А. Г. Боровик, В. А. Горлачев, В. Е. Лелюхин, В. В. Чебоксаров

Металлорежущие станки

Учебно-методический комплекс

ebooks@prospekt.org

Информация о книге

УДК 621.9.06(075.3)

ББК 34.63-5

Б83

Автор: Боровик А. Г., Горлачев,В. А., Лелюхин В. Е., Чебоксаров В. В.

Рецензенты:

Давыдов В. М. – д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой технологической информации и информационных систем Тихоокеанского государственного института;

Пермяков В. В. – профессор, заведующий кафедрой "Сервис и техническая эксплуатация автомобилей" ВГУЭС;

Шаповал В. В. – доцент кафедры СТЭА ВГУЭС.

Учебно-методический комплекс сформирован в соответствии с программой учебной дисциплины «Металлорежущие станки» для специальности 151001 «Технология машиностроения». Его содержание определяется рекомендуемой структурой УМК: он включает в себя рабочую учебную программу, конспект лекций, методические указания к лабораторным работам, учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы и вопросы и задания для проверки усвоения материала дисциплины.

Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы может быть использовано также студентами специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» при выполнении курсовой работы по дисциплине «Оборудование машиностроительных производств».

УДК 621.9.06(075.3)

ББК 34.63-5

© ДВФУ, 2015

© ООО «Проспект», электронная версия книги, 2015

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА (разработал В.А. Горлачёв)

При разработке учебной программы использованы:

Государственный общеобразовательный стандарт СД 08 профессионального образования образовательной программы, утвержденный 28.02.2001 г. № 573 тех./дс, и рабочий учебный план дисциплины 151001, утвержденный 15.05.2005 г.

СД 08 МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

Технико-экономические показатели и критерии работоспособности; формообразование поверхности на станках; кинематическая структура станков; компоновка станков. Основные узлы и механизмы станочных систем; понятие об управлении станками. Средства для контроля, диагностики и адаптивного управления станочным оборудованием.

Станки токарной группы; фрезерные и многоцелевые станки для обработки корпусных деталей; сверлильные и расточные станки; протяжные станки; станки с электрофизическими и электрохимическими методами обработки; станки для абразивной обработки; зубообрабатывающие станки для обработки цилиндрических и конических колес; затыловочные, заточные станки. Автоматические линии; гибкие производственные системы. Испытание, исследование и эксплуатация оборудования.

Учебная дисциплина “Металлорежущие станки” является одной из основных дисциплин при подготовке инженеров по специальности “Технология машиностроения”. Её изучение должно дать будущим специалистам сведения, необходимые при разработке современных технологических процессов и проектировании станков.

1. Цели и задачи дисциплины

Цели изучения дисциплины: научить студентов выбирать эффективное технологическое оборудование в процессе проектирования технологических процессов механической обработки для надежного выполнения технических требований к деталям.

Задачи дисциплины: получение знания по классификации, техническим (функциональным, конструктивным и технологическим) характеристикам металлорежущего оборудования, области применения и перспективам развития станков и вспомогательного оборудования.

2. Начальные требования к освоению дисциплины

Дисциплина базируется на фундаментальных знаниях в области истории отрасли, математики (аналитическая геометрия, дифференциальное и интегральное исчисления, векторный анализ), физики (физические основы механики), информатики, инженерной и компьютерной графики, прикладной механики (сопромата), теоретической механики, материаловедения, метрологии и технологии конструктивных материалов в машиностроении.

Также студент должен иметь фундаментальные знания по теории машин и механизмов, стандартизации и техническим измерениям, основам технологии машиностроения, начертательной геометрии, ТММ и деталям машин.

3. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины

В результате теоретического изучения дисциплины студент должен знать: основные сведения о металлорежущих станках; методы образования поверхностей; устройство узлов станков и его кинематические структуры; технологические возможности станочного оборудования; методы проектирования узлов станков; области практического применения металлорежущих станков и технологическую оснастку.

В результате практического изучения дисциплины студент должен уметь: оптимально выбирать станочное оборудование при проектировании технологических процессов обработки для получения деталей заданной точности, размера и чистоты обрабатываемой поверхности; настраивать кинематические цепи станков со сложной и простой кинематической структурой; проектировать и компоновать станочное оборудование для обработки деталей заданной номенклатуры.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Дневная форма обучения

Вид учебной работы
Всего часов
Распределение по семестрам

6
7

Общая трудоемкость дисциплины
235
235

Лекции
48
48

Лабораторные занятия (ЛЗ)
64
64

Практические занятия (ПЗ)
34

34

Самостоятельная работа
94

94

В том числе курсовое проектирование
(КП)
62

62

Вид итогового контроля

Экзамен
КП

5. Содержание дисциплины

5.1. Распределение учебного материала по видам занятий

Раздел дисциплины | Распределение по видам занятий, час
Лекции | ЛЗ
1. Классификация станков | 2 |
2. Технико-экономические показатели станков | 1 |
3. Формообразование на станках. Кинематика станков | 4 |
3. Основные узлы и механизмы станочных систем | 4 |
4. Токарные станки | 4 | 16
5. Резьбонарезные станки | 2 | 16
6. Протяжные и строгальные станки | 2 |
7. Сверлильные и расточные станки | 4 |
8. Фрезерные станки | 4 | 16
9. Делительные головки | 2 |
10. Зубообрабатывающие станки | 8 | 16
11. Шлифовальные и доводочные станки | 4 |
12. Агрегатные станки | 2 |
13. Станки с ЧПУ | 1 |
14. Автоматические линии станков | 1 |
15. Станки для ЭХО и ЭМО | 1,5 |
16. Станочные модули и гибкие станочные системы | 1 |
17. Испытание станков | 0,5 |
Всего | 48 час |

5.2. Содержание лекционного курса

1. Общие сведения о станках.

Основные термины и определения дисциплины. Состояние и перспективы развития. Классификация станков по технологическому назначению, видам обработки, универсальности, точности и массе.

2. Потребительские свойства станков.

Эффективность, производительность, надежность, гибкость, точность, универсальность, долговечность, технический ресурс, жесткость и виброустойчивость. Тенденции развития современных станков.

3. Формообразование на станках.

Методы образования поверхностей. Методы образования производящих линий. Классификация движений в станках по функциональному назначению: формообразования, деления, врезания, управления, вспомогательные.

4. Структурные и кинематические схемы станков и их анализ.

Кинематическая структура станков.

Условные обозначения элементов кинематики.

Понятие о кинематической связи. Расчетные цепи. Уравнение кинематического баланса. Кинематические схемы станков.

5. Основные узлы и механизмы станочных систем.

Гидравлический привод металлорежущих станков. Насосы и гидродвигатели. Силовые цилиндры, усилители.

Привод главного движения. Типовые механизмы регулирования частоты вращения. Передаточные отношения передач. Коробки скоростей

Привод механизмов подач. Кинематика привода подач. Суммирующие механизмы. Механизмы обгона, устройства для изменения направления движения исполнительных механизмов. Механизмы для осуществления периодических движений.

Шпиндельные узлы. Шпиндели, их конструкции и компоновка.

Механизмы зажима и подачи заготовок.

6. Токарные и токарно-винторезные станки.

Структурная схема. Методы образования поверхностей на токарных станках. Основные и вспомогательные движения. Компоновки и основные узлы: станины, шпиндельные бабки, суппорты, задние бабки. Технические характеристики.

Кинематическая схема универсального токарно-винторезного станка. Наладка станка.

Приспособления и оснастка: патроны, поводки, оправки, люнеты, центры, цанги. Присоединительные элементы станков.

7. Резьбонарезные станки.

Назначение. Схемы получения резьбы.

Станки для фрезерования резьбы. Структурная схема станка. Основные узлы. Технические характеристики.

8. Протяжные и строгальные станки.

Протяжные станки. Назначение. Типы станков. Структурная схема, основные движения. Технические характеристики

Строгальные станки. Назначение. Типы станков. Структурная схема, основные движения. Технические характеристики.

9. Сверлильные, для глубокого сверления и радиально-сверлильные станки.

Структурная схема и общий вид. Методы образования поверхностей. Основные и вспомогательные движения. Компоновки и основные узлы: станины, стойки, столы, инструментальные головки и приводы. Установка деталей на станках, установка режущих инструментов. Технические характеристики: точность, производительность.

10. Расточные станки.

Расточные станки общего назначения. Основные и вспомогательные движения. Основные виды поверхностей, обрабатываемых на расточных станках. Компоновка и основные узлы: станины, стойки, столы и приводы, шпиндельные узлы и плансуппорты.

Горизонтально-расточные станки. Кинематическая схема. Технические характеристики и область применения. Наладка станка. Присоединительные элементы и инструменты.

Координатно-расточные станки. Назначение и основные движения. Элементы для установки деталей и инструментов. Технические характеристики.

Алмазно-расточные станки. Компоновка и основные узлы. Особенности конструкции. Приспособления для установки деталей и инструментов.

11. Фрезерные станки.

Классификация фрезерных станков. Назначение.

Горизонтально-фрезерные станки. Структурная и кинематическая схемы. Технологические характеристики: методы обработки, точность, производительность.

Вертикально-фрезерные станки. Технологические характеристики: методы обработки, точность, производительность.

Продольно-фрезерные станки. Структурная и кинематическая схемы. Технологические характеристики: методы обработки, точность, производительность.

Карусельно-фрезерные станки. Структурная и кинематическая схемы. Технологические характеристики: методы обработки, точность, производительность. Оснастка для фрезерных станков.

12. Делительные головки.

Виды головок, устройство, кинематические схемы, настройки.

13. Зубообрабатывающие станки.

Классификация. Назначение.

Зубодолбежные станки. Назначение, структурная и кинематическая схема станка. Основные узлы. Движения формообразования. Настройка. Технические характеристики.

Зубофрезерные станки. Назначение, структурная и кинематическая схема станка. Основные узлы. Движения формообразования. Настройка. Технические характеристики.

Зубошевинговальные станки. Назначение, методы обработки, основные узлы. Технические характеристики.

Станки для нарезания конических колес. Виды зубчатых колес, методы образования профиля зуба и его нарезания. Типы инструментов. Типы станков. Структурная схема станка. Основные узлы. Технические характеристики.

Шлицефрезерные станки. Структурная схема станка. Основные узлы. Технические характеристики.

14. Шлифовальные и доводочные станки.

Классификация, назначение, область применения шлифовальных станков.

Методы и схемы шлифования.

Круглошлифовальные станки. Структурная схема, технические характеристики.

Бесцентровые шлифовальные станки. Структурная схема, технические характеристики.

Внутришлифовальные станки. Структурная схема, технические характеристики.

Плоскошлифовальные станки. Структурная схема, технические характеристики.

Резьбошлифовальные станки. Структурная схема, технические характеристики.

Профильношлифовальные станки. Структурная схема, технические характеристики.

Приспособления и инструменты для шлифования.

15. Агрегатные станки.

Общие понятия. Компоновки, технические характеристики. Силовые головки. Переналадка агрегатных станков.

16. Многоцелевые станки с числовым программным управлением.

Назначение, состав. Компоновки, устройства для установки и смены деталей и инструментов. Токарные станки и станки серии ИР320, ИР500, ИР800. Компоновка. Основные узлы. Технические характеристики.

17. Автоматические линии станков.

Оборудование для автоматических линий. Типовые компоновки линий. Технические характеристики. Вспомогательное оборудование.

18. Станки для электрофизических и электрохимических методов обработки.

Электроэрозионные станки. Структурная схема станка. Основные узлы. Технические характеристики.

Ультразвуковые станки. Структурная схема станка. Основные узлы. Технические характеристики.

Лучевая обработка. Структурная схема станка. Основные узлы. Технические характеристики.

Электрохимическая обработка. Структурная схема станка. Основные узлы. Технические характеристики.

19. Гибкие производственные системы.

Принципы построения и классификация. Состав: транспортно-складская, инструментального обеспечения, удаления отходов, контроля, технологической подготовки производства, управления.

20. Испытания металлорежущих станков.

Проверка качества изготовления станков. Проверка геометрической точности станков. Проверка кинематической точности станков. Испытания на жесткость, виброустойчивость. Проверка станков на шум.

5.3 Содержание лабораторных занятий

1. Настройка токарно-винторезного станка модели 16К20 (1К62) на нарезание многозаходной резьбы. Нарезание резьбы на станке.

2. Испытание токарно-винторезного станка на точность.

3. Испытание вертикально-фрезерного станка на точность. Настройка зубофрезерного станка “Пфаутер” на нарезание зубчатых колес. Нарезание зубчатого венца.

4. Настройка зубодолбёжного станка модели 512 на нарезание венца зубчатого колеса.

5. Настройка универсального фрезерного станка на нарезание зубчатых колес с помощью делительной головки. Нарезание зубчатого венца.

6. Настройка зубофрезерного станка RN 25 на нарезание зубчатых колес. Нарезание зубчатого венца.

7. Настройка плоскошлифовального станка.

8. Настройка круглошлифовального станка.

6. Курсовая работа

Тематика курсовой работы: Разработка компоновки и проектирование основных узлов специального металлорежущего станка.

Выполнение курсовой работы по дисциплине является этапом обучения, при котором студенты закрепляют полученные теоретические знания в области практического применения металлорежущих станков и перспектив их усовершенствования. Главная задача проектирования – создание компоновки оборудования для обработки деталей заданной номенклатуры и вида производства и выбор основных его элементов.

В состав работы входит пояснительная записка объемом 20-25 страниц печатного текста и 2-3 листа формата 24 графической части. Тема работы дается студенту в конце 6 семестра. Исходные данные по проекту уточняются во время прохождения конструкторской практики на предприятии или в учебно-исследовательской лаборатории. Утверждение технического задания производится руководителем практики на 1 неделе учебного семестра.

7. График изучения дисциплины

Вид учебных занятий, час | № недели
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16
| 6 семестр
Лекции | 2 | 4 | 2 | 4 | 2 | 4 | 2 | 4 | 2 | 4 | 2 | 4 | 2 | 4 | 2 | 4
ЛЗ | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4
| 7 семестр
ПЗ | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2
КР | 2 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4
Самостоятельная работа | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 5 | 4 | 4 | 4 | 4 | 5 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4
Аттестация |  |  |  | + |  |  |  | + |  |  |  | + |  |  |  | +

8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

8.1. Основная литература

1. Металлорежущие станки: Учеб. для машиностроит. втузов / Под ред. В.Э. Пуша. – М.: Машиностроение, 1985. – 256 с.

2. Металлорежущие станки: Учеб. пособие для втузов / Н.С. Колев, Л.В. Красниченко, Н.С. Никулин и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 500 с.

3. Машиностроение: Энциклопедия. – М.: Машиностроение, 2002. – 864 с.

4. Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование. Т. IV / Б.И. Черпаков, О.И. Аверьянов, Г.А. Адоян и др.; Под ред. Б.И. Черпакова. – 2-е изд., испр. – 864 с.

8.2. Дополнительная и справочная литература

1. Испытания станков на точность и жесткость: Метод. указания к лабораторным работам. – Владивосток: ДВПИ, 1990. – 22 с.

2. Металлорежущие станки машиностроительного производства: Учеб. пособие / О.В.Таратынов и др.; Под ред. Г.Г. Земскова, О.В. Таратынова. – М.: Высш. шк., 1988. – 464 с.

3. Схиртладзе А.Г., Новиков В.Ю. Станочник широкого профиля: Учеб. для ПТУ. – М.: Высш. шк., 1989. – 464 с.

8.3. Программное обеспечение

1. Государственные стандарты на металлорежущие станки

2. Методические указания к лабораторным работам

3. Конспект лекций

4. Методические указания по расчету и конструированию станков

5. Образцы курсовых работ по проектированию станков

9. Материально-техническое обеспечение

(специализированные лаборатории, основное оборудование и т.п.)

Лабораторные работы выполняются на металлорежущем оборудовании лабораторий кафедры технологии машиностроения М105 и кафедры автоматизированных производственных систем А020. Используются токарно-винторезные, вертикально- и горизонтально-фрезерные, вертикально-сверлильные и зубофрезерные станки, делительные головки и станочная оснастка.

10. Текущий и итоговый контроль по дисциплине

10.1. Содержание и организация итогового контроля, тесты к лабораторным работам, учебно-исследовательская работа и методические указания.

10.2. Вопросы для самоконтроля

10.3. Экзаменационные билеты.

Распределение баллов по видам работ

Наименование работ | Распределение баллов
1. Теоретический материал | 25
2. Лабораторные работы | 25
3. Практические занятия |
4. Курсовое проектирование | 15
5. Индивидуальные домашние задания (РГЗ, рефераты и т.д.)
6. Контрольные работы |
7. Посещаемость | 5
8. Экзамен/Зачет | 30
Итого | 100

Перевод баллов в пятибалльную шкалу

Отлично | 85-100
Хорошо | 71-84
Удовлетворительно | 60-70
Неудовлетворительно | Менее 60

Дополнения и изменения в рабочей программе

За ______________/__________________ учебный год.

В рабочую программу вносятся следующие дополнения и изменения:

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ (разработал В.А. Горлачев)

Устройство станка

Металлорежущий станок – машина для размерной обработки заготовок в основном путем снятия стружки.

Станок подразделяется на несколько важных частей, называемых узлами.

1. Главный привод станка сообщает движение инструменту или заготовке для осуществления процесса резания с необходимой скоростью. Движение сообщается шпинделю, в котором закреплен либо инструмент, либо заготовка.

2. Привод подач необходим для перемещения инструмента относительно заготовки для получения обрабатываемой поверхности. У большинства станков это прямолинейное движение. Сочетанием нескольких прямолинейных и вращательных движений возможно получить любую пространственную траекторию или любую форму поверхности.

3. Привод позиционирования необходим для перемещения узла станка из исходной в заданную позицию (например, при последовательной обработке нескольких отверстий или плоскостей). Может сочетаться с приводом подач как у токарного станка.

4. Несущая система станка состоит из набора соединенных между собой базовых деталей. Соединения могут быть неподвижными или подвижными на направляющих. Обеспечивает правильное взаимное расположение заготовки и режущего инструмента под воздействием сил резания и температурных факторов.

5. Манипулирующие устройства необходимы для автоматизации вспомогательных движений в станке (например, смены заготовок, их зажима, перемещения или поворота, смены инструмента, удаления стружки).

6. Устройство управления. Может быть ручным, с механической системой управления или с ЧПУ.

7. Контрольно-измерительные устройства необходимы в станке для контроля состояния ответственных частей станка, работоспособности режущего инструмента и измерения размера заготовки.

Классификация станков

В зависимости от целевого назначения обработки тех или иных деталей или поверхностей и применения вида инструмента, станки подразделяются на группы (табл. 1).

Таблица 1

Классификация станков

При обозначении моделей станков, первая цифра указывает на группу станка, вторая – на тип, а последние цифры характеризуют размер рабочего пространства, т.е. предельные допустимые размеры обработки. Например, рабочее пространство токарного станка – это максимальные размеры диаметра и длины обрабатываемой заготовки, а фрезерного или расточного – габариты детали прямоугольной формы.

По степени специализации станки делятся:

на универсальные, применяемые для выполнения различных операций на деталях широкой номенклатуры;

специализированные, предназначенные для обработки однотипных деталей, схожих по конфигурации, но имеющих различные размеры (зуборезные, резьбонарезные);

специальные станки для обработки одной или нескольких почти одинаковых деталей в условиях крупносерийного производства;

гибкие производственные модули (ГПМ) – автоматизированная универсальная и технологическая ячейка, основой которой является станок с полным набором манипуляторов, контрольных и измерительных приборов.

По своему управлению станки делятся на автоматы, полуавтоматы и автоматические линии.

Автоматом называется станок, в котором все рабочие и вспомогательные движения, необходимые для выполнения технологического цикла обработки заготовки, механизированы.

Полуавтоматом называется станок, в котором часть движений не механизирована. Эти движения, как правило, связаны с загрузкой и снятием заготовки.

Автоматическая линия – это набор станков-автоматов расположенных последовательно в соответствии с ходом технологического процесса и связанных с общим транспортом и управлением.

По степени точности различают станки пяти классов:

нормальной – Н,

повышенной – П,

высокой – В,

особо высокой – А

особо точные станки (мастер-станки) – С.

По массе станки делятся на легкие – массой до 1 т, средние – до 10 т и тяжелые – от 10 т.

Тяжелые станки делятся на крупные – от 10 до 30 т, тяжелые – от 30 до 100 т и особо тяжелые – более 100 т.

Технико-экономические показатели станков

Эффективность станка А – комплексный (интегральный) показатель, отражающий главное назначение станка повышать производительность труда и снижать затраты труда при обработке деталей.

Эффективность станка выражается зависимостью

А – N/С,

где N – годовой выпуск деталей, С – сумма годовых затрат на изготовление.

При подборе станочного оборудования сравнивают эффективность двух вариантов по разности приведенных затрат.

Р = С₁ – С₂,

где С₁ – базовый вариант, С₂ – более совершенный вариант.

Производительность Q определяется способностью станка обеспечить обработку определенного числа деталей в единицу времени:

Qш = То/Т,

где То – годовой фонд времени, Т – полное время всего цикла изготовления детали.

Понятие технологическая производительность определяет непрерывную обработку детали, когда не затрачивается время на вспомогательные операции.

Надежность станка – свойство станка обеспечивать бесперебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в течение определенного срока службы при условии техобслуживания и ремонта.

Безотказность станка – свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени.

Долговечность станка – свойство станка сохранять работоспособность в течение некоторого времени до наступления предельного состояния, когда необходим ремонт или техобслуживание.

Ремонтопригодность – свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и восстановлению рабочего состояния путем ремонта.

Технический ресурс – наработка от начала эксплуатации или её обновления после среднего и капитального ремонта.

Гибкость станочного оборудования – способность к быстрому переналаживанию при изготовлении новых деталей.

Гибкость характеризуется двумя показателями – универсальностью и переналаживаемостью.

Универсальность определяется числом разных деталей, подлежащих обработке на данном станке, т.е. номенклатурой обрабатываемых деталей.

Переналаживаемость определяется потерями времени и средств на переналадку станка при переходе от одной партии заготовок к другой.

Точность станка в основном влияет на точность изготовляемой детали. Разделяется на две группы:

геометрическую, зависящую от ошибок соединений узлов станка при отсутствии внешних воздействий, а также от точности изготовления базовых деталей и качества сборки станка,

кинематическую, необходимую для станков, в которых сложные движения требуют согласования скоростей нескольких простых для создания сложной формы обрабатываемой поверхности, например зубчатого колеса.

Жесткость станков характеризует их свойство противостоять появлению упругих перемещений под действием сил резания.

Виброустойчивость станка определяется его способностью противостоять возникновению колебаний инструмента относительно заготовки и влияет на точность и производительность станка.

Формообразование поверхностей

Процесс формирования поверхностей на станках аналогичен процессу образования идеальных поверхностей в геометрии.

Любую поверхность можно представить как след движения одной линии по другой. Общее название этих линий производящие. В зависимости от метода образования поверхности (рис. 1) производящая линия может быть образующей или направляющей (2), например, поверхность цилиндра и профиль зуба колеса можно получить двумя методами (обратимые поверхности). Пример необратимой поверхности – конус. В данном случае если направляющая линия будет 2, то конуса не получится.

Рис. 1. Образование поверхностей: 1 – направляющая производящая линия; 2 – образующая производящая линия

Методы образования производящих линий

При получении поверхности на станке методом резания в зависимости от выбранного вида режущего инструмента, а значит и формы его режущей кромки, используется четыре метода образования производящих линий (рис. 2).

Метод копирования состоит в том, что форма образующей поверхность линии совпадает с формой режущих кромок инструмента (рис. 2, а).

Метод обката, или огибания (рис. 2, б) заключается в том, что форма образуемой производящей линии возникает в виде огибающей ряда последовательных положений, занимаемых режущей кромкой инструмента при обкатывании её без скольжения образующей линии.

Рис. 2. Методы образования производящих линий: 1 – линия режущей кромки инструмента; 2 – образующие производящие линии; 3 – траектория движения точки А режущей кромки инструмента; 4 – режущая точка инструмента; 5 – точка касания образуемой производящей линии режущей точкой А инструмента; 6 – траектория режущей точки 4 инструмента; v₁, v₂ – относительные скорости

Метод следа (рис. 2, в) состоит в том, что форма производящей линии получается в виде следа режущей точки кромки инструмента при относительном движении заготовки и инструмента.

Метод касания (рис. 2, г) заключается в том, что форма производящей линии возникает в виде огибающей мест касания множества режущих точек вращающегося инструмента, в результате относительных движений оси вращения инструмента (шпинделя) и заготовки.

Кинематические группы и их обозначение

Каждое исполнительное движение в станках осуществляется кинематической группой. Название каждой группы зависит от её исполнительного движения, например, формообразующая группа, создает движение заготовки относительно инструмента или инструмента относительно заготовки для создания определенной поверхности. При проектировании станка, прежде всего, выбирают, как и каким инструментом будет создаваться та или иная поверхность, а затем создают структурную схему и далее и конструкцию самого станка.

При создании структурной схемы станка используют следующие обозначения:

электродвигатель, приводящий в движение все кинематические группы,

гитара, орган настройки движения, траектории, скорости и пути,

реверс, орган настройки движения, траектории, скорости и пути,

дифференциал, механизм суммирующий движения вращения валов,

вращательная кинематическая пара (шпиндель),

поступательная кинематическая пара,

разъёмная муфта,

валы, передающие вращение.

Общие сведения о станках

Токарные станки

Основное назначение станков токарной группы состоит в обработке наружных, внутренних и торцовых поверхностей тел вращения, а также в нарезании резьбы. Устройство всех токарных станков имеет практически однотипную компоновку, где главным движением, определяющим скорость резания, является вращение шпинделя, несущего заготовку.

Продольные и поперечные подачи инструмента осуществляются при помощи суппорта, а при обработке концевым инструментом (сверло, развертка) движение подачи инструмента осуществляется пинолью задней бабки станка.

Традиционная компоновка токарно-винторезного станка общего назначения приведена на рис. 3.

На основании 1 закреплена станина 11 и корыто 12. На станине размещены передняя бабка 3 и коробка подач 2. По направляющим станины перемещается суппорт 6 с фартуком 9 и задняя бабка 7. Двигатель установлен в основании и закрыт кожухом.

Движение от коробки подач передается механизмам фартука или через ходовой вал 8 (при точении), или через ходовой винт 10 (при нарезании резьбы резцом). На передних стенках фартука, коробки передач и шпиндельной бабки расположены рукоятки управления станком. Экран 4 и щиток 5 обеспечивают безопасность работы на станке. Основное электрооборудование станка сосредоточено в электрошкафу 13.

Рис. 3. Токарно-винторезный станок

Структурная кинематическая схема токарно-винторезного станка представлена на рис. 4.

Рис. 4. Структурная кинематическая схема токарно-винторезного станка

Станок имеет одну группу формообразования создающую винтовое движение инструмента относительно заготовки B₁ и П₂. Внутренняя кинематическая связь группы осуществляется винторезной цепью 1-2 между шпинделем заготовки и продольным суппортом с органами настройки iвинт, на шаг резьбы и P₁ на направление подачи. Внешняя связь группы осуществляется через цепь 31, связывающую источник движения М с одним из звеньев винторезной цепи (точка 1) и имеющую органы настройки iv на скорость и Р₂ на направление винтового движения (правая или левая резьба).

Главное движение. Это вращение шпинделя, получаемое от электродвигателя 104 через клиноременную передачу со шкивами 1-2 и коробку скоростей. На приемном валу II двухсторонняя многофрикционная муфта М. Для получения прямого вращения шпинделя муфту М смещают влево. И привод вращения осуществляется по следующей цепи зубчатых колес: 3-12 или 4-11, 9-14, 10-13 или 8-15, 18-27 или через перебор, состоящий из группы с двухвенцовыми блоками 19-20, 21-22 и зубчатой пары 25-26. Последняя входит в зацепление при перемещении блока 26-27 вправо. Переключая блоки колес, можно получить 24 варианта вращения шпинделя.

Рис. 5. Кинематическая схема токарно-винторезного станка

Реверсирование шпинделя достигается перемещением муфты М вправо. Тогда вращение валу передается через зубчатые колеса 5-6, 7-8 и далее по предыдущей цепи.

Движение подач. Механизм подач включает в себя четыре кинематические цепи: винторезную, продольной и поперечной подачи и цепь ускоренных перемещений суппорта. Вращение валу X передается от шпинделя VII через зубчатые колеса 28-30, а при нарезании резьбы с увеличенным шагом – от вала VI через звено увеличения шага и далее через зубчатые колеса 17-29 на вал VIII. В этом случае звено увеличения шага может дать четыре варианта передач.

1. Шпиндель VII, зубчатые колеса 26-25, 23-22, 20-17-29, вал VIII.

2. Шпиндель VII, колеса 26-25, 24-21, 20-17-29, вал VIII.

3. Шпиндель VII, колеса 26-25, 24-21, 19-16, 17-29, вал VIII.

4. Шпиндель VII, колеса 26-25, 24-21, 19-16, 17-29, вал VIII.

С вала VIII движение передается по цепи 32-36 или 33-37 или через реверсивный механизм с колесами 31-34-35, сменные колеса 38-41 или 39-42 и промежуточное колесо 40 на вал X. Отсюда движение можно передать по двум вариантам зацепления зубчатых колес.

1-й вариант. Вращение передается через зубчатые колеса 43-44-45 на вал XI, затем через колеса 46-47 и накидное колесо 48 – зубчатому конусу механизма Нортона (колеса 50-56) и далее по цепи зубчатых передач 57-70, 69-72, 73-68 или 74-67 – валу XIV и, наконец, через колеса 66-60 или 67-59 – валу XV. Затем вращение может быть передано либо ходовому винту 93, либо ходовому валику XVI, в первом случае через муфту М₄, во втором – движение валику XVI передается через пару 62-63 и муфту обгона 106.

2-й вариант. С вала X через муфту M₁, т.е. при сцеплении зубчатых колес наружного и внутреннего зацепления 43-49, вращение передается конусу Нортона, который становится ведущим звеном, и затем через колеса 48-47-46 – валу XI, а далее через муфту М₃ – валу XIII, а от последнего дальше по цепи 1-го варианта.

Винторезная цепь. При нарезании резьбы подача суппорта осуществляется от ходового винта 93 через маточную гайку 94, закрепленную в фартуке. Для нарезания метрической и модульной резьбы винтовую цепь устанавливают по 1-му варианту, а для дюймовых и питчевых – по 2-му. Изменения величины шага резьбы достигается переключением зубчатых колес звена увеличения шага, механизма Нортона, блоков 73-74 и 59-60, и установкой сменных колес на гитаре. При точении и нарезании метрической и дюймовой резьбы в зацеплении находятся зубчатые колеса 38-40-41, а при нарезании модульных и питчевых – колеса 39-40-42.

Цепь продольной и поперечной подачи суппорта. Для передачи вращения механизму фартука служит ходовой валик XVI. По нему вдоль шпоночного паза скользит зубчатое колесо 75, передающее вращение от вала XVI через пару зубчатых колес 76-77 и червячную пару 78-79 валу XVII.

Для получения продольной подачи суппорта и реверсирования его включают одну из кулачковых муфт М₅ или М₆, тогда вращение от вала передается зубчатыми колесами 80-91-82 или 81-84 и далее парой 83-85 реечному колесу 86, так как рейка неподвижно связана со станиной станка. Реечное колесо 86, вращаясь, одновременно катится по рейке и тянет за собой фартук с суппортом. При включении муфты М₈ или М₇ вал XIX получает прямое или обратное через передачи 80-91-90 или 81-88 и далее через зубчатые колеса 89-92-95 – винт 97. Последний через гайку 96 сообщает движение поперечному суппорту.

Цепь ускоренного перемещения суппорта. Для осуществления ускоренного (установочного) перемещения суппорта ходовому валику XVI сообщается быстрое вращение от электродвигателя 105 через клиноременную передачу 102-103. Механизм подачи суппорта через коробку подач при этом можно не выключать, так как в цепи привода ходового валика установлена муфта обгона 106.

С помощью винтовых пар 98-99 и 101-100 можно вручную перемещать резцовые салазки и пиноль задней бабки.

Протяжные станки

Протяжные станки по характеру работы делятся на станки для внутреннего и наружного протягивания, а по расположению инструмента – на горизонтальные и вертикальные.

Хвостовик 6 протяжки (рис. 6) пропускается через отверстие заготовки 11 и втулку 10 опорного приспособления, а затем закрепляется в патроне. Патрон состоит из корпуса 2 и сменной втулки 5 с внутренним диаметром, соответствующим диаметру хвостовика.

Рис. 6. Схема протяжной операции

Протяжку закрепляют с помощью клина 4, фиксируемого поперечным штифтом 3. Хвостовик патрона ввернут в муфту 1 штока силового цилиндра протяжного станка.

Заготовка 11 левым торцом упирается во втулку 10, которая вставлена в подвижную опору 9 приспособления и прижимается к ней с помощью сильной пружины 7. Подвижная опора своей выпуклой шаровой поверхностью контактирует с плитой 12, смонтированной в корпусе 8 станины станка.

Обработка отверстия на протяжном станке (рис. 7) происходит, когда шток силового цилиндра вместе с патроном и протяжкой перемещается влево при неподвижном суппорте.

Рис. 7. Горизонтально-протяжной станок

В полой части станины 1 коробчатой формы смонтированы основные агрегаты гидравлического привода. Слева расположен силовой цилиндр 2. Шток его поршня связан с рабочими салазками, которые, перемещаясь в направляющих вдоль оси станка, служат дополнительной опорой. На конце штока цилиндра посажена втулка с патроном для закрепления протяжки 3, правый конец которой поддерживается люнетом 4.

Приспособление для установки заготовки и сама деталь упираются в неподвижный конус 5 станины.

Строгальные станки

Строгальные станки предназначены для обработки плоскостей резцами. Они делятся на поперечно-строгальные, продольно-строгальные и долбежные.

Поперечно-строгальные станки (рис. 8) применяются для обработки мелких и средних по размерам деталей.

Рис. 8. Поперечно-строгальный станок

В верхних направляющих станины 1 (рис. 8) смонтирован ползун 2, совершающий с помощью кулисного механизма возвратно-поступательное движение (главное движение). На левом конце ползуна укреплен суппорт 3 (рис. 8, б). Он состоит из поворотного диска 1 и салазок 2, получающих периодически вертикальную подачу от ходового винта 3.

На салазках смонтирована резцовая каретка 4 с откидной планкой 5 и резцедержателем 6.

На вертикальных направляющих станины (слева) находится поперечина 4, по которой в горизонтальной плоскости перемещается стол 5 (движение подачи).

На верхнюю плоскость стола устанавливают заготовку или тиски и закрепляют их с помощью болтов, устанавливаемых в Т-образных пазах стола.

Строгание металла происходит при движении ползуна влево. Во время ускоренной подачи ползуна в исходное положение происходит подача заготовки на следующий ход строгания (подача) по поперечине 4.

Продольно-строгальный станок (двухстоечный) (рис. 9) применяется для обработки сравнительно крупных деталей или для одновременного строгания нескольких заготовок среднего размера.

В двухстоечном продольно-строгальном станке стол 3 с помощью реечной передачи перемещается по призматическим направляющим станины 1. На рабочей плоскости стола устанавливают и закрепляют заготовку.

По обе стороны станины расположены боковые стойки 4 и 5, скрепленные для жесткости поперечной балкой 6. В вертикальных направляющих стоек смонтирована траверса 7, несущая два резцовых суппорта 8 с резцедержателями. С правой стороны станка размещены агрегаты привода. В зависимости от вертикальных размеров заготовок траверсу устанавливают на определенной высоте и зажимают.

При строгании стол совершает возвратно-поступательное движение. В конце рабочего хода осуществляется периодическая подача верхних суппортов 8 в горизонтальном, а боковых суппортов 9 в вертикальном направлении. В связи с этим резцы, установленные в резцедержателях суппортов 8, обрабатывают горизонтальные плоскости или линейчатые поверхности, а в суппортах 9 – боковые.

Конструкция долбежного станка аналогична конструкции строгального, разница в том, что при долблении резец совершает вертикальное перемещение по направляющим, расположенным вертикально.

Рис. 9. Продольно-строгальный станок

Сверлильные станки

Сверлильные станки предназначены для получения сквозных и глухих отверстий в сплошном материале, для чистовой обработки (зенкерование, развертывание) отверстий, образованных в заготовках каким-либо другим инструментом, для нарезания внутренних резьб, для зенкерования торцовых поверхностей.

В зависимости от модели станка максимальный диаметр сверления по стали от 18 до 75 мм.

Применяя специальные инструменты, на сверлильных станках можно растачивать отверстия, вырезать отверстия большого диаметра в листовом материале (трепанирование), притирать точные отверстия.

На сверлильных станках обработка отверстий производится сверлами, зенкерами, зенковками, развертками, нарезание резьбы – метчиками.

Существуют следующие типы универсальных сверлильных станков: настольно-сверлильные, вертикально-сверлильные, радиально-сверлильные, многошпиндельные сверлильные и станки для глубокого сверления.

Наиболее распространенными являются вертикальные и радиальносверлильные станки.

В вертикально-сверлильных станках (рис. 10) главным движением V является вращение шпинделя с закрепленным в нём инструментом, а движением подачи S – вертикальное перемещение шпинделя.

Рис. 10. Вертикально-сверлильный станок

Основными узлами станка являются станина (стойка) 2, фундаментная плита 1, коробка скоростей 3, шпиндель 5, коробка подач и механизм подач 4, и стол 6. На станине, которая представляет собой полую отливку коробчатой формы, размещены основные узлы станка. Станина имеет вертикальные направляющие, на которых устанавливается кронштейн, несущий шпиндель. В полости станины размещаются электроаппаратура управления и противовес шпинделю. Фундаментная плита служит опорой станка, Внутренние полости её являются резервуарами смазочно-охлаждающей жидкости.

Коробка скоростей станков содержит в большинстве случаев зубчатые передачи, переключениями которых получают различные скорости вращения шпинделя 6-12 ступеней скорости.

Радиально-сверлильные (рис. 11) станки предназначены для многоинструментальной обработки отверстий в заготовках крупных деталей при единичном и серийном производстве. В отличие от вертикально-сверлильных станков, в радиально-сверлильных станках совмещение оси отверстия заготовки с осью шпинделя достигается перемещением шпинделя относительно неподвижной заготовки. Компоновка станка позволяет установить шпиндель с инструментом в любой точке рабочей зоны станка перемещением шпиндельной головки (бабки) 5, по направляющим траверсы (рукава) 4 и поворота траверсы вокруг колонны 2.

Рис. 11. Радиально-сверлильный станок мод. 2А53

Главным движением V в радиально-сверлильных станках является вращение шпинделя, а движением подачи S – осевое перемещение шпинделя вместе с пинолью (гильзой).

К вспомогательным движениям относятся: поворот траверсы и закрепление её на колонне, вертикальное перемещение и закрепление траверсы на нужной высоте, перемещение и закреплений шпиндельной головки на траверсе, переключение скоростей и подач шпинделя. Основными узлами радиально- сверлильного станка являются колонна 2, фундаментная плита 1, рукава 3, шпиндельная головка 5.

Расточные станки

Расточные станки предназначены для обработки заготовок крупных размеров в условиях мелкого и серийного производства. На них можно производить растачивание, нарезание внутренней и наружной резьбы, обтачивание цилиндрических поверхностей, подрезку торцов и торцовое фрезерование. И все это можно произвести при окончательной обработке корпусной детали без перестановки её на другие станки.

Особенностью расточных станков является наличие горизонтального (или вертикального) шпинделя, совершающего движение осевой подачи.

В отверстие шпинделя можно закрепить борштангу с резцами, сверло, зенкер, развертку, фрезу и т.д.

Расточные станки подразделяются на следующие типы:

горизонтально-расточные,

координатно-расточные (не только обрабатывают отверстия с высокой точностью, но и позволяют получить точное межосевое расстояние 0,002 мм),

алмазно-расточные (отделочно-расточные).

Основным размером станка является диаметр выдвижного расточного шпинделя, несущего инструмент.

Горизонтально-расточные станки малых размеров (рис. 12) (диаметр расточного шпинделя 50-125 мм) имеет следующие основные узлы: станину 1, переднюю стойку 2, шпиндельную бабку 3, стол 4, заднюю стойку с люнетом 5.

Главным движением V станка является вращение шпинделя.

Движение подачи сообщается либо инструменту (подача шпинделя), S₁ – осевое, S₂ – вертикальное перемещение шпиндельной бабки и S₃ – радиальное перемещение резцовой головки по планшайбе, либо перемещение стола в двух взаимно перпендикулярных направлениях S₄ и S₅ относительно станины.

Вспомогательными движениями являются все установочные перемещения (бабки, стола, задней стойки, люнета и т.д.).

В тяжелых горизонтально-расточных станках диаметр расточного шпинделя 125-320 мм, нет стола и заготовку устанавливают непосредственно на станину.

Станина 1 состоит из двух или трёх скрепленных между собой частей из чугунных отливок коробчатой формы с ребрами жесткости и имеет направляющие, по которым перемещается стол.

Рис. 12. Горизонтально-расточной станок малого размера

Передняя стойка также из отливки чугуна коробчатой формы с вертикальными направляющими для перемещения шпиндельной бабки. Внутри стойки располагается противовес, уравновешивающий шпиндельную бабку. Стойка закреплена на станине неподвижно в отличие от задней стойки 5, которая может перемешаться на направляющих как вдоль оси станка, так и перпендикулярно.

Шпиндельная бабка 3 перемещается по вертикальным направляющим передней стойки. В передней бабке смонтированы коробка скоростей, коробка подач, механизм подачи расточного шпинделя и радиального суппорта (ползунка) планшайбы.

В станках малых размеров все механизмы приводятся в действие от одного электродвигателя, установленного в корпусе шпиндельной бабки 3, в тяжелых станках каждый механизм приводится отдельным электродвигателем.

Коробка скоростей шпиндельной бабки 3 обеспечивает независимое вращение расточного шпинделя и планшайбы, благодаря чему возможно совмещать операции обтачивания и растачивания торца и т.д.

Стол 4 станков состоит из двух частей, саней и салазок, которые обеспечивают продольное перемещение (сани) и поперечное перемещение (салазки) стола и при помощи механизма перемещения позволяют сообщать ему как быстрое, так и медленное перемещения. Если имеется поворотный стол, он имеет круговую шкалу и четыре фиксированные позиции через 90 градусов. Задняя стойка станка выполнена в виде формы с вертикальными направляющими, по которым перемещается люнет, поддерживающий борштангу с инструментом.

Коробка скоростей сообщает расточному шпинделю 18 прямых и обратных скоростей по следующей схеме (рис. 13).

Рис. 13. Кинематическая схема горизонтально-расточного станка

Двухскоростной электродвигатель (Д = 118) – клиноременная передача 118-236 – тройной блок 20-28-24, 53-52, тройной блок 30-55-19-35 – постоянная косозубая передача 43-58 – полый шпиндель 2 – расточной шпиндель 1.

Планшайба 3 получает 18 прямых и обратных скоростей по той же схеме, но через постоянную косозубую передачу 22-58 при включенной муфте 5.

Осевое перемещение сообщается шпинделю для всех операций, кроме нарезания резьбы, по схеме: рабочий шпиндель 1, передача 58-43, 35-56, 42-42, тройной блок 23-46 или 34-34 или 28-40, двойной блок 18-50 или 34-34, двойной блок 18-50 или 50-18, постоянная передача 50-42, муфта включения подач 6, постоянная передача 39-45, коническая передача 21-42, червячная 4-29, муфта 9, конический трезель с муфтой 10, передача 33-49, 49-33, 50-69, трёхзаходный винт (t = 8×3 мм).

При нарезании резьбы осевая подача осуществляется по той же схеме, но вместо последней зубчатой пары 50-69 в цепь включается винторезная гитара а/b-c/d.

Схема станка позволяет иметь 24 различные осевые подачи.

Радиальная подача ползушки на планшайбе получается от коробки скоростей подач по схеме: коробка подач – червячная передача 4-29 – кулачковая муфта 9 – передача 57-43 – планетарная передача – постоянная передача 24-116, 116-22 – червячная 1-22 – реечная передача (Z = 16, m = 3 мм).

Перемещение ползушки будет происходить только в том случае, когда планшайба и колесо 116 будут иметь разные числа оборотов, для этого необходимо, чтобы колесо 22, закреплённое в планшайбе, обкатывалось по колесу 116. Разные числа оборотов колесо 116 и планшайба получат, если ведущему валику планетарной передачи сообщить вращение (+) или (–) через описанную цепь радиальной подачи.

Вертикальная подача сообщается шпиндельной бабке по схеме: расточной шпиндель – постоянная передача 58-43, 35-56 – коробка подач – коническая передача 19-27 – зубчатая пара 22-44 – конический трензель с муфтой 11 – коническая передача 36-36 – зубчатая пара 33-29 – коническая 18-48 – двухзаходный винт 4 (t = 8×1 мм).

Продольное перемещение стола связано с расточным шпинделем по той же схеме, но после конического трензеля с помощью кулачковой муфты 13 включается зубчатая пара 33-29, передающая вращение на двухзаходный винт (t = 6×2 мм).

Быстрые установочные перемещения сообщаются шпиндельной бабке и столу с помощью отдельного электродвигателя 22, при этом выключается муфта 6 включения подачи.

Перемещение узлов станка вручную производится с помощью маховиков 14-22.

Муфты 7 и 8 служат для предохранения механизма подачи и быстрых перемещений от перегрузок.

Фрезерные станки

Фрезерные станки предназначены для обработки плоскостей, наружных и внутренних фасонных поверхностей, прорезки прямых и винтовых канавок, фрезерования резьбы и зубчатых колес.

Различают две основные группы фрезерных станков: универсальные и специализированные.

К универсальным относятся горизонтально-фрезерные, вертикальнофрезерные и продольно-фрезерные.

К специализированным относятся шпоночно-фрезерные, шлицефрезерные, карусельно-фрезерные (карусельные).

Горизонтально-фрезерные станки (рис. 14) характеризуются горизонтальным расположением шпинделя. На фундаменте 1 установлена станина 2, внутри которой помещены механизм главного движения с приводом от электродвигателя 3 и коробка скоростей 4. В вертикальных направляющих станины смонтирована консоль 5, которая может перемещаться вертикально по этим направляющим.

На горизонтальных направляющих консоли установлены поперечные салазки 6, поворотная плита 7, а в направляющей плиты – продольный (рабочий) стол 8.

Таким образом, деталь, установленная на столе станка, может перемещаться в трех направлениях.

Рис. 14. Горизонтально-фрезерный станок

Наличие поворотной плиты 7 позволяет поворачивать рабочий стол в горизонтальной плоскости на требуемый угол для фрезерования винтовой канавки.

Привод подач станка размещен внутри консоли 5 и состоит из электродвигателя 9, коробки подачи 10 и других механизмов.

Фрезерные патроны и короткие оправки, на которых крепятся фрезы, вставляют непосредственно в конусное гнездо шпинделя и закрепляют длинным болтом (шомполом), проходящим через отверстие в шпинделе и ввернутым в патрон или оправку.

Длинные оправки (рис. 15) требуют дополнительной опоры, поэтому второй конец оправки крепится в серьге 13, укрепленной на направляющих хобота 12, расположенного в верхней части станины 2.

Рис. 15. Схема установки и закрепления оправки на горизонтально-фрезерном станке

Привод главного движения (рис. 16) осуществляется электродвигателем 69 через коробку скоростей по следующей схеме: вращение от вала I через зубчатые колеса 1-2 передается валу II и далее через одну из трёх пар колес 3-4, 5-6 или 7-8 к валу III. С вала III одна из передач 9-10, 11-12, или 4-13 сообщает движение валу IV, а последний по цепи колес 14-15 или 16-17 – шпинделю V.

Рис. 16. Кинематическая схема универсального горизонтально-фрезерного станка

Изменение скоростей достигается переключением колес 3-5-7, 10-13-12 и 14-16.

Привод механизма подачи расположен внутри консоли. Электродвигатель 63 с помощью передачи 18-19, 20-21 вращает вал VIII, и далее через зубчатые колеса 22-23, 24-25 или 26-27 вращение передается валу IX. С вала IX через зубчатые колеса 27-28, 29-30 или 31-32 вращение передается валу X. Далее движение на вал может быть передано через пару колес 33-34 (колесо 33 смещается вправо для сцепления с муфтой М) или через перебор из колес 35-36, 37-33, 33-34. Широкое колесо 34 свободно насажено на вал и передает ему вращение при включенной муфте 64. При включении дисковой фрикционной муфты М вал XI может получать быстрое вращение, необходимое для осуществления ускоренных ходов.

Цепь быстрого вращения состоит из группы передач 18-19, 19-52 и 52-53. Муфты 67 и 64 сблокированы и имеют один орган управления, при включении первой муфты вторая выключается и наоборот.

Подача стола осуществляется с помощью винтовых механизмов по цепи – продольной парой 54-55, поперечной 56-57 и вертикальной 58-59. Гайка 65 закреплена в верхних салазках, 57 – в консоли, а 59 – в тумбе 66.

Цепь продольной подачи соединяет вал XI с ходовым винтом 54 и состоит из передач 38-39, 40-42, 43-44, 45-46 (на схеме винт 54 повернут на 90 градусов относительно оси колес 44 и 45).

Цепь поперечной подачи состоит из колес 38-39, 40-42-47.

Цепь вертикальной подачи включает в себя зубчатые колёса 38-39, 40-41, 48-49 и 50-51. Для включения и выключения подач служат муфты 62, 65 и 70.

Вертикально-фрезерный станок (рис. 17) отличается от горизонтально-фрезерного станка вертикальным расположением шпинделя, поэтому конструкция станины и шпинделя изменена, а в кинематическую схему привода главного движения добавлена пара конических колес, передающая вращение на шпиндель.

Рис. 17. Вертикально-фрезерный станок

Устройство вертикально-фрезерного станка и кинематическая структура аналогична таковым горизонтально-фрезерных, за исключением отсутствия поворотной плиты стола.

Продольно-фрезерные станки предназначены для обработки плоскостей крупногабаритных деталей. Имеют следующую конструкцию (рис. 18).

На станине 1 смонтированы две вертикальные стойки 2 и 3. На вертикальных направляющих стоек расположены фрезерные головки 4 и 5 с горизонтальной осью шпинделей и траверса 6 (поперечина). На направляющих траверсы установлены две фрезерные головки 7 и 8 с вертикальной осью шпинделей. Заготовку устанавливают на стол 9, который смонтирован на направляющих станины 1.

Главным движением на станке является вращение шпинделей.

Рис. 18. Продольно-фрезерный станок

Каждая фрезерная головка имеет самостоятельный привод – электродвигатель и коробку скоростей. Шпиндели допускают смещение их вдоль оси и могут быть установлены под углом.

Продольную подачу имеет стол 9, поперечную – головки 4 и 5. Привод движения подач для всех головок один.

Траверсу 6 устанавливают на требуемую высоту и зажимают. Во время работы она неподвижна.

Делительные головки

Фрезерование различных канавок, впадин и т.д., которые должны быть расположены по окружности равномерно или реже неравномерно, параллельно оси детали или под углом, например: фрезерование канавок сверл, разверток, фрез, шлицевых валиков и зубчатых колес, производятся с помощью делительных головок.

Различают следующие виды головок: для непосредственного деления, делительные головки универсальные лимбовые или безлимбовые и оптические головки деления.

Головки для непосредственного деления (рис. 19) используют для деления окружности на небольшое число частей.

Рис. 19. Головка для непосредственного деления

Головки этого типа имеют диск с определенным количеством фиксирующих канавок или отверстий, закрепленный на шпинделе головки. Диски могут быть сменными. Повороты шпинделя вместе с делительным диском производят вручную.

Оптические делительные головки применяются для точного отсчета углов при изготовлении различных деталей, а также для нанесения круговых шкал непосредственным делением (рис. 20). Для этого однозаходный червяк 9 поворотом эксцентриковой втулки 8 выводят из зацепления с червячным колесом 7, имеющим 40 зубьев, после этого шпиндель 6 поворачивают вручную, а угол поворота отсчитывают по шкале диска 5, на котором нанесены градусные деления.

Для точного отсчета червяк вводят в зацепление с червячным колесом. Поворот шпинделя производят с помощью маховичков предварительной 10 и точной 11 установки его, а отсчет угла поворота шпинделя – при помощи оптической системы, обеспечивающей точность отсчета до 20 угловых секунд.

Оптическая система имеет лампочку освещения 2, отражающую пластину 3, на которой нанесена шкала с 60 делениями для отсчета угловых минут, стеклянный диск 4 имеющий 360 делений для отсчета градусов и микроскоп 1.

Шпиндель головки поворачивается наклонно или вертикально с точностью до шести угловых минут и закрепляется рукояткой 12.

Рис. 20. Оптическая делительная головка

Универсальные делительные головки (рис. 21), в зависимости от сложности деления, допускают следующие способы настройки:

для непосредственного деления,

для простого деления,

для дифференциального деления,

для нарезания винтовых канавок.

Рис. 21. Универсальная делительная головка: 1 – делительный диск (лимб); 2 – корпус; 3 – шпиндель; 4 – задняя бабка; 5 – рукоятка

Непосредственное деление производится так же, как у оптических головок или при помощи закрепленного на шпинделе диска с фиксирующими отверстиями или со шкалой деления в градусах.

Настройка для простого деления производится по схеме. Червяк z₄ (рис. 22) вводится в зацепление с колесом К. Чтобы повернуть шпиндель на 1/z часть окружности, надо сообщить червяку число оборотов n' по формуле n' = N/z, где N = 40 (характеристика головки).

Рис. 22. Кинематические схемы делительных головок

Пример: для нарезания зубчатого колеса .

Значит, необходимо повернуть ручку деления диска на два полных оборота и дополнительно довернуть еще на 10 отверстий на диске с 15 отверстиями. У делительных головок имеются диски с числами отверстий на одной стороне 16, 17, 19, 21, 23, 29, 30 и 31, а на другой стороне – 33, 37, 39, 41, 43, 49 и 54, поэтому необходимо выбрать диск с отверстиями, кратными 15. В нашем примере это 30. Умножив делитель и знаменатель дроби на 2, получаем число оборотов рукоятки. Значит, после нарезки каждой впадины рукоятку необходимо повернуть на два оборота и 20 делений на диске с 30 отверстиями.

Дифференциальное деление применяется в тех случаях, когда подобрать диск с необходимым количеством отверстий способом простого деления не удается.

Настройка универсальных делительных головок для фрезерования винтовых канавок производится

методом простого деления головки на число заходов нарезаемой винтовой канавки,

настройкой винтовой гитары на шаг винтовой линии канавки,

поворотом рабочего стола на угол наклона винтовой линии канавки для совмещения средней плоскости дисковой фрезы с направлением винтовой канавки.

Винтовое движение заготовки состоит из двух простых движений – вращения заготовки вокруг своей оси и перемещения её вдоль этой оси. При этом перемещение получается при настройке кинематической цепи, связывающей ходовой винт продольного перемещения стола станка со шпинделем делительной головки по схеме: ходовой винт tx – винторезная гитара y = a/b × c/d, постоянные конические колеса и цилиндрические зубчатые передачи с i = 1, делительный диск 1, рукоятка 2, червячная передача z₄/к = 1/N – шпиндель.

Из уравнения кинематического баланса получаем формулу настройки винторезной гитары

y = Ntx/tp,

где tр – шаг винтовой линии нарезаемой канавки, tх – шаг продольного ходового винта станка, N – характеристика (передаточное число) головки = 40.

Пример: шаг tх = 12 мм, tр = 800 мм.

Если винтовая линия задается углом наклона β и диаметром цилиндра, к которому относится этот угол, то шаг винтовой линии подсчитывается по формуле

Для нарезания канавки дисковой фрезой стол станка следует повернуть, как указывалось выше, на угол β, определяемый соотношением

Зубообрабатывающие станки

Классифицировать зубообрабатывающие станки можно по следующим признакам:

по виду обработки инструмента: фрезерные, долбежные, зубострогальные, зубопротяжные, зубошевинговальные (шевинговальные), зубошлифовальные, зубопритирочные, зубохонинговальные и зубозакругляющие;

по назначению: для нарезания цилиндрических колес с прямыми или винтовыми зубьями, червячных колес, шевронных колес, зубчатых реек, конических прямозубых колес и конических колес с криволинейными зубьями (кривозубых);

по степени шероховатости обработанной поверхности: для предварительного нарезания зубьев, для чистовой обработки зубьев, для доводки рабочих поверхностей зубьев.

Зубчатые колеса нарезают в основном двумя методами: методом копирования и методом обката или огибания.

Метод копирования в крупносерийном и массовом производстве применяют для предварительной обработки зубьев (рис. 23).

Для этой цели используют специальные станки, работающие по автоматическому циклу с простой кинематикой, требующей три движения формообразования:

главное движение – вращение фрезы,

движение подачи – относительное перемещение заготовки относительно инструмента,

движение деления – периодический поворот заготовки на один зуб после обработки очередной впадины.

Рис. 23. Схема обработки зубьев по методу копирования: а – модульной фрезой; б – пальцевой фрезой

Точность нарезания методом копирования невысока, т.к. кроме погрешности, связанной с неточностью работы делительного механизма, неизбежны погрешности, обусловленные неточностью инструмента (большой и малый комплект фрез). Поэтому предварительно нарезают впадины с припуском для дальнейшей обработки на станках, работающих методом обкатки, с целью получения по кинематическим показателям более точных колес и повышения производительности при нарезании зубьев

Рис. 24. Схема нарезания зубьев червячной фрезой

При методе огибания (обката) заготовка и зуборезный инструмент воспроизводят движения пары сопряженных элементов зубчатой или червячной передачи (рис. 24). Для этого инструменту придается форма зубчатого колеса, зубчатой рейки или червяка, т.е. детали, которая могла бы работать в зацеплении с нарезанным колесом. Либо инструмент выполняется таким образом, чтобы его режущие кромки описывали в пространстве поверхность профиля зубьев некоторого воображаемого зубчатого колеса или воображаемой зубчатой рейки, называемых производящим колесом или производящей рейкой.

Зубодолбежные станки

Зубодолбежные станки предназначены для нарезания цилиндрических зубчатых колес с прямыми и винтовыми зубьями внешнего и внутреннего зацепления.

Для их нарезания применяют зуборезные гребенки и зуборезные долбяки.

Зуборезными гребенками можно нарезать зубчатые колеса только с внешним зацеплением (рис. 25).

Рис. 25. Схема нарезания зубьев колеса зуборезной гребенкой

Наиболее распространенным является способ нарезания зуборезным долбяком (рис. 26).

Рис. 26. Схема нарезания зубьев колеса зуборезным долбяком

Для нарезания зубьев зубчатого колеса долбяку необходимо сообщить прямолинейное возвратно-поступательное движение вдоль оси заготовки, долбяку и заготовке необходимо сообщить движение обката, аналогичное вращению двух зубчатых колес, находящихся в зацеплении, а движение подачи резания на глубину впадины зуба должно осуществляться постепенно до полной глубины резания. Исходя из этого принципа была спроектирована структурная кинематическая схема зубодолбежного станка (рис. 27).

Рис. 27. Структурная кинематическая схема зубодолбежного станка

Внешняя кинематическая цепь станка включает в себя электродвигатель М₁ – гитару скорости iv – 2 и обеспечивает связь между источником движения и ползуном, включая орган настройки iv и кривошипный механизм.

Кинематическая цепь подачи (В₃, В₄), с органом настройки is, является более сложной группой формообразования, создающей медленное обкаточное движение для образования профиля зубьев при обкате долбяка относительно заготовки.

Внутренняя связь группы деления на число нарезаемых зубьев обеспечивается одной кинематической цепью 4-5-6 с органом настройки iобк. (гитара деления или обката), а внешняя цепь 1-2-5 между источником движения М₁ и органом настройки на подачу is.

Настройка гитары деления должна соответствовать следующим условиям: 1 оборот заготовки = zзаготовки/zдолбяка = а · с/b · d.

Радиальное врезание обеспечивается внутренней связью между поступательной парой каретки стола и направляющей станины, а внешняя связь осуществляется через кинематическую цепь 1-2-7 от двигателя через кулачок каретки стола станка с органом настройки iвр. (гитара врезания). Полное врезание на глубину впадины зуба происходит за два полных оборота нарезаемого колеса, плюс два зуба для окончательной зачистки.

Согласно структурной кинематической схеме зубодолбежного станка была создана его конструкция (рис. 28).

Рис. 28. Зубодолбежный станок

Станок состоит из станины 1, на которой и внутри которой размещены основные узлы станка: стол 2, стойка 3, панель гидравлики 4 и гидроаппаратура.

По горизонтальным направляющим станины перемещается стол, на котором устанавливается заготовка. Перемещение стола осуществляет гидроцилиндр, закрепленный в стойке. На левой части станины крепится стойка и цилиндр механизма радиального врезания. Станок работает по автоматическому циклу, включая подвод и отвод заготовки к инструменту.

Кинематическая схема зубодолбежного станка

Главное движение резания – это поступательно-возвратное перемещение долбяка в вертикальной плоскости.

Движение обката (делительное) движение – согласованное вращение долбяка и стола с заготовкой.

Движение врезания – радиальная подача стола.

Вспомогательные движения – это ускоренное вращение заготовки для проверки её на радиальное биение и работа счетного механизма, управляющего автоматическим циклом работы.

Рис. 29. Кинематическая схема зубодолбежного станка мод. 5140

Главное движение долбяка осуществляется от электродвигателя 59 через клиноременную передачу 52-56, коробку скоростей, клиноременную передачу 57-58 на центральный вал I привода штосселя. На конце этого вала имеется ползушка, несущая камень кулисы, которая с винтом 51 устанавливается в определенном положении, вследствие чего регулируется ход и место хода штосселя. Коробка скоростей имеет две фрикционные муфты M₁ и М₂, и два блока 4-6 и 9-11-13 для получения необходимой скорости резания при черновой и чистовой обработке.

При чистовой обработке движение идет от шкива 56 через зубчатые колеса и т.д. до шкива 57.

При черновой обработке движение от шкива 56 передается через блок 4-6, муфту М₂ и зубчатые колеса 2-3 и т.д. на шкив 57.

Круговая подача (обеспечивающая величину срезаемого слоя за один двойной ход долбяка) идет от вала II коробки скоростей через червячную пару 18-19 и шестерни 20-21, 22-23 и 24 на вал III. Далее через коробку круговых подач, которая имеет три двойных блока и через шестерни 35-36 и 39-40 к червячной паре 41-42.

Цепь обката связывает вращение заготовки и инструмента. Эта связь осуществляется через пары колес 48-47, 46-45, пару конических колес 44-43, конический трензель 38-37, гитару деления, шестерни 35-36-39 и 40 на червячную пару 41-42.

Ускоренное вращение заготовки включается при проверке её на биение. Оно передается от электродвигателя (шкивы 52-63, 54 и 55), через муфту М₃ и пару цилиндрических колес 45 и 46 на червячную пару 47-48.

Радиальное врезание на глубину впадины зуба осуществляется клиновым копиром IV, который перемещается с помощью гидропривода.

Для отключения станка после нарезания всех впадин зубьев, служит автоматический счетчик поворота стола станка, который начинает отсчет после полного врезания и отключается через один оборот стола станка.

Настройка станка

При настройке главного движения величину хода штосселя определяют с учетом длины зуба и величины пробега долбяка.

h = (1,15 – 1,2)b мм, где h – длина зуба, b – величина хода.

Число двойных ходов:

где V – скорость резания средняя (после расчета устанавливают ближайшую по паспорту станка).

Гитара деления с учетом совместного вращения долбяка и заготовки рассчитывается по формуле

1/zД оборота долбяка × i = 1/z оборота заготовки,

где i – характеристика станка = 2, zД – число зубьев долбяка, z – число зубьев заготовки.

Расчет гитары круговых подач связан со скоростью вращения (обката) долбяка, определяемой величиной круговой подачи за один двойной ход и устанавливается после расчета по формуле

iкп = CS × S,

где S – длина дуги за один двойной ход = πd, d – диаметр долбяка, .

Величина радиальной подачи осуществляется гидроприводом с дроссельным регулированием на выходе. Шкала дросселя регулируется по минутной подаче, поэтому производят расчет подачи на один двойной ход инструмента по формуле

где nд⋅х – число двойных ходов в минуту, S – радиальная подача в мм, SM – минутная подача радиального врезания.

Зубофрезерные станки

В парке зубообрабатывающего оборудования зубофрезерные станки являются наиболее распространенным типом станков. Это объясняется главным образом тем, что они обладают сравнительно высокой производительностью, достаточно высокой точностью и универсальностью.

В работе этих станков используется метод обкатки.

Зубофрезерные станки предназначены для нарезания цилиндрических зубчатых колес с прямыми и косыми (винтовыми) зубьями наружного зацепления, червячных колес и шлицевых валиков, а также других профилей, получаемых методом обкатки (рис. 30).

Рис. 30. Детали, обработанные на зубофрезерных станках

Зубофрезерные станки, работающие по методу обката, различные по своей конструкции и размерам, имеют единую принципиальную кинематическую структуру.

Станок содержит три сложные группы формообразования. Структура каждой кинематической группы состоит из внутренней связи в виде внутренней кинематической цепи и внешней связи, через которую движение от двигателя передается во внутреннюю связь. Внутренняя цепь 1-2-3-4 группы движения резания (B₁ и В₂), называется цепью обката или профилирования, а также цепью деления, связывает шпиндель фрезы со шпинделем заготовки (столом) и через гитару iобк. обеспечивает условие кинематического согласования вращений фрезы и заготовки следующего вида:

1 оборот фрезы соответствует k/z оборота заготовки,

где k – число фрезы (количество заходов витков), z – число зубьев нарезаемого колеса.

Скорость движения (B₁ и В₂) настраивается посредством органа настройки iv, который расположен во внешней связи группы. Через орган настройки iv обеспечивается условие согласования вращений ротора двигателя М и шпинделя фрезы:

один об/мин электродвигателя М соответствует nф об/мин фрезы.

Рис. 31. Кинематическая структура универсального зубофрезерного станка

Внутренняя цепь 5-6-7-8-9-3-4 группы движения подачи (П₃В₄), называемая дифференциальной цепью, соединяет через дифференциал гайку вертикального ходового винта, жестко связанную, либо со столом, либо с суппортом фрезы, со шпинделем заготовки и через гитару iдиф обеспечивает условие кинематического согласования относительного перемещения фрезы вдоль оси заготовки с её вращением следующего вида:

1 оборот заготовки соответствует Т мм относительного перемещения фрезы вдоль оси заготовки,

где Т – шаг винтовой линии зуба.

Скорость движения (П₃В₄) настраивается посредством гитары подач is, которая располагается в цепи подач 4-3-10-7-6-5, соединяющей гайку вертикального ходового винта (стол или суппорт фрезы) со шпинделем заготовки, но не проходящей через дифференциал. Условие согласования перемещений конечных звеньев цепи подач имеет вид:

1 оборот заготовки соответствует SВ мм относительного перемещения фрезы вдоль оси заготовки,

где SB – подача на 1 оборот.

Внутренняя цепь группы тангенциального врезания (П₅В₆) связывает гайку осевого (тангенциального) винта со шпинделем заготовки; её используют при нарезании на станке червячного колеса методом тангенциального врезания. В этом случае рассматриваемая цепь 11-12-13-9-3-4 вместе с органом настройки iтанг должна обеспечить условие кинематического согласования перемещения своих конечных звеньев следующего вида:

L мм тангенциального перемещения фрезы соответствует об. заготовки,

где L – произвольное тангенциальное перемещение фрезы, m – модуль зуба, z – число зубьев нарезаемого колеса.

Скорость движения (П₅В₆) настраивается посредством гитары осевой подачи, расположенной в цепи осевых подач.

Группа (П₅В₆) имеет в качестве источника движения двигатель М и цепь осевых подач 4-3-10-7-12-11, соединяющую шпиндель заготовки с гайкой ходового винта. Условие согласования перемещений конечных звеньев такой цепи будет следующим:

1 об. заготовки соответствует So мм осевого перемещения фрезы.

В этом случае осевая подача So становится зависимой от скорости вращения заготовки.

При нарезании червячных колес методом радиального врезания помимо группы движения (B₁B₂) используется кинематическая группа движения Вр(П₇), у которой внутренняя связь осуществлена относительным радиальным перемещением заготовки или фрезы. Внешняя связь осуществляется через цепь 4-3-10-14 радиальной подачи.

Согласно структурной кинематической схеме была создана конструкция зубофрезерного станка (рис. 32).

На направляющих стойки 1 станины смонтирован фрезерный суппорт 2, несущий шпиндель червячной фрезы. На горизонтальных направляющих станины расположены салазки со столом 3. Оправка 4 служит для установки и закрепления заготовок. Верхний конец ее при необходимости вводится в люнет 5. Стойка 6, на которой крепится люнет с помощью верхней балки 7, связана со стойкой 1, образуя вместе со станиной жесткую систему. Справа от станины размещены основные механизмы привода и гитары настройки подачи 8, деления 9, дифференциала 10.

Кинематическая схема станка состоит из следующих цепей: главного движения, делительной, вертикальной подачи фрезерного суппорта, горизонтальной подачи стола и дифференциальной (рис. 33).

Главное движение – вращение шпинделя IX червячной фрезы осуществляется от электродвигателя 58, через ременную передачу со шкивами 56-57, зубчатые колеса 1-2, 18-19, сменные колеса А-Б гитары скоростей, конические передачи 20-21, 22-23, 24-40 и цилиндрическую пару косозубых колес 41-42. Ось шпинделя расположена горизонтально и может поворачиваться под углом к горизонтальной плоскости на угол, равный углу подъёма винтовой линии витков червячной фрезы. Коническое колесо 22 скользит по шлицам вала VI, чем обеспечивает передачу вращения шпинделю при вертикальном перемещении суппорта.

Рис. 32. Зубофрезерный станок

При нарезании прямозубых колес стол получает вращение от электродвигателя 58 по цепи передач 56-57, 1-2, 18-19, А-Б, 3-4 и сообщает вращение коническому дифференциалу, состоящему из колес 5, 6, и 7. Водило дифференциала свободно насажено на вал X, но при помощи кулачковой муфты М₂, сидящей на этом вале на скользящей шпонке, может образовать с ним единую жесткую систему. В этом случае передаточное отношение дифференциала tj-х = 1.

Вращение вала X через зубчатые колеса е-f и сменные колеса а-b, с-d гитары деления передается валу XII, далее через червячную пару 43-44 вращение сообщается столу 61. При включенном дифференциале муфта М₂ выводится из зацепления.

При включении муфты М₂ вправо водило освобождается, и поэтому вал X получает вращение через дифференциал от звена I к звену X с передаточным отношением II-X = 1. При таком положении муфты М₂ движение столу 61 передается по двум параллельным цепям. Цепь основного вращения состоит из вала I, дифференциала, вала X, передач е-f, а-b, с-d и 43-44. Вторая цепь, сообщает столу дополнительное вращение, начинается с вала XII и включает в себя передачи 10-11, сменные колеса a₁-b₁, с₁-d₁ гитары подач, муфту М₁, сменные колеса a₂-b₂, c₂-d₂ гитары дифференциала, червячную пару 9-8, передачу дифференциала от звена XVI к звену X, е-f, а-b, с-d, 43-44.

Рис. 33. Кинематическая схема зубофрезерного станка мод. 5Е32

От винта 31 осуществляется вертикальная подача фрезерного суппорта. Во время рабочей подачи он осуществляет вращение от вала XII через червячную пару 10-11, сменные колеса a₁-b₁, с₁-d₁ гитары подач, муфту M₁ и зубчатые передачи 12-23, 14-15, 25-26, 27-28, 29-30. При ускоренном перемещении суппорта вращение винту сообщает электродвигатель 59 через винтовую пару 16-17 и далее по предыдущей цепи (муфта Mi включена).

От винтовой пары с неподвижным винтом 45 осуществляется горизонтальная подача стойки 64. Гайка, смонтированная в ступице конического колеса 39, получает вращение от вала XX через червячную пару 32-33 и конические зубчатые колеса 33-39.

Для быстрого установочного перемещения фрезерного суппорта в станке имеется специальная кинематическая цепь, которая передает движение от электродвигателя 65 через цепную передачу 66-67 и червячную пару 68-69 на винт 70.

Настройка зубофрезерных станков

Кинематическая связь между отдельными звеньями станка устанавливают с помощью настраиваемых кинематических цепей, имеющих органы настройки в виде гитар: скоростей, деления, подачи и дифференциала.

Основная задача кинематического расчета гитар – определение передаточных отношений и чисел зубьев сменных колес.

Исходными данными для расчета чисел зубьев сменных колес гитар являются модуль зубьев нарезаемого колеса т, число зубьев z, материал заготовки и данные червячной модульной фрезы для определения режимов резания: её диаметр dф, число заходов режущих зубьев k и материал режущей части.

Для нарезания зубьев прямозубых колес требуется три движения: вращение фрезы, вращение заготовки и движение подачи. Расчет сводится к определению параметров трех гитар: скоростей, деления и подачи. Нарезание прямозубых колес производится при отключении гитары дифференциала включением муфты М₂ влево.

При расчете гитары скоростей по нормативам режимов резания определяется допустимая скорость резания, а по диаметру фрезы – число оборотов nф ее шпинделя.

Отсюда передаточное отношение сменных колес гитары скоростей

где Cv – постоянная скоростной цепи станка, nф – число оборотов фрезы.

Расчет гитары деления производят при условии, что за один оборот стола станка однозаходная фреза должна совершить столько оборотов, сколько зубьев нарезается на колесе. Тогда уравнение можно записать так:

1 оборот фрезы ⋅ iдел ⋅ е/f = k/z оборота стола.

В зависимости от числа нарезаемых зубьев отношение е/f устанавливают:

при z меньше 161 е/f = 1, при z больше 161 е/f = 1/2.

С учетом того, что k – число заходов фрезы = 1, и принимая отношение е/f = 1, получим:

Расчет настройки гитары подачи, т.е. величин перемещения червячной фрезы вдоль оси заготовки за один оборот стола можно записать так:

1 оборот стола · iпод = S мм/об.

Отсюда

где Сs – постоянная цепи подач.

Для настройки станка при нарезании косозубых колес необходимы те же движения, что и для прямозубых колес. Но для получения наклона зуба необходим дополнительный доворот стола станка на расчетную величину.

Для этого служит специальная кинематическая цепь, имеющая гитару настройки и дифференциал, который, суммируя и основное и дополнительное вращение, передает его столу станка.

Дифференциальная цепь станка настраивается с учетом угла наклона зубьев и примет следующий вид:

где Сдиф – постоянная цепи дифференциала, β – угол наклона зубьев, m – модуль фрезы, k – число заходов фрезы.

При нарезании косозубых колес направление витков фрезы должно совпадать с направлением впадин нарезаемого колеса. Для этого необходимо повернуть суппорт в вертикальной плоскости на расчетный угол. Направление поворота определяется направлением витков червячной фрезы (правое или левое).

Настройка станка для нарезания зубьев червячных колес осуществляется двумя методами: радиальной (а) и тангенциальной (б) подачей (рис. 34).

Рис. 34. Обработка червячного колеса методом радиальной (а) и тангенциальной (б) подачи инструмента

В первом случае в процессе обработки фрезе сообщается радиальная подача на заданную глубину резания А.

Для осуществления данного метода нарезания необходим три движения: вращение червячной фрезы, вращение заготовки и радиальная подача заготовки или фрезы.

При нарезании червячного колеса методом радиальной подачи размер и профиль фрезы должны точно соответствовать размерам червяка, с которым в паре будет работать нарезаемое колесо.

Гитара деления рассчитывается и настраивается так же, как и для прямозубых колес.

Настройка радиальной подачи Sp рассчитывается как величина перемещения фрезы за один оборот стола станка и принимает следующий вид:

где Ср – постоянная цепи радиальной подачи, Sp – величина врезания за один оборот стола станка.

При нарезании червячного колеса методом тангенциальной подачи применяется специальная фреза с конусной заборной частью как у метчика. Цилиндрическая часть фрезы должна соответствовать размерам и профилю червяка, в зацеплении с которым будет работать нарезаемое колесо. Перед нарезанием зубьев фрезу устанавливают относительно заготовки по заданному расчетному межосевому расстоянию А.

Вместе с движением обката фрезе сообщается подача вдоль её оси, поэтому такой метод называется методом осевой подачи. Конусная заборная часть фрезы служит для равномерного врезания на заданную глубину впадины нарезаемого зуба.

Для нарезания зубьев червячных колес по данному методу необходимы четыре согласованных движения: вращение фрезы, вращение заготовки, осевая подача фрезы и дополнительное вращение заготовки, вызываемое осевым перемещением фрезы.

Для осевого перемещения фрезы на станок устанавливают специальный протяжной суппорт.

Расчет настройки станка сводится к определению передаточного отношения и чисел зубьев сменных колес на гитарах: скорости, деления, подачи и дифференциала.

Гитары скорости и деления настраиваются так же, как и для цилиндрических зубчатых колес.

Расчет гитары тангенциальной подачи производится из условия. Если So – осевая подача фрезы за один оборот заготовки, то

где Со – постоянная цепи тангенциальной подачи.

Настройка гитары дифференциала на дополнительное вращение заготовки, вызываемое осевым перемещением фрезы, которая подобно рейке вращает нарезаемое колесо, рассчитывается из следующего условия. Если переместить фрезу на величину шага зацепления ts, то винт 55 (см. схему) с шагом tвинт должен повернуться на ts/1 об, а заготовка на 1/z оборота. При этих условиях уравнение кинематического баланса будет:

ts/tвинт ⋅ Co = 1/z оборота стола, или с учетом ts = mπ/cosβ получим

где m – нормальный модуль, β – угол наклона винтовой линии, Со – постоянная цепи тангенциальной подачи, k – число заходов фрезы.

Станки для нарезания конических зубчатых колес методом обката

Метод обката основан на воспроизведении в пространстве боковых поверхностей зубьев мнимого (воображаемого) плоского колеса с помощью режущих кромок фрез или резцов (рис. 35). Контуры прямолинейных режущих кромок представляют собой как бы два зуба воображаемого плоского колеса, с которым находится в зацеплении коническое зубчатое колесо.

Рис. 35. Резцы с прямолинейными режущими кромками, образующие впадину воображаемого плоского колеса: 1 – коническое зубчатое колесо; 2 – мнимое (воображаемое) плоское колесо; 3 – резцы

При вращательном движении режущих кромок обычно нарезаются прямозубые конические колеса с зубьями малой длины, двумя дисковыми фрезами по методу обката (рис. 36). Дисковые фрезы, вращаясь вокруг собственной оси для осуществления процесса резания (n₁ и n₂), перемещаются в плоскостях боковых сторон зубьев воображаемого плоского колеса для формирования зубьев по длине и одновременно участвуют в движении обката для образования профиля нарезаемых зубьев (V₁ и V₂).

Рис. 36. Нарезание прямозубого конического колеса дисковыми фрезами

Поступательное движение резания (рис. 37) используется в зубострогальных станках, в которых вследствие возвратно-поступательного движения резцов обеспечивается получение боковых поверхностей зубьев конического колеса.

Рис. 37 Схема работы зубострогального станка для нарезания конических колес

При нарезании зубьев на таких станках заготовка 1 получает вращение n₁.

Вращение n₂ получает также инструментальная бабка 2 с резцами, которые представляют собой в кинематическом отношении воображаемое плоское колесо.

На торце инструментальной бабки 2 расположены направляющие, по которым перемещаются (V) возвратно-поступательно каретка 3 с резцами 4.

Процесс резания происходит при движении резцов к вершине конуса заготовки колеса (обратный ход резцов является нерабочим), резцы в это время отведены от заготовки, чтобы не задевать обработанные поверхности зубьев.

В начале процесса зубонарезания во вращающуюся заготовку начинает врезаться резец, обрабатывающий одну из боковых сторон поверхности зуба (рис. 37, поз. 1, 2). Затем в работу вступает второй резец, обрабатывающий противоположную, боковую поверхность зуба (поз. 3, 4). Этим заканчивается процесс нарезания первого зуба.

При дальнейшем вращении инструментальной бабки резцы выходят из зацепления с заготовкой, так как оба резца образуют лишь одну впадину воображаемого плоского колеса. Поэтому заготовке и резцовой головке после окончания профилирования зуба сообщается обратное вращение, в конце которого происходит поворот заготовки на следующий зуб (поз. 5, 6). Дальше процесс повторяется в той же последовательности до нарезания всех зубьев.

Конические колеса с круговыми зубьями нарезаются на станках, работающих резцовыми головками по методу обката.

В процессе нарезания режущие зубья резцовой головки воспроизводят поверхность зуба воображаемого производящего колеса.

В таких станках различают следующие движения:

движение резания – независимое вращение резцовой головки 1 (n₁),

движение обката, состоящее из вращения ω₁, люльки 3 с воображаемым производящим колесом и вращения ro нарезаемой заготовки 2, согласованного с вращением люльки посредством гитары обката,

отвод заготовки от резцовой головки по окончанию нарезания очередного зуба,

движение деления, сообщаемое заготовке во время возвращения люльки в исходное положение после нарезания очередного зуба.

Рис. 38. Нарезание конического колеса с криволинейным зубьями

Агрегатные станки

Агрегатными называются специальные станки, состоящие из нормализированных деталей и узлов. Агрегатные станки предназначены для обработки сложных и ответственных деталей в условиях крупносерийного и массового производства, и по сравнению с универсальными станками, позволяют осуществлять многоинструментальную и многопозиционную обработку деталей одновременно с нескольких сторон при автоматическом управлении.

Агрегатные