РАЗДЕЛ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

 

А. А. РАУБА, Д. В. МУРАВЬЕВ, А. В. ОБРЫВАЛИН

 

 

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

РАЗДЕЛ «ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ»

 

ЧАСТЬ 2

ОМСК 2011     Министерство транспорта российской федерации

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

РАЗДЕЛ «ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ»   Часть 2

ВВЕДЕНИЕ

 

Металлорежущие станки являются основным технологическим оборудованием машиностроительного и ремонтного производства. Наибольшее распространение на ремонтных предприятиях железнодорожного транспорта получили станки токарной группы. Наряду с ними используются сверлильные, строгальные и фрезерные станки.

В основе многообразия металлорежущих станков при всем различии их внешних форм, назначения и технических характеристик лежат простые кинематические элементы, которые в различном сочетании образуют определенные кинематические цепи. Во многих случаях разные станки имеют одинаковые частные кинематические цепи и общие (типовые) механизмы.

Работу каждого механизма станка изучают по его кинематической схеме. Любой металлорежущий станок настраивают на выполнение определенной работы путем решения уравнений кинематических цепей. Для графического изображения кинематических цепей и их элементов приняты стандартные условные обозначения.

Методические указания состоят из пяти лабораторных работ. В первой лабораторной работе приведены описания типовых передач, используемых в металлорежущих станках, и их условные обозначения в кинематических схемах, анализ схем простейших механизмов; во второй – конструкция и кинематика токарно-винторезного станка, принципы построения структурных схем приводов главного движения и движения подачи, правила составления уравнения кинематических цепей механизмов станка; в третьей – конструкция и кинематика вертикально-сверлильного станка, методика расчета режима резания при сверлении; в четвертой – конструкция, кинематика и способы настройки поперечно-строгального станка, принцип работы кулисного и храпового механизмов; в пятой работе – описание наиболее распространенного делительного приспособления для фрезерных станков – лимбовой делительной головки, методы деления заготовок на равные и неравные части, индивидуальное задание по настройке делительной головки на дифференциальное деление и фрезерование винтовых поверхностей.

Лабораторная работа 1

 

типовые механизмы металлорежущих станков

Цель работы: ознакомиться с конструкцией типовых механизмов металлорежущих станков и условными обозначениями основных элементов передач в кинематических схемах, рекомендуемыми ГОСТ 2.770-68; приобрести навыки в определении частоты вращения валов и скорости перемещений узлов станка.

 

Краткие теоретические сведения

В металлорежущих станках для передачи вращательного движения применяют ременные, цепные, зубчатые и другие передачи; для сообщения узлам станков… Таблица 1.1 Условные обозначения элементов в кинематических схемах Наименование Обозначение Вал,…

Порядок выполнения работы

1) Ознакомиться с основными передачами и механизмами металлорежущих станков и условными обозначениями элементов этих механизмов в кинематических… 2) В соответствии с заданным вариантом вычертить кинематические схемы… 3) Составить структурные схемы механизмов. По кинематической схеме механизма главного движения резания рассчитать все…

Содержание отчета

 

1) Кинематические и структурные схемы изучаемых механизмов.

2) Расчеты частоты вращения шпинделя и скорости перемещения гайки по винту и рейки за счет вращения реечной шестерни.

3) Краткое описание устройства и работы изучаемых механизмов.

 

Пример выполнения заданий

Задание № 1: По заданной частоте вращения двигателя n_эд определить возможные частоты вращения шпинделя (вала III, рис. 1.6).

Краткое описание устройства и работы механизма главного движения.

Вращение от вала электродвигателя через ременную передачу передается на вал I, на котором посажены две шестерни, изготовленные заодно с кулачковыми полумуфтами. Шестерня z1 соединена с валом подвижно без вращения, т. е. вращается всегда вместе с валом за счет соединения с ним по скользящей шпонке, но может перемещаться вдоль вала: вправо – для включения односторонней кулачковой муфты М; влево (в исходное положение) – для ее выключения. Шестерня z2 при выключенной муфте М, вращается на валу свободно, получая вращение от шестерни z5, при этом вращение с вала I на вал II передается через зубчатое зацепление z1-z4.

Включение муфты перемещением шестерни z1 вправо приводит к тому, что шестерня z2 начинает вращаться вместе с валом в одном блоке с z1, при этом соединение z1-z4 выключается. Вращение с вала I на вал II передается через зубчатое зацепление z2-z5. На шпиндель вращение с вала II может передаваться следующими путями: через зацепление зубчатых колес z3-z6, если блок z6-z7 зафиксирован в крайнем левом положении; z5-z7 – если его сдвинуть до фиксированного положения вправо.

Таким образом, можно реализовать четыре различных варианта передачи вращения от вала электродвигателя на шпиндель, которые можно представить в виде структурной схемы общих передаточных отношений согласно описанной последовательности.

М выкл.

(I) (II) (III) (1.11)

М вкл.

где g – коэффициент проскальзывания ремня, g = 0,97 – 0,985.

По структурной схеме (1.11) составляются уравнения для расчета частот вращения шпинделя в соответствии с выражением (1.8):

; ;

; .

Задание № 2: По заданной частоте вращения приводного вала I определить скорость перемещения (значение минутной подачи) гайки по винту и рейки относительно реечной шестерни (рис. 1.7).

Краткое описание устройства и работы механизма подачи.

Вращение на вал III («конус Нортона») неподвижно закрепленных шестерен z3, z4, z5 передается через накидную шестерню z2, свободно сидящую на промежуточном валу II, и зубчатое колесо z1, которое перемещается по шпонке вдоль приводного вала I. Таким образом, этот механизм обеспечивает три различных значения частоты вращения вала III. При выключенной муфте М, вращение вала III через зубчатое зацепление z6-z7 и червячную передачу k/z8 передается на вал, на котором неподвижно закреплена реечная шестерня z9, вращение которой преобразуется в поступательное перемещение зубчатой рейки.

При включенной муфте М вращение вала III передается на ходовой винт, который обеспечивает поступательное перемещение гайки.

Рис. 1.7. Кинематическая схема механизма привода движения подачи

 

Структурная схема работы механизма подачи в описанной последовательности с учетом выражений (1.9) и (1.10) представляется в следующем виде:

М выкл.

(II) (III) (1.12)

М вкл.

Аналогично первому заданию, по структурной схеме составляются уравнения для расчета скорости перемещений рейки при вращении реечной шестерни и гайки при вращении ходового винта. Например,

;

Контрольные вопросы

 

1) Какие передачи могут передать вращение на значительное расстояние?

2) Какие передачи преобразуют вращательное движение в поступательное?

3) Имеется ли передаточное отношение между зубчатыми колесами, посаженными на одном валу?

4) Как устроена, для чего предназначена и как управляется двухсторонняя зубчатая кулачковая муфта?

5) Что такое общее передаточное отношение кинематической цепи механизма и как оно определяется?

6) По какому принципу работает реверсивный механизм, и каким образом он реализуется на металлорежущих станках?

7) Как по заданной частоте приводного вала рассчитываются значения частоты вращения и перемещение исполнительных элементов механизмов?

 

Лабораторная работа 2

УСТРОЙСТВО И кинематическая схема

токарно-винторезного станка

Цель работы: ознакомиться с устройством и кинематической схемой токарно-винторезного станка, приобрести навыки в определении значений частоты вращения шпинделя и подачи суппорта станка.

 

Краткие теоретические сведения

Токарно-винторезный станок состоит из пяти основных узлов: станина, передняя бабка, задняя бабка, суппорт и фартук (рис. 2.1), – и имеет привод… Устройство приводов станка удобно изучать по его кинематической схеме,…

Порядок выполнения работы

2) Ознакомиться с устройством и назначением основных узлов станка. 3) Выполнить анализ кинематической схемы станка по индивидуальному заданию… 4) Составить структурную схему механизма привода главного движения.

Содержание отчета

1) Описание назначения и устройства основных узлов, приводов и механизмов токарно-винторезного станка.

2) Кинематическая схема токарно-винторезного станка.

3) Структурные схемы механизма приводов главного движения и движения подачи.

4) Расчет значений частоты вращения шпинделя, крутящих моментов на шпинделе и значений подачи.

 

Контрольные вопросы

 

1) Из каких основных узлов состоит токарно-винторезный станок. Каково их устройство и назначение?

2) Из каких узлов и механизмов состоят приводы главного движения и движения подачи. Каково устройство и назначение этих узлов и механизмов?

3) Как осуществляются поперечная и продольные подачи суппорта станка?

4) Возможно ли одновременное включение продольной и поперечной подачи за счет вращения ходового вала. Если нет, то почему?

5) Возможно ли одновременное включение продольных подач за счет вращения ходового вала и ходового винта. Если нет, то почему?

 

Лабораторная работа 3

 

УСТРОЙСТВО И кинематическая схема одношпиндельного вертикально-сверлильного станка

Цель работы: изучить устройство, управление и кинематическую схему одношпиндельного вертикально-сверлильного станка; освоить методику выбора параметров режима резания при сверлении.

 

Краткие теоретические сведения

Одношпиндельный вертикально-сверлильный станок состоит из следующих основных узлов (рис. 3.1): станины, установленной на фундаментной плите… Привод главного движения состоит из электродвигателя, коробки скоростей и… Шпиндель представляет собой сплошной шлицевый вал, который вращается вместе с посаженным на него тройным блоком…

Порядок выполнения работы

2) Изучить кинематическую схему станка (см. рис. 3.1). 3) Согласно кинематической схеме построить структурные схемы механизмов… 4) По закону А. В. Гадолина произвести расчет значений ряда частот вращения шпинделя и подач станка.

Исходные данные для расчета режима резания при сверлении

Содержание отчета

1) Краткое описание устройства станка и работы его механизмов.

2) Структурные схемы приводов станка.

3) Расчет значений частоты вращения шпинделя и подачи станка.

4) Выбор режима резания в соответствии с описанной выше методикой.

 

Контрольные вопросы

 

1) Какое движение в сверлильном станке является главным движением резания и чем оно характеризуется?

2) В каких узлах станка расположены привод главного движения и привод движения подачи?

3) Какая передача обеспечивает вертикальное перемещение шпинделя сверлильного станка и где находятся ее элементы?

4) Что понимается под геометрическим рядом частот и подач А. В. Гадолина и как определяются значения этих рядов для коробок скоростей и подач металлорежущего станка?

Лабораторная работа 4

 

УСТРОЙСТВО И КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА

Поперечно-строгального станка

 

Цель работы: изучить устройство, принцип работы механизмов приводов и кинематическую схему станка; освоить методику выбора режимов резания при строгании и последовательность настройки станка.

Краткие теоретические сведения

Главное движение резания при строгании – поступательное перемещение резца, закрепленного в откидном резцедержателе вертикального суппорта 3 (рис.… Движение подачи – прерывистое поступательное движение стола 4 с деталью…

Порядок выполнения работы

1) Ознакомиться с конструкцией и назначением основных узлов станка, устройством и принципами работы механизмов его приводов.

2) Изучить кинематическую схему станка (см. рис. 4.2).

3) По кинематической схеме определить число двойных ходов ползуна в минуту и значения подачи на двойной ход ползуна.

4) По заданному варианту (табл. 4.4) определить параметры режима резания при строгании.

 

Содержание отчета

 

1) Кинематическая схема станка. Краткое описание устройства и назначения основных узлов и механизмов станка (кулисного и храпового).

2) Структурные схемы механизмов приводов главного движения резания и подачи, результаты расчета их характеристик.

3) Результаты расчета параметров режима резания по варианту.

 

Контрольные вопросы

1) Какое движение в строгальном станке является главным движением резания, а какое движением подачи и чем они характеризуются?

2) Как устроен и работает привод главного движения и привод движения подачи поперечно-строгального станка?

3) Как изменить длину и границы хода ползуна?

4) За счет чего изменяется значение подачи стола на двойной ход ползуна поперечно-строгального станка и как она реверсируется?

5) С какой целью строгальные резцы изготавливаются изогнутыми и крепятся в откидном резцедержателе?

 

Таблица 4.4

Исходные данные для выполнения индивидуального задания

Вариант	Глубина резания t, мм	Подача S, мм/дв. ход	Длина обрабатываемой поверхности l, мм	Материал резца
	2,0	0,25		Твердый сплав
	1,2	0,45		То же
	1,2	0,45		»
	1,5	0,65		»
	1,0	0,85		»
	2,0	0,25		»
	1,7	0,85		»
	1,9	0,25		Быстрорежущая сталь
	2,1	0,45		То же
	2,0	0,65		»
	1,5	0,85		»
	1,5	0,25		»
	2,0	0,45		»
	1,5	0,65		»
	2,3	0,25		»

 

 

Лабораторная работа 5

 

ЛИМБОВАЯ ДЕЛИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА

 

Цель работы: изучить устройство, кинематическую схему и методы настройки лимбовой делительной головки.

 

Краткие теоретические сведения

Делительная головка – универсальное приспособление,применяемое на фрезерных, строгальных, шлифовальных и другихстанках для периодического поворота… Делительная головка устанавливается на стол станка. Обрабатываемая заготовка… Таблица 5.1

Описание наладок делительной головки

  , (5.1)   где п – число оборотов рукоятки;

Содержание отчета

1) Краткое описание назначения и устройства лимбовой делительной головки.

2) Наладка делительной головки на дифференциальное деление при нарезании зубчатого колеса (задание 1, табл. 5.2). Кинематическая схема этой наладки.

3) Наладка делительной головки для нарезания винтовой канавки на цилиндрической заготовке (задание 2, табл. 5.2) и ее кинематическая схема.

 

Контрольные вопросы

 

1) Чем принципиально отличается настройка делительной головки на дифференциальное деление от настройки ее на простое деление заготовки?

2) Как обеспечиваются с помощью делительной головки два взаимосвязанных движения заготовки: вращательное и поступательное, при нарезании спиральных канавок на универсальном фрезерном станке?

3) Можно ли с помощью делительной головки разделить заготовку на неравные части? Если можно, то, каким образом?

Примеры выполнения индивидуального задания

Задание № 1: Наладить лимбовую делительную головку для изготовления шестерни с числом зубьев z = 121 дисковой модульной фрезой на универсальном фрезерном станке. Необходимо прорезать 121 канавку между зубьями.

Простым делением эта операция не выполняется, т. к. отношение 40/121 реализовать с помощью лимба невозможно, потому что на нем нет окружности с числом делений 121 (см. табл. 5.1). Для дифференциального метода фиктивное число делений p принимаем равное 120 и определяем для него количество оборотов рукоятки: n^* = N /p = 40/120 = 1/3 = 13/39 (39 делений на лимбе есть).

Передаточное отношение сменных шестерен i = 40/120·(120 – 121) = – 800/2400 = – 20/30∙40/80. Шестерни с таким количеством зубьев в комплекте к делительной головке имеются, но этот вариант их подбора не удовлетворяет условию сцепляемости (5.5). Добиваемся соблюдения этих условий, переставляя сменные шестерни на гитаре делительной головки, а именно: i = z₁/ z₂∙ z₃/ z₄ = – 40/30∙20/80. Изображаем кинематическую схему наладки.

Задание № 2: Наладить делительную головку на фрезерование 9 винтовых канавок (z = 9) с шагом T = 75 мм на заготовке диаметром D = 38 мм.

Рассчитываем передаточное отношение сменных шестерен по формуле (5.8) и осуществляем их подбор i = 40∙6/75 = 40∙60/750 = 40/25∙60/30 = 60/30∙40/25. Изображаем кинематическую схему наладки.

Определяем угол поворота стола фрезерного станка по формуле (5.9):

ω = arctg (38π/75) = 57,8°.

После фрезерования первой спиральной канавки, вторая и последующие канавки фрезеруются после поворота заготовки вращением рукоятки делительной головки. Количество оборотов рукоятки определяется простым делением. При z = 9, n = 40/9 = 4 + 4/9 = 4 + 12/27, т. е. четыре полных оборота рукоятки и дополнительный ее поворот на 12 отверстий по окружности лимба с 27 делениями, при этом заготовка поворачивается на 1/9 оборота.

Таблица 5.2

Исходные данные для выполнения индивидуального задания

Вариант	Задание 1	Задание 2
Нарезать колесо с числом зубьев z	Нарезать винтовые канавки на круглой заготовке
кол-во канавок z	шаг T, мм	диаметр D, мм

 

 

Библиографический список

 

1. Дальский А. М. Технология конструкционных материалов / А. М. Дальский, Т. М. Барсукова. М.: Машиностроение, 2003. 512 с.

2. Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники / Под ред. Н. Н. Воронина. М.: Маршрут, 2004. 420 с.

3. Фетисов Г. П. Материаловедение и технология металлов / Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман и др. М.: Высшая школа, 2002. 325 с.

4. Арзамасов Б. Н. Материаловедение / Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин и др. М.: Изд-во МГТУ, 2002. 646 с.

5. Материаловедение / Под ред. Ю. М. Соломенцева. М.: Высшая школа, 2005. 456 с.

6. Сеферов Г. Г. Материаловедение / Г. Г. Сеферов и др.;под ред. В. Т. Батиенков. М.: ИНФРА-М, 2005. 150 с.

7. ЛахтинЮ. М. Материаловедение / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. М.: Машиностроение, 1980. 493 с.

8. БондаренкоГ. Г. Материаловедение / Г. Г. Бондаренко, Т. А. Кабанова, В. В. Рыбалко; под ред. Г. Г. Бондаренко. М.: Высшая школа, 2007. 360 с.

Учебное издание

 

 

РАУБА Александр Александрович,

МУРАВЬЕВ Дмитрий Викторович

ОБРЫВАЛИН Алексей Владимирович

 

 

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

РАЗДЕЛ «ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ»   Часть 2