ОТДЕЛОЧНЫЕ РАБОТЫ

 

Для достижения особо высокой чистоты поверхности (порядка 11-14 классов) применяют отделочные работы, к которым относятся притирка, хонингование, тонкая доводка (суперфиниширование), полирование.

Притирка (доводка) представляет процесс механического или химикомеханического удаления частиц металла при помощи притиров из мягких материалов (чугун, медь, свинец и др.), поверхность которых насыщается (шаржируется) шлифующим порошком, смешанным с маслом. В основном это пасты на основе окиси хрома.

Схему притирки см. рис. 49. На рисунке приведена схема процесса притирки на станке работающим плоскими притирами. Между двумя дисками (верхним 1 и нижним 2), вращающимися в разные стороны, расположены детали 3. Верхний диск имеет самоустанавливающуюся подвеску, которая обеспечивает ему строго параллельное положение по отношению к нижнему диску.

Число оборотов диска 1 больше числа оборотов диска 2. Обрабатываемые детали 3 вложены в прорези 4 плоского сепаратора 5, который свободно вращается вокруг оси II. Детали в свою очередь свободно вращаются в пазах 4 и одновременно скользят в радиальном направлении вследствие эксцентричности оси сепаратора; при каждом полуобороте последнего путь скольжения детали равен 2е. Скорость вращения сепараторов обычно меньше, чем дисков.

При вращении дисков детали получают не только вращение и скольжение относительно поверхности дисков поперек образующей цилиндра вследствие разности скоростей дисков. Это скольжение определяет скорость резания и обусловливает съем металла в процессе доводки. Эксцентричное вращение сепаратора также вызывает перемещение детали и съем металла вдоль образующей цилиндра, необходимое для равномерного износа дисков по всей ширине.

Для равномерного съема металла с детали необходимо, чтобы помимо радиального перемещения она получала перемещение и в тангенциальном направлении. Для этого деталь в сепараторе располагается под углом a, величина которого находится в пределах 5-30°. Припуск, оставленный для притирки, не должен превышать 0,01…0,012 мм. Притирка еще бывает ручной и механической. Ручную притирку проводят со скоростью до 20 м/мин, механическую – до 100м/мин.

Хонингование представляет собой метод окончательной отделки сквозных и глухих цилиндрических, конических и ступенчатых отверстий (см. рис. 50).

Хонингование осуществляется головкой (хоном), несущей на внутренней или внешней поверхности абразивный бруски раздвигающиеся в процессе обработки. Головке сообщают одновременно вращательное и возвратно поступательное движения, а обрабатываемая деталь остается неподвижной.

При хонинговании в работе одновременно участвует в 100-1000 раз больше абразивных зерен, чем при шлифовании; скорость резания в 50-100 раз меньше, чем при шлифовании, а давление абразивных брусков хона на обрабатываемую поверхность в 6-10 раз меньше, чем при шлифовании, что значительно уменьшает деформации при обработке.

Различают два вида хонингования – размерное и отделочное.

Размерное хонингование осуществляют для получения заданной точности размеров и геометрической формы без предъявления особых требований к качеству поверхности. максимальная высота микронеровностей при размерном хонинговании достигает 0,5 мк.

При отделочном хонинговании сохраняется ранее полученная точность обработки, но обеспечивается получение нужного класса чистоты поверхности повышается точность геометрической формы отверстия.

Максимальная высота микронеровностей при отделочном хонинговании 0,025 мк.

При хонинговании может быть получена поверхность шероховатостью 9-12 классов.

Процесс хонингования осуществляется с обязательным применением жидкости, которая выполняет охлаждающее, смазывающее и вымывающее действие. При обработке чугуна используется керосин; стали – смесь из индивидуального масла (25%) и керосина (75%).

Наиболее широко применяются станки вертикального типа одно- и многошпиндельные. В процессе хонингования устраняются овальность, конусность, бочкообразность и другие погрешности формы отверстия. Точность обычно по 6-7 квалитету.

Суперфиниширование (тонкая доводка) – один из наиболее совершенных и производительных процессов, позволяющих получать поверхности шероховатостью до 13-14 классов. Этот метод целесообразно применять в условиях крупносерийного производства.

При суперфинишировании цилиндрических поверхностей осуществляются следующие рабочие движения: вращение детали, короткие (осциллирующие) колебательные движения брусков и продольное перемещение головки с брусками вдоль обрабатываемой детали (см. рис. 51). В начале обработки бруски прижимаются к поверхности металла, площадь контакта невелика, а давление большое. Масляная пленка на поверхности не препятствует срезанию гребешков неровностей.

В процессе обработки площадь контактирования увеличивается, давление уменьшается, масляная пленка начинает препятствовать срезанию. При дальнейшей обработке масляная пленка уже не разрывается, и процесс снятия стружки автоматически прекращается.

За один цикл движения бруска абразивное зерно изменяет направление относительного движения, при этом меняются и его режущие грани, поэтому в каждый период движения зерно режет металл разными гранями. Это одна из наиболее важных особенностей процесса.

Так как в процессе резания участвует большое число режущих граней и при изменении направления движения зерен они очищаются от стружки, условия обработки значительно улучшаются. Слой снимаемого металла очень мал. Высота микронеровностей после суперфиниширования составляет 0,15-0,2 мк.

Суперфиниширование не исправляет погрешности формы.

Этот процесс можно провести и для деталей, помещенных в масло со взвешенными частицами абразива, приводя их в колебательное движение ультразвуком.

Полирование – окончательная обработка поверхностей. Осуществляется она с целью улучшения чистоты поверхности деталей машин, а также для улучшения срока их службы. Полирование может применяться как подготовительная операция перед гальванопокрытием поверхности.

Полируют наружные и внутренние поверхности деталей любой формы, но чаще всего сложного криволинейного профиля, из разнообразных металлов, сплавов или стекла (неорганического и органического).

Этот вид обработки позволяет получать поверхности шероховатостью 10-12 классов чистоты.

Полирование может осуществляться различными методами: механическим, химическим, электрохимическим и др. В машиностроении широко применяется механическое полирование мягкими кругами (лентами) из фетра, войлока и т.п., на которые различными способами наносится абразивный порошок или паста.

Процесс может быть ручным (при единичном производстве или очень сложной конфигурации поверхности) или полностью автоматизированным. Можно применять и другие устройства для полирования, например, барабаны или магнитогидроабразивные установки.

 


 

Рисунок 49. Схема притирки:

1 – верхний диск; 2 – нижний диск; 3 – деталь; 4 – прорезь в сепараторе; 5 – сепаратор.


Рисунок 50. Схема хонингования:

1 – стол; 2 – деталь; 3 – хон с брусками.

 

Рисунок 51. Схема суперфиниширования


СТАНКИ С ЧИСЛОВЫМ ПРОРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ (ЧПУ), ОБРАБАТЫВАЮЩИЕ ЦЕНТРЫ (ОЦ) И ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ (ПР)

 

До недавнего времени автоматизация производства шла по выпуску агрегатных станков и автоматических линий. При создании таких линий стремились обеспечить минимальный цикл работы. Жесткие автоматические линии отличаются высокой производительностью. Так как эти линии нельзя использовать при смене объекта производства, то они должны окупаться за период эксплуатации. Надежность и ресурс основного технологического оборудования, вспомогательных устройств и средств автоматизации ограничены сроком выпуска продукции. Однако и в массовом производстве возрастающие темпы технического прогресса требуют сравнительно частого изменения конструкций и свойств выпускаемых изделий, что, в свою очередь вызывает необходимость в переналадке или изменении структуры действующей автоматической линии, что не всегда возможно.

В условиях быстропереналаживаемого производства, для выпуска деталей с высокой точностью размеров, для резкого увеличения производительности труда и повышения качества изделий рентабельными становятся станки с числовым программным управлением (ЧПУ), позволяющие обрабатывать деталь по программе, записанной на магнитной ленте. Кроме выше перечисленных преимуществ применение таких станков дает экономию площади, занимаемой станком, экономию времени и высвобождение рабочей силы, улучшение контроля качества изделий, уменьшение потерь, возможность обработки детали сложной формы. Станки с ЧПУ выпускаются токарной и фрезерной групп. Но чтобы полностью обработать сложную деталь, необходима многократная замена инструмента различного назначения.

Для обработки деталей формы в последнее время появились так называемые обрабатывающие центры (ОЦ) – это станок или группа станков с ЧПУ с большим количеством сменного инструмента, расположенного в магазине барабанного типа с вертикальной или горизонтальной осью вращения. Подача заготовок из бункера, смена инструмента, поворот детали, перемещение детали со станка на станок происходит по заданной программе.

Конечно станки с ЧПУ и ОЦ потребовали специальной подготовки инженерно-технического персонала, подготовки кадров наладчиков, этого оборудования, повышения технического уровня технологов и конструкторов – как создателей этих станков, так и тех изделий, которые будут обрабатываться на них.

Но просто сама по себе группа станков (или один станок) с ЧПУ, без специальных устройств для подачи заготовки, перемещения заготовки со станка на станок, съема уже готовой детали, замены инструмента, работать не сможет. Возникла необходимость в создании таких устройств-манипуляторов, которые в настоящее время называют промышленными роботами (ПР).

Кроме этих функций ПР выполняют сейчас массу других технологических операций: сборку, окраску, сварку и пайку, сверловку и клепку и др; часто в условиях, недоступных для работы человека, заменяя человека на монотонных не квалификационных операциях.

Манипулятор – устройство, предназначенное для имитации двигательных и (или) рабочих функций руки человека и управляемое оператором или действующее автоматически.

Промышленный робот – перепрограммируемый автоматический манипулятор промышленного применения.

Характерными признаками ПР являются автоматическое управление, способность к быстрому и относительно легкому перепрограммированию (изменению последовательности, системы и содержанию команд), способность к выполнению трудовых действий.


 

Рисунок 52. Структурная схема ПР.

 

 


ПР имеет структурную схему, представленную на рис. 52.

По характеру выполняемых операций все ПР подразделяются на три группы, имеющие различные производственные технологические признаки:

1. Производственные (технологические роботы ППР) выполняют основные операции технологического процесса. Они непосредственно участвуют в этом процессе в качестве производящих или обрабатывающих машин, выполняющих такие операции, как гибка, сварка, окраска, сборка и т.п.

2. Подъемно-транспортные (вспомогательные роботы (ПТПР)) выполняют действия типа “взять-перенести-положить”. Их применяют при обслуживании основного технологического оборудования для автоматизации вспомогательных операций установка-снятие заготовок, деталей и инструмента, очистки баз деталей и оборудования, питания транспортеров, а также на транспортно-складских и других операциях.

3. Универсальные роботы (УПР) выполняют разнородные технологические операции – основные и вспомогательные, т.е. они сочетают в себе признаки первых двух групп.

Основными показателями ПР считаются: грузоподъемность (1-150 кг) число степеней подвижности, погрешность позиционирования (0,5…2 мм), рабочая зона и мобильность.

Процесс проектирования ПР включает анализ структурно-кинематической схемы робота, выбор компоновочной схемы приводов и системы привода, выбор двигателей по степеням подвижности, расчет кинематических цепей, механизмов передач и их элементов.

При расчете на прочность следует учитывать, что характерными особенностями работы ПР являются высокие скорости и ускорения, большое число циклов нагружения, наличие сосредоточенной массы на консолях, значительные изменения нагрузок на элементы конструкции во время одного цикла.

Однако требования к точности и жесткости конструкции у роботов намного ниже, чем, например, у станков, но вследствие наличия инерционных сил, требуется применение беззазорных направляющих и передаточных механизмов, подбора характеристик приводов главных перемещений, максимальное облегчение движущихся узлов.

И, наконец, учет требований техники безопасности.

Сейчас разрабатываются роботы второго поколения, которые смогут распознавать детали по форме, цвету, по запаху или температуре – этот тот же манипулятор, но оснащенный в зависимости от назначения датчиками, локаторами, видящей или иной системой. Эти роботы, снабженные искусственными органами чувств – осязания, зрения, слуха и электронным мозгом – могут уже приспосабливаться к изменениям окружающей обстановки.

Третье поколение, так называемые интеллектуальные роботы, шагнет еще дальше. У них будут более высокие способности: обработка информации, автономность действия, умение приспосабливаться к меняющейся обстановке, самообучения и даже такое качество, как координация своих действий с протекающими процессами, с действиями других агрегатов.

При создании роботов всех поколений необходимы знания даже в таких областях, как физиология и психология, а также в области социальных и общественных дисциплин.

В авиационной промышленности создаются роботы, способные работать в космосе, в агрессивных средах, при криогенных температурах, устанавливаемые как на наземном оборудовании, так и на летательных аппаратах.

В области машиностроения внедрение роботов сулит переход от роботизированных комплексов к цехам и заводам, т.е. практически к безлюдной технологии.

Но мало создать и изготовить ПР. Нужно научить его работать т.е. выполнять нужные человеку операции.

Есть несколько способов обучения роботов:

Составление программы его перемещений в пространстве. Приводы робота будут затем многократно повторять эти движения. Но при большом количестве степеней свободы, сложных манипуляциях, рассчитать теоретически все координаты перемещений очень сложно и дорого. Тогда приступают к обучению робота непосредственным перемещением его рабочего органа (сварочной головки, распылителя, захвата и т.п.) относительно обрабатываемого изделия. Через систему датчиков обратной связи записывают на ленту координаты этих перемещений. При обучении робота с тяжелыми подвижными частями ручное их перемещение затруднено. В таком случае выполняют скелетную схему робота в М 1:1 и с нее записывают программу перемещения рабочего органа. По этой программе начинает работать и ПР.

ПР стали неотъемлемой частью современного производства. Они аккумулируют в себе все новейшие достижения математики, механики, моделирования, кибернетики и ЭВМ, микропроцессорной техники. Сейчас трудно представить, какими станут роботы будущего, но ясно одно – развиваться они будут так, чтобы каждое их “поколение” имело практический смысл и было экономически выгодным по отношению к той технике, которую оно заменит.