатия. По схеме на растяжение растачивание начинают с противопо­ложного торца А заготовки 5. Осевая составляющая силы резания Рх вызы­вает в стебле напряжения растяжения.
Оба вида используют как при черно­вом, так и чистовом растачивании. Для координации и направления инстру­мента в начале растачивания обычно используется кондукторная втулка 2, которая устанавливается в направ­ляющей стойке 1. В схеме на сжа­тие кондукторная втулка 2 является принадлежностью маслоприемника, стружкоприемника или направляющего устройства специальной конструкции, размещаемых в направляющей стойке 1. В обеих схемах расточная головка базируется в кондукторной втулке свои­ми направляющими элементами.
При растачивании на растяжение наружный диаметр стебля приходится выбирать, исходя из диаметра просвер­ленного отверстия, а не из диаметра расточенного отверстия, как при схеме на сжатие. Следовательно, стебель об­ладает меньшей жесткостью. Несмотря на это, конечные результаты по точности расположения оси при черновом раста­чивании на растяжение получаются луч­ше, так как при этой схеме стебель ра­ботает в более благоприятных условиях и, как следствие этого, погрешности к концу процесса уменьшаются.
При черновом растачивании на рас­тяжение отклонения от прямолинейно­сти оси отверстия получаются мень­ше, чем при схеме на сжатие.
Однако на практике растачивание на растяжение (особенно черновое) вызывает определенные трудности, связанные в частности при работе на станках с креплением левой части за­готовки в патроне (горшке), при нали­чии втулки - заглушки для подаваемой СОЖ (см. рис. 2, а, б) и др.
При глубоком растачивании, также как и при глубоком сверлении, обяза­тельна подача смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания расточ­ной головки, используемой как средство для удаления образующейся при реза­нии стружки.
Способы подвода СОЖ и отвода стружки при глубоком растачивании различны.
При наружном подводе СОЖ с вну­тренним отводом стружки (рис. 2, а) СОЖ подводится через маслоприемник по наружному каналу Н (в зазор) между поверхностью стебля инструмента 2 и стенками отверстия в заготовке 1. Отво­дится СОЖ вместе со стружкой через окно С в расточной головке и далее по внутрен­нему каналу В стебля инструмента. По­скольку в заготовке уже имеется сквоз­ное отверстие, это отверстие приходится закрывать заглушкой 4 с уплотнением 3, поджимаемым плотно к торцу заготовки. Перед включением рабочей подачи ин­струмента полость Д в заготовке полно­стью заполняется СОЖ, благодаря чему создаются условия для отвода стружки, близкие к условиям сверления.
Наружный подвод СОЖ в отверстие Д детали (рис. 2, б) ведется через за­глушку 4 против подачи инструмента. Стружка вместе с СОЖ попадает в окно С расточной головки и отводится (внутрен­ним отводом) через отверстие стебля. На корпусе инструмента необходимо на­личие уплотнения, которое преграждает проход СОЖ в зазор между стеблем и по­верхностью обрабатываемого отверстия.
Наружный подвод СОЖ через маслоприемник по наружному каналу Н (в за­зор) выполняется к расточной головке против подачи инструмента (рис. 2, в). Далее СОЖ через окно в расточной головке вместе со стружкой поступа­ет во внутреннюю полость головки и вымывается через отверстие в дета­ли. На корпусе инструмента необхо­димо наличие уплотнения 3, которое преграждает проход СОЖ в отверстие детали, минуя головку.
Внутренняя подача СОЖ через от­верстие В стебля к режущим элементам расточной головки через окно С позво­ляет наружный отвод стружки в направ­лении подачи инструмента через от­верстие детали (рис. 2, г).
Преимущества и недостатки этих способов растачивания определяют­ся применяемыми способами отвода стружки и используемой технологиче­ской оснасткой. В схемах с наружным подводом СОЖ (рис. 2, а и в) необ­ходимо использовать маслоприемник, что усложняет процесс растачивания. При подаче СОЖ через отверстие де­тали (рис. 2, б) обязательно при­менение заглушки, усложняется ин­струмент (требуется уплотнение) и возможно попадание стружки под направляющие головки, что крайне нежелательно. Растачивание с под­водом СОЖ через отверстие стебля (внутренний подвод) при наружном от­воде стружки через отверстие в детали (рис. 2, г) не требует сложной тех­нологической оснастки, кроме то­го, стружка отводится по необрабо­танному отверстию, и практически полностью устраняется возможность ее попадания под направляющие ин­струмента. Благодаря этому способ широко применяется в практике.
Инструмент для чернового рас­тачивания
глубоких отверстий может быть разделен на две основные груп­пы: расточные головки с определенно­стью базирования и расточные голов­ки без определенности базирования, и в каждой из групп для схемы работы на сжатие или на растяжение.
Естественно, инструмент в каждой из групп отличается по конструктив­ному оформлению его отдельных эле­ментов. По конструкции направляющих можно выделить расточные головки с жесткими, упругими, регулируемыми и раздвижными направляющими. По конструкции режущих элементов от­мечены расточные головки со сменны­ми резцами, с расточными блоками, с механическим креплением многогран­ных пластин твердого сплава. Отмече­ны расточные головки по количеству направляющих, их размещению на корпусе головки, по конструктивному оформлению и по примененному ма­териалу этих направляющих и др.
Особенностью чернового растачи­вания (в отличие от сверления) явля­ется неравномерность снимаемого по окружности припуска. Поэтому при черновом растачивании особое вни­мание уделяют разработке таких кон­струкций инструментов, которые могли бы надежно обеспечивать требуемую точность и производительность в усло­виях воздействия изменяющихся в течение оборота сил резания. Перио­дическая неравномерность воздей­ствующих на инструмент сил в опреде­ленной мере приводит к вибрациям при резании, к уводам оси и др.
Расточные головки с определенно­стью базирования среди других наибо­лее надежно обеспечивают при черно­вом растачивании получение отверстий с минимальными уводами и минималь­ными отклонениями от прямолинейно­сти оси. Их недостатком является огра­ниченная производительность, которая определяется тем, что эти инструменты в основном однолезвийные, а если и многолезвийные, то работают с деле­нием ширины среза, и, следователь­но, подача выбирается как для одно- лезвийных инструментов.
Расточные головки для чернового растачивания, как правило, разрабаты­ваются для работы на сжатие. И лишь в особых случаях, когда требуется полу­чить отверстие с высокими требования­ми в отношении увода и отклонений от прямолинейности оси, головки выполня­ются для работы на растяжение.
Однолезвийные головки как инстру­менты с определенным базированием распространены весьма широко и выполняются для работы с наружным и с внутренним подводом СОЖ. Много­лезвийные же применяют реже, и боль­шинство из них исполнены для работы с внутренним подводом СОЖ.
Рассмотрим конструкции некоторых расточных головок, используемых для чернового растачивания.
Однолезвийные расточные головки с постоянным базированием использу­ют для растачивания отверстий диаме­тром 50...250 мм.
Головка работает на сжатие с вну­тренним подводом СОЖ (через отвер­стие в стебле) с выходом СОЖ к режу­щим элементам через окно Б. Стружка отводится вперед головки по отверстию детали (см. рис. 2, г). Головка (рис. 3) имеет сменный режущий элемент в ви­де цилиндрического резца 5 с напайной пластинкой. Резец закрепляют в корпу­се головки и регулируют по диаметру винтом, упирающимся в торец резца. Головка имеет двухрядные направляю­щие элементы. Первый ряд — направ­ляющие элементы без натяга, выпол­нены в виде двух жестких неподвижных планок 1, которые выполняют сменными. Второй ряд — направляющие элемен­ты с натягом, выполненные в виде трех упругих направляющих 3 из капролона, под которые в паз головки для повыше­ния упругих свойств положены пласти­ны 4 из полиуретана. Направляющие расположены равномерно по окруж­ности. Второй ряд направляющих эле­ментов предназначен для уменьшения угла возможного поворота оси головки в отверстии и уменьшения вибраций. Натяг принимается примерно равным 0,1...0,15 мм. Головка имеет хвостовик, на наружной поверхности которого вы­полнены посадочные шейки Б и ленточ­ная резьба для соединения со стеблем. У головок диаметром до 90 мм резьба прямоугольного профиля двухзаходная, а у головок большего диаметра — трехзаходная. На переднем торце головки выполнено отверстие А, соосное с осью головки и имеющее резьбовой участок. В это отверстие вворачивают центриру­ющий палец прибора для контроля точ­ности настройки резца на требуемый диаметр головки.
Двухлезвийная головка с посто­янным базированием (рис. 4) имеет режущие элементы в виде сменных призматических резцов 5 с напайными пластинками твердого сплава, уста­новленных в пазах корпуса 1 головки. Настройка разцов по диаметру про­изводится винтами 6, а закрепление — винтами 2. Направляющие элемен­ты с натягом выполнены в виде трех жестких неподвижных направляющих 4 и одной независимой ограниченно- подвижной направляющей 3. Направ­ляющие сменные на стальной подлож­ке закрепляют на корпусе головки винтами. Головка имеет хвостовик с наружными посадочными поверхно­стями Б под стебель. СОЖ к лезвию подводится через отверстие В. Спере­ди в корпус запрессована втулка с от­верстием Л для прибора, используемого при настройке резцов на требуемый диаметр. Направляющие шлифуют в сборе с корпусом. Перед шлифованием из подпружиненной направляющей пру­жины удаляют, а вместо нее устанавлива­ют мерную прокладку. После шлифования прокладки заменяют на пружину. Рабочий натяг и жесткость пру­жин выбираются такими, чтобы усилие поджатия к поверхности отверстия составляло 400...1200 Н для отверстий соответственно диаметром 60...180 мм.
Расточные головки для обра­ботки глубоких отверстий одно­стороннего резания с опреде­ленностью базирования (рис. 5) предназначены для растачивания глубоких отверстий диаметром 45...250 мм. Режущий эле­мент головки выполнен в виде кассеты 4 с продольной шпонкой, входящей в соответствующий паз на корпусе 5 головки. Кассета крепится в корпусе винтом 7.
На ней с помощью клина 6 за­креплена твердосплавная пласти­на I ромбической формы, которая имеет две режущие кромки. На­стройка головки на диаметр про­изводится путем смены направляющих 2 и регулировки вылета кассеты. В процессе обработки три твердосплавные направляющие 2 под действием радиальных со­ставляющих сил резания и трения при­жимаются к поверхности обработанного отверстия, обеспечивая тем самым по­перечную устойчивостьинструмента. Три пластмассовые (из полиамида) направ­ляющие 3 служат для гашения колебаний расточной головки.
Расточные головки однорезцовые с определенностью базирования фирмы Sandvik Coromant возможны к примене­нию для растачивания после сверления отверстии эжекторными сверлами, по­скольку в них для отвода стружки при резании используется эжекторная си­стема (рис. 6, а).
Головки представлены нескольки­ми конструкциями, в двух из которых (рис.6, б) используемые в головках многогранные пластины крепятся в специальных кассетах с устройством регулирования вылета режущей пластины по диаметру. Эти головки имеют две жестких твердосплавных и одну тек­столитовую направляющие и представ­лены в диапазоне диаметров от 43,01 до 183,9 мм. В расточных головках для диапазона диаметров 20…43 мм крепление пластины осуществляется винтом с базированием в пазу корпуса. Поджим пластины (регулировка вылета) выполняется специальным винтом, рас­полагаемым по центру головки.
Растачивание цилиндрических отверстий головками двустороннего резания с делением толщины среза выполняется головками без определен­ности базирования. Они имеют специ­альные расточные блоки с диаметрально симметрично расположенными режущи­ми лезвиями. Для надежного базирова­ния головок их направляющие элементы выполняются ограниченно подвижными. В одной из конструкций такой головки (рис. 7) в качестве режущего элемен­та используют жестко закрепляемый в корпусе 2 расточной блок 1.
Блок устанавливается в корпусе в специальном торцевом пазу, фиксируется от смещения вдоль паза срезанным пальцем 4 и закрепляется винтами 3. Направляющие в виде колодок 10 с закрепленными на них винтами 9 подложками с напайными пластинками твердого сплава 8 входят в окна корпуса 2 головки и своими скосами опираются на наклонные поверхности втулки 7. Втулка перемещается вдоль оси с помощью прорезной пружины 6, сжимаемой гайками 5, определяющими натяг направляющих. Превышение направляющих относительно диаметра по режущим лезвиям обычно принимают равным 0,4...0,6 мм. Постоянство контакта колодок с втулкой поддерживается пластинчатыми пружинами 11. Для предотвращения заклинивания колодок в окнах корпуса их торцовые поверхности выполняют по цилиндрической поверхности. Указывается, что головка обладает высокой виброустойчивостью и производительностью. Отметим, что головки с ограниченно подвижными направляющими могут быть исполнены и с одним резцом, как головки с определенным базированием (см. рис. 8, а).
Конструкций расточных головок без определенного базирования разработано достаточно много, и все они, в основном, различаются конструкцией механизмов раздвижения направляющих.
Встречаются конструкции с двумя рядами направляющих и с двумя воздействующими на них пружинами (рис. 8, б) и др.
Расточная головка с независимым разжимом направляющих (рис. 9) по конструкции проще пружинных. Голов­ка имеет в качестве упругого элемента полиуретановые пластины 4, которые устанавливают в пазы в корпусе 1 под каждую направляющую 2. От выпадения из паза направляющие удерживаются винтами 3. Натяг регулируется подбором толщины прокладок 5. Резцовый блок 6 устанавливают в торцовом пазу корпу­са и от перемещения по пазу фиксируют шпонкой 7, а закрепляют винтами 8.
Подвод СОЖ к лезвиям через отверстие в стебле и в головке через отверстия А. Направляющие шлифуются на диаметр головки непосредственно в корпусе или на специальной оправке, для чего перед шлифованием вместо полиуретановых устанавливают стальные пластины тол­щиной меньше полиуретановых на раз­мер, равный половине диаметрального натяга. Этот натяг принимается в пре­делах 0,4 ...1,4 мм на диаметр. Головка обладает высокой виброустойчивостью и производительностью (7...9 м/ч и более); при работе ею огранка поверхности не образуется, а увод не превышает 0,3 мм/пог. м.
Анализ конструкций и результатов работы расточных головок двусторон­него резания с делением толщины среза с ограниченно подвижными на­правляющими позволяет отметить их преимущества. Более высокая про­изводительность в сравнении с одно- лезвийными, а также с многолезвий­ными с делением ширины среза, так как работают с делением толщины сре­за; более высокая виброустойчивость, что позволяет получать расточенное отверстие без огранки. К недостаткам следует отнести сложность конструк­ции, большую себестоимость в срав­нении с однолезвийными; сложность в обслуживании и настройке; большие уводы оси в сравнении с головками с определенностью базирования.
Головки для управляемого раста­чивания используют с целью обе­спечения минимального отклонения от прямолинейности обрабатываемого отверстия или для ведения растачива­ния отверстий с получением заданных (определенных конструктором) отклоне­ний от прямолинейности оси на каком-то участке детали. Процесс управляемо­го растачивания заключается в том, что положение вершины резца (которая об­разовывает поверхность отверстия) не­прерывно контролируется относительно геометрической оси обрабатываемого отверстия, заданной каким-либо мето­дом, и положение этой вершины при необходимости корректируется. Одним из вариантов расточных головок для управляемого растачивания является тот, в котором роль опорной (геометри­ческой) оси обрабатываемого отверстия выполняет луч лазера.
Принцип его работы (рис.10) мо­жет быть следующий. Геометрическая ось растачиваемого отверстия задает­ся лазером 1. Пятно его луча попадает на четырехсекторный фотодиод, рас­положенный на оси расточной головки.
При неравномерной засветке лучом секторов фотодиода, в сумматорах 8 и 9 выделяются электросигналы, которые усиливаются усилителями 10 и 11. Уси­ленные сигналы подаются в электрогидрораспределители 12 и 13, которые в соответствии с сигналом подают рабо­чую жидкость под давлением в привод­ные цилиндры направляющих головки до тех пор, пока она не совместит свой центр с центром пятна засветки.
Естественно, при реализации рас­смотренной схемы следует принимать во внимание, что луч лазера при сво­бодном прохождении внутри отверстия детали может искажаться как потоком СОЖ со стружкой, так и возмущением воздуха от горячей стружки, что при­ведет к большим погрешностям поло­жения геометрической оси, заданной лучом. Поэтому в расточной головке, реализующей принцип управляемого растачивания, фотодиод помещался внутрь головки, и луч лазера проходил внутри борштанги.

П.П. Серебреницкий
Журнал «Ритм», ноябрь 2010


Возврат к списку

Задать вопрос