Введение

Металлорежущие станки являются основным технологическим оборудованием машиностроительного и ремонтного производства. Наибольшее распространение на ремонтных предприятиях железнодорожного транспорта получили станки токарной группы. Наряду с ними используются сверлильные, строгальные и фрезерные станки.

В основе многообразия металлорежущих станков при всем различии их внешних форм, назначения и технических характеристик лежат простые кинематические элементы, которые в различном сочетании образуют определенные кинематические цепи. Во многих случаях разные станки имеют одинаковые частные кинематические цепи и общие (типовые) механизмы.

Работу каждого механизма станка изучают по его кинематической схеме. Любой металлорежущий станок настраивают на выполнение определенной работы путем решения уравнений кинематический цепей. Для графического изображения кинематических цепей и их элементов приняты стандартные обозначения.

Методические указания состоят из пяти лабораторных работ. В первой лабораторной работе приведены описания типовых передач, используемых в металлорежущих станках, и их условные обозначения в кинематических схемах, анализ схем простейших механизмов; во второй – конструкция и кинематика токарно-винторезного станка, принципы построения структурных схем привода главного движения и движения подачи, правила составления уравнения кинематических цепей механизмов станка; в третьей – конструкция и кинематика вертикально-сверлильного станка, методика расчета режима резания при сверлении; в четвертой – конструкция, кинематика и настройка поперечно-строгального станка, принцип работы кулисного и храпового механизмов; в пятой работе – описание наиболее распространенного делительного приспособления для фрезерных станков – лимбовой делительной головки, методы деления заготовок на равные и неравные части, индивидуальное задание по настройке делительной головки на дифференциальное деление и фрезерование винтовых поверхностей.

Лабораторная работа 1

типовые механизмы металлорежущих станков

Цель работы: ознакомиться с конструкцией типовых механизмов металлорежущих станков и условными обозначениями основных элементов передач в кинематических схемах, рекомендуемыми ГОСТ 2.770-68; приобрести навыки в определении частоты вращения валов и перемещений узлов станка.

1. Краткие теоретические сведения

Передачей называют механизм, передающий движение от одного элемента к другому (с вала на вал), или преобразующий одно движение в другое.

В металлорежущих станках для передачи вращательного движения применяют ременные, цепные, зубчатые и другие передачи; для сообщения узлам станков поступательного движения – винт-гайку, реечную передачу и другие механизмы. ЕСКД предусматривает условные обозначения элементов в кинематических схемах (ГОСТ 2.770-68), наиболее часто встречающиеся из них приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Условные обозначения элементов в кинематических схемах

Наименование	Обозначение
Вал, валик, ось, стержень, шатун и т.п.
Неподвижное звено (стойка). Для указания неподвижности любого звена часть его контура покрывают штриховкой.
Неподвижное соединение детали с валом, стержнем
Подшипники на валу (без уточнения типа): радиальные упорные
Муфта общее обозначение без уточнения типа сцепляемая (управляемая) упругая фрикционная конусная кулачковая (зубчатая) односторонняя кулачковая (зубчатая) двухсторонняя
Звено рычажных механизмов двухэлементное: ползун кулиса
Храповые зубчатые механизмы: с наружным зацеплением односторонние с наружным зацеплением двусторонние
Шкив ступенчатый, закрепленный на валу
Передача ремнем без уточнения типа ремня
Передачи зубчатые (цилиндрические): внешнее зацепление (общее обозначение без уточнения типа зубьев) внутреннее зацепление
Передачи зубчатые с пересекающимися валами и конические (общее обозначение без уточнения типа зубьев)
Передачи зубчатые со скрещивающимися валами: червячные с цилиндрическим червяком
Передачи зубчатые реечные (общее обозначение без уточнения типа зубьев)
Передачи «винт-гайка» Гайка на винте, передающем движение: неразъемная разъемная
Вал с концевой частью под съемную рукоятку
Электродвигатель

В механизмах станков используются следующие соединения деталей (зубчатых колес, полумуфт и др.) с валом:

неподвижное (рис. 1.1, а) – зубчатое колесо жестко связано с валом;

свободное при вращении (рис. 1.1, б) – зубчатое колесо и вал вращаются независимо друг от друга и не может перемещения вдоль вала;

а	б

Рис. 1.1. Соединение зубчатых колес с валами:

а – неподвижное соединение, б – свободное при вращении

подвижное без вращения – зубчатое колесо вращается вместе с валом (рис. 1.2) и может перемещаться по шлицам или по шпонке вдоль вала. Например, за счет перемещения блока зубчатых колес (тройного блока из шестерен z1, z2, z3), возможны следующие три варианта передачи вращения от вала I к валу II: блок будет смещен влево – в зацеплении будут находиться зубчатые колеса z1 – z4; если блок находится в центральном положении – z2 – z5; если блок смещен вправо тогда шестерня z3 будет вращать шестерню z6;

при помощи вытяжной шпонки (рис. 1.3), которая может соединить с валом I только одну шестерню из трех (z1, z2, z3), остальные две вращаются на валу I свободно. На валу II шестерни закреплены неподвижно.

Рис 1.2. Схема механизма передачи вращения от вала I на вал II с помощью подвижного (вдоль вала I по шпонке) блока трех зубчатых колес	Рис. 1.3. Схема механизма передачи вращения на вал II с помощью блока трех зубчатых колес, соединяемых с валом I вытяжной шпонкой

Изменяя положение шпонки, можно передать три различных частоты вращения на вал II при помощи следующих вариантов зацепления зубчатых колес: z1 – z4, z2 – z5 или z3 – z6.

При составлении кинематических схем необходимо соблюдать следующие правила:

шестерни, которые входят в зацепление при переключении зубчатых передач, должны на схеме касаться друг друга своими диаметрами (рис. 1.2);

на плоской развертке пространственной кинематической схемы зацепление между шестернями, насаженными на валы, расположенными в разных параллельных плоскостях обозначаются пунктирными линиями. Например, в реверсивном механизме (рис. 1.5) вращение вала I на вал III, в действительности не расположенного в плоскости схемы, передается непосредственно через зубчатые колеса z1 – z2 при левом фиксированном положении колеса z1.

В механизмах металлорежущих станков для реверсирования вращения валов (изменения направления вращения) используются реверсивные механизмы различной конструкции. Принцип работы их, чаще всего, основан на изменении количества последовательно зацепленных шестерен в кинематической цепи. Первая и последняя шестерня этого механизма будут вращаться в одну сторону только при нечетном количестве последовательно зацепленных колес, в разные – только при четном (рис. 1.4).

Нечетное Четное
Рис. 1.4. Кинематическая схема реверсивного механизма с паразитной шестерней («трензель»)	Рис. 1.5. Кинематическая схема реверсивного механизма с широкой шестерней на промежуточном валу

Этот принцип реализуется и в реверсивном механизме, схема которого приведена на рис. 1.5: при левом фиксированном положении шестерни z1 на валу I – вращение вала I на вал II передается через две шестерни (чет). При правом фиксированном положении шестерни z1 – вращение вала I на вал II передается через три шестерни (нечет – z1 – z3 – z4).

Линейная скорость точки на делительной окружности шестерен, находящихся в зацеплении V = π D₁n₁ = π D₂n₂ = π mz₁n₁ = π mz₂n₂, так как диаметр делительной окружности зубчатого колеса равен произведению его модуля m на число зубьев z () отсюда

n₂ /n₁ = D₁ /D₂ = z₁ /z_2.

Отношение частоты вращения ведомого вала n₂ к частоте вращения ведущего вала n₁ называется передаточным отношением i, которое определяется по формуле:

для ременной передачи –

;

(1.1)

зубчатой –

;

(1.2)

червячной –

,

(1.3)

где i – передаточное отношение;

D₁, D₂ – диаметр ведущего и ведомого шкива ременной передачи соответственно;

z₁, z₂ – число зубьев ведущего и ведомого колеса соответственно;

k – число заходов червяка;

z_ч.к – число зубьев червячного колеса.

Для преобразования вращательного движения в поступательное, служат реечная и винтовая (винт-гайка) передачи и другие механизмы.

Перемещение рейки или реечного зубчатого колеса при неподвижной рейке за один оборот реечного колеса (ход реечного колеса по рейке) рассчитывается по формуле, мм:

So = π d = π m z,

(1.4)

где m – модуль реечной (зубчатой) передачи, мм,

;

(1.5)

z – число зубьев реечного колеса;

d – диаметр делительной окружности реечного колеса, мм.

Перемещение гайки за один оборот винта (ход винтовой передачи), мм,

,

(1.6)

где t_х.в – шаг ходового винта, мм;

k – число заходов винта.

Приводом станка называют комплекс механизмов, передающих движение от источника (электродвигателя, приводного вала) к рабочим органам станка.

Совокупность всех передач передающих вращение от источника на исполнительный механизм называется кинематической цепью. Общее передаточное отношение кинематической цепи i_об равно произведению передаточных отношений отдельных ее звеньев (передач):

iоб = i1 i2 … in,

(1.7)

где i₁, i₂, …, i_n – передаточные отношения отдельных звеньев (передач), входящих в кинематическую цепь.

Частота вращения шпинделя (полый вал, на котором с помощью приспособления крепится деталь на токарных или инструмент на сверлильно-расточных и фрезерных станках) определяется:

,

(1.8)

где n_шп – частота вращения шпинделя, об/мин;

n_эд – частота вращения вала электродвигателя.