Методы образования поверхностей и форм деталей

Поверхность любой сложной детали можно представить в виде совокупности нескольких*более простых: плоских, ли­нейчатых, круговых, цилиндрических и конических, сферических, торовых и винтовых поверхностей (рис. 11). Лю­бую поверхность рассматривают как совокупность последовательных поло­жений (следов) одной производящей линии, называемой образующей 1,

движущейся по другой производящей ли­нии, называемой направляющей 2.

Для получения плоской поверхности (рис. 11,а) необходимо образующую 1 прямую линию перемещать по прямой направляющей 2, для образования ци­линдрической поверхности (рис. 11,в) направляющей 2 должна быть окруж­ность 2 и т. д.

Плоские, линейчатые и цилиндриче­ские поверхности являются обратимы­ми, так как для их получения можно менять функции образующих и направ­ляющих линий. Кроме обратимых по­верхностей есть необратимые — винто­вая, торовая, сферическая и коническая поверхности; последнюю (рис. 11,г) получают при перемещении одного кон­ца прямой образующей / по направ­ляющей линии 2 (окружности), второй конец образующей прямой / остается неподвижным.

При работе на металлорежущих стан­ках образующая и направляющая ли­нии получают согласованными между собой движениями заготовки и инстру­мента (движения резания являются формообразующими). Формообразую­щих движений может быть одно или несколько. Некоторые методы формо­образования поверхностей приведены на рис. 12. Образование поверхностей методом копирования режущей кром­ки инструмента показано на рис. 12,а. Режущая кромка инструмента, в дан­ном случае, является образующей ли­нией 1 обрабатываемой поверхности

Рис. 11. Виды геометри­ческих поверхностей, огра­ничивающие контуры де­талей: а — плоская; б - ли­нейчатая; ц — цилиндрическая; г — коническая; д — сфери­ческая; е — торовая; ж — геликоидная

Некоторые методы формо­образования поверхностей приведены на рис. 12. Образование поверхностей методом копирования режущей кром­ки инструмента показано на рис. 12.а. Режущая кромка инструмента, в дан­ном случае, является образующей ли­нией / обрабатываемой поверхности.

Рис. 12. Методы формообразования поверхностей: / — образующая; 2 — направляющая; v — скорость! резания; sn — поперечная подача; sn,, — продольная подача

Направляющая линия 2 воспроизводится при вращении заго­товки (рис. 12,а) или поступательном движении инструмента (рис. 12,б), эти движения являются формообразую­щими.

Движение, направленное перпенди­кулярно обрабатываемой поверхности, необходимо для получения определен­ного размера детали.

Принцип образования поверхности методом следов состоит в том, что обра­зующая линия 1 является траекторией движения вершины (точки) режущей кромки инструмента, а направляющая 2 — траекторией движения соответству­ющей точки заготовки (рис. 12,в). В этом случае оба движения резания (v, s_np) являются формообразующими.

При образовании поверхностей мето­дом касания направляющей линией 2 служит касательная к вспомогатель­ным линиям, являющимся траектория­ми движения вершин режущей кромки инструмента. Образующей линией / служит режущая кромка инструмента (рис. 12,г), формообразующим движе­нием является подача snp.

Движения, обеспечивающие цикл ра­боты металлорежущих станков, делят по их целевому назначению: главное, подачи, деления, обкатки, дифференци­альное, угла качания люльки (в зубо­резных станках), вспомогательные (ус­коренного подвода и отвода суппортов, столов, зажима, автоматического изме­рения) и др. Кинематические цепи клас­сифицируют по движениям, которые они выполняют.

Например, кинематическая цепь, вы­полняющая движение подачи, называ­ется кинематической цепью подачи, а цепь, выполняющая движение обкат­ки, называется кинематической цепью обкатки и т. п.

Главное движение (движение реза­ния) может осуществляться заготовкой и инструментом, например у токарных станков главным движением является движение шпинделя с заготовкой. Глав­ное движение может быть вращатель­ным и возвратно-поступательным. У не­которых станков оно может складывать­ся из двух движений, например в авто­матах при нарезании резьб методом об­гона суммируются два вращательных движения. На главное движение затра­чивается основная мощность...привода. Скорость резания v\ обеспечиваемую главным движением, определяют по формуле

где d₃ — диаметр заготовки, мм; n₃ — частота вращения заготовки, об/мин.

Скорость резания шлифовальных станков задают в м/с, ее определяют по формуле

где d_ш — диаметр шлифовального кру­га, мм; n_ш — частота вращения шлифо­вального круга, об/мин.

Скорость вращения заготовки при шлифовании

где d3 — диаметр заготовки, мм; п3 — частота вращения заготовки, об/мин.

Таким образом, v = v_ш+v_3.

Движение подачи (поступательное) получает инструмент, это дает возмож­ность вести процесс резания по всей длине заготовки. Подачу рассчитывают как отношение перемещения инструмен­та к одному обороту заготовки или од­ному обороту самого инструмента. В за­висимости от направления движения инструмента по отношению обрабаты­ваемой поверхности заготовки подачи делят на продольную, поперечную, кру­говую, радиальную, тангенциальную. Кроме того, подачи могут быть осевыми (в сверлильных станках), вертикальны­ми и горизонтальными (во фрезерных станках), прерывными (в строгальных и зубодолбежных станках), непрерыв­ные (в токарных станках).

Делительным движением называют такое, которое осуществляет поворот заготовки или инструмента на требуе­мый угол, например при нарезании зубь­ев колес на зубострогальных станках, или линейное перемещение заготовки относительно инструмента, так, напри­мер, при нанесении шкал на линейке на продольной делительной машине.

Дифференциальное движение приме­няют в станках для создания дополни­тельного движения заготовки или инст­рументу, например в зубофрезерных и других станках для об­работки спиральных зубьев. Можно осуществлять суммирование только од­ноименных движений — вращатель­ного с вращательным, поступательного с поступательным. Для суммирования движений применяются дифференци­альные суммирующие механизмы.

Вспомогательные движения при ра­боте на станке предназначены для осу­ществления отвода и подвода суппор­тов, траверс, столов, зажима инстру­мента и заготовок, удаления стружки и др. Вспомогательные движения мож­но осуществлять вручную или специаль­ными механизмами. Обязательным ус­ловием автоматизации производствен­ных процессов является автоматизация вспомогательных движений.

4.Элементы базовой конструкции универсального токарно-винторезного станка мод. 16К20 и их общность по назначению с элементами других групп станков.

Металлорежущие станки в большин­стве случаев состоят из механизмов, сходных по кинематике: шпиндельных коробок, коробок подач, фартуков, суп­портов, столов, гитар и т. п.

Для изучения конструкции и кине­матики механизмов металлорежущих станков

Рвс 13. Кинематическая схема привода глав­ного движения токарно-винторезного станка шл. 1А616 с раздельной коробкой скоростей

рассмотрим токарно-винторезный станок мод. 16К20 (см. рис. 1).

Механизмы главного движения. В ка­честве механизма главного движения применяют привод, ко­торый состоит из электродвигателя, ременной или зубчатой передачи, ко­робки скоростей со шпинделем (шпин­дельной бабки). В некото­рых металлорежущих станках в корпу­се передней бабки устанавливают зуб­чатые колеса, создающие различные ча­стоты вращения шпинделя. Шпиндель­ные коробки такой конструкции применяют во многих токарно-винторезных станках, например в станках мод. 16К20 (см. рис. 10).

В токарно-винторезных станках иногда при­меняют раздельные коробки скоростей. Например, у токарно-винторезного станка мод. 1А616 коробка скоростей выполнена в отдельном корпусе и смон­тирована в передней тумбе (рис. 13), а перебор со шпинделем — в корпусе передней бабки. Движение от коробки скоростей на шпиндель передается клиноременной передачей. Такой привод уменьшает колебания шпинделя, так как колебания, возникающие в короб­ке скоростей, не передаются через гибкое звено — клиновые ремни на шпиндельную коробку. Кроме того, воз­можно применение унифицированной коробки скоростей для гаммы однотип­ных моделей станков.

В горизонтально-фрезерных и других типах станков механизмы главного движения и движения подачи выполняются независимыми, т. е. движение на шпиндель и на стол передаются от отдельных электродвигателей. На рис. 14 приведена кинематическая схема станка мод. 6Н82, в которой коробка скоростей 5 получает движение от электродвигателя 5, а коробка подач- от электродвигателя 1.

Рис 14.Кинематическая схема горизонтально-фрезерного станка мод. 6Н82.

У некоторых металлорежущих стан­ков главное движение является воз­вратно-поступательным, например, в строгальных, долбежных, и др. В качестве механизмов, пре­образующих вращательное движение в возвратно-поступательное, применяют кулисы, кривошипы, шестеренчатые ре­версы с реечной парой и др.

Гитары. Гитарой называется меха­низм настройки кинематической цепи. Гитары делят на парносменные, двухпарные и многопарные. Парносменная гитара состоит из двух сменных колес (рис. 16,а). Расстояние между осями постоянное, поэтому сумма зубьев смен­ных колес, установленных на оси, бу­дет всегда постоянной: z₁ +z₂ = const. Это снижает диапазон настройки кине­матической цепи. Парносменные гитары применяют в цепях главного движения и подачи, преимущественно в специали­зированных станках.

Двухпарная гитара (рис. 16,б) состо­ит из корпуса 1, оси 2, фиксирующего болта 3 и сменных колес. В двухпарной гитаре установлены четыре смен­ных колеса. Поскольку сумма зубьев сцепляемых колес при различных на­стройках различна, в корпусе гитары предусмотрен паз, позволяющий пере­мещать ось 2 и таким образом осущест­влять зацепление сменных колес z₁ и z₂ различных диаметров. Болтом 3 фиксируют корпус гитары в требуемом положении для сцепленияz₁ с z₂. Двухпарные гитары обеспечивают ши­рокий диапазон настройки кинематиче­ской цепи, их применяют в универ­сальных металлорежущих станках. При выполнении настроек на двухпарной гитаре необходимо соблюдать условие сцепляемости сменных колес. Сумма зубьев двух сцепляемых колес должна быть больше последующего колеса на 15—20 зубьев, иначе зубчатое колесо будет перерезывать вал (рис. 16в).

Комплекты сменных колес. В метал­лорежущих станках при настройке гитар применяют комп­лекты сменных колес. Для различных групп станков они различны. Однако, все комплекты сменных колес создают­ся на основе общего ряда чисел зубьев сменных колес: 20 — 23 — 25 — 30 — 33 — 34 — 35 — 37 — 40 — 41 — 43 — 45 — 47 — 50 — 53 — 55 — 58 — 59 — 60 — 61 — 62 — 65 — 67 — 70 — 71 — 73 — 75 — 79 — 80 — 83 — 85 — 89 — 90 — 92 — 95 — 97 — 98 — 100 — 105 — 110 — 113 — 115 — 120 — 127 (всего 44 колеса).

Для токарно-винторезных станков принят набор колес, у которых числа зубьев кратны пяти (в комплекте 22 ко­леса).

Набор зубчатых колес для зуборез­ных станков ограничен колесом с чис­лом зубьев 100. Для фрезерных станков (для настроек дели­тельных головок) набор состоит из ко­лес с числами зубьев: 25 — 25 — 30 — 35 — 40 — 50 — 55 — 60 — 70 — 80 — 90 — 100 (всего 12 колес).

Коробки подач. Коробка подач пред­назначена для изменения скорости перемещения конечного звена кинематической цепи: суппорт, стол, шпиндельная бабка и др. В уни­версальных станках число различных подач может быть большим, например, в токарно-винторезном станке мод.

16К20 выполнено 48 простых подач и 149 для нарезания шагов резьб.

В конструкцию коробок подач обычно включают типовые механизмы: миандр с накидным или подвижным зубчатым колесом (рис. 17а и б), конус Нортона (рис.17в), коробки с зуб­чатыми колесами (рис.17г), конусы, на­бранные из зубчатых колес с вытяжной шпонкой (рис. 17д).

Механизм миандра с накидным колесом z₀(рис. 17,а) позволяет увеличивать в 2 раза передаточные отношения i при включении соседней пары колёс. Если принять вал 1 ведущим, z=z₂=z₃=z₆=56,а z₁=z₄=z₅=z₇=28, то на выходном валу получим передаточные отношения:

Коробка подач универсального токарно-винторезного станка мод. 16К20 (см. рис. 10) включает цилиндрические зубчатые колеса, передвижные блоки зубчатых колес и муфты. Постоянные межосевые расстояния между валами позволяют передавать большие мощно­сти. Движение от шпинделя VI на вал коробки подач IX передается через валы VII и VIII и сменные зубчатые колеса гитары К, L, М, N. Коробка подач обеспечивает обработку различных резьб, а также обточку гладких цилинд­рических, конических и других поверх­ностей.

При нарезании метрических и дюй­мовых резьб, а также при обработке цилиндрических поверхностей устанав­ливают сменные зубчатые колеса гита­ры а при нарезании мо­дульных и питчевых резьб

Коробка подач имеет две основные кинематические цепи. При этом движение на ходовой винт передаётся, когда муфты М2, М3, М4, М6 выключены, а муфта М5 включена:

Другая цепь предназначена для наре­зания метрических и модульных резьб. При этом муфты М2 и М6 выключены, а муфты М3, М4 и М5 включены:

При обработке цилиндрических по­верхностей движение на ходовой валик может передаваться как по первой, так и по второй кинематической цепи (муфта М5 выключена, М6 включена).

При нарезании специальных резьб и резьб повышенной точности движение передается прямо на ходовой винт, т. е. коробка подач отключена, а муфты М2 и М5 включены. В данном случае на­стройку винторезной цепи на требуе­мый шаг нарезки производят подбором сменных зубчатых колес гитары.

Механизм с двумя обратными кону­сами, набранными из зубчатых колес, и вытяжной шпонкой показан на рис. 17, д. На валу 1 на шпонке по­сажены зубчатые колеса /, а на ва­лу // — свободно сидящие зубчатые ко­леса 2, разъединенные кольцами 7. Вы­тяжная шпонка 5 вставлена в паз ва­ла // и одним (правым) концом за­крепляется осью в муфте 4. Пружина 6 постоянно поджимает вытяжную шпонку вверх. Если шпонка находится против шпоночной канавки зубчатого колеса, то западает в нее, и проис­ходит соединение колеса с валом. Коль­ца препятствуют одновременному вклю­чению двух зубчатых колес. Механизм с двумя конусами и вытяжной шпон­кой применяют в основном в короб­ках подач сверлильных станков. Огра­ничение хода вытяжной шпонки вправо производится упорным кольцом 3, а вле­во — концом шпоночного паза. Досто­инство этих механизмов — компакт­ность.

Рассмотрев несколько конструкций коробок подач, можно заметить, что большинство из них состоят из одних и тех же звеньев и механизмов — зубчатых колес, блоков, кулачковых муфт, ходового валика, а некоторые коробки включают типовые механиз­мы — меандр, конус Нортона, конус­ные наборы с вытяжной шпонкой, что характеризует общность их конструк­ций.

Фартуки. Фартук 12 (см. рис. 1) предназначен для передачи движения от коробки подач к суппорту (или сто­лу). Передача движения происходит с помощью ходового валика, зубчатых колес, червячной передачи, муфт и ре­ечной передачи или непосредственно хо­довым винтом и маточной гайки, смон­тированных в корпусе фартука.

Поскольку движения от ходового ва­лика и ходового винта независимы, во избежание одновременного их включения в корпусе фартука выполняют блокирующий механизм. Кинематическая схема фартука станка мод. 16К20 показана на рис. 10.Движение от ходового валика на реечное колесо z=10, осуществляющего продольную подачу суппорта, передаётся через зубчатые колёса:

Передача движения от ходового ва­лика на ходовой винт поперечной по­дачи суппорта осуществляется по цепи фартука:

гдеi _ф3 — передаточное отношение це­пи фартука при включении на попе­речную подачу.

Движение от ходового валика на гай­ку перемещения верхнего суппорта осу­ществляется по следующей цепи: 1

где i_ф3 - передаточное отношение це­пи фартука при включении на подачу верхнего суппорта.

В некоторых моделях станков в фар­тук вводится предохранительный меха­низм (падающий червяк, шариковая муфта и т. п.). Предохранительный ме­ханизм служит не только для предохра­нения от перегрузок, но и для работы суппортом по упору.