CC BY
153
СТАНКИ И ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 621.9
Модернизация и оснащение глубоко-сверлильного станка модели РТ182с для обработки глубоких точных отверстий диаметром 50-120 мм
Ю. И. Кижняев, Б. А. Немцев, Д. А. Крупкин, В. Г. Патяк
Ключевые слова: глубокое сверление, модернизация оборудования.
Введение
В связи с высокой стоимостью современных оборудования, оснастки и инструментов, актуальное значение приобретает модернизация и переоснащение существующих станков для обработки глубоких отверстий. На машиностроительных предприятиях в основном используются отечественные станки Рязанского станкостроительного объединения, выпущенные в 1970-1990-х годах: РТ182с, РТ266Н1, РТ401, 2825П, 2830П и др. За время эксплуатации эти станки в значительной мере морально и физически устарели. В сочетании с применением устаревших инструментов это сильно ограничивает производительность, снижает надежность процессов глубокого сверления (растачивания) и точность обработки. По указанным причинам предприятия вынуждены тратить значительные средства и время на организацию производства и обработку глубоких отверстий в своих деталях на других заводах или выполнять эти операции на универсальном оборудовании — токарных и горизонтально-расточных станках. В такой ситуации оказалось ОАО «Пролетарский завод», у которого есть станок для обработки глубоких отверстий РТ182с выпуска 1967 г., состояние которого после длительной эксплуатации не позволяло использовать его по назначению.
Специалисты ООО «Технолог» при Балтийском государственном техническом университете (БГТУ) «Военмех» оказали техническую помощь — разработали проект модернизации и переоснащения станка РТ182с с учетом поставленной задачи: восстановить его работоспособность, повысить технический уровень и расширить технологические возможности по номенклатуре обрабатываемых деталей, имеющих глубокие точные отверстия 050-120 мм и длину 1,2-3,7 м. В результате совместных работ проект был успешно ре-
ализован, завод получил возможность выполнить на станке все предусмотренные по плану заказы, в частности по обработке глубоких отверстий 060 мм в деталях «Корпус» длиной 2,3 м из титанового сплава.
Концепция модернизации
и переоснащения станка
Исходя из технического состояния станка и содержания технического задания на разработку проекта его модернизации признано необходимым:
• Произвести капитальный ремонт основных узлов станка (направляющих станины, передней бабки, винтовой передачи привода подачи стеблевой бабки и др.). Особое внимание следует обратить на сохранение высоты центров и гарантию точности взаимного расположения узлов, обеспечивающих базирование детали и инструмента.
• Применить для всех операций глубокого сверления (051, 80 и 105 мм) и растачивания (060, 90 и 120 мм) токарную схему обработки: заготовка вращается, инструмент не вращается, подача сообщается инструменту.
• Оснастить станок более производительной и мощной насосной станцией, обеспечивающей подвод смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) под давлением до 2 МПА и при расходе до 400 л/мин, а также повышение качества очистки СОЖ от стружки. Подобрать и приобрести СОЖ с учетом материалов деталей, подлежащих обработке.
• Произвести настройку пульта управления приводом подачи стеблевой бабки с обеспечением постоянного шага (приращения подачи при каждом последующим положении лимба) 5 мм/мин в пределах всего диапазона регулирования рабочих подач (5-180 мм/мин).
• Использовать стебли, состоящие из двух частей: рабочей части, выбираемой в зависи-
мости от диаметра сверления (50-105 мм), и базовой секции стебля диаметром 100 мм и длиной 1,5 м, которая одним концом установлена в стеблевой бабке, а другим — в стеблевом люнете, размещенном вблизи стеблевой бабки и связанным с ней сцепкой. Устанавливать рабочие стебли 045, 75 и 100 мм в упомянутую секцию посредством резьбовой муфты на конце.
• Снабдить узел установки стебля (секции 0100 мм) предохранительным устройством для предохранения от поломок режущей части инструментов.
• Модернизировать конструкцию заводского маслоприемника путем обеспечения переналадки его кондукторной и стеблевой частей в заданном диапазоне диаметров, повышения надежности работы уплотнительных устройств, минимальных потерь давления СОЖ в маслоприемнике и ограничения осевой силы от давления СОЖ, действующего на кондукторную и стеблевую наладки. Отметим, что в рассматриваемом диапазоне диаметров рекомендуют применять два типоразмера маслоприемника.
• Расположить эффективный виброгаситель в стеблевом люнете, поддерживающем передний конец базовой секции стебля 0100 мм, для демпфирования колебаний инструментов, предусмотреть дополнительный стеблевой люнет для поддержки устанавливаемых стеблей.
• Оснастить станок 4-винтовым патроном типа «Фонарь» с окнами для съема режущих элементов инструмента в конце сверления или растачивания по схеме «на сжатие» и для установки расточной головки при чистовом растачивании по схеме «на растяжение».
• Обеспечить выполнение всех операций обработки глубоких отверстий с наружным подводом СОЖ и внутренним отводом стружки при сверлении и черновом растачивании, а также с отводом стружки «вперед» через окна в патроне при чистовом растачивании.
Обоснование и пути реализации положений концепции
При реализации проекта следует обратить особое внимание на повышение точности направляющих станины, которые являются базами для ориентирования направляющего люнета (стойки под маслоприемник), стеблевых люнетов и стеблевой бабки. Работоспособность направляющих восстановлена путем их обработки на продольно-фрезерном станке и обеспечения заданных требований
к прямолинейности, плоскостности и параллельности в пределах длины секции станины (две секции — 6 м). В сочетании с восстановлением фундамента и выверкой по уровню положения секций станины при их установке обработка направляющих обеспечит требуемую точность совмещения оси вращения заготовки с осью инструмента, это является необходимым условием успешной реализации процессов глубокого сверления и растачивания [1].
Для формирования требований к точности совмещения указанных осей проведена оценка погрешности их взаимного расположения на участке обработки заправочного отверстия, когда режущий инструмент центрируется кондукторной втулкой маслоприемника. Результаты расчетов показали, что при нормативных значениях параметров точности станка, схеме установки заготовок валов в патроне и люнете, рекомендуемых посадках узлов для базирования инструмента в опорах, а также жесткости люнета, опор и инструмента суммарная погрешность находится в пределах 0,2-0,3 мм. При этом направление вектора суммарной погрешности взаимного расположения осей заготовки и инструмента зависит от величины и направления векторов составляющих погрешности в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В частности, на практике наблюдались случаи, когда смещение осей заготовки и инструмента приводило к увеличению расстояния от вершины резца до оси вращения заготовки, которое сопровождалось увеличением диаметра заправочного отверстия по сравнению с диаметром сверлильной головки.
В работе [1] показано, что при образовании заправочного отверстия, диаметр которого больше диаметра инструмента, возможно образование огранки, которая существенно снижает стойкость твердосплавных элементов направляющих и надежность процесса сверления. Нежелателен и другой вариант, при котором диаметр заправочного отверстия на входе меньше диаметра головки. В этом случае вход направляющих в отверстие сопровождается врезанием резца в стенку отверстия, образуется погрешность формы в виде овальности и начальный увод оси отверстия [1]. Поскольку лезвие калибрующего резца сверлильной головки целесообразно располагать в горизонтальной плоскости, рекомендовано добиваться минимальной погрешности в плоскости расположения лезвия. Отклонение в вертикальной плоскости не должно превышать 0,3 мм. Сохранение высоты центров станка и обеспечение заданных требований к точности
совмещения осей заготовки и инструмента при монтаже узлов на обработанной станине станка достигнуто путем применения ряда способов, к которым относятся:
• установка на базовых поверхностях узлов бронзовых накладок, их обработка в сборе с припуском на пригонку;
• пригонка планок на стеблевой бабке с обеспечением требуемого положения оси шпинделя относительно направляющих в двух плоскостях и оси ходового винта;
• контроль положения базовых осей рабочих органов станка прибором ППС-11 (оптической трубой), регулирование их положения для обеспечения требуемой точности совмещения осей шпинделей передней и стеблевой бабок в дальнейшем;
• пригонка планок на стойке с маслопри-емником и стеблевом люнете под базовую секцию стебля, обеспечение совмещения осей их базовых деталей с осью центров.
Выбор кинематической схемы обработки обусловлен следующими соображениями:
• Материалы деталей (титановый сплав, нержавеющие и высоколегированные стали) трудно поддаются обработке, при этом скорость резания не превышает 55 м/мин. Если диаметры отверстий составляют 50-120 мм, указанной скорости соответствует частота вращения заготовки 350-145 об/мин, что допустимо для обработки выбранных деталей по принятой схеме.
• Значения увода и отклонения от прямолинейности оси отверстия меньше, чем при обработке с вращением заготовки и инструмента.
• Меньшая интенсивность колебаний способствует повышению стойкости инструмента и надежности процесса.
Опыт показывает [1], что для обеспечения эффективности и надежности операции глубокого сверления труднообрабатываемых материалов определяющим фактором является непрерывное удаление стружки потоком СОЖ на всех участках стружкоотводя-щего канала, особенно из зоны стружкооб-разования через окно (окна) в сверлильной головке. В связи с этим произведены расчеты расхода и потерь давления СОЖ — параметров насосного агрегата применительно к условиям сверления глубоких отверстий 050, 80 и 105 мм. Использована методика, приведенная в работе [1]. Результаты расчетов показали, что новый насосный агрегат должен обладать производительностью не менее 300 л/мин при номинальном давлении не менее 2 МПа. По указанным параметрам был выбран и приобретен насосный
агрегат А1 3В 16/25, содержащий трехвин-товой насос (ГОСТ 20883-88) с производительностью 360 л/мин, номинальным давлением 2,0 МПа и максимальным — 2,5 МПа. По расчетному значению приводной мощности электродвигателя (17 кВт) выбран электродвигатель с мощностью 22 кВт. В итоге обеспечен достаточный запас по расходу, давлению и мощности насосного агрегата.
На рис. 1 приведена гидравлическая схема новой насосной станции, а на рис. 2 — ее общая компоновка с тыльной стороны. На рисунке стрелками указано местоположение передней и стеблевой бабок станка. Поскольку бак для СОЖ располагается по всей длине станка, насосный агрегат установлен примерно в середине бака. При таком размещении насосного агрегата подвод СОЖ в масло-приемник по гибкому шлангу длиной 4,0 м позволяет обрабатывать отверстия как в коротких (1,2 м), так и в длинных (до 4,0 м) заготовках.
Известно, что фильтрация СОЖ способствует повышению стойкости инструмента и сохранению работоспособности винтового насоса. В связи с этим не только проведены очистка и промывка бака станка, но и приняты меры по повышению надежности отделения СОЖ от стружки посредством сетчатых перегородок в сливной тележке и отделения зон слива СОЖ со стружкой от зоны всасывания СОЖ насосом в баке. Кроме того, на всасывающем трубопроводе установлен приемный сетчатый фильтр максимально возможных размеров (диаметр — 400 мм, высота — 350 мм). Фильтр обтянут металлической сеткой с ячейкой, величина которой (0,3 х 0,3 мм) соответствует рекомендациям производителя насоса. Изготовлены два
10
К масло-приемнику
Рис. 1. Гидравлическая схема насосной станции: 1 — бак для СОЖ; 2 — шпиндель стеблевой бабки; 3 — стружкоприемник; 4 — сливной желоб; 5 — перегородка для отделения участка слива СОЖ со стружкой; 6 — напорный трубопровод; 7 — предохранительный клапан КПС-40-20Т; 8 — насосный агрегат А1 ЗВ 16/25; 9 — приемный сетчатый фильтр; 10 — манометр; 11 — вентиль; 12 — сливной трубопровод; 13 — перегородка для выделения зоны всасывания СОЖ
Стеблевая бабка
Передняя бабка
Слив СОЖ
В маслоприемник
Слив СОЖ со стружкой
Рис. 2. Компоновка насосной станции:
I — стружкоприемник; 2 — поддон (тележка); 3 — сливной секционный желоб; 4 — крышки бака; 5 — сетчатая наклонная перегородка; 6 — бак для СОЖ; 7 — сотовый очиститель; 8 — манометр; 9 — насосный агрегат; 10 — сливная труба;
II — предохранительный клапан; 12 — трубопровод всасывания; 13 — труба фильтра; 14 — приемный фильтр; 15 — сетчатая перегородка
фильтра. Предусмотрена удобная замена одного фильтра на другой благодаря разъему на всасывающем трубопроводе. Отметим также, что сетчатая перегородка, расположенная на пути движения СОЖ из слива к насосу, установлена наклонно, в результате достигается увеличение фильтрующей поверхности и улучшение очистки СОЖ от мелкой стружки, продуктов износа и других загрязнений. Наклонная перегородка размещена у сплошной перегородки бака, справа от которой установлен сотовый очиститель, который способствует улучшению отделения СОЖ от загрязнений.
В отечественной практике при глубоком сверлении в основном используются масляные СОЖ типа МР: MP-3, МР-6, МР-7, МР-8, МР-11 с различной кинематической вязкостью от 30 • 10~6 до 10 • 10~6 м2/с (при температуре СОЖ от 20 до 50 °С) [1]. Для сверления труднообрабатываемых сталей и титановых сплавов рекомендуется применять СОЖ МР-7, эффективность которой подтверждается сравнительными испытаниями ряда марок СОЖ типа МР при глубоком сверлении стали 30ХН2МФА [1]. Установлено, что СОЖ МР-7 обеспечивает уменьшение крутящего момента и осевого усилия на 50-70 % в сравнении с СОЖ МР-3. К преимуществам первой следует отнести интенсивное снижение вязкости в диапазоне температуры 20-35 °С и более высокую температуру вспышки (180 °С вместо 125 °С). Эти преимущества обеспечи-
вают компенсацию роста давления СОЖ в начале сверления благодаря быстрому уменьшению ее вязкости и снижение пожарной опасности в условиях обработки с высокой температурой резания, последнее характерно для сверления титанового сплава. Отметим, что в диапазоне оптимальных температур применения этих СОЖ (35-50 °С) вязкость СОЖ МР-7 близка по величине к соответствующему параметру СОЖ МР-3, а следовательно, не снижается эффективность транспортирующего действия СОЖ.
Ранее привод подачи станка был оснащен электродвигателем с тиристорным преобразователем и дополнительным редуктором для получения малых подач (от 2 до 20 мм/мин). В этом диапазоне приращения подачи при повороте переключателя на один шаг были малы, что позволяло практически бесступенчато регулировать ее. Однако при подаче более 20 мм/мин приращение указанной величины при повороте переключателя на каждый шаг значительно возрастает. Таким образом ограничиваются возможности управления процессом сверления современными инструментами, которые предполагается использовать на модернизированном станке. В связи с этим проведена настройка преобразователя, которая позволила установить подачу в пределах от 5 до 180 мм/мин с приращением 5 мм/мин при повороте переключателя на каждый шаг благодаря подбору и включению в цепь ряда резисторов.
Применение базовой секции стебля 0100 мм в качестве вспомогательного инструмента для установки других стеблей обусловлено несколькими факторами, к которым относятся:
• стремление повысить жесткость инструментальных систем для обработки отверстий 050 и 80 мм за счет уменьшения длины стеблей (4,7 вместо 6,2 м);
• нецелесообразность использования тяжелого стеблевого люнета станка в качестве промежуточной опоры стеблей 045 и 75 мм;
• удобство смены инструментов при их установке в базовой секции;
• возможность установки виброгасителя в упомянутом стеблевом люнете;
• повышенная точность расположения и продольная жесткость базовой секции 0100 мм, в месте соединения которой со стеблевой бабкой предусмотрена установка предохранительного устройства.
Экспериментально установлено, что при поломке режущего элемента сверла осевое усилие возрастает более интенсивно, чем крутящий момент [1]. В связи с этим станок был оснащен предохранительным устройством, которое установлено на шпинделе стеблевой бабки, снабжено посадочным местом для присоединения базовой секции стебля и работает по осевому усилию.
Анализ конструкции применяемого мас-лоприемника, имеющего шпиндель с отверстием 0120 мм, показал возможность использования его корпуса, шпиндельного узла и крышки хвостовой части, в которой размещается узел для направления и уплотнения стебля. Доработка конструкции масло-приемника предусматривала достижения ряда характеристик:
• возможность его применения в заданном диапазоне диаметров инструментов при требуемых значениях расхода и давления СОЖ;
• повышение надежности работы уплотнения шпинделя и уплотнения стыка «заготовка — маслоприемник»;
• удобство переналадки при смене инструмента.
При разработке конструкции переналаживаемого маслоприемника для довольно большого диапазона диаметров были использованы проверенные решения, хорошо зарекомендовавшие себя на практике. В частности, для уплотнения вращающегося шпинделя использована не только манжета, но и лабиринтное уплотнение в виде набора колец, установленных в съемном стакане. Для герметизации стыка «заготовка — маслоприемник» предусмотрены два варианта.
Первый вариант предназначен для работы в условиях, когда давление СОЖ более 1,2 МПа, то есть для обработки отверстий 050-60 мм в корпусах из титанового сплава, заготовки которых имеют цилиндрическую шейку на концах. Герметизация упомянутого стыка надежно реализуется посредством сопрягаемых конических поверхностей.
Второй вариант используется при наличии давления менее 1,2 МПа, то есть для обработки отверстий 080-120 мм, когда обработка конуса на заготовках большого диаметра не целесообразна. Уплотнение стыка осуществляется посредством торцового уплотнения, поджимаемого пружинами и давлением СОЖ.
Основным фактором, ограничивающим производительность процессов глубокого сверления и растачивания, является вибрация (автоколебания). Она обусловлена сравнительно невысокой жесткостью стебля, работающего в условиях кручения и продольно-поперечного изгиба. Поскольку возможности повышения жесткости стебля существенно ограничены, принято решение о введении в технологическую систему виброгасителя фрикционного типа, обеспечивающего демпфирование крутильных и поперечных колебаний. Разумеется, виброгаситель сухого трения в виде разрезной конической втулки, охватывающей стебель, предусмотрен и в стеблевых наладках маслоприемника.
Стеблевая стойка станка связана со стеблевой бабкой, сообщающей инструменту движение подачи, поэтому для повышения жесткости инструментальной системы целесообразно установить дополнительную опору для стебля позади стойки с маслоприемником. Поскольку в начале сверления длина пролета стебля на участке между опорами в мас-лоприемнике и в стеблевой стойке составляет 3 м, расчеты прогиба стебля под действием силы резания и силы тяжести показали необходимость установки этой опоры. Для обеспечения совмещения оси стебля с осью центров станка в конструкции стеблевого люнета необходимо предусмотреть возможность регулирования радиального и углового положений опорной втулки под разрезной вкладыш, охватывающий стебель. Отметим, что наличие стеблевого люнета с разъемной опорой обеспечит удобство установки и снятия стеблей, а зажим стебля вкладышем в процессе сверления — повышение жесткости инструментальной системы.
При разработке патрона типа «Фонарь» наряду с общими требованиями к патронам аналогичного назначения учитывали требования,
обусловленные выбранным способом подвода СОЖ и отвода стружки, размерами и конструктивными особенностями деталей, подлежащих обработке. В частности, для реализации процесса чернового растачивания с внутренним отводом стружки в шпиндель станка внутри патрона необходимо установить подводимый осевой упор, обеспечивающий герметизацию стыка упора с заготовкой. Патрон рассчитан на установку заготовок 080-310 мм.
По сравнению с внутренним подводом СОЖ, который обычно применяется при черновом растачивании и кольцевом сверлении отверстий диаметром более 100 мм, использование наружного подвода СОЖ на всех операциях обработки глубоких отверстий 050-120 мм позволит обеспечить ряд преимуществ, к которым относятся:
• максимально возможная жесткость поперечного сечения стеблей инструментов;
• возможность совмещения операций сверления и чернового растачивания в одну операцию;
• использование одного стебля для выполнения всех переходов и операций обработки конкретной детали;
• упрощение и ускорение переналадки при переходе от сверления к растачиванию (требуется лишь замена режущего инструмента и кондукторной втулки);
• уменьшение увода оси отверстия, полученного сверлением, путем последующего чернового растачивания.
Описание конструкций
специальной технологической оснастки
Ввиду сложности чертежа маслоприемни-ка его конструкция представлена в виде отдельных узлов. На рис. 3 приведена конструкция шпиндельного узла маслоприемника и узла уплотнения шпинделя. Шпиндельный узел оставлен без изменения; произведена лишь замена подшипников, манжеты, шлифование концевой шейки шпинделя 8 и чистовая обработка торца и расточки на переднем конце шпинделя для уменьшения радиального биения. В гайке 9 выполнена расточка с канавкой на конце под втулку 10 и стакан 11. На конец шпинделя надета бронзовая втулка 22, а в зазоре между наружной поверхностью втулки и внутренней поверхностью установлен набор колец 13-15, образующих лабиринтное уплотнение. Справа от набора колец установлено кольцо 23, которое ограничивает осевое перемещение втулки 22. Гайки 16 обеспечивают поджатие колец 13, 14, 23. В низу втулки 10 выполнены отверстия, а на торце стакана — радиальный паз для отвода утечек СОЖ через лаби-
ринтное уплотнение. Отвод утечек из масло-приемника осуществляется через отверстия в гайке 9 и крышке 20, ниппель 26 и шланг 27. Канал отвода утечек герметизирован. Для уменьшения площадей, на которые действуют силы давления СОЖ, а также для обеспечения постоянства сечений каналов на пути движения СОЖ от штуцера 12 к кольцевому зазору между стеблем и стенкой отверстия в шпинделе в крышке 20 установлена втулка 17. На торцах втулки установлены кольцевые резиновые прокладки 18 и 19. Во втулке 17 выполнены радиальные отверстия для прохода СОЖ, причем суммарная площадь их поперечных сечений равна площади поперечного сечения отверстия в штуцере 12. Отметим, что в крышке 20 дополнительно обработаны три отверстия под винты 25 и нарезана внутренняя резьба 21. На наружной поверхности крышки 20 установлен штуцер 24 для отвода СОЖ к манометру, который служит для контроля давления на входе в маслоприемник. На другом конце шпинделя установлена втулка 4, которая центрируется цилиндрическим пояском, а прилегающим к нему торцом стыкуется с торцом шпинделя при затяжке винтов 5, обеспечивающей сжатие прокладки 6 и герметизацию стыка. Внутри втулки 4 размещен поршень 3, выполненный в виде фланца, внутренний торец которого опирается на пружины 2 (6 шт.) и располагается на расстоянии 12 мм от торца втулки 4. Исходное осевое положение поршня фиксировано головками винтов 29, при установке которых пружины получают начальную деформацию. Внутренние поверхности втулки 4 образуют посадочное место для базирования кондукторных наладок, для фиксации которых от поворота служит шпон-
ка 1. На крышке шпиндельного узла установлено кольцо 7, закрепляемое винтами 28. В кольце выполнены два резьбовых отверстия для присоединения кожуха маслопри-емника.
На рис. 4 приведена конструкция стеблевой наладки маслоприемника для обработки отверстий 050-60 мм с использованием стебля 45 мм. Наладка устанавливается в крышке 1 и содержит: козырек 13, прокладку 2, переходную втулку 3, обойму 4, винт 5, уп-лотнительное кольцо 6, направляющую втулку 7, гайки 8 и 9, стакан с уплотнительным кольцом 10, резьбовую втулку 11, конусную разрезанную пополам втулку 12, сальники 17 и 15, кольцо промежуточное 16 и уплотнение 14. Козырек 13 предварительно завинчивается в переходную втулку с обеспечением герметизации стыка прокладкой 2. Отметим, что уплотнение 14 исключает действие силы давления СОЖ на торцы деталей 13 и 4, имеющие сравнительно большую площадь, а винт 5 препятствует повороту направляющей втулки при затяжке сальников.
Переналадка стеблевой части маслоприемника для обработки отверстий 080-90 мм с использованием стебля 75 мм заключается в замене деталей 4, 7, 13-18. В наладке для стебля 100 мм отсутствует переходная втулка, козырек ввинчивается в резьбу внутри крышки, а остальные детали устанавливаются непосредственно в крышку.
На рис. 5 приведена кондукторная наладка маслоприемника для обработки отверстий 050-60 мм. При наладке в шпиндель маслоприемника 3 устанавливается переходная втулка 11 с уплотнительным кольцом. На фланце втулки выполнен продольный паз, на дне паза установлен винт 14. При уста-
12 13 14 15 16 17 18
Рис. 4. Стеблевая наладка маслоприемника для обработки отверстий 050-60 мм
Рис. 5. Кондукторная наладка маслоприемника для обработки отверстий 050-60 мм
новке втулки 11 ее угловое положение должно быть таким, чтобы конец шпонки 13 оказался в пазу. Шпонка 13 препятствует повороту втулки, а винт 14 — ее осевому перемещению. Для закрепления шпонки служит винт 12, стержень которого обеспечивает передачу вращения шпинделю от поводкового устройства 7, закрепленного на заготовке 6. На фланце втулки 11 посредством винтов 1 установлено кольцо 8 с внутренним конусом, причем между торцами кольца и фланца размещена прокладка 2 для герметизации стыка. Для направления режущего инструмента в отверстие втулки 11 устанавливается кондукторная втулка 10, на которой размещены уплотнительное кольцо 9, обойма 5 и торцовое уплотнение 4. Установка обоймы на буртике кондукторной втулки обеспечивает расположение уплотнения на ее торце, что уменьшает площадь, на которую действует давление СОЖ при сверлении. При этом площадь другого торца кондукторной втулки оказывается больше. Перепад давления на указанных торцах обеспечит поджатие уплотнения к торцу заготовки, которая стыкуется с маслоприем-ником посредством сопряжения конуса на заготовке с конусом в кольце 8. Контакт уплотнения 4 с торцом заготовки обеспечивается осевым перемещением кондукторной втулки под действием давления СОЖ.
Следует отметить, что стыковка заготовки с маслоприемником посредством сопрягаемых конических поверхностей устраняет выверку правого конца заготовки и вибрации инструмента при заправке. В итоге уменьшается вспомогательное время операции глубокого сверления и повышается точность обработки отверстия [1].
На рис. 6 показана кондукторная наладка маслоприемника для обработки отверстий 080-120 мм в заготовках большого диаметра. В этой наладке кондукторная втулка устанавливается непосредственно в детали постоянной наладки. В конструкции торцового уплотнения есть кольцо 4, которое центрируется на буртике кондукторной втулки, прокладка 5 для уплотнения стыка, поршень 3, уплотнительные кольца 1, 2 и поводковое устройство, состоящее из шпонки 8, планки 7, пальца 6. Радиальное положение планки и пальца можно регулировать радиальным перемещением планки и установкой дополнительного пальца в виде шпильки в резьбовое отверстие планки. Для передачи вращения шпинделю маслоприемника в заготовке необходимо обработать на торце глухое отверстие 016 мм и длиной 20 мм под палец 6. Поршень 3 устанавливается в кольцо 4 при обработке отверстий 080-90 мм, а при наладке на обработку отверстий 0105-120 мм он удаляется из кольца. Поджатие уплот-нительных колец 1 и 2 к торцу заготовки осуществляется перемещением стойки с маслоприемником за счет деформации пружин. Дополнительное поджатие кольца 1 обеспечивается при обработке отверстия силой
1 2 3 4 5
обработки отверстий 080-120 мм
■«толпой
ЬМБОТКД
Рис. 7. Патрон 4-винтовой типа «Фонарь»
давления СОЖ на торец поршня. Такое исполнение узла уплотнения по торцу заготовки обеспечивает повышение герметичности стыка заготовки с маслоприемником.
Конструкция 4-кулачкового патрона типа «Фонарь» показана на рис. 7. В состав патрона с наладкой для сверления и растачивания с внутренним отводом стружки входит корпус 6, который устанавливается на пояске шпинделя 18 и скрепляется с ним винтами 7 с фиксацией от поворота круглой шпонкой 5; винтовые кулачки 14 со сменными насадками 16; конусная втулка 4, установленная в шпинделе посредством тяги 3, шайбы 2 и гайки 1, осевой упор 9 с резьбовым хвостовиком, ввернутым во втулку 4. Головки винтов 7 защищены от стружки крышкой 8, закрепленной на буртике втулки 4. Упор 9 имеет глухое центральное отверстие и уплотнительное кольцо на торце. На головке упора установлена втулка 10, а на его торце — резиновая прокладка 11. Между торцами прокладки и буртика на втулке располагается фланец упорного кольца 12 из текстолита. Втулка 10 фиксируется на головке упора винтом 17. Предусмотрено три типоразмера упора одинаковой длины, но с разным диаметром центрального отверстия: 65, 95 и 130 мм. Винтовые кулачки 14 (4 шт.) имеют резьбу М45х4,5 мм и размещены в резьбовых втулках 15, которые снабжены буртиком, препятствующим их осевому перемещению, и фиксируются от поворота установочными винтами 13. Для закрепления заготовок 0280-300 мм служат только винты-кулачки, а для закрепления заготовок других диаметров используются сменные насадки 16. К патрону прилагаются три комплекта насадок разной длины, что позволяет закреплять заготовки 080-300 мм.
Длина втулки 10 меньше длины упорного кольца 12, что при отводе упора 9 от торца заготовки позволяет удалить детали 10 и 12. При этом между торцами упора и заготовки образуется достаточное пространство для съема резца сверлильной или расточной головки, что исключит образование риски на поверхности отверстия при выводе из него инструмента. Размеры окон в корпусе патрона (ширина — 180 мм, длина — 300 мм) выбраны исходя из обеспечения установки расточных головок для чистового растачивания, работающих на растяжение. Для ограждения патрона предусмотрен разъемный кожух, устанавливаемый на станине станка и обеспечивающий отвод СОЖ со стружкой при чистовом растачивании и герметизацию рабочей зоны патрона.
В состав узла установки стеблей (рис. 8) входит корпус 5, который конической шейкой базируется на шпинделе стеблевой бабки. В корпусе установлен поршень 4, осевое положение которого при затяжке пакетов тарельчатых пружин 14 винтами 13 ограничивает между фланцами корпуса и поршня кольцевую полость 5 для рабочей жидкости (масло индустриальное И20А). На выступе поршня устанавливается фланец 2 с внутренней резьбой, параметры которой соответствуют заводским стеблям. Для установки новых стеблей служит муфта 1. Для фиксации поршня от поворота предусмотрены торцовые шпонки 18. При наладке станка на обработку отверстий 0105-120 мм внутри поршня устанавливается стружкоотводящая труба 8 посредством приваренной к ней втулки 7, имеющей буртик и внутренний конус, который служит для базирования наконечника 12, приваренного к трубе 9. Труба 8 фиксируется в осевом положении гайкой 3. В наконечнике 12 установлена втулка 10 с конусом на конце. Между торцом наконечника и торцом внутреннего уступа на втулке 10 размещена упругая прокладка 11. Конус втулки 10 служит для стыковки с муфтой стебля (рис. 9) при его установке в стеблевой бабке. Отверстие в трубе 8 соответствует по диаметру отверстию в стебле наибольшего диаметра (100 мм). Стоит отметить, что труба 9 устанавливается в трубу 8 в том случае, когда стебель 045 мм требуется установить непосредственно в стеблевой бабке. При установке стебля 045 мм в базовую секцию стебля 0100 мм труба 9 размещается внутри этой секции и ее конец входит в трубу 8. Отметим, что отверстие в шпинделе (0110 мм) является конечным участком канала отвода стружки, для удаления стружки по которому необходима скорость
Рис. 8. Узел установки стеблей с предохранительным устройством
потока СОЖ не менее 1,5 м/с. Достижение такой скорости потока СОЖ при расходе 300,0 л/мин не обеспечивается, для этого необходимо уменьшение поперечного сечения этого канала. В противном случае стружка будет оседать на стенке внутри шпинделя и не удаляться из шпинделя, что недопустимо.
Полость 6 сообщается через отверстия со штуцером 15 для заливки рабочей жидкости и со штуцером 17 для установки электроконтактного манометра 16 марки ЭКМ-У (Р = 10 МПА). Под действием осевого усилия, превышающего по величине усилие, создаваемое деформацией сжатия пакетов тарельча-
тых пружин 14 винтами 13, поршень имеет возможность осевого перемещения, что приведет к увеличению давления рабочей жидкости в полости 6 и к отклонению стрелки манометра, регистрирующей давление. Если при отклонении этой стрелки она вступит в контакт со второй ограничительной стрелкой, то сработает реле, размыкающее электрическую цепь привода подачи.
На рис. 9 приведена конструкция и основные размеры стебля 75 мм. Стебель состоит из трубы 3 и муфты 1, зафиксированной на трубе штифтами 4. На концах трубы и муфты предусмотрены посадочные места обще-
4865
И 7У}7УА7 а '////у ^
\ 16 0
Рис. 9. Стебель к режущим инструментам для обработки отверстий 080-90 мм
принятого исполнения для режущих инструментов и для установки стебля в стеблевой бабке соответственно. Размеры посадочного места на муфте унифицированы для всех стеблей. Внутренний конус на муфте служит для стыковки с конусом труб, устанавливаемых в базовой секции стебля (050 мм) или в узле установки стеблей. Диаметральные размеры стеблей определены по существующим рекомендациям [1] с учетом сортамента горячекатаных труб, подобранных так, чтобы избежать обработки их внутренних поверхностей. Для облегчения свинчивания головки и стебля служат кольца 2 и 5.
Наладка к стеблевой стойке станка (рис. 10) состоит из следующих элементов: корпус 4, консольная упругая оправка 7, стакан 9, шпонка 8, а также детали для базирования секции стебля и демпфирования крутильных колебаний инструмента в целом. Оправка расположена по оси корпуса и имеет конусный хвостовик, который жестко связан с корпусом посредством резьбового соединения при установке в корпус стакана 9, имеющего резьбу на переднем конце. Для фиксации оправки от поворота служит шпонка 8. Связь переднего конца оправки со стеблем достигается посредством разрезной конической втулки 2, которая установлена в коническое отверстие на переднем конце оправки. Поджа-тие втулки 2 к стеблю осуществляется гайкой 1. В зазоре между шейкой на оправке и корпусом установлен набор металлических колец 5 и 6, причем кольца 5 базируются на шейке оправки, а кольца 6 — на поверхности корпуса. Осевое положение колец фиксируется уступом на конце расточки под кольца. В наборе колец кольца 5 располагаются между кольцами 6. Поджатие колец друг к другу осуществляется гайкой 3. Внутри стакана 9 установлены упорное кольцо 10, сальник 11, направляющая втулка 12 с отверстием по диаметру базовой секции стебля, втулка с коническим отверстием 13, разрезная коническая втулка 14 и гайка 15 для поджа-тия втулки 14 к поверхности стебля. Отметим, что демпфирование поперечных колебаний инструмента, сопровождающихся радиальными перемещениями базовой секции стебля, достигается благодаря трению торцов колец 5 о торцы колец 6 при прогибе упругой консольной оправки 7. Разрезные конические втулки (из текстолита) 2 и 14, охватывающие стебель, выполняют функции виброгасителей сухого трения, обеспечивая демпфирование в основном крутильных колебаний.
Конструкция стеблевого люнета показана на рис. 11. В комплектацию люнета вклю-
4 5 6 7 8
станка
чены основание 5, плита 4, стойка 3, разъемный подпятник 2, разрезной вкладыш 6, дистанционное кольцо 6, регулировочные винты 9 и крепежные детали. Основание представляет собой плиту П-образной формы, боковые поверхности которой выполняют функции направляющих. Для обеспечения постоянства контакта одной направляющей с базовой боковой направляющей станины предусмотрены регулировочные винты 9 из бронзы. Торцы головок винтов поджимаются к противоположной боковой направляющей станины за счет деформации резиновых прокладок, на которые опираются головки винтов. Основание винтами 7 связано с плитой 4, которая опирается на верхние направляющие станины и служит опорой для стойки 3. Положение плиты 4 в горизонтальной плоскости можно регулировать благодаря окнам вокруг тел винтов 7, связывающих плиту 4 с основанием. На верхней части стойки 3 выполнено центральное отверстие под цилиндрический выступ подпятника 2. Между торцами стойки и фланца подпятника устанавливается дистанционное кольцо 6, пригонкой которого по толщине обеспечивается совмещение по высоте центра вкладыша 1 и центра направляющей втулки для базирования стебля в масло-приемнике. Совмещение указанных центров в горизонтальной плоскости достигается регулированием положения плиты 4, а совмещение оси вкладыша с осью упомянутой втулки — поворотом подпятника относительно оси стойки 4. Для обеспечения поворота во фланце подпятника выполнены радиусные окна вокруг тел винтов, скрепляющих подпятник со стойкой. Для фиксации стеблевого
Рис. 11. Стеблевой люнет
люнета на станине станка предусмотрены прихваты 8. Вкладыши изготовлены из бронзы для стеблей 045, 75 и 100 мм. Конструкторской документацией на оснастку располагают БГТУ «Военмех» и завод.
Производственные испытания
модернизированного станка
Испытания проведены при сплошном глубоком сверления отверстия 050 мм и при кольцевом сверлении отверстия 0105 мм, а также при черновом и чистовом растачивании отверстия с диаметра 050 мм до диаметра 060 мм. В первых испытаниях производилась обработка отверстия на заготовке из стали 38ХН3МФА длиной 2,0 м. Для кольцевого сверления выбрана заготовка длиной 1,3 м из стали 40ХН. Выбор условий испытаний обусловлен тем, что при сверлении отверстия 050 мм следует ожидать наибольшего давления СОЖ, а при кольцевом сверлении для обеспечения отвода стружки требуется наибольший расход СОЖ. Кроме того, указанные материалы используются для изготовления ряда деталей с отверстиями 050120 мм. В качестве режущих инструментов использованы сверлильные и расточные головки, разработанные и изготовленные специалистами ООО «Технолог» БГТУ [2].
Результаты испытаний подтвердили работоспособность узлов станка и специальной оснастки при обработке отверстий на рекомендуемых для этих сталей режимах резания. На всех проведенных операциях обеспечивался надежный отвод стружки и допустимый уровень колебаний инструмента. При сверлении
увод оси отверстия на выходе составил 0,5 мм, что указывает на достаточную точность взаимного расположения узлов станка, обеспечивающих базирование заготовки и инструмента. Обеспечена также надежная герметизация канала подвода СОЖ при давлении в конце сверления 1,2 МПа. Насосный агрегат работал устойчиво, тихо и обеспечивал плавное регулирование расхода СОЖ.
Результаты испытаний подтвердили целесообразность модернизации станка РТ-182с, которая позволила создать более совершенную технологическую систему, способную решать поставленные задачи с достижением более высокой производительности и точности обработки. Реализация предложенных методов обработки, оснастки и инструментов послужила основанием для их внедрения в производство. Сведения о разработанных режущих инструментах, технологических процессах и результатах их реализации при изготовлении деталей завода будут приведены в следующих публикациях.
Литература
1. Уткин Н. Ф., Кижняев Ю. И., Немцев Б. А. и др.
Обработка глубоких отверстий. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд., 1988. 269 с.
2. Немцев Б. А., Шаманин А. А., Кижняев Ю. И. Переоборудование и оснащение универсальных токар-но-винторезных станков для обработки глубоких отверстий // Металлообработка. 2006. № 3. С. 5-6.
3. Кижняев Ю. И., Немцев Б. А., Плужников С. К. Прогрессивные инструменты для глубокого сверления отверстий диаметром 35...100 мм и результаты их применения в производстве деталей валов // Металлообработка. 2006. № 1. С. 8-12.
