Шахаев Ж.А. Наладка и кинематика токарно-винторезного станка 16к20

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Кафедра технической эксплуатации и ремонта автомобилей

Ж. А. ШАХАЕВ

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

И ИНСТРУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ «НАЛАДКА И

КИНЕМАТИКА ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНОГО СТАНКА 16К20».

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального

образования «Оренбургский государственный университет»

Оренбург 2003

ББК 34.63 – 5 я 73

Ш 31

УДК 6. 21. 941. 25 (075)

Рецензент кандидат технических наук, профессор В. П. Апсин

Шахаев Ж. А.

Ш 31 Металлорежущие станки и инструмент: Методические указания к

лабораторной работе «Наладка и кинематика токарно-

винторезного станка 16К20». – Оренбург: ГОУ. ВПО ОГУ, 2003, -

33 с

Методические указания предназначены для выполнения

лабораторной работы по дисциплине «Металлорежущие станки и

инструмент» для студентов специальностей 150200, 230100.

03- ЛЛ6

2702000000

ББК 34.63 – 5 я 73

 Шахаев Ж. А., 2003

 ГОУ ВПО ОГУ, 2003

1 Цель работы

Изучение методики наладки токарно-винтового станка.

Изучение кинематической структуры токарно-винторезного станка

модели 16К20.

2 Общие положения

Результатом работы металлорежущего станка является образование

поверхностей детали с заданными формой, размерами, точностью и

шероховатостью. Для этого необходимо обеспечить требуемые условия

кинематического согласования перемещений или скоростей

исполнительных органов между собой и источником движения. Этот

процесс называется кинематической настройкой станка.

В большинстве металлорежущих станков с механическими связями

для настройки кинематических цепей применяются органы

кинематической настройки в виде гитар сменных зубчатых колес,

ременных передач, вариаторов, регулируемых электродвигателей, коробок

скоростей и подач, характеристикой которых является общее передаточное

отношение 1 органа.

Значение передаточного отношения органа настройки определяют

по формуле настройки и затем его реализуют в гитарах сменных зубчатых

колес подбором и установкой соответствующих колес в гитаре, а в

коробках скоростей и подач, - зацеплением зубчатых колес.

2.1 Последовательность наладки

Наладка станка требует расчета передаточного отношения органа

наладки скоростей цепи для получения заданной частоты вращения шпинделя и

передаточного отношения органа наладки цепи для осуществления заданной

подачи.

Для этой цели намечают расчетную кинематическую цепь, составляют

расчетные перемещения конечных звеньев этой цепи и уравнение

кинематического баланса, из которого выводят формулу наладки цепи.

Уравнением кинематического баланса называют уравнение, связывающее

расчетные перемещения конечных звеньев кинематической цепи. Оно служит

основой для определения передаточных отношений органа наладки. Конечные

звенья могут иметь как вращательное, так и прямолинейное движение. Если оба

конечных звена вращаются, то расчетные перемещения этих звеньев условно

записывают так:

-1-1

мин мин

кн

nn → (1)

Стрелка в этой записи заменяет слово «соответствует». По этим

расчетным перемещениям составляют уравнение кинематического баланса

данной кинематической цепи:

-1

мин

кxпостн

niin =⋅⋅

(2)

где п

— частота вращения в минуту конечного звена органа наладки; п

— частота вращения в минуту начального звена органа наладки; i

пост

—

постоянное передаточное отношение органа наладки; i

— искомое

передаточное отношение органа наладки.

Решая уравнение кинематического баланса относительно i

, получим

формулу наладки рассматриваемой кинематической цепи.

Если одно из конечных звеньев имеет вращательное движение, а другое

— прямолинейное, то при подаче, выраженной в миллиметрах на один оборот

начального звена, расчетные перемещения можно записать так:

1 оборот начального звена → S мм продольного перемещения конечного

звена.

Уравнение кинематического баланса будет иметь вид:

1 оборот начального звена i Sli

xпост

⋅

(3)

где l — перемещение кинематической пары, преобразующей

вращательное движение в прямолинейное (например, перемещение гайки за

один оборот винта), мм; (здесь Z — число заходов винта; Р

Zl =

— шаг

винта, мм).

Рисунок 1 – Упрощенная кинематическая схема токарно-винторезного

станка.

Пример - Необходимо произвести наладку токарно-винторезного станка

(схема станка условная) на нарезание резьбы (Рисунок 1).

Шпиндель 1 получает вращение от электродвигателя (п

эл

= 960 мин

-1

)

через ременную передачу со шкивами d

= 100 мм и d

= 250 мм, зубчатую пару

= 30; z

= 50), пару сменных зубчатых колес

′

и зубчатые колеса

= 25; z

= 48).

Резец, укрепленный на суппорте 2, получает прямолинейное движение

вдоль оси заготовки от ходового винта (р

х.в.

= 8 мм), который приводится во

вращение от шпинделя 1 через передачу цилиндрических зубчатых колес

= 20; z

= 60; z

= 40) и сменные зубчатые колеса

Чтобы на подобном станке можно было нарезать резьбу на заготовке,

необходимо сообщить резцу вполне определенное по отношению к частоте

вращения шпинделя прямолинейное движение вдоль оси заготовки. Частота

вращения шпинделя, мин

-1

dvn

шп

⋅⋅=

/1000 , (4)

где n — скорость резания, м/мин; d — диаметр заготовки, мм.

Вращение шпинделя с заготовкой в данном примере является главным

движением, а движение резца вдоль оси заготовки — движением подачи.

Прежде всего проведем расчет наладки кинематической цепи главного

движения. Для этого составим уравнение кинематического баланса от

электродвигателя к шпинделю (заготовке) из условия, что шпиндель должен

получать п

шп

мин

-1

(расчетные перемещения п мин"

электродвигателя → п мин

шпинделя):

шпэл

n =

′

(5)

В этом уравнении все величины известны, кроме отношения

12096025

100

250

шпшп

эл

шп

===

′

(6)

Если вместо п

шп

подставить его значение, выраженное через скорость

резания dv

шп

⋅⋅=n

/1000 (скорость резания находят по справочнику режимов

резания), то получим

шп

⋅

≈

⋅

′

6,2

120

1000

120

(7)

Подобрав сменные колеса,

′

осуществим наладку цепи частоты

вращения шпинделя.

Теперь проведем расчет наладки кинематической цепи движения

подачи. Для этого составим уравнение кинематического баланса от шпинделя к

ходовому винту из расчета, чтобы за один оборот шпинделя резец переместился

вдоль оси заготовки на величину шага Р нарезаемой резьбы (расчетные

перемещения 1 оборот шпинделя → Р мм продольного перемещения резца):

Рp

вхшпоб

1 (8)

В этом выражении все величины известны, кроме

4860

..7

РР

вх

=== (9)

или

= (10)

Если обозначить передаточное отношение от шпинделя до сменных

зубчатых колес

через i

пост

, то в общем случае будем иметь

..вхпост

рi

⋅

(11)

Подобрав сменные зубчатые колеса

, произведем наладку цепи

движения подачи.

При наладке станков в общем случае необходимо: по технологическому

процессу обработки детали установить характер движений в станке и их

взаимосвязь; определить все кинематические цепи, по которым будет

осуществляться движение; составить соответствующие уравнения

кинематических цепей, связывающих попарно рабочие органы станка; по

полученным передаточным отношениям вычислить и подобрать сменные

зубчатые колеса и т. п.

При составлении уравнения кинематической цепи безразлично, в каком

порядке рассматривается эта цепь — от первого элемента ее (считая в

направлении передачи движения) к последнему или от последнего к первому.

2.2 Подбор зубьев сменных зубчатых колес

У некоторых металлорежущих станков для наладки кинематических

цепей применяют устройства, называемые гитарами. Они обеспечивают

надлежащее сцепление сменных зубчатых колес. Для получения точных

передаточных отношений используют двухпарные и трехпарные гитары.

Каждая гитара снабжена определенным набором сменных колес.

Нормальные комплекты сменных зубчатых колес приведены в

приложении А (таблица А.1). Чтобы подобранные сменные зубчатые колеса

могли поместиться на гитаре и не упирались во втулки валиков зубчатых колес,

необходимо соблюдать следующие условия зацепляемости:

а + b≥ с + (15 ... 20), с + d≥ b + (15 ... 22).

Необходимо также, чтобы 0,2 ≤ i ≤2,8. Суммы чисел сопряженных колес

не должны превышать допустимого значения, определяемого конструкцией и

размерами места, отведенного для размещения гитары на станке.

Существует несколько способов подбора чисел зубьев сменных

зубчатых колес,

Способ разложения на простые множители применяют в том случае,

если на них можно разложить числитель и знаменатель передаточного

отношения, полученного по уравнению наладки. Производя разложение,

сокращают дробь или вводят дополнительные множители, комбинируя их так,

чтобы получить выражение дроби через числа зубьев имеющихся в комплекте

сменных колес.

Пример - Подсчитать сменные зубчатые колеса на нарезание дюймовой

резьбы с числом ниток на один дюйм k — 8 на токарно-винторезном станке с

шагом ходового винта

′

вх

р и постоянным передаточным отношением

;

пост

251

102

108

252

4,2518

224,25

⋅

⋅⋅

⋅

вхпост

рi

;

50+25>20+22; 20+80>25+22

Способ замены часто встречающихся чисел приближенными

дробями заключается в том, что часто встречающиеся числа

; 25,4;

/25,4 и

25,4⋅π заменяют приближенными величинами (таблица А.2), дающими

возможность с достаточной точностью получить передаточные отношения.

Этот метод применяют на токарно-винторезных станках при необходимости

нарезания модульной или питчевой резьбы, а также при нарезании дюймовой

резьбы при отсутствии в наборе колеса с числом зубьев z = 127.

Пример - Подобрать сменные зубчатые колеса для нарезания дюймовой

резьбы с числом ниток на один дюйм k — 10 на токарно-вмнторезном станке с

шагом винта р

х.в.

— 6 мм и постоянным передаточным отношением i

пост

=1.

Решаем этот пример, пользуясь таблицей А.2:

1013

511

61013

3011

610

4,25

⋅

⋅⋅

⋅

≈

⋅

вхпост

рi

При применении приближенных способов подбора сменных колес

полученное передаточное отношение отличается от заданного, поэтому

возникает необходимость в определении погрешности наладки. Различают

абсолютную и относительную погрешности наладки. Например, в данном

случае i

теор

= 25,4 : 60 = 0,42333, а i

практ

=33 : 78 = 0,42307. Абсолютная

погрешность 0,42333 - 0,42307 = 0,00026.

Относительной погрешностью называют отношение абсолютной

погрешности к передаточному отношению:

0006141,0

42333,0

00026,0

При нарезании резьбы с шагом Р ошибка в шаге

мм 0015598,00006141,0

4,25

=⋅=⋅=∆

РР

Ошибка на 1000 мм длины нарезаемого винта

мм 614,0

54,2

100000156,01000

⋅

⋅∆

=∆

Логарифмический способ основан на том, что находят логарифм

передаточного отношения (если передаточное отношение имеет вид

неправильной дроби), берут логарифм величины, обратной передаточному

отношению, и по соответствующей таблице (таблица В. А. Шишкова)

определяют числа зубьев сменных зубчатых колес. Этот способ основан на

принципе логарифмирования передаточного отношения и дает зубчатые колеса

кратные пяти с весьма малой ошибкой. Передаточное отношение зубчатых

колес гитары

i = после логарифмирования имеет вид

bdaci lglglg −= (12)

Например - для передаточного отношения 621,2==

42012,0621,2lg = . В соответствующей колонке таблицы В. А. Шишкова

(Таблица А.3) находим близкое значение логарифма lgi, которому

соответствуют сменные зубчатые колеса гитары с передаточным

отношением

табл

В таблице А.3 даны значения передаточных отношений меньше

единицы, поэтому для i>1 нужно брать логарифм обратной величины

передаточного отношения:

651

=≈

табл

Подбор чисел зубьев колес на логарифмической линейке. Край

движка логарифмической линейки устанавливают напротив числа,

соответствующего передаточному отношению; передвигая визир, находят

риски, совпадающие на движке и на линейке. Риски должны соответствовать

целым числам, которые дают при делении значение передаточного отношения.

Затем подбирают числа зубьев сменных зубчатых колес.

Например - споссбом разложения на простые множители находим

629,0

885,1

≈=i

Оставив движок в полученном положении, передвигаем визир до тех

пор, пока риски на движке и на линейке не совпадут. Тогда

136

629,0 =

⋅

=≈≈i

Этот способ подбора колес при нарезании резьб применять, как

правило, нельзя, так как его точность обычно невысока.

Подбор чисел зубьев по таблицам М. В. Сандакова. Очень часто

передаточное отношение содержит дробные числа в числителе и знаменателе

или множители, не кратные набору колес. В этом случае удобно подбирать

числа зубьев зубчатых колес по таблицам М. В. Сандакова, содержащим до

100000 передаточных отношений. Заданное передаточное отношение в виде

простой правильной дроби, неудобное для преобразования, нужно прежде всего

обратить в десятичную дробь с шестью знаками после запятой. Если дробь

неправильная, то необходимо разделить ее знаменатель на числитель, чтобы

получить десятичную дробь меньше единицы. После этого в таблице находят

десятичную дробь, равную полученной или ближайшую к ней, а рядом —

соответствующую ей простую дробь. Получив простую дробь, числа зубьев

сменных колес подбирают обычным способом; например,

137

223

=i , откуда

614346,0

223

1371

≈=

. Из таблицы М. В. Сандакова имеем

1185

728

614346,0 ≈ .

Ввиду того, что у передаточного отношения перед обращением его в

десятичную дробь числитель и знаменатель поменяли местами, у

приближенного числа делают то же самое. Тогда

137222

7953

728

1185

137

223

⋅⋅

⋅

=≈=i . Подобранные колеса есть в наборе для

затыловочных станков.

Способ Кнаппе. Этот способ основан на том, что к числителю и

знаменателю дробей, близких к единице, можно прибавлять (или вычитать)

равное число единиц без существенного изменения величины дроби.

Пусть

335

111

=i . Разделив эту дробь, получим

≈ . Тогда можно

записать

335

333

335

1113

335

111

⋅

==i .

Получим множитель в виде дроби

335

333

, близкий к единице.

Пользуясь сформулированным выше правилом, можно записать

332

330

3335

3333

335

333

−

≈=i .

Получим дробь, легко разлагающуюся на сомножители. Теперь,

пользуясь ранее рассмотренным способом, подберем зубчатые колеса:

115

)5(12

)5(6

8322

11532

332

330

⋅

⋅⋅

⋅⋅⋅

=≈i

Этот метод рекомендуется применять при отсутствии таблиц,

специально предназначенных для подбора сменных колес. Он удобен также при

подборе трехпарных гитар.

Пример - Рассчитать наладку специализированного токарно-

винторезного станка для обтачивания заготовки диаметром d = 300 мм со

скоростью резания v — 100 м/мин. Приводной электродвигатель имеет частоту

вращения п

эл

= = 1450 мин

-1

, передаточное отношение постоянных (зубчатых и

ременных) передач главного привода

=i Чтобы станок был налажен в

соответствии с условием задачи, необходимо подобрать сменные зубчатые

колеса коробки скоростей.

При заданном диаметре обработки и выбранной скорости резания

мин 106

300

10010001000

⋅

шп

Тогда

75,2

1450

106

===

⋅

′

постэл

шп

, т. е.

′

а ; 55=

′

Пример - Рассчитать наладку токарно-винторезного станка на нарезание

резьбы с шагом Р = 5,5 мм, если шаг ходового винта р

х.в.

— 12 мм, а передаточ-

ное отношение постоянных передач цепи подачи 1

пост

i .

120

121

5,5

⋅

вхпост

рi

т. е. а = 55; b = 80; с = 55 и d = 75.