Обработка заготовок на сверлильных станках. Сверление – лезвийная обработка резанием отверстий осевым инструментом; главное движение, вращательное, и движение подачи, прямолинейное, придаются инструменту. 1. Виды работ, выполняемые на сверлильных станках. На сверлильных станках производят сверление, рассверливание зенкерование, развертывание, зенкование, цекование, обработку ступенчатых отверстий и нарезание внутренних резьб. Сверлением (рис. 16, а ) получают сквозные и глухие отверстия. Рассверливанием (рис. 16, б ) увеличивают диаметр ранее просверленного отверстия.
Зенкерованием (рис. 16, в ) также увеличивают диаметр отверстия, но по сравнению с рассверливанием зенкерование позволяет получить большую точность и производительность обработки. Зенкерованием можно обрабатывать отверстия, полученные в заготовке литьем или давлением. Развертывание (рис. 16, г ) – чистовая операция, обеспечивающая высокую точность отверстия. Развертыванием обрабатывают цилиндрические и конические отверстия после зенкерования или растачивания. Зенкованием (рис. 16, д , е ) обрабатывают цилиндрические и конические углубления под головки болтов и винтов. Для обеспечения перпендикулярности и соосности обработанной поверхности основному отверстию режущий инструмент (зенковку) снабжают направляющим цилиндром (рис. 16, д ). Цекованием (рис. 16, ж , з ) обрабатывают торцевые опорные плоскости для головок болтов, винтов и гаек. Перпендикулярность обработанной торцевой поверхности основному отверстию обеспечивает направляющий цилиндр режущего инструмента (цековки). Центровочным сверлом (рис. 16, и ) обрабатывают центровые базовые отверстия в валах. Внутреннюю резьбу обрабатывают метчиками (рис. 16, к ). При этом скорость движения подачи должна быть равна шагу резьбы ( S o = h ). Сложные поверхности обрабатывают комбинированным инструментом (рис. 16, л ). Рис. 16. Схемы обработки поверхностей на сверлильных станках : а – сверление; б – рассверливание; в – зенкерование; г – развертывание; д, е – зенкование; ж, з – цекование; и – обработка базовых центровых отверстий; к – нарезание внутренних резьб; л – обработка сложных поверхностей. Рис. 17. Обработка точных конических отверстий : а – зенкерование ступенчатым зенкером; б – черновое развертывание; в – чистовое развертывание. Схема обработки точного конического отверстия следующая: сверление цилиндрического отверстия; зенкерование ступенчатым коническим зенкером (рис. 17, а ); развертывание конической разверткой со стружкоразделительными канавками (рис. 17, б ); развертывание гладкой конической разверткой (рис. 17, в ). 2. Виды, элементы и геометрия осевого инструмента. Сверла бывают спиральные, перовые, для глубокого сверления (шнековые, кольцевые, ружейные, пушечные), центровочные и комбинированные (специальные). Спиральное сверло (рис. 18, а ) имеет рабочую часть 9 и хвостовик 7. Хвостовик служит для закрепления сверла в рабочем приспособлении станка и выполняется цилиндрическим или коническим. Конический хвостовик снабжен лапкой 6 , предохраняющей его при выбивании сверла из шпинделя станка. Рабочая часть сверла выполняется из инструментальной стали или с напайными пластинками твердого сплава. Она осуществляет процесс резания, формирует поверхность обрабатываемого отверстия, отводит стружку из зоны резания и направляет сверло при обработке. Рабочая часть 9 состоит из направляющей 8 и режущей 10 частей. Направляющая часть имеет две винтовые канавки 5 , необходимые для отвода стружки из зоны резания, и две ленточки 4 , необходимые для направления сверла. Режущая часть имеет две главные режущие кромки 11 , образованные передними 1 и главными задними 3 поверхностями. Главные режущие кромки соединяются под углом 2φ поперечной кромкой 2. От значения угла 2φ зависят толщина и ширина срезаемого слоя, соотношение между радиальной и осевой составляющими силы резания и температура в зоне резания. Передний угол γ измеряют в главной секущей плоскости, проходящей перпендикулярно главной режущей кромке. Задний угол α измеряют в плоскости, проходящей через точку главной режущей кромки параллельно оси сверла. Значения углов изменяются от центра сверла к его периферии: от периферии сверла к центру угол γ уменьшается, а угол α увеличивается. Передний угол поперечной кромки отрицателен и равен примерно 60°, следовательно, поперечная кромка сминает и скоблит обрабатываемый материал, что резко повышает силу резания. Для уменьшения влияния поперечной кромки на процесс резания обработку отверстий большого диаметра рационально проводить в два этапа: сверление отверстия сверлом меньшего диаметра и рассверливание отверстия сверлом нужного диаметра. Ленточка сверла служит для центрирования сверла по обработанной поверхности и обеспечивает возможность его многократной переточки. Ширина ленточек промышленных сверл 0,2–3 мм. По ленточке сверло имеет обратную конусность 0,03–0,12 мм на 100 мм длины. Перовые сверла (рис. 18, б ) значительно проще и дешевле в изготовлении, чем спиральные, жесткость их несколько выше. Они предназначены для обработки сравнительно коротких отверстий. Рабочая часть сверла выполняется в виде тонкой пластины с двумя режущими кромками, расположенными относительно друг друга под углом 2φ, который равен 116–118°. Рис. 18. Сверла : а – спиральное: 1 – передняя поверхность; 2 – поперечная кромка; 3 – главная задняя поверхность; 4 – ленточка; 5 – винтовая канавка; 6 – лапка; 7 – хвостовик; 8 – направляющая часть; 9 – рабочая часть; 10 – режущая часть; 11 – главная режущая кромка; б – перовое: d – диаметр сверла; α, γ, φ – углы резания; в – шнековое. Шнековые сверла (рис. 18, в ) выполняются с большим углом наклона винтовых канавок (до 60°), что позволяет сверлить отверстия с отношением длины к диметру до 30 за один проход без периодического вывода сверла из отверстия для удаления стружки. Зенкеры, зенковки и развертки – это многолезвийные размерные осевые режущие инструменты, предназначенные для предварительной или окончательной обработки отверстий, полученных на предшествующих операциях. Общим конструктивным элементом этих режущих инструментов является рабочая часть 3 (рис. 19, а , е ) и присоединительная часть. Присоединительная часть выполняется в виде цилиндрического или конического хвостовика (концевой инструмент) либо конического или цилиндрического отверстия с поперечной канавкой на торце (насадной инструмент). По конструктивному исполнению и используемому материалу эти инструменты делятся на цельные из быстрорежущей стали; оснащенные напайными пластинами из твердого сплава; сборные с механическим креплением быстрорежущих или твердосплавных ножей; с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин. Рис. 19. Зенкеры, цековки, зенковки и развертки : а – зенкер; б, в – зенковка; г – односторонняя обратная цековка; д – двухсторонняя цековка; е – развертка; 1 – режущая часть; 2 – калибрующая часть; 3 – рабочая часть; 4 – цапфа; d – истинный диаметр развертки; f – ширина ленточки; α, γ, φ, ω – углы резания. С помощью зенкеров (рис. 19, а ) обрабатывают цилиндрические отверстия, полученные сверлением, литьем, ковкой, штамповкой, с целью придания им более правильной геометрической формы, повышения размерной точности и уменьшения шероховатости поверхности. Режущая часть 1 (рис. 19, а ) зенкеров характеризуется углом наклона стружечных канавок или ножей ω, передним и задними углами, главным углом в плане и шириной ленточки f . Обычно зенкеры имеют правый наклон канавок, что обеспечивает хороший отвод стружки и положительный передний угол. Зенкеры для обработки глухих отверстий выполняются с режущей кромкой, перпендикулярной оси зенкера (φ = 90°). Главный угол в плане влияет на толщину и ширину срезаемого слоя и, соответственно, на составляющие усилия резания и условия теплоотвода от угловых точек зуба инструмента. Для обработки опорных поверхностей под крепежные винты применяются зенковки со сменной цапфой 4 (рис. 19, б ). Для обработки конических поверхностей под головку винта и обработки центровых отверстий применяют зенковки, показанные на рис. 19, в. Для подрезки торцов и приливов применяются односторонние (рис. 19, г ) и двусторонние (рис. 19, д ) цековки. Развертка (рис. 19, е) – чистовой осевой инструмент, позволяющий обрабатывать точные цилиндрические и конические отверстия на станках сверлильной, токарной, расточной групп или вручную. Цилиндрические развертки позволяют обрабатывать отверстия точ ностью по 6–11-му квалитетам, с шероховатостью Ra 0,8–1,6 мкм. Важным параметром разверток является их исполнительный диаметр. Конические развертки предназначены для предварительной и чистовой обработки конических отверстий с конусностью 1:50; 1:30; 1:20; 1:16. Особенность конических разверток – отсутствие калибрующей части. Главными режущими кромками являются образующие конуса по всей длине зубьев. Они затачиваются по передней и задней поверхностям. Вдоль режущих кромок, по конусу, оставлена узкая ленточка шириной не более 0,05 мм, что позволяет точно выдержать конусную поверхность и уменьшить шероховатость обработанной поверхности. Передний и задний углы равны соответственно 5 и 10°. Комбинированные инструменты применяют для обработки сложных по конфигурации отверстий. В зависимости от назначения и формы отверстий комбинированные инструменты составлены из сверл, зенкеров и разверток, работающих или последовательно, или параллельно. 3. Режимы резания при сверлении. Процесс сверления протекает в более тяжелых условиях, чем точение. В процессе резания затруднен отвод стружки и подача охлаждающей жидкости в зону резания. Стружка дополнительно трется о поверхность канавок сверла, а ленточки сверла – об обработанную поверхность. Выделяемое при резании количество теплоты в основном поглощается режущим инструментом и заготовкой. Особенно это заметно при сверлении отверстий в материалах с низким коэффициентом теплопередачи (например, пластмассы, бетон). При обработке этих материалов до 95 % выделяемой теплоты поглощается сверлом, и если не использовать охлаждение, происходит оплавление режущих кромок сверла. Скорость резания по сечению сверла не постоянна, она уменьшается от периферии сверла к его центру. Следовательно, по сравнению с точением при сверлении увеличены деформации срезаемого слоя и стружки трение (пары «сверло – заготовка», «стружка – сверло», «стружка – заготовка»); необходимо занижать скорость резания на 30–60 %. За скорость резания V , м/мин, при сверлении принимают окружную скорость наиболее удаленной точки режущего лезвия. При назначении скорости движения подачи различают подачу минутную S м , подачу на оборот S о и подачу на зуб S z . За глубину резания t , мм, принимают половину диаметра сверла (при сверлении отверстия в сплошном материале) или половину разницы между диаметром обработанного отверстия и заготовки (при рассверливании, зенкеровании и развертывании): где D – наружный диаметр сверла (диаметр обрабатываемого отверстия), мм; n – частота вращения шпинделя станка, об/мин; z – число зубьев; d – диаметр отверстия в заготовке, мм. 4. Станки сверлильной группы. В единичном и мелкосерийном производстве применяются вертикально-сверлильные станки – ВСС (рис. 20, а ). На фундаментной плите смонтирована колонна 8 , по вертикальным направляющим которой перемещаются стол 2 и сверлильная головка 4. Установочные перемещения стола осуществляются вручную с помощью винтового домкрата 1. На верхней плоскости стола 2 устанавливаются рабочие приспособления или заготовка. Установочные вертикальные перемещения сверлильной головки осуществляются вручную за счет системы противовесов 7 , прикрепленных к сверлильной головке тросом, перекинутым через блок 6. Вращательное движение инструменту передается от электродвигателя 5 через коробку скоростей и шпиндель 3. Механизмы главного движения и движения подачи размещены внутри сверлильной головки. В индивидуальном и серийном производстве широко применяют вертикально-сверлильные станки с ЧПУ. Их особенностью является сочетание легкой переналадки станка на обработку различных изделий с автоматическим или полуавтоматическим циклом работы. Вертикально-сверлильный станок с ЧПУ показан на рис. 20, б . По вертикальным направляющим станины 8 движутся салазки 15 , по горизонтальным направляющим которых перемещается стол 2. Движения стола и салазок осуществляются по числовой программе, что обеспечивает точное перемещение заготовки относительно режущего инструмента. По направляющим вертикальной части станины (стойки) перемещается сверлильная головка 4 со шпинделями 3. Внутри сверлильной головки размещены механизмы главного движения и движения подачи. Все перемещения (движения) режущих инструментов осуществляются по программе. Рис. 20. Станки сверлильной группы : а – вертикальносверлильный станок; б – вертикально-сверлильный станок с ЧПУ; в – радиально-сверлильный станок; 1 – домкрат; 2 – стол; 3 – шпиндель; 4 – сверлильная головка; 5 – электродвигатель; 6 – блок; 7 – противовес; 8 – вертикальная станина (колонна); 9 – фундаментная плита; 10 – траверса; 11 – коробка скоростей; 12 – винтовой механизм; 13 – гильза; 14 – тумба; 15 – салазки; г – ВСС Aiken MDM. При последовательной обработке нескольких отверстий в массивных или крупногабаритных заготовках применение вертикально-сверлильных. станков крайне неудобно, так как практически невозможно точно совместить ось вращения режущего инструмента с осью обрабатываемого отверстия. Поэтому при обработке таких заготовок применяются радиальносверлильные станки (рис. 20, в ), при работе на которых заготовка остается неподвижной, а шпиндель с инструментом перемещается относительно заготовки и может устанавливаться в требуемой точке горизонтальной плоскости. На фундаментной плите 9 закреплена тумба 14 с вертикальной колонной. На колонне установлена гильза 13 , поворачивающаяся относительно колонны в горизонтальной плоскости на 360°. Траверса 10 , закрепленная на гильзе, может вертикально перемещаться относительно колонны благодаря винтовому механизму 12 . На траверсе имеются горизонтальные направляющие, по которым перемещается сверлильная головка 4. Механизм сверлильной головки состоит из шпинделя 3 , коробки скоростей 11 и коробки подачи. Заготовка устанавливается неподвижно на стол 2. Угловые перемещения траверсы и радиальные перемещения сверлильной головки в горизонтальной плоскости позволяют точно установить режущий инструмент относительно оси обрабатываемого отверстия.
