Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Кафедра: «Металлорежущие станки и инструменты»

Пояснительная записка

по теме: «Разработка кинематики и кинематической настройки главного привода токарно-винторезного станка»

Выполнила:

студентка гр.103530

Чистопьян А.О.

Руководитель:

Глубокий В.И.

Минск 2013



Содержание

Введение

1. Описание компоновки, основных узлов и движений токарно-винторезного станка прототипа модели 16К20

2. Технологические схемы обработки и движения формообразования

3. Принцип образования поверхностей и методы получения их производящих линий на токарно-винторезном станке

4. Структурная схема токарно-винторезного станка 16К20 и расчетное перемещение кинематических цепей

4.1 Цепь привода главного движения (В1)

4.2 Цепь продольной подачи суппорта (П3)

4.3 Цепь поперечной подачи суппорта (П2)

4.4 Винторезная цепь (П5)

5. Кинематическая схема токарно-винторезного станка модели 16К20 и уравнения балансов

5.1 Кинематическая цепь привода главного движения

5.2 Кинематика винторезной цепи (П5)

5.3 Кинематическая цепь продольной подачи суппорта (П3)

5.4 Кинематическая цепь поперечной подачи суппорта (П2)

5.5 Установочные перемещения суппорта, резцовых салазок и пиноли задней бабки

6. Расчет мощности главного привода

7. Кинематический расчет главного привода

7.1 Расчет диапазона регулирования частот вращения шпинделя

7.2 Расчет знаменателя геометрического ряда частот вращения

7.3 Округление знаменателя геометрического ряда частот до стандартного значения

7.4 Расчет промежуточных значений частот вращения шпинделя

7.5 Округление частот вращения шпинделя до стандартных значений

7.6 Оптимизация структурной формулы множительной структуры

7.7 Построение структурной сетки множительной структуры

7.8 Определение числа делений, изображающих частоту вращения электродвигателя

7.9 Разбивка числа делений, изображающих частоту вращения электродвигателя, на отдельные групповые передачи

7.10 Построение графика частот главного привода со ступенчатым приводом

7.11 Определение передаточных отношений и передаточных чисел

7.12 Подбор чисел зубьев зубчатых колес

7.13 Разработка кинематической схемы главного привода со ступенчатым регулированием

8. Расчет крутящих моментов на валах

8.1 Расчет крутящего момента на валу электродвигателя

8.2 Расчет крутящего момента на валах привода

8.3 Расчет крутящего момента на первом валу привода

8.4 Расчет крутящего момента на втором валу привода

8.5 Расчет крутящего момента на третьем валу привода

8.6 Расчет крутящего момента на шпинделе

9. Проектный расчет передач

9.1 Проектный расчет ременной передачи

9.2 Проектный расчет цилиндрических прямозубых передач

9.3 Проектный расчет цилиндрических прямозубых передач z13 - z14, z15 - z16

10. Проектный расчет валов и шпинделя

10.1 Проектный расчет диаметров первого вала

10.2 Проектный расчет диаметров второго вала

10.3 Проектный расчет диаметров третьего вала

10.4 Расчет геометрических параметров шпинделя

11. Патентно-информационный поиск конструкций шпиндельных узлов и бабок станков аналогичных проектируемому

11.1 Патентный поиск

11.2 Информационный поиск

12. Охрана труда

12.1 Общие требования безопасности

12.2 Перед началом работы токарь обязан

12.3 Требования безопасности во время работы

12.4 Требования безопасности в аварийных ситуациях

12.5 Требования безопасности по окончании работы

Литература

Аннотация



Введение

Основными задачами и перспективами развития машиностроительной отрасли является уменьшение времени на изготовление деталей, изделий, сборочных единиц и повышение производительности труда. Это достигается путём сокращения номенклатуры применяемого универсального оборудования взамен внедрения различных высокопроизводительных автоматизированных и автоматических в основном многошпиндельных станков и, как следствие уменьшения количества операций обработки. Преимущество должно отдаваться совмещению различных переходов на одном станке, что также позволит сократить время на обработку.

Основные направления развития машиностроения предусматривают дальнейшее повышение его эффективности, интенсификации, уменьшение сроков создания, освоения и производства новой прогрессивной техники. Организационно-методической основой выполнения поставленной задачи является конструирование машиностроительных изделий с учетом требований технологичности конструкции.

Рассматривая современное состояние проектирования и изготовления машиностроительных изделий с учетом требований технологичности, можно отметить несколько направлений решения этой проблемы, которые непосредственно или косвенно способствуют повышению технологичности конструкций в соответствии с требованиями современного производства. К ним относятся:

- непрерывно возрастающий объем агрегатного монтажа сборочных единиц, механизмов и оборудования, развитие системы модульного проектирования на базе типизации, унификации и стандартизации;

- широкое использование ЭВМ, обеспечивающее более высокий уровень анализа конструктивных решений в различных вариантах использования;

- организация широкого обмена опытом в области создания технологичных конструкций между различными отраслями машиностроения.

Таким образом, генеральная линия развития машиностроения - комплексная автоматизация проектирования и производства - требует знания и совершенного метода проектирования.

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемерного внедрения методов технико-экономического анализа, обеспечивающего решения технических вопросов и экономическую эффективность технологических и конструкторских разработок.

Для народного хозяйства необходимо увеличить выпуск продукции машиностроения и повысить ее качество. Этот рост осуществляется за счет качественной интенсификации производства на основе широкого использования достижений науки и техники, применения прогрессивных технологий. Повышение эффективности производства возможно путем его автоматизации и механизации, оснащение производства высокопроизводительными станками с ЧПУ, промышленными роботами, создание гибких производственных систем. Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением машин, но и непрерывным совершенствованием технологий их производства. Важно качественно, экономично и в заданные сроки с минимальными затратами индивидуального и общественного труда изготовить машину. Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки способствует конструированию более совершенных машин и снижению их себестоимости. Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемирного внедрения методов технико-экономического анализа. Применение микропроцессорной техники для управления станками, оборудованием и технологическим процессом в целом. Применение средств вычислительной техники (ЭВМ) позволило создать гибкое автоматизированное производство (ГАП).

Сочетание этих тенденций обеспечивает высокую эффективность производства всех отраслей машиностроения.

Особенностью современного производства является:

§ частая смена изделий и их конструкции;

§ увеличение количества изделий;

§ возрастание требований к их качеству.

Все эти условия вызывают необходимость повышения степени автоматизации, точности, производительности и гибкости оборудования во всех типах производств - от мелкосерийного до массового.

Главным условием при этом является обеспечение максимальной эффективности, за счет решения следующих проблем:

ы Повышение технологичности деталей.

ы Повышение точности изготовления заготовок (стабильность припуска и снижение трудоемкости обработки).

ы Создание станочных систем на агрегатно-модульном принципе.

ы Высокая концентрация операций (роторные линии, многооперационные станки).

ы Повышение надежности станочных систем и систем управления, созданных на базе надежных средств вычислительной техники (мини ЭВМ, программируемых контроллеров и т.д.).

ы Разработка и использование систем автоматизированного проектирования (САПР) конструктора и технолога, а также автоматизированных систем управления производством.

Агрегатные, специальные и универсальные станки-автоматы, расположенные в соответствии с технологией обработки деталей сложных и трудоемких в изготовлении, образуют автоматические линии (АЛ), в которых кроме металлорежущих станков используются автоматические устройства транспортирования, загрузки заготовок и выгрузки деталей.

Внедрение автоматических линий позволяет:

· сократить производственную площадь в 1,5…2 раза;

· значительно снизить себестоимость продукции;

· сократить длительность производственного цикла;

· повысить качество выпускаемой продукции; повысить культуру производства.

Недостатками автоматических линий являются:

ь высокая трудоемкость переналадки;

ь простои линии из-за неполадок оборудования, входящего в ее состав.

С целью повышения производительности и создания более эффективного производства создаются гибкие производственные системы (ГПС), представляющие собой совокупность станков с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, производственных модулей, технологического оборудования и систем обеспечения для работы в автоматическом режиме. Любая ГПС обладает свойством автоматизированной переналадки, при производстве изделий произвольной номенклатуры. В зависимости от размера партии N и номенклатуры деталей m можно отметить области эффективного применения станков и станочных комплексов.

Области применения станков и станочных комплексов.



1. Описание компоновки, основных узлов и движений токарно-винторезного станка прототипа модели 16К20

Токарно-винторезные станки предназначены для обработки, включая нарезание резьбы, единичных деталей и малых групп деталей. Однако бывают станки без ходового винта. На таких станках можно выполнять все виды токарных работ, кроме нарезания резьбы резцом. Техническими параметрами, по которым классифицируют токарно-винторезные станки, являются наибольший диаметр D обрабатываемой заготовки (детали) или высота Центров над станиной (равная 0,5 D), наибольшая длина L обрабатываемой заготовки (детали) и масса станка. Ряд наибольших диаметров обработки для токарно-винторезных станков имеет вид: D = 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 и далее до 4000 мм. Наибольшая длина L обрабатываемой детали определяется расстоянием между центрами станка. Выпускаемые станки при одном и том же значении D могут иметь различные значения L. По массе токарные станки делятся на легкие - до 500 кг (D = 100 - 200 мм), средние - до 4 т (D = 250 - 500 мм), крупные - до 15 т (D = 630 - 1250 мм) и тяжелые - до 400 т (D = 1600 - 4000 мм). Легкие токарные станки применяются в инструментальном производстве, приборостроении, часовой промышленности, в экспериментальных и опытных цехах предприятий.

Эти станки выпускаются как с механической подачей, так и без нее. На средних станках производится 70 - 80% общего объема токарных работ. Эти станки предназначены для чистовой и получистовой обработки, а также для нарезания резьб разных типов и характеризуются высокой жесткостью, достаточной мощностью и широким диапазоном частот вращения шпинделя и подач инструмента, что позволяет обрабатывать детали на экономичных режимах с применением современных прогрессивных инструментов из твердых сплавов и сверхтвердых материалов.

Средние станки оснащаются различными приспособлениями, расширяющими их технологические возможности, облегчающими труд рабочего и позволяющими повысить качество обработки, и имеют достаточно высокий уровень автоматизации. Крупные и тяжелые токарные станки применяются в основном в тяжелом и энергетическом машиностроении, а также в других отраслях для обработки валков прокатных станов, железнодорожных колесных пар, роторов турбин и др. Все сборочные единицы (узлы) и механизмы токарно-винторезных станков имеют одинаковое название, назначение и расположение.

Рисунок 1.1 - Общий вид токарно-винторезного станка модели 16К20

Станок предназначен для наружного и внутреннего точения, нарезания правой и левой метрической, дюймовой, модульной и питчевой резьб, одно- и многозаходных резьб с нормальным и увеличенным шагом, торцовой резьбы и т.д. Станок применяется в единичном и мелкосерийном производстве.

На рисунке 1.1 показан общий вид токарно-винторезного станка. Станина 2, установленная на передней 3 и задней 11 тумбах, несет на себе все остальные узлы станка. Слева на станине размещена передняя бабка 5. В ней имеется коробка скоростей со шпинделем, на переднем конце которого закрепляется патрон. Справа установлена задняя бабка 10. Её можно перемещать вдоль направляющих станины и закреплять в зависимости от длины обрабатываемой детали на требуемом расстоянии от передней бабки. Режущий инструмент закрепляют в резцедержателе 9 суппорта 7.

Продольная и поперечная подачи суппорта осуществляются с помощью механизмов, расположенных в фартуке 6 и получающих вращение от ходового вала или ходового винта. Первый используется при точении, второй - при нарезании резьбы. Величину подачи суппорта устанавливают настройкой коробки подач 4. В нижней части станины имеется корыто 12, куда собирается стружка и стекает охлаждающая жидкость.

Рисунок 1.2 - Суппорт токарно-винторезного станка модели 16К20

Суппорт (рисунок 1.2) предназначен для перемещения во время обработки режущего инструмента, закрепленного в резцедержателе. Он состоит из нижних салазок (продольного суппорта) 1, которые перемещаются по направляющим станины с помощью рукоятки 15 и обеспечивают перемещение резца вдоль заготовки. На нижних салазках по направляющим 12 перемещаются поперечные салазки (поперечный суппорт) 3, которые обеспечивают перемещение резца перпендикулярно оси вращения заготовки (детали). На поперечных салазках 3 расположена поворотная плита 4, которая закрепляется гайкой 10. По направляющим 5 поворотной плиты 4 перемещаются (с помощью рукоятки 13) верхние салазки 11, которые вместе с плитой 4 могут поворачиваться в горизонтальной плоскости относительно поперечных салазок и обеспечивать перемещение резца под углом к оси вращения заготовки (детали). Резцедержатель (резцовая головка) 6 с болтами 8 крепится к верхним салазкам с помощью рукоятки 9, которая перемещается по винту 7. Привод перемещения суппорта производится от ходового винта 2, от ходового вала, расположенного под ходовым винтом, или вручную. Включение автоматических подач производится рукояткой 14.

Устройство поперечного суппорта показано на рисунке 1.3. По направляющим продольного суппорта 1 ходовым винтом 12, оснащенным рукояткой 10, перемещаются салазки поперечного суппорта. Ходовой винт 12 закреплен одним концом в продольном суппорте 1, а другим - связан с гайкой (состоящей из двух частей 15 и 13 и клина 14), которая крепится к поперечным салазкам 9. Затягивая винт 16, раздвигают (клином 14) гайки 15 и 13, благодаря чему выбирается зазор между ходовым винтом 12 и гайкой 15. Величину перемещения поперечного суппорта определяют по лимбу 11. К поперечному суппорту крепится (гайками 7) поворотная плита 8, вместе с которой поворачиваются верхние салазки 6 и резцедержатель 5. На некоторых станках на поперечные салазки 9 устанавливается задний резцедержатель 2 для проточки канавок, отрезки и других работ, которые могут быть выполнены перемещением поперечного суппорта, а также кронштейн 3 со щитком 4, защищающим рабочего от попадания стружки и смазочно-охлаждающей жидкости.

Рисунок 1.3 - Поперечный суппорт станка 16К20



Рисунок 1.4 - Резцедержатель, фартук и разъемная гайка

Устройство резцедержателя показано на рисунке 1.5. В центрирующей расточке верхних салазок 5 установлена коническая оправка 3 с резьбовым концом. На конусе оправки установлена четырехсторонняя резцовая головка 6. При вращении рукоятки 4 головка 2 перемещается вниз по резьбе конической оправки 3 и через шайбу 1 и упорный подшипник обеспечивает жесткую посадку резцовой головки 6 на конической поверхности оправки 3. От поворота при закреплении резцовая головка удерживается шариком, который заклинивается между поверхностями, образованными пазом на основании конической оправки 3 и отверстием в резцовой головке 6. При необходимости сменить позицию инструмента рукоятку 4 поворачивают против часовой стрелки. При этом головка 2 поворачивается и перемещается вверх по резьбе конической оправки 3, снимая усилие затяжки резцовой головки 6 на конусе конической оправки 3. Одновременно головка 2 поворачивает резцовую головку 6 посредством тормозных колодок, фрикционно-связанных с поверхностью расточки головки 2 и соединенных с резцовой головкой 6 штифтами 7. При этом шарик, расположенный у основания конической оправки 3, не препятствует повороту резцовой головки, так как он утапливается в отверстие, сжимая пружину. Если в процессе работы рукоятка 4 (в зажатом положении) стала останавливаться в неудобном положении, то, изменяя толщину шайбы 1, можно установить ее в удобное для рабочего положение.

Рисунок 1.5 - Резцедержатель станка 16К20

Продольное и поперечное перемещение салазок суппорта производится через фартук 2 (рисунок 1.4), который крепится к нижней поверхности продольного суппорта 1. Ручная продольная подача производится маховиком, который через зубчатую передачу сообщает вращение зубчатому колесу 4, катящемуся по рейке 3, закрепленной на станине 5 станка, и перемещает продольный суппорт вместе с поперечным суппортом и фартуком 2.

Продольная подача суппорта 1 от ходового винта 2 производится включением разъемной гайки рукояткой 4. Разъемная гайка (рисунок 1.6) состоит из двух частей (1 и 2), которые перемещаются по направляющим А при повороте рукоятки 5. При этом диск 4 посредством прорезей В, расположенных эксцентрично, перемещает пальцы 3, в результате чего обе части гайки сдвигаются или раздвигаются. Если обе части гайки охватывают ходовой винт, то производится продольная подача (перемещение) суппорта; если они раздвинуты, то подача отключается.



Рисунок 1.6 - Разъемная гайка

Задняя бабка токарно-винторезного станка 16К20. Устройство задней бабки показано на рисунке 1.7. В корпусе 1 (при вращении винта 5 маховиком 7) перемещается пиноль 4, что закрепляется рукояткой 3. В пиноли устанавливается центр 2 с коническим хвостовиком (или инструмент). Задняя бабка перемещается по направляющим станка вручную или с помощью продольного суппорта. В рабочем неподвижном положении задняя бабка фиксируется рукояткой 6, которая соединена с тягой 8 и рычагом 9. Сила прижима рычага 9 тягой 8 к станине регулируется гайкой 11 и винтом 12. Более жесткое крепление задней бабки производится с помощью гайки 13 и винта 14, который прижимает к станине рычаг 10.

Рисунок 1.7 - Задняя бабка токарно-винторезного станка 16К20

Движения в станке:

1. Движение резания В - вращение шпинделя с заготовкой.

2. Продольная подача П3 - прямолинейное поступательное движение суппорта с режущим инструментом вдоль оси шпинделя.

3. Поперечная подача П2 - прямолинейное поступательное движение суппорта с режущим инструментом перпендикулярно оси шпинделя.

4. Вспомогательные движения:

· Продольная подача П1 - прямолинейное поступательное перемещение салазок.

· Продольное перемещение задней бабки П4.

· Ручное продольное перемещение пиноли П5.



2. Технологические схемы обработки и движения формообразования

На токарно-винторезных станках выполняют подрезание торцов, центровку, обтачивание наружных цилиндрических поверхностей (в том числе и эксцентричных), обработку сквозных и глухих цилиндрических отверстий, точение конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы и другие работы.

Для осуществления процессов резания необходимо наличие относительных движений между заготовкой и режущим инструментом.

Движение, при котором с обрабатываемой заготовки срезается слой металла и изменяется состояние обрабатываемой поверхности, называется главным движением.

Движение, обеспечивающее непрерывный подвод под новые участки заготовки называется движением подачи.

На токарно-винторезном станке главное движение является непрерывным, вращательным - движение резания В1. Движение подачи, поступательным непрерывным (продольная подача П3, поперечная подача П2). При обработке главное движение имеет заготовка, движение подачи инструмент. В зависимости от вида изделия различают следующие виды движения формообразования.

Схемы основных видов обработки поверхностей для токарно- винторезных станков показаны на (рисунке 2.1).

Подрезание торцов. Обычно перед обтачиванием наружных поверхностей заготовки подрезают один или оба ее торца. Торцы подрезают проходными упорными, отогнутыми или подрезными резцами с поперечной подачей П2 к центру (рисунок 2.1, г) или от центра заготовки. Обрабатываемую деталь при этом обычно закрепляют в патроне или на планшайбе.

При подрезании с подачей от периферии к центру торец заготовки получается вогнутым вследствие воздействия на резец составляющих сил резания Рх и Ру. При подрезании от центра к периферии поверхность торца получается менее шероховатой, а торец выпуклым. При повторном проходе торец заготовки получается плоским.

При подрезании буртиков и уступов проходным упорным резцом работают как с продольной П3, так и с поперечной П2 подачей. При подрезании правого торца заготовки используют срезанный центр.

Центровка применяется для получения центровых гнезд в длинных заготовках. Центровку необходимо выполнять весьма тщательно, так как центровочные гнезда являются базой при последующей обработке заготовок, а также используются при правке и проверке изготовленных деталей. При ремонтных работах сохранившимися центровочными отверстиями пользуются как базами для обработки изношенных или поврежденных поверхностей деталей. Центровка производится при помощи сверла и конической зенковки или при помощи комбинированного центровочного сверла.

Обтачивание наружных цилиндрических поверхностей выполняют прямыми, отогнутыми или упорными проходными резцами с продольной П3 подачей (рисунок 2.1, а) при закреплении заготовок в патроне, на планшайбе, в патроне и центре, в центрах, на оправке и специальных приспособлениях.

Короткие детали с L/D < 4 (где L - длина обрабатываемой детали, D - ее диаметр) закрепляют в патроне, детали с 4 < L/D < 10 - в центрах или в патроне, подпирая центром задней бабки. При L/D > 10 обрабатываемые детали крепят в центрах (или в патроне, подпирая центром задней бабки) и кроме того поддерживают люнетом.

При работе в центрах для уменьшения трения и нагревания необходимо заполнять центровые отверстия густой смазкой.

Детали типа втулок, зубчатых колес и др., имеющие обработанные отверстия, для получения концентричности наружных и внутренних поверхностей, а также для перпендикулярности торцовой поверхности к оси детали целесообразно обрабатывать на оправке. Точение на оправках применяется обычно при чистовой обработке.

Гладкие валы обрабатывают при установке заготовки на центрах. Вначале обтачивают один конец заготовки на длину, необходимую для установки и закрепления хомутика, а затем ее поворачивают на 180° и обтачивают остальную часть.

Ступенчатые валы обтачивают по двум схемам: деления припуска на части (рисунок 2.1, б) или деления длины заготовки на части (рисунок 2.1, в). В первом случае обрабатывают заготовки с меньшими глубинами резания, однако общий путь резца получается большим и резко возрастает основное (технологическое) машинное время (Tо). Во втором случае припуск с каждой ступени срезается сразу за счет обработки заготовки с большой глубиной резания. При этом То уменьшается, но требуется большая мощность привода станка. Нежесткие валы рекомендуется обрабатывать проходными упорными резцами с главным углом в плане j = 90°. При обработке заготовок валов такими резцами радиальная составляющая силы резания Pу = 0, что снижает деформацию заготовок.

Обтачивание галтелей и скруглений (рисунок 2.1, д). Эту операцию выполняют проходными резцами с закруглением между режущими кромками по соответствующему радиусу с продольной П3 подачей или специальными галтельными резцами с поперечной П2 подачей.

Протачивание канавок (рисунок 2.1, е) выполняется с поперечной П2 подачей прорезными резцами, у которых длина главной режущей кромки равна ширине протачиваемой канавки. Широкие канавки протачивают теми же резцами сначала с поперечной П2, а затем с продольной П3 подачей.

Сверление, зенкерование, зенкование и развертывание отверстий выполняют соответствующими инструментами, закрепленными в пиноли задней бабки. На (рисунок 2.1, ж) показана схема сверления в заготовке цилиндрического отверстия.



Рисунок 2.1 - Схемы обработки заготовок на токарно-винторезном станке:

а - обтачивание наружных цилиндрических поверхностей; б, в, - обтачивание ступенчатых валов; г - подрезание торцов; д - обтачивание галтелей и скруглений; е - протачивание канавок; ж - сверление отверстий; з, и - растачивание отверстий; к, л - отрезание обработанных заготовок; м - обработка фасонных поверхностей.

Растачивание внутренних цилиндрических поверхностей выполняют расточными резцами, закрепленными в резцедержателе станка, с продольной П3 подачей. Гладкие сквозные отверстия растачивают проходными расточными резцами (рисунок 2.1, з); ступенчатые и глухие цилиндрические отверстия - упорными расточными резцами (рисунок 2.1, и). Обычно после растачивания глухого или ступенчатого отверстия на заданную длину выключают продольную П3 подачу, включают поперечную П2 подачу и подрезают внутренний торец (дно) отверстия.

Отрезание обработанных деталей производят отрезными резцами с поперечной П2 подачей. Резец имеет длинную узкую головку, для экономии металла - по ширине реза. Однако с уменьшением ширины режущей части снижается жесткость и прочность резца. Для заготовок диаметром 30-50 мм ширина режущей части резца составляет 3-5 мм. Для лучшего отвода стружки на передней поверхности резца затачивается лунка, а для уменьшения трения на боковых сторонах - вспомогательные углы в плане j1 в пределах 1-2°.

При отрезании детали резцом с прямым режущим лезвием (рисунок 2.1, к) разрушается образующаяся шейка, при этом приходится дополнительно подрезать торец готовой детали. При отрезании детали резцом с наклонным режущим лезвием (рисунок 2.1, л) торец получается чистым, дополнительно его подрезать не требуется.

Обтачивание фасонных поверхностей заготовок (рисунок 2.1, м) с длиной образующей до 40 мм выполняют токарными фасонными резцами. Их делят на стержневые, круглые, призматические и тангенциальные.

Длинные фасонные поверхности обрабатывают проходными резцами с продольной П3 подачей с помощью фасонного копира, устанавливаемого вместо копировальной конусной линейки.

Наладка станка на обработку конических поверхностей осуществляется следующим образом. Коническая поверхность может быть образована различными способами: широким резцом, проходным (расточным) резцом, установленным на повернутых верхних салазках суппорта, или на суппорте, соединенном с копирной (конусной) линейкой, а также проходным резцом со смещением задней бабки.

Широким резцом обрабатывают конусы небольшой длины (до 20...25 мм): фаски, фасонные канавки, дорожки качения внутренних колец конических роликовых подшипников. Резец 1 (рисунок 2.2, а) устанавливают на суппорте 2, которому сообщается поперечное П2 или продольное П3 движение подачи. Режущую кромку резца выставляют, например, по шаблону, под заданным углом .

Наружные и внутренние конические поверхности можно обрабатывать резцом 1 при перемещении верхних салазок 3 суппорта, повернутых на угол (рисунок 2.2, б).

Возможна обработка конических поверхностей с использованием специального приспособления (копирной линейки). В этом случае необходимо отсоединить ходовой винт поперечной П2 подачи от гайки и поперечные салазки соединить с ползушкой приспособления. Этот процесс переналадки занимает достаточно много времени, поэтому применяется в среднесерийном и крупносерийном производствах. Если суппорту сообщить движение продольной П3 подачи, то поперечные салазки, связанные с ползушкой, будут совершать сложное движение и в продольном П3, и в поперечном П2 направлениях. Резец будет перемещаться под углом, равным углу установки конусной линейки, по которой скользит ползушка.

Рисунок 2.2 ? Схемы обработки конусов: 1 -- резец; 2 -- суппорт; 3 -- верхние салазки; -- угол обрабатываемого конуса.

Конические поверхности с углом, < 4° на заготовках, базируемых в центрах (рисунок 2.2, в), обтачивают при смещении задней бабки. Обработку производят при продольном П3 движении подачи резца. Необходимое смещение центра h = L sin . Значение h не должно превышать ±15 мм.

Для обработки на токарных станках заготовка может устанавливаться в центрах (рисунок 2.3), в патронах четырех кулачковом или трех кулачковом само центрирующих (рисунок 2.4) и на оправке (рисунок 2.5).

Рисунок 2.3 ? Схема установки заготовки при обработке в центрах.



Для установки заготовки в центрах станок оснащается передним 2 и задним 6 центрами и поводковыми патронами 1, имеющими поводковый палец. На левый конец заготовки, имеющей с торцов центровые отверстия, закрепляется поводковый хомутик 3. При обработке коротких цилиндрических заготовок их установка производится в само центрирующем трех кулачковом патроне (рисунок 2.4, а), который состоит из корпуса I, закрепляемого на переднем конце шпинделя, и кулачков 2. Механизм, размещаемый в корпусе, позволяет поворотом ключа, вставляемого в одно из трех отверстий 3, сближать и разводить одновременно все кулачки. Если обрабатываемая деталь имеет сложную, несимметричную форму, ее устанавливают в четырех кулачковом патроне (рисунок 2.4, б), в котором каждый из кулачков 2 перемещается независимо от других.

Рисунок 2.4 ? Установка заготовок в патронах: а) - в трех кулачковом; б) - в четырех кулачковом.

Детали типа шайб, дисков и другие, длина которых весьма незначительна, целесообразно устанавливать на оправку (рисунок 2.5), а последнюю - в центрах станка.

Рисунок 2.5 ? Обработка заготовок на оправке.



3. Принцип образования поверхностей и методы получения их производящих линий на токарно-винторезном станке

В аналитической геометрии поверхность определяется как след движения одной линии - образующей по другой - направляющей. Обе эти линии можно назвать производящими. Метод образования реальной поверхности определяется сочетанием методов получения производящих линий. Производящие линии могут быть получены методом копирования, обката, следа и касания.

В токарных станках реализуются следующие движения:

Главное движение: вращение шпинделя с заготовкой;

Движение подачи:

Sпр. - продольное перемещение суппорта;

Sпоп. - поперечное перемещение суппорта с поворотным резцедержателем.

При обработке цилиндра проходным резцом (рисунок 3.1) образующая линия 1, получается благодаря вращательному движению В1 и продольной подаче резца П2. Проходной резец вершиной режущей кромки оставляет след на заготовке в виде прямой линии. Направляющая линия 2 образуется благодаря вращательному движению заготовки, вследствие чего резец оставляет след на обрабатываемой детали в виде окружности. Вследствие чего обрабатываемая деталь образуется методом двойного следа.

Рисунок 3.1 - Обработка цилиндра проходным резцом: 1-образующая линия; 2-направляющая.



При обработке заготовки фасонным резцом (рисунок 3.2) образующая линия 1 получается копированием фасонного профиля резца при поперечной подаче резца П3. Направляющая линия 2 образуется при вращении заготовки В1, и касания режущей кромки инструмента заготовки, в результате чего образуется след в виде окружности. Следовательно, обработка заготовки на рисунке 3.2 получается методом копирования и следа, где образующая линия получается методом копирования, а направляющая методом следа.

Рисунок 3.2 - Обработка заготовки фасонным резцом: 1-образующая линия; 2-направляющая.

Процесс формирования реальных поверхностей на станках резанием базируется на идеальных представлениях о поверхностях в геометрии, в которой любая поверхность представляется в виде непрерывного множества последовательных местоположений (или следа) одной движущейся геометрической линии, называемой образующей, по другой, называемой направляющей. Таким образом, любая реальная поверхность детали является приближением к идеальной геометрической поверхности и может быть представлена совокупностью нескольких элементарных поверхностей.

Метод следа -- образуемая производящая линия представляет собой след, оставляемый одной точкой режущей кромки инструмента без отрывания от заготовки.

Метод копирования реализуется в том случае, если форма и протяженность режущей кромки инструмента совпадают с формой и протяженностью образуемой производящей линии. При этом производящая линия получается как копия (отпечаток) режущей кромки инструмента без движения формообразования.



4. Структурная схема токарно-винторезного станка 16К20 и расчетное перемещение кинематических цепей

Для настройки кинематических цепей винторезного станка необходимо распределить расчетные перемещения, т.е. соотношения между движениями заготовки и резца.

Рисунок 4.1 - Структурная схема токарно-винторезного станка модели 16К20

4.1 Цепь привода главного движения (В1)

Конечные звенья: электродвигатель М1 - шпиндель с заготовкой.

Расчетные перемещения:

Уравнение кинематического баланса в общем виде:

,

где - значения частот вращения электродвигателя М1 и шпинделя, мин-1;

- передаточное отношение органа настройки.



4.2 Цепь продольной подачи суппорта (П3)

Конечные звенья: шпиндель с заготовкой - салазки.

Расчетное перемещение:

,

Уравнение кинематического баланса в общем виде:

;

где is - передаточное число органа настройки;

m - модуль зубьев рейки;

z - количество зубьев реечного колеса;

Sпр - продольное перемещение суппорта.

4.3 Цепь поперечной подачи суппорта (П2)

Конечные звенья: шпиндель с заготовкой - суппорт.

Расчетные перемещения:

,

Уравнение кинематического баланса в общем виде:

;

где is - передаточное число органа настройки;

P - шаг винтовой линии зуба, мм;

Sпоп - поперечная подача суппорта.

4.4 Винторезная цепь (П5)

Конечные звенья: шпиндель - суппорт.

Расчетные перемещения:

,

Уравнение кинематического баланса в общем виде:

,

где i - передаточное отношение органа настройки;

Pн - шаг нарезаемой резьбы;

шаг ходового винта.



5. Кинематическая схема токарно-винторезного станка модели 16К20 и уравнения балансов

Токарно-винторезный станок 16К20 (рисунок 5.1) предназначен для выполнения различных токарных и резьбонарезных работ в условиях единичного и мелкосерийного производства, а также для ремонтных работ.

5.1 Кинематическая цепь привода главного движения

Главным движением в станке является вращение шпинделя, которое он получает от электродвигателя 1 через клиноременную передачу со шкивами 2-3 140-268 и коробку скоростей.

На приемном валу II установлена двухсторонняя фрикционная муфта 6. Для получения прямого вращения шпинделя муфту смещают влево, и привод вращения осуществляется через двойной блок и зубчатые колеса (56/34), (51/39) на вал III, далее через тройной подвижный блок и зубчатые колеса (29/21), (21/55), (38/38) вал IV, через двойной подвижный блок и зубчатые колеса (60/48), (30/60) на шпиндель V. От вала IV при перемещении вправо блока - на шпинделе, вращение шпинделю можно передать через двойной подвижный блок (45/45), (15/60), зубчатые колеса (18/72) и (30/60). Переключая блоки колес, можно получить 12 вариантов зацепления колес при передаче вращения с вала IV непосредственно на шпиндель и 12 вариантов - при передаче вращения через перебор. Реверсирование шпинделя выполняют перемещением муфты 6 вправо. Тогда вращение с вала II на вал III передается через зубчатые колеса 7-28, 29-12, и последний получает обратное вращение.

Уравнение баланса кинематической цепи главного движения запишется



так:

где nшп - частота вращения шпинделя, об/мин;

частота вращения электродвигателя, об/мин: nшп = 1450 об/мин;

диаметры ведущего и ведомого шкивов клиноременной передачи, мм: , ;

- коэффициент проскальзывания ремня: ;

- общее передаточное отношение коробки скоростей;

;

,

где

,

,

;

.



Рисунок 5.1 - Кинематическая схема токарно-винторезного станка модели 16К20

5.2 Кинематика винторезной цепи (П5)

При нарезании резьбы с увеличенным шагом - от шпинделя V передается вращение валу VIII через звено увеличения шага: колеса 22-26, 27-25, 23-16 или 24-17 и через колеса 16-33. С вала VIII движение передается через реверсивный механизм с колесами 30-35 или 31-34-35 на вал IX, далее через сменные колеса a-b-d или a-b-c-d на входной вал X коробки подач. Переключением муфт 116,60,43 и 50, а также перестановкой блочных зубчатых колес 57 и 58, 45 и 46, 47 и 48, 52 и 53 осуществляются различные комбинации соединения колес 36…64 коробки подач. От выходного вала XV коробки подач через муфту 60 вращение сообщается ходовому винту 61.

При нарезании резьбы подача суппорта осуществляется от ходового винта 61 через маточную гайку, закрепленную в фартуке. Необходимый шаг резьбы можно получить переключением зубчатых колес и муфт в коробке подач или установкой сменных колес a, b, c, d на гитаре. В последнем случае муфтами 116 и 60 механизм коробки подач отключается. Для предупреждения поломок при случайных перегрузках служит муфта 117.

Уравнение кинематического баланса:

,

где

шаг нарезаемой резьбы;

- общее передаточное отношение коробки скоростей;

a,b,d - числа зубьев сменных колес гитары.

? При нарезании метрических и дюймовых резьб:

;

где

Ю

,

.

? При нарезании модульных и питчевых резьб:

.

где



,

,

,

.

5.3 Кинематическая цепь продольной подачи суппорта (П3)

От шпинделя V передается вращение валу VIII через зубчатые колеса 17-18. С вала VIII движение передается через реверсивный механизм с колесами 30-35 или 31-34-35 на вал IX, далее через сменные колеса a-b-d или a-b-c-d на входной вал X коробки подач. Переключением муфт 116,60,43 и 50, а также перестановкой блочных зубчатых колес 57 и 58, 45 и 46, 47 и 48, 52 и 53 осуществляются различные комбинации соединения колес 36…64 коробки подач. От выходного вала XV коробки подач через колеса 59-62, 63-66, муфту обгона 67 и колеса 68-64 вращение сообщается ходовому валу.

Для передачи движения механизму фартука служит ходовой вал, по которому вдоль шпоночного паза скользит зубчатое колесо 65, передающее вращение через колеса 69, 70, 71 при включенной муфте 72 и червячную пару 73-74 валу XVII.

Для получения продольной подачи (П3) суппорта и его реверсирования включают одну из кулачковых муфт - 77 или 84. Тогда вращение от вала XVII передается зубчатыми колесами 75-83-76 и 79-92 или 85-92 валу XVIII и далее реечному колесу 92, которое перекатываясь по неподвижно связанной со станиной станка рейке 95, осуществляет продольное П3 перемещение суппорта.

Уравнение баланса цепи продольной подачи суппорта запишется так:

,



,

где

,

,

,

,

,

,

,

5.4 Кинематическая цепь поперечной подачи суппорта (П2)

От шпинделя V передается вращение валу VIII через зубчатые колеса 17-18. С вала VIII движение передается через реверсивный механизм с колесами 30-35 или 31-34-35 на вал IX, далее через сменные колеса a-b-d или a-b-c-d на входной вал X коробки подач. Переключением муфт 116,60,43 и 50, а также перестановкой блочных зубчатых колес 57 и 58, 45 и 46, 47 и 48, 52 и 53 осуществляются различные комбинации соединения колес 36…64 коробки подач. От выходного вала XV коробки подач через колеса 59-62, 63-66, муфту обгона 67 и колеса 68-64 вращение сообщается ходовому валу.

Для передачи движения механизму фартука служит ходовой вал, по которому вдоль шпоночного паза скользит зубчатое колесо 65, передающее вращение через колеса 69, 70, 71 при включенной муфте 72 и червячную пару 73-74 валу XVII.

Поперечная подача и ее реверсирование осуществляется включением муфт 87 или 90. В этом случае от вала XVII через передачи 75-86 и 88-93-98-96 или 75-86-89 и 91-93-98-96 вращение передается винту 97, который сообщает движение поперечную П2 подачу суппорту.

Уравнение баланса цепи поперечной подачи суппорта запишется так:

,

,

где

,

,

,

5.5 Установочные перемещения суппорта, резцовых салазок и пиноли задней бабки

Для осуществления быстрого (установочного) перемещения суппорта ходовому валу XVI сообщается быстрое вращение от электродвигателя 113 через клиноременную передачу 114-115 . Механизм подачи суппорта через коробку подач при этом можно не включать, так как в цепи привода ходового вала установлена муфта обгона 67. С помощью ходовых винтов 109 и 112 можно вручную через колеса 110-111 и непосредственно перемещать резцовые салазки и пиноль задней бабки. Станок может быть оснащен механическим приводом салазок. В этом случае от ходового вала XVI через механизм фартука, колеса 65…98 подключается колесо 99 вала XIX, а затем через колеса 100…108 движение передается винту 109 резцовых салазок.



6. Расчет мощности главного привода

Мощность главного привода определяется по формуле:

,

где - эффективная мощность резания кВт: = 7 кВт;

- КПД главного привода: = 0,70 - 0,85.

,

Выбираем = 11 кВт, с частотой вращения электродвигателя

= 1450 об/мин.



7. Кинематический расчет главного привода

7.1 Расчет диапазона регулирования частот вращения шпинделя

Диапазон регулирования является отношением максимальной частоты вращения шпинделя к минимальной и показывает величину возможного регулирования частоты вращения:

,

где - диапазон регулирования частот вращения шпинделя;

- максимальная частота вращения шпинделя, мин-1:

= 2500 мин-1;

- минимальная частота вращения шпинделя, мин-1:

= 200 мин-1.

.

7.2 Расчет знаменателя геометрического ряда частот вращения

Рассчитывается знаменатель геометрического ряда частот вращения и приводится к стандартному значению:

,

где - знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя;

- диапазон регулирования частот вращения шпинделя: = 12,5;

z - число ступеней коробки скоростей: z = 12.



,

7.3 Округление знаменателя геометрического ряда частот до стандартного значения

Значения знаменателя геометрического ряда приводится к стандартному:

,

7.4 Расчет промежуточных значений частот вращения шпинделя

Промежуточные значения частот вращения шпинделя:

,

где - промежуточные значения частот вращения шпинделя;

- минимальная частота вращения шпинделя, мин-1:

= 200 мин-1;

- знаменатель геометрического ряда частот: = 1,26;

i - номер промежуточного значения частот вращения шпинделя.

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

7.5 Округление частот вращения шпинделя до стандартных значений

Промежуточные значение частот вращения шпинделя округляются до стандартных значений: .

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

7.6 Оптимизация структурной формулы множительной структуры

Структурная формула дает информацию о конструктивном и кинематическом варианте структуры. Конструктивный вариант определяет порядок расположения групповой передачи с различным числом ступеней вдоль кинематической цепи. Кинематический вариант определяет порядок переключения групповых передач, расположенных вдоль кинематической цепи.

Структурные формулы могут иметь различные варианты:

и др.

Оптимальным вариантом структурной формулы является тот, в котором число ступеней групповых передачи постепенно уменьшается, а характеристики постепенно возрастают, так как в этом случае будет постепенное увеличение крутящих моментов на валах, а соответственно увеличение модулей зубчатых колес и их размеров - только в последних передачах, т. е.

,

7.7 Построение структурной сетки множительной структуры

Структурная сетка - это графическое изображение множительной или сложенной структуры в соответствии со структурной формулой. Она дает информацию о числе ступеней структуры, расположении групповых передач с разными диапазонами регулирования и о числе ступеней каждой групповой передачи.

Число вертикальных линий характеризует количество частот, получаемых с помощью данной коробки скоростей, и их число равно числу ее ступеней. Количество горизонтальных линий характеризует количество валов в данной множительной структуре коробки скоростей, и их на единицу больше числа групповых передач в приводе.

В поле между соседними горизонтальными линиями с помощью лучей изображаются передачи.

В данный привод входит основная групповая передача , и на структурной сетке она изображается тремя лучами, расходящимися

на один интервал, так как характеристика основной групповой передачи (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 - Структурная сетка коробки скоростей токарно-винторезного станка

Первая переборная групповая передача имеет характеристику, равную числу ступеней основной групповой передачи, т. е. , и она изображается двумя лучами, расходящимися на три интервала (см. рисунок 7.1). Вторая переборная групповая передача имеет характеристику, равную произведению числа ступеней основной и первой переборной групповой передачи, т. е. , и она изображается двумя лучами, расходящимися на шесть интервалов (см. рисунок 7.1).

Последовательность расположения основной и переборных групповых передач теоретически может быть любой, но она определяет оптимальность конструкции привода.



7.8 Определение числа делений, изображающих частоту вращения электродвигателя

Число делений, изображающее частоту вращения электродвигателя:

,

где - частота вращения электродвигателя: мин-1;

- минимальная частота вращения шпинделя, мин-1:

= 200 мин-1;

- знаменатель геометрического ряда частот: = 1,26.

,

7.9 Разбивка числа делений, изображающих частоту вращения электродвигателя, на отдельные групповые передачи

Разбивка числа делений на отдельные передачи производится с целью снижения частоты вращения электродвигателя до минимальной частоты вращения шпинделя .

Коэффициент диапазона регулирования рассчитывается для лимитирующей переборной групповой передачи при и :

,

При знаменателе геометрического ряда частот ц = 1,26 допускаются значения k ? 9, , а фактически при = 6 возможны варианты допустимых значений +m и |-m|, приведенные в таблице 7.1, при структурной формуле .

Таблица 7.1 Допустимые и возможные значения деления +m и |-m|

ц = 1,26	kmax = 9	k1 = 6
	+mmax = 3	+m = 3,2,1,0
	| -m|max = 6	|-m| = 3,4,5,6

Выбирается один из вариантов, удовлетворяющих условию k = +m + |-m|, например, вариант +m = 1 и |-m|= 4 для передачи , а остальные передачи должны иметь число делений, равное или меньше

, п/п 31 23 26 .

7.10 Построение графика частот главного привода со ступенчатым приводом

График частот строится с целью оптимизации и определения передаточных отношений. Для построения графика частот проводятся горизонтальные линии в соответствии с количеством валов привода и вертикальные линии на одинаковом расстоянии, количество которых равно числу ступеней z или целому числу делений + 1 (рисунок 7.2).

Из точки, соответствующей скорости электродвигателя , проводится первая наклонная линия, соответствующая первой постоянной передаче, на число делений 0,6 и последовательно проводятся лучи понижающих передач соответственно на 1; 3 и 4 деления до минимальной частоты вращения шпинделя Затем наносятся лучи, изображающие групповые передачи 31; 23 и 26, количество которых равно числу ступеней передачи: zi = 3, 2, 2, и с расхождением их на число делений, равное их характеристикам: xj = 1, 3, 6. В итоге получается график частот, на котором указываются частоты вращения электродвигателя = 1450 мин-1 и шпинделя nj = 200 - 2500 мин-1, а также передаточные отношения передач ij.

Рисунок 7.2 - График частот вращения главного привода токарно-винторезного станка

7.11 Определение передаточных отношений и передаточных чисел

Для подбора числа зубьев колес используется табличный метод, поэтому для понижающих передач определяются передаточные числа, а для повышающих - передаточные отношения:

,

где - передаточное отношение j-й передачи.

В формуле знак «+» используется для повышающих, а «-» для понижающих передач. Из графика частот следует (рисунок 7.2), что

m1 = -0,6; m2 = -1; m3 = 0; m4 = 1; m5 = ?3; m6 = 0; m7 = ?4; m8 = 2, и соответственно передаточные отношения будут:



,

,

,

Передаточные числа передач привода определяются по формуле:

,

где - передаточное число j-й передачи.

,

7.12 Подбор чисел зубьев зубчатых колес

Для первой постоянной передачи выполняется аналитический расчет чисел зубьев колес, например при сумме зубьев , по формулам:

,

где - передаточное отношение первой постоянной передачи:

- число зубьев зубчатых колес;

- суммарное число зубьев постоянной передачи:

.

,

Принимаются числа зубьев z1 = 33 и z2 = 37.

Для групповых передач используется табличный метод, при этом для понижающей передачи подбирается число зубьев шестерни, т. е. ведущего колеса, а число зубьев ведомого рассчитывается. Для повышающей передачи подбирается число зубьев ведомого колеса, а число зубьев ведущего рассчитывается. Суммы зубьев постоянных и групповых передач выбираются так, чтобы они постепенно увеличивались или в крайнем случае были равны, т. е. УZ1 ? УZ2? УZ3.

...