Вопрос 2: Методика расчета и проектирования шпиндельных опор качения.

Для установки на шпиндели применяют подшипники:

1. Роликовые. Чем меньше диаметр ролика, тем выше жесткость подшипника.

- Радиальные двухрядные с короткими цилин-ми роликами типа 3182100, их конусность 1:12. Регулировка рационального зазора производится за счет осевой подвижки внутреннего кольца.

- Конические типа ГАМЕ (Англия и Франция), изготавливаются в 5-и исполнениях, в т.ч. двухрядный конический с буртом на наружном кольце и однорядный конический с широким наружным кольцом и внутренними проушинами для предварительного натяга. В этих подшипниках полые ролики (лучше смазываются).

2. Упорно-радиальные: двухрядные шарикоподшипники типа 234000 с углом контакта 60 градусов (шведские), применяются совместно с подшипниками типа 3182100.

Назначение: принятие осевой нагрузки. Позволяют вести работу на более высоких ск-х по сравнению с обычным.

Опоры качения. Работа шпинделя зависит от типа его опор. Жесткость шпиндельного узла, его виброустойчивость, точность вращения связаны с конструкцией опор. В качестве опор шпинделей применяют подшипники качения и скольжения с жидкостным трением.

Требования к опорам:

1. Высокая точность вращения шпинделя, поскольку биение его оси непосредственно отражается на точности обработки. Поэтому подшипники шпинделей должны удовлетворять более высоким требованиям по сравнению с подшипниками обычных валов.

2. Долговечность опор (до 5000 часов).

3. Виброустойчивость опор. Особенно важно для работы высокоскоростных шпинделей. Современные позиционные подшипники качения отвечают этому требованию.

4. Надежность работы подшипников опор универсальных станков во всем диапазоне применяемых скоростей и нагрузок в этом отношении преимущество имеют подшипники качения.

При определении нагрузок, во-первых, следует учитывать условия работы шпинделя станка, поскольку работа происходит при различных частотах вращения и нагрузках. Во-вторых, следует учитывать, что шпиндель, несущий инструмент или заготовку, подвергается дополнительным нагрузкам,¹ возникающим в процессе резания, особенно при обработке многолезвенным инструментом (фрезерование, протягивание). Это учитывается коэффициентом динамичности Кд, который может быть

принят 1 ,5 для токарных, сверлильных и шлифовальных станков; 2 - для фрезерных. Сила предварительного натяга подшипников Ад увеличивает осевую нагрузку А, которая становится равной сумме А+Ап, При малых значениях предварительного натяга жесткость шпиндельных опор в большей степени зависит от величины натяга. Минимальное значение предварительного натяга должно определятся из условия, чтобы после приложения к шпинделю полезной нагрузки в подшипнике нe образовывался зазор А_п > 1,58Rtgß,± 0,5 А ,где R - внешняя радиальная нагрузка, Н; А – внеш. осевая нагрузка, Н (знак плюс берется, если она ослабляет натяг, знак минус — если она его увеличивает); ß- угол контакта тел качения с кольцом.

При увелич-ии натяга резко увел-ся тепловыделение в подшип-ках. Натяг регулируют в спец. приспоб-ии на собранном узле или на ст-ке. Прим-ют дистанционные кольца-ограничивают силу предв. натяга.

Вопрос3: Современные инструментальные материалы и предъявляемые к ним требования.

Инструментальными являются материалы, основное назначение которых – оснащение рабочей части инструментов. К ним относятся инструментальные углеродистые, легированные и быстрорежущие стали, твердые сплавы, минералокерамика, сверхтвердые материалы.

Инструментальные стали. По хим. составу, степени легированности инструментальные стали разделяются на инструментальные углеродистые, инструментальные легированные и быстрорежущие стали. Физико-механические свойства этих сталей при нормальной температуре достаточно близки, различаются они теплостойкостью и прокаливаемостью при закалке . Инструментальные углеродистые стали обозначаются буквой У, за ней следует цифра, характеризующая массовое содержание углерода в стали, умноженное на 10. Буква А в конце соответствует высококачественным сталям с пониженным содержанием примесей (У10А- 1%, У12А- 1.2%; хрома- 0.2%; марганца- 0.2%; кремния- 0.3%).

Инструментальные легированные стали (низколегированные: ВХГ, 9 ХС- углерода- 0.9%, хрома- 1.1%, марганца 1.1%, кремния- 0.3% ) обозначаются цифрой, характеризующей массовое содержание углерода в десятых долях процента, за которой следует буквы соответствующие легирующим элементам (Г-марганец, Х-хром, С-кремний, В-вольфрам, Ф-ванадий), и цифры, обозначающие содержание элемента в процентах.

Быстрорежущие стали ( Р9, Р18- 9 и 18% вольфрама; Р6М5- 5% молибдена, 6% вольфрама) обозначаются буквами, соответствующими карбидообразующим и легирующим элементам (Р-вольфрам, М-молибден, Ф-ванадий, А-азот, К-кобальт, Т-титан, Ц-цирконий). За буквой следует цифра, обозначающая среднее массовое содержание элемента в процентах. Цифра стоящая в начале обозначения стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента. Режущие свойства быстрорежущих сталей определяются объемом основных карбидообразующих элементов - вольфрама, молибдена, ванадия и легирующих элементов - кобальта, азота.

Твердые сплавы.Твердые сплавы содержат смесь зерен карбидов, нитридов, карбонитридов тугоплавких металлов в связующих материалах. Стандартные марки твердых сплавов выполнены на основе карбидов вольфрама, титана, тантала. В качестве связки используется кобальт.(ВК- вольфрамо-кобальтовые (ВК3, ВК6- 3 и 6% кобальта, остальное – карбид вольфрама- WC; ВТК – вольфрамотитанокобальтовые- Т5К10, Т15К6- 15%TiC, 6% Со, остальное-WC- 79%; ВТТК- вольфрамотитанотантанокобальтовые- ТТ7К12- 81%WC, 4% TiC, 3% ТаС, 12% Co, 7%- суммарное содержание TiC и ТаС).

Минералокерамика. Минералокерамические инструментальные материалы обладают высокой твердостью, тепло- и износостойкостью. Их основой является глинозем АL₂0₃ (оксидная керамика ) или смесь АL₂0₃ с карбидами, нитридами и другими соединениями (керметы), (электрокорунд белый – ЦМ332- малая механическая прочность; электрокорунд черный – ВОК60 и ВОК63 и В3- Ai₂O₃+ WC, TiC и MoC- карбиды)

Синтетические сверхтвердые материалы.

Синтетические сверхтвердые материалы обладают высокой твердостью, износостойкостью низким коэффициентом трения, инертностью к железу (материалы на основе кубического нитрида бора - КНБ). Подразделяются на материалы с основой в виде КНБ (образуется в рез-те синтеза азота с бором – кристаллы, по твердости уступает только синтетическому алмазу. Температуростойкость до 1800^о. В России его выпускают под маркой «Эльбор»)и материалы на основе алмазов (маркируются «АС». Применяются для обработки цветных металлов, пластмасс (V_рез = 1000-1200 метров в минуту). Температуростойкость-650^оС).

Основными требованиями предъявляемыми к инструментальным материалам являются:

1. высокая твёрдость (HRC>63). Их твёрдость должна превышать твёрдость обрабатываемой заготовки.
2. высокая теплостойкость. Способность инструмента сохранять режущие свойства при высоких температурах.
3. высокая прочность. Способность инструмента противостоять различного вида нагрузкам.
4. износостойкость. Способность инструмента противостоять истирающим нагрузкам
5. обрабатываемость. Возможность обработки резанием, деформированием, шлифованием т.д.
6. способность к термообработке
7. экономическая целесообразность.

Билет 6

Вопрос 1: Технологические и пространственные размерные цепи, пути повышения точности замыкающего звена.

Замыкающим звеном (ЗЗ) размерной цепи (РЦ) называют звено, получаемое при построении размерной цепи последним. Номинальный размер ЗЗ РЦ д/б равен алгебраической сумме номинальных размеров всех остальных составляющих звеньев данной цепи. Между РЦ конструкции могут быть три вида связи: параллельный, последовательный, комбинированный. При параллельном виде связи несколько РЦ имеют одно или несколько общих звеньев. Последовательный вид связи предусматривает построение каждой последующей цепи от базы, полученной при построении предыдущей РЦ. При комбинированном виде связи в конструкции участвуют оба предыдущих вида связи — параллельный и последовательный. Для достижения точности машин особенно большое значение имеют звенья размерных цепей, которые являются общимидля нескольких цепей. Эти общие звенья следует принимать в качестве основных, и с них необходимо начинать построение размерных цепей. При об-ке деталей размеры их отклоняются от номинальных вследствие невозможности достигнуть абсолютной точности из-за погрешностей, вызываемых влиянием различных факторов. Погрешность ЗЗ характеризует точность РЦ, и она для групп изд-й фактически определ-ся величиной его поля рассеивания, обусловленного многими производственными факторами, имеющими место в процессе его изготовления. Для нахождения завис-ти м/у величинами полей рассеивания составл-х звеньев и поля рассеивания ЗЗ используют полный дифференциал, т.к. величина полей рассеивания обычно малы по сравнению с величинами самих звеньев. В общем случае А_Δ = f (А₁, А₂, …, А_n),

w = f (w_i).

. Заменив дифференциалы малыми конечными приращениями, представл-ие собой поля рассеивания составляющих звеньев и ЗЗ, получаем:

, , где А_Δ и А_i -номинальные значения ЗЗ и i-ого составляющего звена, w_Δ и w_i - поля рассеивания ЗЗ и i-ого составляющего звена, - передат. отношение, показывающее влияние величины поля рассеивания каждого составляющего звена на величину поля рассеивания ЗЗ, n – число составляющих звеньев, - частная производная. Если звенья параллельны, то =1, т.к. угол наклона = 0° (cos - четная ф-ция).

w_Δ = Допуск (Т) ЗЗ РЦ равен сумме допусков всех остальных звеньев данной РЦ, т.е. . Установив допуск ЗЗ на основании норм точности или ТУ для данной машины, механизма или детали, можно установить допуски всех остальных звеньев, составляющих данную размерную цепь, назначая величины допусков отдельных звеньев с учетом выполняемых ими функций т.о., чтобы сумма их равнялась допуску замыкающего звена. Из анализа выражения (*) следует, что повышение точности ЗЗ в процессе изготовления изд-я м/б достигнута 3-мя путями: 1. сокращением полей рассеивания всех составляющих звеньев; 2. уменьшением передаточного отношения всех составляющих звеньев; 3. сокращением числа звеньев. Одновременное использование всех перечисленных путей дает наибольший эффект. 3-ий получил название принципа наикратчайшего пути, сущность которого: наибольшая (при всех прочих усл-ях) точность м/б достигнута с пом. размерных или кинематических цепей, содержащих наименьшее кол-во звеньев.