Токарная обработка ступеней вала производится на универсальных, револьверных, одно- и многошпиндельных (автоматах и полуавтоматах), многорезцовых, токарно-копировальных станках и на станках с ПУ. В условиях крупносерийного и массового производства применяются одно- и многошпиндельные прутковые автоматы для обработки валов небольшого диаметра и l£150 мм. На автоматах можно выполнить полную обработку вала, кроме наружного обтачивания и обработки осевого отверстия с одной стороны, можно осуществить фрезерование лысок и сверление поперечного отверстия (при не вращающемся шпинделе). На дополнительной позиции, после отрезки, можно просверлить отверстие с другой стороны вала. Используя специальные приспособления, можно фрезеровать шлицы, прошивать фасонные отверстия, накатывать клейма и т.д. Обычно на автоматах и револьверных станках (серийное производство) обрабатывают валы без центровых отверстий с установкой заготовок в патрон.

Многошпиндельные вертикальные и горизонтальные полуавтоматы из-за высокой цены и сложности наладки находят применение только в массовом и крупносерийном производстве.

При обработке ступенчатых валов в крупносерийном и массовом производстве часто используют одношпиндельные многорезцовые (например, моделей 1711, 1721, 1А720, 1А730, А983 и А984) и гидрокопировальные (например, моделей 1708, 1712, 1713, 1719, 1722, 1Б732 и др.) полуавтоматы.

Точность обработки на вертикальных многошпиндельных полуавтоматах последовательного действия – 8…9 квалитет, а параллельного – 11 квалитет. Использование одношпиндельных многорезцовых полуавтоматов на стадии предварительной обработки обеспечивает точность в пределах 11...13 квалитета, а чистовое течение – 11 квалитет. Если при этом применяются чистовые «бреющие» резцы, то точность повышается до 8…9 квалитета, Аналогичную точность обеспечивает обработка на гидрокопировальных станках.

Точность многорезцовой обработки ниже из-за значительной погрешности наладки инструментов на размер (даже при использовании взаимозаменяемых державок), из-за неравномерного изнашивания резцов (автоматическую подналадку на размер осуществить невозможно). Резцы, количество которых стремятся ограничить 10, вступают в работу в разное время, что приводит к большой и неодинаковой во времени деформации системы. Несмотря на это, многорезцовая обработка эффективнее копировальной при обработке валов, имеющих большие длину, диаметры и перепады ступеней. На многорезцовых станках обработку ведут, как правило, по методу деления длины, т.е. каждую шейку обрабатывают за один проход. Основное время обработки определяется по наибольшей длине хода лимитирующего резца. Причем, многорезцовое обтачивание в любом варианте осуществления имеет, как правило, преимущества перед однорезцовым обтачиванием не только в затратах основного (машинного) времени, но и вспомогательного времени. Однако подготовительно-заключительное время и время технического обслуживания на многорезцовых станках выше, чем на гидрокопировальных станках.

На гидрокопировальных станках точность несколько выше, т.к. они позволяют с автоматическим циклом выполнять одно- и многопроходную обработку наружных, внутренних и торцовых поверхностей деталей l= 500…700 мм и до l= 2000 мм (на станку модели 1Б732) одним резцом, что снижает деформации и позволяет обтачивать валы невысокой жесткости.

На современных станках при одном установе можно вести черновую и чистовую обработку с использованием нескольких независимых копировальных и подрезных суппортов. На копировальных суппортах могут быть установлены револьверные державки с несколькими инструментами. Скорость резания почти в два раза выше, чем на многорезцовых станках. Копировальные станки могут быть оснащены устройствами для активного контроля размеров или адаптивного управления для автоматической подналадки и смены инструмента, для загрузки и разгрузки заготовок, для программирования бесступенчатого изменения частоты вращения шпинделя и т.д.

При наладке инструмент устанавливают на одной шейке, а остальные размеры обеспечивает копир, поэтому время наладки мало (20…40 мин.)

Наиболее характерные варианты обработки ступенчатых валов токарных гидрокопировальных полуавтоматов:

– одним копировальным суппортом без использования подрезного суппорта в один или несколько проходов обрабатывают одну сторону вала;

– аналогичная обработка, но с использованием двух копировальных суппортов;

– любой из первых двух вариантов, но с использованием одного или двух подрезных суппортов для обработки канавок и торцевых поверхностей;

– многопроходная обработка вала с двух сторон при использовании двух копировальных суппортов с разным направлением рабочей подачи. Могут быть использованы (в случае необходимости и подрезные суппорты). При реализации этого варианта обработки применяют специальные торцовые поводковые патроны.

Современные токарные гидрокопировальные полуавтоматы зачастую производительнее многорезцовых токарных станков, хорошо приспособлены для встраивания в автоматические линии; их целесообразно применять в серийном производстве при партии деталей более 10 шт. и в массовом производстве.

В связи с развитием силового шлифования обработку шеек жестких ступенчатых валов нередко производят на круглошлифовальных станках вместо предварительного многорезцового обтачивания. При заготовке, получаемой методом точной штамповки, снижается припуск на сторону до 2…2,5 мм. Шлифование производят многокамневым кругом методом поперечной подачи на станках с автоматическим циклом.

В серийном и мелкосерийном производствах целесообразно производить обтачивание валов на токарных станках, оборудованных универсальными гидрокопировальными устройствами, например, на станка моделей КСТ-1, ГС-1, МГ934 и др. Применение копировальных устройств позволяет сократить в 2…4 раза вспомогательное время, а штучное в 2…3 раза по сравнению с обычными токарными станками и становится целесообразным при обработке партии из 3…4 заготовок. Точность обработки в пределах 8…9 квалитетов.

При обработке валов в центрах рекомендуется для выдерживания линейных размеров от постоянной базы применять плавающие передние центра с упором торца заготовки в упорное кольцо. Для повышения точности обработки и жесткости после закрепления детали рекомендуется закреплять и плавающий центр.

При единичном изготовлении валов заготовку получают отрезкой от проката или свободной ковкой, в зависимости от конфигурации и размеров вала, а также от перепада диаметральных размеров ступеней. Токарные операции выполняются последовательной обработкой ступеней на обычных токарных станках. При этом зацентровку крупных валов производят по разметке, а обработку – с креплением в патроне и установкой другого конца вала в люнете. Для осуществления такой установки предварительно обрабатывают шейку под люнет, для чего вал устанавливают в патроне с поджимом задним центром.

Чтобы избежать специальной обработки под люнет, иногда для валов диаметром до 200 мм применяют специальные регулируемые муфты, которые закрепляют на необработанных шейках. Эти муфты служат для установки в люнеты. Причем, совмещение осей муфты и вала достигается регулировкой винтами, головки которых должны быть утоплены в тело фланцев муфты.

В мелкосерийном производстве применяются также токарные гидрокопировальные полуавтоматы, токарные станки обычного типа и с программным управлением (станки токарные моделей 16К20Ф3, 1А616Ф3, 1М63Ф30, гидрокопировальные – 1Б732Ф3, 1712Ф3, 1713Ф3 и др.), оснащенных или двумя суппортами с поворотными резцедержателями или револьверной головкой и суппортом. В зависимости от выбранной схемы возможна последовательная, параллельная и параллельно-последовательная обработка. Обработку деталей на таких станках ведут по заранее составленной программе. Переналадку на обработку другой детали можно осуществить быстро и достаточно просто. Эти станки позволяют вести обработку деталей в несколько проходов и в случае необходимости с изменением частоты вращения шпинделя. Наибольший эффект достигается при обработке сложных деталей с криволинейным профилем. В этом случае меньше время обработки в 1,5…2 раза по сравнению с обработкой на универсальных станках, повышается качество деталей, уменьшается вероятность получения бракованных деталей. С целью повышения точности обработки вводится предискажение траектории движения режущего инструмента.

При использовании станков с ПУ требуется более высокая квалификация наладчиков и более низкая квалификация станочников, чем на обычных станках. Однако применение таких станков связано с увеличением трудоемкости проектирования операции, необходимостью применения точного режущего и вспомогательного инструмента, увеличением затрат на эксплуатацию оборудования. Поэтому необходимо определять экономическую целесообразность использования станков с ПУ.