Технология  конструкционных   материалов

ТЕХНОЛОГИЯ  КОНСТРУКЦИОННЫХ   МАТЕРИАЛОВ

РАЗДЕЛ «ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ»

 

ЧАСТЬ  2

 

ОМСК 2011

Министерство транспорта российской федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

__________________________________

 

 

а. А. Рауба, Д. В. Муравьев, А. В. Обрывалин

 

 

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.

 

Порядок выполнения работы

 

1) Ознакомиться с основными передачами и механизмами металлорежущих станков и условными обозначениями элементов этих механизмов в кинематических схемах.

2) В соответствии с заданным вариантом вычертить кинематические схемы механизмов металлорежущих станков.

3) Составить структурные схемы механизмов. По кинематической схеме механизма главного движения резания рассчитать все возможные частоты вращения шпинделя.

4) По кинематической схеме механизма подач рассчитать все возможные скорости перемещение гайки и рейки.

 

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 z 1 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 z 2 при выключенной муфте М, вращается на валу свободно, получая вращение от шестерни z 5, при этом вращение с вала I на вал II передается через зубчатое зацепление z 1- z 4.

Включение муфты перемещением шестерни z 1 вправо приводит к тому, что шестерня z 2 начинает вращаться вместе с валом в одном блоке с z 1, при этом соединение z 1- z 4 выключается. Вращение с вала I на вал II передается через зубчатое зацепление z 2- z 5. На шпиндель вращение с вала II может передаваться следующими путями: через зацепление зубчатых колес z 3- z 6, если блок z 6- z 7 зафиксирован в крайнем левом положении; z 5- z 7 – 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 z 3, z 4, z 5 передается через накидную шестерню z 2, свободно сидящую на промежуточном валу II, и зубчатое колесо z 1, 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 z 6- z 7 и червячную передачу k / z 8 передается на вал, на котором неподвижно закреплена реечная шестерня z 9, 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,

;

1.5. 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.

 

Порядок выполнения работы

1) Изучить конструкцию токарно-винторезного станка.

2) Ознакомиться с устройством и назначением основных узлов станка.

3) Выполнить анализ кинематической схемы станка по индивидуальному заданию (выдается преподавателем).

4) Составить структурную схему механизма привода главного движения.

5) Определить значения частоты вращения шпинделя и крутящего момента на шпинделе.

6) Составить структурную схему механизма привода подачи.

7) Определить значения продольной и поперечной подачи по ходовому валу и продольной подачи по ходовому винту при нарезании резьбы.

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.

 

2.4. 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.

 

Порядок выполнения работы

1) Ознакомиться с устройством станка и назначением основных узлов.

2) Изучить кинематическую схему станка (см. рис. 3.1).

3) Согласно кинематической схеме построить структурные схемы механизмов привода главного движения резания и привода движения подачи.

4) По закону А. В. Гадолина произвести расчет значений ряда частот вращения шпинделя и подач станка.

5) В соответствии с заданным вариантом (табл. 3.4) рассчитать режим резания для сверления отверстия в заготовке из углеродистой конструкционной стали инструментом из быстрорежущей стали.

Таблица 3.4

Исходные данные для расчета режима резания при сверлении

Номер варианта	Размеры отверстия, мм		Временное сопротивление разрыву обрабатываемого материала s в, МПа	Номер варианта	Размеры отверстия, мм		Временное сопротивление разрыву обрабатываемого материала s в, МПа
	D	l			D	l
1	20	100	800	17	35	200	750
2	25	80	800	18	18	180	550
3	20	30	800	19	40	65	650
4	15	60	800	20	30	250	700
5	10	40	500	21	12	85	850
6	22	85	600	22	35	90	600
7	10	50	700	23	38	350	500
8	27	60	600	24	21	150	750
9	23	100	500	25	5	50	850
10	25	30	700	26	17	45	400
11	12	30	500	27	39	280	650
12	15	80	500	28	9	86	700
13	17	90	500	29	23	170	800
14	12	65	800	30	7	28	600
15	24	100	600	31	37	350	550
16	28	140	400	32	14	88	400

 

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.

 

3.4. 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

 

Твердый сплав

£ 0,3 170 0,18 0,2 > 0,3 141,5 0,18 0,35

Таблица 4.3

Значение коэффициента k _н

Длина хода резца l, мм	50	100	150	200	300	500
Коэффициент k н	1,18	1,11	1,02	1,00	0,96	0,87

 

г) определить необходимое число двойных ходов по формуле:

 

.

(4.8)

 

д) определить фактическое число двойных ходов из условия:

 

n (ф)дв.х£ n (р)дв.х,

(4.9)

 

где    n ^(ф)_дв.х– рассчитанное значение числа двойных ходов по кинематической схеме станка, дв.ход/мин.

е) определить по формуле (4.1) среднее фактическое значение скорости резания.

 

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.

 

4.4. 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
1	2,0	0,25	400	Твердый сплав
2	1,2	0,45	380	То же
3	1,2	0,45	425	»
4	1,5	0,65	375	»
5	1,0	0,85	250	»
6	2,0	0,25	220	»
7	1,7	0,85	400	»
8	1,9	0,25	230	Быстрорежущая сталь
9	2,1	0,45	375	То же
10	2,0	0,65	200	»
11	1,5	0,85	250	»
12	1,5	0,25	300	»
13	2,0	0,45	290	»
14	1,5	0,65	410	»
15	2,3	0,25	290	»

 

 

Лабораторная работа 5

 

ЛИМБОВАЯ ДЕЛИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА

 

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

 

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.

 

5.4. 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?

5.5. 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 = z ₁ / z ₂ ∙ z ₃ / z ₄ = – 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
1	49	13	200	40
2	51	17	225	45
3	53	24	250	35
4	59	16	150	38
5	57	15	200	45
6	61	18	180	55
7	63	12	200	44
8	67	23	400	65
9	69	15	250	40
10	71	18	240	50
11	73	17	350	43
12	77	9	150	33
13	79	15	180	45
14	81	19	400	54
15	83	17	200	36
16	89	11	350	64
17	87	13	175	70
18	91	21	230	66
19	93	14	120	37
20	97	22	430	70
21	99	33	165	38
22	101	13	190	50
23	102	10	95	45
24	103	19	80	32
25	107	31	55	80
26	109	7	105	54
27	111	11	99	75
28	113	24	185	40
29	117	8	270	60
30	119	32	130	90

 

 

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