1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Кафедра металлообрабатывающих станков и комплексов

А.Н. ПОЛЯКОВ, В.Н. МИХАЙЛОВ

КИНЕМАТИКА УНИВЕРСАЛЬНЫХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Рекомендовано к изданию Редакционно – издательским советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Оренбург 2004

2

ББК 34.7 я73 П 78 УДК 681.7. 053.2 (075.8) Рецензент кандидат технических наук, доцент Никитина И.П. Поляков А.Н., Михайлов В.Н. П 78 Кинематика универсальных металлорежущих станков: Методическое руководство к лабораторной работе. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. – 18с.

В методических указаниях рассмотрены кинематические цепи токарно-винторезного станка 1К62.

Методические указания рекомендуется использовать при выполнении лабораторных работ по дисциплинам: «металлорежущие станки» для специальностей 120200 и 120100; «оборудование отрасли» для специальности 030500; «механизмы металлообрабатывающего оборудования» 210200; «механизмы и оборудование отрасли» для специальности 060801 для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения.

ББК 34.7 я 73 © Михайлов В.Н., 2004 © ГОУ ОГУ, 2004

3

Лабораторная работа №2 Кинематика универсальных металлорежущих станков

1 Цель лабораторной работы Цели данной лабораторной работы следующие; 1.1 Изучение кинематической структуры универсального токарно- винторезного

станка; 1.2 Приобретение практических навыков анализа кинематических схем и структур

универсальных металлорежущих станков.

2 Порядок выполнения работы 2.1. Изучить по разделу 3 методику формирования уравнения кинематического

баланса и вывода формулы настройки. 2.2. С помощью стенда, управляемого микро-ЭВМ или рисунка 2 раздела 4,

изучить кинематические цепи приводов главного движения, цепи приводов подач, винторезные цепи (для нарезания метрической и дюймовой резьбы) и цепь ускоренного перемещения суппорта универсального токарно-винторезного станка.

2.3. Выполнить выданные преподавателем индивидуальные задания по настройке станка на заданное значение продольной и поперечной подачи, нарезание метрической или дюймовой резьбы, либо выполнить эти задания, работая со стендом, управляемым микро-ЭВМ в режиме контроля знаний.

2.4. Оформить отчёт в соответствии с требованиями раздела 6. 3 Общие положения Результатом работы металлорежущего станка является образование поверхностей

летали с заданными формой, размерами, точностью и шероховатостью. Для этого необходимо обеспечить требуемые условия кинематического согласования перемещений или скоростей исполнительных органов между собой и источником движения. Этот процесс называется кинематической настройкой станка.

В большинстве металлорежущих станков с механическими связями для настройки кинематических цепей применяются органы кинематической настройки в виде гитар сменных зубчатых колес, ременных передач, вариаторов, регулируемых электродвигателей коробок скоростей и подач, характеристикой которых является общее передаточное отношение i органа.

Значение передаточного значения органа настройки определяют по формуле настройки и затем его реализуют в гитарах сменных зубчатых колес подбором и установкой, соответствующих колес в гитаре, а в коробках скоростей и подач - зацеплением зубчатых колес.

Для вывода формулы настройки любого органа необходимо по кинематической схеме станка наметить такую цепь передач, которой располагается данный орган и известны перемещения или скорости конечных звеньев этой цепи, связанные функцио-нальной или требуемой зависимостью. Желательно, чтобы такая цепь передач (она называется цепью согласования), включала в себя только один орган настройки, для которого выводится формула.

Для выбранной цепи согласования составляют условие кинематического согласования перемещений её конечных звеньев, совершающихся в течение определенного промежутка времени, или их

4

скоростей. Эти перемещения могут быть угловыми, линейно-угловыми и линейными.

С учетом условия согласования перемещений или скоростей составляется уравнение кинематического баланса цепи согласования, в котором неизвестным является передаточное отношение i органа настройки. При этом следует учитывать, что при совпадении порядка записи с направлением передачи движения через орган настройки символ i записывается в числитель. Если порядок записи не совпадает с направлением передачи движения, то символ i записывается в знаменатель. Кроме того уравнение кинематического баланса может записываться от любого конца цепи согласования.

Решение уравнения кинематического баланса относительно передаточного отношения i органа настройки представляет собой формулу настройки .

В общем виде формула настройки показывает зависимость передаточного отношения органа настройки от переменных параметров условия кинематического согласования и её постоянной:

),V,C(Fi =

где i – передаточное отношение органа настойки;

С – постоянная цепи согласования, зависящая от передаточных отношений ее промежуточных передач и постоянных параметров условия согласования;

V – переменные параметры цепи согласования. Рассмотрим методику вывода формулы настройки на примере токарно-

винторезного станка для нарезания цилиндрической резьбы с шагом Р (мм), упрощенная кинематическая схема которого приведена на рисунке 1.

Токарно-винторезный станок имеет два органа кинематической настройки: - винторезную гитару сменных зубчатых колёс: Iвинт.=А/В; - гитару сменных зубчатых колёс: IV = А′ /В′. Через первый орган настройки устанавливается функциональное

согласование вращения шпинделя и перемещения продольного перемещения суппорта с резцом, а через второй – согласование скоростей вращения источника движения – электродвигателя М и шпинделя станка.

Для вывода формул настройки Iвинт. и IV, надо составить условие согласования перемещений конечных звеньев цепей:

- шпиндель станка – продольный суппорт; - двигатель – шпиндель станка. Затем сформировать соответствующие им уравнения кинематического баланса и

решить их относительно Iвинт. и IV. 3.1 Вывод формулы настройки винторезной гитары Iвинт. : а) Кинематическая цепь согласования: шпиндель станка – продельный суппорт; б) Условие согласования конечны звеньев цепи:

1 оборот шпинделя ↔Р перемещения продольного суппорта с резцом, где Р - шаг нарезаемой резьбы, мм,

5

↔ - знак соответствия.

Рисунок 1 - Упрощенная кинематическая схема токарно-винторезного станка

в) Уравнение кинематического баланса: - в общем виде:

РPIЕ1 х.в.винтоб.шп. =⋅⋅⋅ ,

где Е – общее передаточное отношение всех постоянных передач цепи согласования за исключением передачи ходовой винт-гайка станка; Рх.в. – шаг ходового винта станка, мм - для кинематической схемы на рисунке 1:

РPBA

zz1 х.в.

4

3об.шп. =⋅⋅⋅ ,

г) Формула настройки: - в общем виде:

6

,РСРЕP I винт

х.в. винт. ⋅=

⋅=

где Свинт. – постоянная цепи согласования. - для кинематической схемы на рисунке 1.

.3х.в.

4

zРzР

ВА

⋅⋅

=

3.2 Вывод формул настройки гитары IV : а) Кинематическая цепь согласования: электродвигатель – шпиндель станка; б) Условие согласования скоростей конечны звеньев цепи:

nдв., мин-1 эл. двигателя ↔ nшп , мин-1

шпинделя в) Уравнение кинематического баланса: - в общем виде:

шп.vдв. nIRn =⋅⋅ , где R – общее передаточное отношение всех постоянных передач цепи согласования. - для кинематической схемы на рисунке 1:

.шп'

'

2

1

2

1дв. n

ВА

zz

DDn =⋅⋅⋅

г) Формула настройки: - в общем виде:

шп.vдв.

шпv nC

RnnI ⋅=⋅

=

- для кинематической схемы на рисунке 1:

11дв

22шп'

'

DZnDZn

BA

⋅⋅⋅⋅

=

Таким образом с помощью формулы настройки можно определить необходимые

для обеспечения условий согласования значения А, В, А′ , В′.

7

4 Кинематика токарно-винторезного станка 1К62 (рисунок 2):

Станок предназначен для выполнения разнообразных токарных работ в том числе для нарезания различных резьб и используется главным образом в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Основные узлы станка: - СТАНИНА, которая служит для соединения между собой всех узлов станка; - ПЕРЕДНЯЯ БАБКА, в которой помещены шпиндель и коробка

скоростей; - СУППОРТ, на котором закрепляется режущий инструмент; - ЗАДЯЯ БАБКА; - КОРОБКА ПОДАЧ, передающая вращение ходовому валу и ходовому винту; ТУМБА. Движения в станке: - Вращение шпинделя (главное движение); - Продольное и поперечные подачи суппорта; - Быстрые перемещение суппорта.

8

Рисунок

2 – Кинематическая схема токарно винторезного

станка

1К62

9

4.1 Кинематическая цепь привода главного движения Эта кинематическая цепь обеспечивает передачу вращения от электродвигателя М1

шпинделю VI c возможностью включения различных частот вращения. Шпиндель станка может иметь правое и левое направление вращения. При правом направлении вращения шпинделя уравнение кинематического баланса привода главного движения запишется так (муфта МФ1 включена влево):

1450⋅

254142 ⋅0.985

3951

⋅

5521

⋅

8822

8822

⋅ =nшп, мин-1

3456

4729

8822

4545

⋅

3838

4545

4545

⋅

⋅5427

4365

При правом направлении вращения шпинделя может быть настроено 23 частоты

вращения в диапазоне nшп = 12,5÷2000 мин-1. При левом направлении вращения шпинделя уравнение кинематического баланса

привода главного движения запишется следующим образом (муфта МФ1 включена вправо):

1450⋅

254142 ⋅0.985

2450

⋅

3836

⋅

5521

⋅

8822

8822

⋅ =nшп, мин-1

4729

8822

4545

⋅

3838

4545

4545

⋅

⋅5427

4365

При левом направлении вращения шпинделя может быть реализовано 12 частот

вращения в диапазоне nшп. = 19 ÷2420 мин-1. 4.2 Кинематическая цепь привода продольной подачи

Для настройки на станке всех видов продольных и поперечных подач

нужно смещенные блоки гитары Б8 и Б9 поставить так, чтобы передача осуществлялась через колеса с передаточным отношением U(VIII-IX)=42/95*95/50, включить муфты МФ4, МФ5. При таком положении муфт ступенчатый конус шестерен Б10 (конус Нортона) становиться ведущим и включается передача через ходовой вал XVI.

На станке можно настраивать нормальную подачу суппорта, подачу, увеличенную вдвое, и подачу, увеличенную в большей число раз.

10

4.2.1 Нормальная подачи Для настройки станка на эти подачи блок Б6 переключают в левое положение -

U(VI-VII)=60/60, а блок Б7 в среднее положение - U(VII-VIII)=28/56. Управление кинематического баланса в этом случае запишется

следующим образом:МФ7

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ (МФ72820

2027(МФ6)

5628U2(МФ3)

2825

36ZМФ2) (

5095

9542

5628

6060об.шп. 1.

⋅

204

⋅

3740

⋅ (МФ8 или МФ9) ⋅

6614

⋅ 10 ⋅ 3 = Sпр., мм/об,

3745

4540

⋅

где МФ6 - обгонная муфта для включения цепи подач от электродвигателя М2 при быстром перемещении суппорта; МФ7 - предохранительная муфта, пробуксовывающая при перегрузке механизма подач; МФ8, МФ9 – муфты для включения подачи суппорта влево или вправо; Z - число зубьев шестерни ступенчатого конуса Б10, которая находится в зацеплении с накидной шестерней Z=36; U2 - передаточное отношение передачи от вала XII валу XIV, которая переключается блоками Б11 и Б12. Формула настройки: Z⋅U2/46=Sпр, мм/об. Подставляя в формулу настройки семь значений Z (26, 28, 32, 36, 40, 44, 48) и

четыре значения U2(1/8, 1/4, 1/2, и 1), определяют величины 28 ступеней подач в пределах: Sпр=0,07÷1,04 мм/об.

4.2.2 Подачи, увеличенные вдвое Эти подачи настраиваются перемещением блока Б7 в левое положение, при

котором U (VII-VIII) = 42/42 = 1. в остальном кинематическая цепь совпадает с указанной выше. В результате подачи будут увеличены вдвое по сравнению с нормальными Sпр=Z⋅U2/23.

4.2.3 Подачи, увеличенные в большее число раз Эти подачи настраиваются установкой блока Б6 так, чтобы его шестерня Z=45

зацеплялась с шестерней Z=45 на валу III, тогда вращение с вала VI на вал VII передается уже через зубчатые передачи на валах III, IV, V.

11

4.3 Кинематическая цепь поперечных подач До вала XVIII включительно кинематическая цепь поперечных подач совпадает с

цепью продольных подач. Включение поперечных подач осуществляется муфтой МФ10 или МФ11, в результате чего вращение от вала XVIII передается на винт XXII поперечного суппорта.

Управление кинематического этой кинематической цепи при нормальной подачи запишется так:

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ (МФ7)2820

2027(МФ6)

5628U2(МФ3)

2825

36ZМФ2) (

5095

9542

5628

6060об.шп. 1

⋅

204

⋅

3740

⋅ (МФ10 или МФ11) ⋅

6140

⋅

2161

⋅ 5 = Sпоп., мм/об

3745

4540

⋅

Величины поперечных подач получаются в 2,11 раза меньше величины

продольных подач.

4.4 Винторезная кинематическая цепь

При нарезании всех видов резьб на продольное перемещение суппорта осуществляется уже холодным винтом XV. Для этого включается муфта МФ5, а шестерня Z=10 выводится из зацепления с зубчатой рейкой. Подача суппорта производится при включении гайки ходового винта XV.

4.4.1 Нарезание метрических резьб Настройка механизма подач для нарезания метрической резьбы производится

путем установки блоков гитары Б8 и Б9 так, чтобы передача осуществлялась через колеса с передаточным отношением U(VIII-IX)=42/95∗95/50 включением муфт МФ2, МФ3 и МФ5. Блок Б10 становится в этом случае ведущим.

Уравнение кинематического баланса запишется так:

⋅⋅6060.шп.об1

3528

2835

4242

⋅⋅

мм,Р12)5МФ(2U)3МФ(2825

36Z)2МФ(

6095

9542

=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

Формула настройки этой цепи: Z⋅U2/4 = P, мм.

12

Подставляя семь указанных значений Z и четыре значения U2, можно получить 28 значений шагов резьбы в пределах Р = 0,8125÷12 мм. Из 28 только 19 значений шагов совпадают с применяемыми метрическими резьбами.

4.4.2 Нарезание модульных резьб Настройка механизма подач станка для нарезания модульных резьб производится

также, как для нарезания метрических, но блоки гитары Б8 и Б9 устанавливаются так, чтобы передача осуществлялась через колеса с передаточным отношением U’(VIII-IX)=64/95⋅95/97, при этом получаемый шаг резьбы изменяется в число раз, равное (64/95⋅95/97)/(42/95⋅95/50)=0,78552. Поэтому получаемый шаг модульной резьбы равен P’=(0,78552⋅Z⋅U2)/4, а модуль:

16

U2Z'РМ р⋅

==

4.4.3 Нарезание дюймовых резьб Настройка механизма подач для нарезания дюймовых резьб производится также,

как и на метрические, но при этом включается только муфта МФ5, а все остальные выключаются. В результате этого блок Б10 зубчатых колес становится ведомым.

Уравнение кинематического баланса в этом случае запишется следующим образом:

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ U23528

2835

Z36

2528

3537

3735

5095

9542

(МФ5)⋅12=

;ммP,Z

U2406,4Z

U2625

254016=⋅=⋅=

Формула настройки:

.мм P,Z

U225,416=

⋅⋅

Дюймовые резьбы характеризуются не шагом, а числом ниток К на один дюйм

длины резьбы. Число ниток находят из формулы:

U216Z

U2Z

25,41625,4

Р25,4К

⋅=⋅

⋅==

Подставляя в формулу семь значений Z и четыре значения U2, получают 28

различных значений К, из которых 20 - стандартные.

4242

3528

2835

⋅

⋅⋅60601об.шт.

13

4.4.4 Нарезание притчевых резьб При нарезании притчевых резьб пользуются такой же кинематической цепью, как и

при нарезании дюймовых резьб, только на гитару вместо колес 42/95 ⋅ 95/50 устанавливают сменные зубчатые колеса 64/95⋅95/97. При этом полученный шаг резьбы изменяется в 0,78552 раза и равен:

Z2U4,251678552,0Р ⋅⋅⋅= ,

А число ниток находят из формулы:

U2160,78552ZK

⋅⋅=

Между диаметральным питчем DP и числом ниток К на один дюйм существует

соотношение:

рKDP ⋅= ,

Поэтому: U24Z

U2160,78552ZKDP рр

⋅=⋅

⋅⋅=⋅=

4.4.5 Нарезание резьбы с увеличенным шагом Все кинематические цепи, написанные ранее, относились к резьбам с нормальным

шагом. Для получения увеличенного шага резьбы шестерня Z=45 блока Б6 вводилась в

зацепление с шестерней Z=45 вала III. В этом случае передача от вала VI на VII осуществляется через валы V, IV и III со следующими передаточными отношениями:

а) при частоте вращения шпинделя в диапазоне N=12,5÷40 мин-1 педаточное отношение U(перебора) =1/16

32;4545

2288

2288

2754VII)(VI'U =⋅⋅⋅=−

б) при частоте вращения шпинделя в диапазоне N=50÷160 мин-1 педаточное

отношение U(перебора) =1/4

8;4545

4545

2288

2754VII)(VI'U =⋅⋅⋅=−

В результате полученный шаг метрических и модульных резьб увеличивается в 8

или32 раза, а число ниток на один дюйм и питч уменьшается в то же число раз. При нарезании резьб с увеличенным шагом более высокой частотой вращения, чем

160 мин-1 не пользуются.

14

4.4.6 Нарезание точных резьб При нарезании точных резьб включаются муфты МФ2, МФ4, МФ5. В этом случае

передача осуществляется от шпинделя через сменные шестерни гитары U(VIII-IX)=A/B⋅C/D на вал IX и далее напрямую на ходовой винт XV.

Уравнение кинематического баланса винторезной цепи в этом случае запишется так:

мм,Р12)5МФ()4МФ()2МФ(DC

BA

=⋅⋅⋅⋅⋅⋅

Из уравнения получаются формулы для подбора чисел зубьев сменных колес

гитары:

- для метрической резьбы: 12P

DC

BA

=⋅ ;

- для модульной резьбы с шагом MP ⋅= π : 42

M1112

MDC

BA ⋅

=⋅

=⋅π

;

- для дюймовой резьбы с шагом K

4.25P = : K60127

K124,25

DC

BA

⋅⋅

⋅=⋅ ;

для питчевой резьбы с шагом DP4.25P π⋅

= : D760

11127DP12

4,25DC

BA

⋅⋅⋅

=⋅⋅

=⋅π

.

Комплект сменных зубчатых колес, нужных для нарезания точных резьб

поставляется к станку по особому заказу. 4.5 Кинематическая цепь ускоренного перемещения суппорта

Привод этой цепи осуществляется от электродвигателя М2 со скоростью: - в продольном направлении:

;,35,31000

3106614)9илиМФ8МФ( м/мин=

⋅⋅⋅⋅⋅π

4242

3528

2835

⋅

3740

3745

4540

⋅

⋅⋅60601об.шп.

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=204)7МФ(

2820

2027985,0

147851410Vпоп

15

- в поперечном направлении:

м/мин;6,11000

56140

6140)11илиМФ10МФ( =⋅⋅⋅⋅

5 Контрольные вопросы 5.1 Что понимается под кинематической настройкой станка? 5.2 Для чего необходимы органы настройки? 5.3 Что такое уравнение кинематического баланса? 5.4 Каким образом выводится формула настройки и зачем она нужна? 5.5 В каких случаях блок зубчатых колес Б10 (конус Нортона) является ведущим, а

в каких ведомым? 5.6 В какой кинематической цепи используется ходовой винт станка? 5.7 В какой кинематической цепи используется ходовой вал станка? 6 Отчет по лабораторной работе «Кинематика

универсальных металлорежущих станков» Отчет по лабораторной работе должен содержать: 1) Дату выполнения работы; 2) Наименование лабораторной работы; 3) Уравнение кинематического баланса:

- цепи главного движения, - цепи подач (продольной и поперечной), - винторезных кинематических цепей (метрической и дюймовой);

4) Ответы на вопросы раздела 5; 5) Подпись студента; 6) Подпись преподавателя и дату приема зачета.

3740

3745

4540

⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=204)7МФ(

2820

2027985,0

147851410Vпоп

16

Список использованных источников

1 Власов С.Н., Годович Г.М., Черпаков Б.И. Устройство, наладка и обслуживание металлообрабатывающих станков и автоматических линий. - М.: Машиностроение, 1983.-324с.

2 Чернов Н.Н. Металлорежущие станки. - М.: Машиностроение, 1988.-240с.. 3 Голофтеев С.А. Лабораторный практикум по курсу "Металлорежущие станки":

Учеб. пособие для техникумов.- М.: Высш.шк.,1991. -240 с. 4 Ничков А.Г. Фрезерные станки. - М.: Машиностроение, 1977. -184с.; 5 Барбашев Ф.А. Фрезерное дело. Учебное пособие для сред. проф.-тех.училищ.

Изд.2-е. - М.: Высшая школа, 1975.- 216с. 6 Колев Н.С. и др. Металлорежущие станки. - М.: Машиностроение, 1980. - 486 с. 7 Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных вузов. /Под ред. В.Э.

Пуша – М. : Машиностроение, 1986. -256 с. 8 Сысоев В.И. Справочник молодого сверловщика. - М.: Профтехиздат, 1962.- 272с. 9 Барун В.А. Работа на сверлильных станках.: Учебное пособие для сред. проф. -

тех.училищ. - М.: Профтехиздат, 1963.- 296с. 10 Трофимов А.М. Металлорежущие станки . – М.: Машиностроение, 1979. - 78с.