Текст книги "Слесарное дело"

Правильный выбор режущего и измерительного инструмента и приспособлений оказывает существенное влияние на качество производимых изделий в машиностроении.

Выбор приспособлений зависит от ряда факторов – от характера обработки, механических свойств обрабатываемого материала, геометрических форм поверхности обработки, размеров детали, выбранных баз и других условий. Приспособления делятся на две группы: универсальные и специальные. К числу универсальных приспособлений относятся слесарные и машинные тиски, сверлильные патроны, струбцины и т. д. Специальные приспособления применяют в том случае, когда нельзя использовать универсальные приспособления, а также при обработке большого количества одинаковых деталей, т. е. в массовом производстве, так как затраты в этом случае на изготовление специальных приспособлений быстро возмещаются.

Режущий инструмент выбирают так, чтобы обеспечить заданную форму, чистоту и точность обрабатываемой поверхности; при этом учитывают размер и механические свойства обрабатываемой детали, программу выпуска. В первую очередь стремятся выбрать стандартизованные и нормализованные инструменты. В редких случаях применяются специальные режущие инструменты.

При выборе измерительных инструментов прежде всего нужно руководствоваться соответствием точности показания данного инструмента техническим условиям на обработку детали. Предпочтение отдается универсальным инструментам. Принимают во внимание удобство измерения инструментом и затраты времени на измерение.

1. Какие типы производства существующие в машиностроении вы знаете?

2. Дайте краткую характеристику каждому типу производства.

3. Какие виды цехов вы знаете?

4. Дайте определение производственного процесса.

5. Охарактеризуйте основные части производственного процесса.

6. Назовите последовательность разработки технологического процесса.

7. Что обозначает термин «база детали», какой она бывает?

8. Дайте определение припуска и назовите его основные виды.

9. Назовите основные виды технической документации, необходимой для производства изделий в машиностроении.

10. На чем основывается выбор режущего, измерительного инструмента и приспособлений при изготовлении деталей?

Раздел II
Основы резания металлов на металлорежущих станках

Глава 6
Процесс механической обработки металла резанием

Обработка металлов резанием – это процесс срезания режущим инструментом с поверхностей заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали.

Заготовками для механических цехов служат прокат (круглый, квадратный, полосовой, трубы и т. д.), поковки, штамповки и отливки. Заготовки, поступающие в механические цехи, имеют припуск на обработку резанием. Припуск зависит от ряда факторов: размеров, формы и конструктивных особенностей изготовляемой детали, вида заготовки, масштабов производства (числа изготавливаемых деталей) и др. Припуск на сторону для штамповок составляет 1,5–7 мм, для поковок – 2,5–20, для отливок (в земляные формы) – 3–30 мм.

К основным методам обработки металлов резанием относятся точение (рис. 6.1а), сверление (рис. 6.1б), фрезерование (рис. 6.1в), строгание (рис. 6.1 г) и шлифование (рис. 6.1д). Из них наиболее распространенным и изученным методом с точки зрения теории резания металлов считается точение, у которого много общего со всеми другими методами механической обработки металлов, поэтому правильное понимание этого процесса облегчает изучение всех других методов обработки резанием.

Рис. 6.1. Схемы основных методов обработки материалов резанием:

а – точение; б – сверление; в – фрезерование; г – строгание; д – шлифование

I – главное движение; II – движение подачи

Чтобы с заготовки срезать слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих органах станков, обеспечивающих эти относительные движения: в шпинделе, на столе, в револьверной головке и т. д. Движения рабочих органов станков делят на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение и движение подачи.

За главное движение принимают то движение, которое определяет скорость деформирования и отделения стружки. За движение подачи принимают то движение, которое обеспечивает непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по своему характеру вращательными, поступательными, возвратно-поступательными и т. д. Скорость главного движения обозначают v, величину подачи – s.

Движения, обеспечивающие взаимное расположение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала, называют установочными. К вспомогательным движениям относят транспортирование заготовки, закрепление заготовок и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов станка на холостом ходу, переключение скоростей резания и подачи и т. п.

При токарной обработке (рис. 6.1а) главное движение резания I – вращение обрабатываемой детали, движение подачи II – движение резца. При строгании (рис. 6.1 г) главное движение I – перемещение резца относительно детали или детали относительно резца, что физически равноценно; движение подачи II – перемещение обрабатываемой детали на двойной ход резца в направлении, перпендикулярном к главному движению. При фрезеровании (рис. 6.1в) главное движение I определяется вращением фрезы, а движение II – движением подачи. При сверлении (рис. 6.1б) главное движение I – вращение сверла; движение подачи II – перемещение сверла в осевом направлении. При шлифовании (рис. 6.1д) главное движение I – вращение круга; движение подачи II – продольное или поперечное перемещение детали.

Главное движение по величине значительно больше движения подачи. Вспомогательные движения – установочные перемещения суппортов, задней бабки, поворот резцедержателя, перемещение траверсы и др.

При обработке резанием на детали различают обрабатываемую 1 (рис. 6.2) и обработанную 3 поверхности, поверхность резания 2.

Обрабатываемая поверхность – поверхность, с которой снимается стружка.

Обработанная поверхность – поверхность, полученная после снятия стружки.

Поверхность резания – поверхность, образуемая режущей кромкой резца в результате движений резания. Такая поверхность служит переходной между обработанной и обрабатываемой поверхностями.

Углы режущих инструментов наиболее часто определяют в статической системе координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки резца, ориентированной по направлению скорости главного движения резания. Для этого устанавливают исходные плоскости: основную и рабочую плоскости, плоскость резания.

Основная плоскость – плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно к направлению скорости главного движения v.

Плоскость резания – плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная к основной плоскости.

Рабочая плоскость – плоскость, в которой расположены направления скоростей главного движения v и движения подачи v_s (рис. 6.2). Скорость результирующего движения резания обозначена v_e. При установке резца по центру детали основная плоскость параллельна плоскости основания резца.

Рис. 6.2. Поверхности и плоскости при обработке резцом:

1 и 3 – обрабатываемая и обработанная поверхности; 2 – поверхность резания; 4 и 6 – основная и рабочая плоскости; 5 и 7 – плоскости резания и основания резца

Пространственную конструктивную форму любой детали определяет сочетание различных поверхностей. Для облегчения обработки заготовки конструктор стремится использовать следующие геометрические поверхности: плоские, круговые цилиндрические и конические, шаровые, торовые, геликоидные и др. Любая геометрическая поверхность представляет собой совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для образования круговой цилиндрической поверхности необходимо прямую линию (образующую) перемещать по окружности (направляющей).

При обработке поверхностей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев являются воображаемыми. Они воспроизводятся во времени комбинацией движений заготовки и инструмента, скорости которых строго согласованы между собой. Движения резания являются также формообразующими движениями. Механическая обработка заготовок деталей машин реализует в основном четыре метода формообразования поверхностей. Рассмотрим их на конкретных примерах.

Получение поверхностей по методу копирования состоит в том, что режущая кромка инструмента является реальной образующей линией 1, форма которой совпадает или обратна той, которая является образующей линией поверхности детали (рис. 6.3а). Направляющая линия 2 воспроизводится во времени вращением заготовки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи необходимо для того, чтобы получить геометрическую поверхность определенного размера. Метод копирования широко используют при обработке фасонных поверхностей деталей на различных металлорежущих станках.

Рис. 6.3. Схемы методов формообразования поверхностей:

а – копирования; б – следов; в – касания; г – обкатки

Образование поверхностей по методу следов состоит в том, что образующая линия 1 является траекторией движения точки (вершины) режущей кромки инструмента, а направляющая линия 2 – траекторией движения точки заготовки (рис. 6.3б). Здесь движения резания являются формообразующими. Этот метод формообразования поверхностей деталей распространен наиболее широко.

Образование поверхностей по методу касания состоит в том, что образующей линией 1 является режущая кромка инструмента (рис. 6.3в), а направляющая линия 2 поверхности служит касательной к ряду геометрических вспомогательных линий – траекториям точек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только движение подачи.

Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) заключается в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки (рис. 6.3 г) вследствие согласования между собой движения резания и движения подачи. Скорости этих движений согласуются так, что за время прохождения круглым резцом расстояния 1 резец должен сделать один полный оборот относительно своей оси вращения. Здесь все три движения являются формообразующими.

При использовании смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) значительно уменьшается износ режущего инструмента, повышается качество обработанной поверхности и снижаются затраты энергии. Кроме того, уменьшается коэффициент внешнего трения (оказывается смазывающее действие), облегчается процесс пластических деформаций, уменьшается потребляемая мощность (молекулы поверхностно-активного вещества, проникая в микротрещины, оказывают расклинивающее действие) и снижается нагрев в зоне резания (охлаждающее действие). Применение СОЖ также препятствует образованию нароста у режущей кромки инструмента и способствует удалению стружки и абразивных частиц из зоны резания.

У СОЖ должны быть антикоррозионные свойства. Они должны быть также нетоксичными и достаточно устойчивыми при хранении и эксплуатации. Их делят на следующие группы:

● жидкости с лишь охлаждающим свойством – вода, смешанная с антикоррозионным веществом (11,5 % кальцинированной соды и мыла);

● жидкости с охлаждающим и частично смазывающим свойствами – вода, поверхностно-активные (0,1–1 % олеиновой, стеариновой кислоты или их соли) и антикоррозионные вещества;

● эмульсии и прозрачные растворы водорастворимых масел с охлаждающим и частично смазывающим свойством – спиртовой эмульсол, состоящий из 7 % олеиновой кислоты, 10 % канифоли, 4 % раствора каустической соды, 2,5–4 % спирта, остальное – индустриальное масло марки 12;

● жидкости со смазывающим и частично охлаждающим свойствами – минеральные масла (например, сульфофрезолы – осерненные масла, содержащие в качестве активизирующей добавки 1,5–1,7 % серы).

Выбор СОЖ зависит от условий обработки. При черновой токарной обработке применяют эмульсии 2–5 %-ной концентрации. При чистовой обработке используют эмульсии повышенной концентрации (12–15 %). Сверление, зенкерование и фрезерование производят с 5–8 %-ной эмульсией. В процессе обработки чугуна и других хрупких материалов СОЖ не применяют, так как эффект от их действия в этом случае незначителен. При работе твердосплавным инструментом на высоких скоростях в зону резания необходимо подавать обильную и непрерывную струю жидкости во избежание растрескивания пластинки твердого сплава.

В зону резания СОЖ подают несколькими способами.

Охлаждение свободной струей (рис. 6.4а) – наиболее распространенный способ подачи жидкости, однако при его использовании непосредственно в зону резания жидкости попадает недостаточно. Кроме того, при этом способе расход жидкости достигает 10–15 л/мин.

При охлаждении высоконапорной струей (рис. 6.4б) жидкость поступает под большим давлением – 2–3 МПа со стороны задней поверхности резца через отверстие диаметром 0,2–0,4 мм. При этом способе расход жидкости резко снижается и составляет примерно 0,5 л/мин. Кроме того, жидкость интенсивнее проникает в зону резания, быстрее испаряется и больше отводит теплоты.

Распыленную жидкость подают с помощью специальной установки (рис. 6.5). Сжатый воздух из цеховой воздушной сети поступает через шланг в редуктор 7, в котором давление воздуха понижается до 0,2–0,45 МПа и поддерживается постоянным в процессе работы. С помощью крана 2 можно прекратить подачу воздуха. Из редуктора сжатый воздух направляется одновременно в инжектор 4 и верхнюю часть бачка 7 с эмульсией. Под действием давления воздуха она поднимается по трубке в инжектор, где распыляется, и далее по шлангу через стопорный кран 5 и сопло 6 подается в зону резания со стороны задней поверхности инструмента.

Рис. 6.4. Схемы подвода СОЖ струей:

а – свободной; б высоконапорной

Рис. 6.5. Схема установки для охлаждения распыленной жидкостью

Подачу жидкости и степень ее распыления можно регулировать с помощью регулировочного винта 3. При этом способе наиболее полно и эффективно используются охлаждение и смазывающие свойства применяемых жидкостей. Жидкость поступает со скоростью до 300 м/с, превышая скорость свободной струи примерно в 300 раз. Это усиливает отвод теплоты от резца, детали и стружки. При выходе из сопла воздушно-жидкостная смесь резко расширяется, вследствие чего ее температура снижается на 8–12 °C. Частицы распыленной жидкости, попадая на сильно нагретые поверхности инструмента, сразу испаряются и тем самым отводят большое количество теплоты. Для обеспечения охлаждающего эффекта необходимо затрачивать 200–400 г/ч жидкости. Стойкость инструмента из быстрорежущей стали по сравнению с его стойкостью при охлаждении свободной струей повышается примерно в 2 раза.

Металлорежущие станки классифицируют по отдельным признакам и по комплексу признаков. В качестве таких признаков принимают технологический метод обработки, назначение, степень автоматизации, число главных рабочих органов, особенности конструкции, точность изготовления, массу и т. д. Классификацию по технологическому методу обработки проводят в соответствии с такими признаками, как вид режущего инструмента, характер обрабатываемых поверхностей и схема обработки.

Все станки делят на токарные, сверлильные, шлифовальные, полировальные и доводочные, зубообрабатывающие, фрезерные, строгальные, разрезные, протяжные, резьбообрабатывающие и т. д.

Классификация по назначению характеризует степень универсальности станка.

Различают станки универсальные, специализированные и специальные. На универсальных станках выполняют самые разнообразные виды работ, используя заготовки многих наименований. Примерами таких станков являются токарно-винторезные, горизонтально-фрезерные консольные и др.

Специализированные станки предназначены для обработки заготовок одного наименования, но разных размеров (например, станки для обработки коленчатых валов). Специальные станки выполняют определенный вид работ на одной определенной заготовке.

По степени автоматизации различают станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы и станки с программным управлением.

По числу главных рабочих органов станки делят на одношпиндельные, многошпиндельные, односуппортные, многосуппортные и т. д.

Классификация по конструктивным признакам выделяет станки с существенными конструктивными особенностями (например, вертикальные и горизонтальные токарные полуавтоматы).

Классификация по точности устанавливает 5 классов станков: Н – нормальной, П – повышенной, В – высокой, А – особо высокой точности и С – особо точные станки (прецизионные).

Классификация по массе и габаритам устанавливает следующие группы станков: легкие – до 1 т, средние – до 10 т, тяжелые – свыше 10 т. Тяжелые станки в свою очередь делятся на крупные (от 10 до 30 т), тяжелые (от 30 до 100 т) и особо тяжелые (более 100 т).

Все металлорежущие станки разбиты на 9 групп, каждая группа – на 9 типов. В группу объединены станки по общности технологического метода обработки или близкие по назначению (например, сверлильные и расточные). Типы станков характеризуют такие признаки, как назначение, степень универсальности, число главных рабочих органов, конструктивные особенности. Внутри типа станки различают по техническим характеристикам.

В соответствии с этой классификацией каждому станку присваивают определенный шифр. Первая цифра шифра определяет группу станка, вторая – тип, третья (иногда третья и четвертая) показывает условный размер станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различать станки одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками. Буква в конце шифра указывает на различные модификации станков одной базовой модели.

Рассмотрим несколько примеров.

Станок 1К62: цифра 1 – станок относится к токарной группе; буква К – станок модернизированный; цифра 6 – тип станка (токарно-винторезный); цифра 2 – высота центров станка, равная 200 мм.

Станок 2Н135А: цифра 2 – вторая группа (сверлильный станок); буква Н – станок модернизированный; цифра 1 – вертикально-сверлильный; цифры 35 – максимально допустимый диаметр сверления, мм, в стали средней твердости; буква А – станок может работать на автоматическом цикле.

Станок 736: цифра 7 – седьмая группа (строгальные, долбежные и протяжные станки); цифра 3 – поперечно-строгальный (шепинг); цифра 6 – максимальный ход ползуна 600 мм.

Рабочим местом станочника называется участок производственной площади, закрепленный за данным рабочим и предназначенный для выполнения токарной работы. Рабочее место оснащается в соответствии с характером выполняемых работ на металлорежущем станке, применяемых приспособлений, режущего и измерительного инструмента.

На рабочем месте станочника находятся станок, шкафчик с режущими и измерительными инструментами и принадлежностями к станку (патроном, планшайбой, закаленными и сырыми кулачками, люнетом, ключами, центрами и т. д.), заготовки и готовые детали.

Рациональная организация рабочего места станочника предусматривает наиболее удобные для производительной работы планировку и размещение заготовок, приспособлений и инструментов, обеспечение безопасности работы, установление и поддержание чистоты, порядка и нормальных условий труда на рабочем месте, организацию бесперебойного обслуживания его всем необходимым.

Рациональная организация рабочего места, постоянное совершенствование и поддержание его в должном порядке составляют характерную особенность передовых методов работы.

При планировке рабочего места станочника надо руководствоваться следующими правилами:

● все должно быть сосредоточено вокруг рабочего на возможно близком расстоянии, но так, чтобы не мешало его свободным движениям;

● все, что во время работы употребляется часто, располагать ближе; все, что употребляется редко, укладывать дальше;

● класть заготовки и инструменты необходимо таким образом, чтобы их месторасположение соответствовало естественным движениям рук рабочего. Например, заготовки, которые берутся левой рукой, должны быть уложены в ящики слева. Если же заготовку трудно поднять одной рукой, надо ее класть так, чтобы можно было удобно взять обеими руками;

● чертежи и операционные карты располагают на планшете, а рабочие наряды кладут в один из ящиков инструментального шкафчика;

● заготовки и готовые детали не должны загромождать рабочее место станочника и должны быть расположены так, чтобы от начала взятия заготовки с места, где она лежит, и до момента складывания ее как уже готовой детали направление всех движений рабочего совпадало с направлением технологического потока. Это особенно важно при обработке крупных деталей.

Мелкие заготовки, обрабатываемые в больших количествах, следует хранить в ящиках, расположенных у станка на уровне рук рабочего. Готовые детали нужно складывать в такие же ящики, расположенные вблизи рабочего места.

Для расположения крупных заготовок и приспособлений, а также и обработанных деталей на рабочем месте должны быть предусмотрены стеллажи.

Инструменты, мелкие приспособления и документы следует хранить в инструментальном ящике.

Поддерживание порядка и чистоты является частью рациональной организации рабочего места. Необходимо соблюдать правила ухода за рабочим местом. В условиях массового производства, а также во всех случаях, когда выполняется ограниченный круг работ, составляются специальные инструкции по обслуживанию каждого рабочего места. Эти инструкции могут быть оформлены в виде карт организации труда и рабочего места. Такие правила инструкции вывешиваются на рабочих местах.

Организация условий труда предусматривает рациональное освещение, борьбу с производственным шумом, создание нормальной температуры, влажности и чистоты воздуха, обеспечение безопасности работы.

Во время работы станочник должен:

● строго выполнять установленный технологический процесс;

● экономить смазочные и обтирочные материалы, а также электроэнергию, не допуская работы станка вхолостую; не уходить от станка без разрешения мастера;

● каждую заготовку, обработанную деталь, приспособление и инструмент (режущий и измерительный) класть только на предусмотренные для них места, а не бросать куда попало;

● пользоваться каждым предметом только по прямому назначению, т. е. не применять резец вместо молотка, не пользоваться случайными обрезками вместо подкладок для резца и т. д.;

● беречь рабочие поверхности станка от ударов и грязи, не класть режущие и измерительные инструменты, ключи и детали на рабочие поверхности станка;

● работать только острым, хорошо заточенным инструментом, так как тупой резец сильно увеличивает нагрузку станка, дает нечистую поверхность детали и ведет к поломке станка и инструмента.

По окончании работы станочник должен:

● разложить все инструменты по своим местам; протереть все инструменты и рабочие поверхности приспособлений промасленной ветошью;

● предъявить обработанные детали контролеру вместе с рабочим нарядом;

● сдать в кладовую ненужные больше инструменты и приспособления;

● смести щеткой стружку со станка, протереть станок обтирочным материалом, тщательно удалив всю грязь;

● бросить промасленную ветошь в отведенные для этого ящики; получить задание на следующий день, чтобы заранее ознакомиться с чертежом и технологическим процессом и подготовить инструмент и приспособления.

Основными причинами травматизма при работе на металлорежущих станках являются несоблюдение правил безопасности труда, а также работа на неисправном станке с нарушением режима обработки.

Перед началом работы станочник обязан:

● привести в порядок одежду, подобрать волосы под головной убор и застегнуть обшлага рукавов;

● осмотреть рабочее место и убрать лишние предметы;

● проверить наличие заграждений на станке;

● проверить заземление;

● проверить исправность станка на холостом ходу.

Во время работы на станке запрещается:

● работать без защитных экранов или очков;

● удалять стружку предметами, не предназначенными для этого;

● останавливать вращающийся патрон рукой после выключения вращения.

Необходимо соблюдать следующие правила:

● следить за тем, чтобы при закреплении заготовки в патроне кулачки не выступали из корпуса более чем на 1/3 длины заготовки;

● длинные и тонкие заготовки обрабатывать только с использованием люнетов;

● не устанавливать резец ниже центров заготовки, что может привести к вырыву детали со станка;

● не оставлять ключ в патроне станка после снятия детали;

● измерение обрабатываемой детали производить только при остановленном шпинделе;

● изменение частоты вращения шпинделя и подачи производить только при остановленном шпинделе;

● установку и снятие режущего инструмента производить только при выключенном электродвигателе станка;

● пользоваться только исправным режущим инструментом, приспособлениями и вспомогательным оборудованием;

● тяжелые заготовки устанавливать на станок с помощью подъемных устройств;

● работать на станке с соблюдением рекомендуемых технологической картой режимов обработки;

● в случае поломки станка вывешивать надпись «НЕ ВКЛЮЧАТЬ»;

● содержать рабочее место в чистоте и своевременно убирать лишние предметы.

По окончании работы необходимо:

● остановить станок, убрать стружку, вытереть и смазать станок;

● привести в порядок рабочее место;

● сообщить мастеру о работоспособности станка.

Электробезопасность при работе на станках

Основными причинами поражения работающих электрическим током являются:

● неисправность электрооборудования, проводов и пусковых устройств станка;

● прикосновение к находящимся под напряжением токопроводникам с поврежденной изоляцией и неогражденным токоведущим частям станка;

● отсутствие заземления приборов, устройств и станка.

Если на металлических частях станка обнаружено напряжение или электродвигатель работает в двухфазном режиме (признаком является гудение двигателя при отсутствии вращения), необходимо выключить станок и немедленно доложить мастеру.

При поражении электрическим током необходимо:

● выключить рубильник, снять предохранитель соответствующей цепи проводов; отделить пострадавшего от токоисточника, не прикасаясь к открытым частям тела пострадавшего. При этом оказывающий помощь должен стоять на сухой деревянной доске, избегая прикосновения с окружающими металлическими предметами;

● немедленно вызвать врача. До его прихода необходимо: положить пострадавшего на спину так, чтобы голова лежала немного ниже плеч; если дыхания нет или оно слабое, то следует применить искусственное дыхание.