Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Н.А. Молявко Н. Г. Переломов В.А. Шмаков
Металлорежущие станки
Кинематика и наладка. Учебное пособие
Часть 1
Введение 2Работа 1. Способы подбора сменных зубчатых колес 2
Работа 2. Настройка универсального зубофрезерного станка модели 5Д32 5
Работа 3. Настройка вертикального зубодолбежного станка модели 5В12 12
Работа 4. Настройка токарно-затыловочного станка модели 1Б811 16
Работа 5. Настройка зубофрезерного полуавтомата модели 5П23 20
Работа 6. Устройства кинематической настройки универсальных станков 24
Приложения 26
Санкт-Петербург
Издательство С-ПбГТУ 2000ВВЕДЕНИЕ
Современные металлорежущие станки - это высокоразвитые машины, включающие большое число механизмов и использующие механические, электрические, электронные, гидравлические, пневматические и другие методы осуществления движений и управления циклом. На станках обрабатывают как простые цилиндрические, так и поверхности, описываемые сложными математическими уравнениями.
Основы кинематики станков были разработаны проф. Г.М. Головиным. В разделе кинематики станков изучают методы кинематического расчета, наладки и формообразования деталей резанием.
При настройке кинематических цепей металлорежущих станков всегда движение одного конечного звена цепи строго координируется с движением другого конечного звена. В одних случаях требуется абсолютная точность в согласовании движений, в других - допускается некоторая погрешность, и согласование движений может быть приближенным.
Зубчатые колеса - одна из распространенных разновидностей деталей. Метод обкатки, обеспечивая высокую производительность и точность нарезания зубьев, дает возможность одним инструментом обрабатывать зубчатые колеса одного и того же модуля с любым числом зубьев.
Достаточно подробно рассмотрены кинематические структуры станков, реализующих метод обката, предназначенных для нарезания цилиндрических зубчатых колес с прямым и винтовым зубом, конических зубчатых колес с прямолинейным зубом. Некоторой спецификой обладают затыловочные станки, предназначенные для обработки задних поверхностей зубьев режущих инструментов. Особенностям настройки станков данного типа посвящен специальный раздел.
Материал пособия может служить дополнением к лекционному курсу. Его можно использовать при проведении лабораторных работ. В приложениях приведены индивидуальные задания для расчета настройки станков.
Работа 1. СПОСОБЫ ПОДБОРА СМЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Во многих станках звеном настройки в кинематических цепях является одно- или двух - парная гитара сменных зубчатых колес. После определения передаточного отношения звена настройки необходимо подобрать сменные зубчатые колеса гитары, тем самым, обеспечив конкретные расчетные перемещения конечных звеньев кинематической цепи. Точность настройки гитары зависит от назначения кинематической цепи. При этом могут быть использованы различные способы подбора сменных зубчатых колес: приближенный, способ Кнаппе, табличный и др. Обычно при настройке кинематических цепей станка приходится пользоваться вполне конкретным набором зубчатых колес, (такой набор сменных зубчатых колес поставляется со станком фирмой - изготовителем). Ограниченность набора приводит к тому, что не всегда возможно обеспечить абсолютное соответствие передаточного отношения эвена настройки заданному (расчетному) значению. Допускаемая погрешность настройки зависит от допускаемой погрешности заданного расчетного перемещения. Это можно показать на следующем примере.
Р
Рис. 1. Винторезная цепь токарного станка
ассмотрим кинематическую схему винторезной цепи токарного станка, представленную на рис.1,а. Назначение этой цепи: обеспечить нарезание на заготовке резьбы шага Т (варьируемый параметр) с помощью резца, связанного с ходовым винтом, имеющим постоянный шаг t.
Звено настройки - двух парная гитара сменных зубчатых колес с передаточным отношением i. Определим связь между погрешностью шага нарезаемой резьбы Т и погрешностью передаточного отношения i. Допустим, что с помощью набора сменных зубчатых колес обеспечивается передаточное отношение гитары i 1 , отличное от заданного i. Тогда абсолютная i и относительная погрешности определяются известными соотношениями: i = i - i 1 , =(i - i 1 )/ i .
При передаточном отношении гитары, равном i, шаг нарезаемой резьбы точно равен заданному: T = it .
Если передаточное отношение равно i 1 , то шаг нарезаемой резьбы будет отличен от заданного и равен: Ti = i 1 t.
Погрешность шага нарезаемой резьбы: Т = Т - Ti = t (I – i 1) = ti.
Следовательно, погрешность шага нарезаемой резьбы равна произведению шага ходового винта на абсолютную погрешность передаточного отношения звена настройки.
По такой схеме можно определять связь между погрешностью передаточного отношения звена настройки (гитары) и погрешностью расчетного перемещения и для других случаев.
Рассмотрим перечисленные выше способы подбора сменных зубчатых колес.
Способ замены заданного передаточного отношения приближенным
Этот способ применяется для настройки цепей, не требующих высокой точности (цепи главного движения, некоторые цепи подач). При его использовании заданное значение передаточного отношения заменяется простой дробью с небольшими значениями числителя и знаменателя, позволяющими затем перейти к конкретным числам зубьев сменных зубчатых колес.
Пример:
Выбираем 
Абсолютная погрешность: i=i-i 1 =0,044636.
Относительная погрешность: 
Способ Кнаппе
Способ Кнаппе применяется для настройки кинематических цепей, у которых погрешность настройки должна быть минимальной (цепи обкатки, деления, дифференциала и др.). В основе способа лежит закономерность: если к числителю и знаменателю дроби прибавить (или вычесть) числа, находящиеся приблизительно в том же отношении, то значение дроби существенно не изменится. Последовательность подбора зубчатых колес по способу Кнаппе следующая:
а) записываем заданное передаточное отношение в виде простой дроби;
б) разбиваем полученную дробь на две - одну по величине примерно равную заданной с небольшими числителем и знаменателем и вторую - близкую к единице;
в) числитель и знаменатель второй дроби делим на разность между ними;
г) округляем полученные значения числителя и знаменателя;
д) преобразовываем эти дроби в конкретные числа зубьев сменных зубчатых колес.
Пример: Пусть задано передаточное отношение в виде десятичной дроби i= 0,944636
Абсолютная погрешность i=0,000364.
Относительная погрешность =0,039%.
Табличный способ
Применяется в тех случаях, когда необходима высокая точность настройки. Имеются специальные таблицы с переводом передаточных отношений, выраженных десятичными дробями, в простые дроби, числители и знаменатели которых можно разложить на сомножители, обычно не превышающие 47. По заданному передаточному отношению из таблицы выбирается ближайшее значение и соответствующая простая дробь, которая раскладывается на сомножители. Далее они преобразуются в числа зубьев сменных колес.
Пример. Задано передаточное отношение i = 0,944636.
Ниже приведена выдержка из таблицы
0,944606 324: 343
0,944633 836: 885
0,944637 273:289
0,944643 529: 500
0,944653 1007: 1066
0,944667 1178:1247
Ближайшее число в таблице 
Ему соответствует решение:
Абсолютная погрешность передаточного отношения i=i-i 1 =0,000001. Данные таблицы применимы для комплекта сменных колес, в котором числа зубьев образуют арифметическую профессию с разностью, равной 5.
Условия зацепляемости сменных зубчатых колес
После определения чисел зубьев сменных зубчатых колес необходимо проверить их зацепляемость. Условия зацепляемости, которые определяют возможность установки колес в двухпарной гитаре (см. рис. 1,6), выражаются следующими неравенствами: R 1 +R 2 >R 3 ; R 3 +R 4 >R 2 , где Rj - радиусы делительных окружностей зубчатых колес.
Так как r
i
=mz i , то условия зацепляемости можно выразить через числа зубьев: 
Эти соотношения не учитывают наружных размеров зубчатых колес и диаметров валов, на которых они устанавливаются. В окончательном варианте условия зацепляемости будут выглядеть следующим образом:
Пример.
Проверим условие, зацепляемости колес, числа зубьев которых получены в предыдущем примере: Z 1 =84, Z 2 =68, Z 3 =65, z 4 =85. Имеем: 84+68=152 >80=65+15, 65+85=150>83=68+15, следовательно, условия зацепляемости выполняются.
1. Подобрать сменные колеса для двухпарной гитары станка тремя способами (передаточное отношение звена настройки задается преподавателем).
2. Определить абсолютную и относительную погрешности настройки каждым из способов.
3. Проверить условия зацепляемости подобранных сменных колес. При подборе использовать набор сменных зубчатых колес для гитар обкатки, подач и дифференциала станка 5Д32 (см. стр. 10).
Литература
1.Сандаковм.В. Таблицы для подбора шестерен. Москва-Свердловск. Маш-гиз,1960.
2. Петрик М.И. Прецизионные настройки гитар станков, м.: Машгиз, 1963.
3. Петрик М.И., Шишков В.А. Таблицы для подбора зубчатых колес. М.: Машгиз, 1964.
страница 1
С конусом зубчатых колес и накидной шестерней (конус Нортона).
II накидное колесо Z 0 можно поочередно вводить в зацепление с колесами установленными на валу I .
I - ведущий вал; II - ведомый вал
При перемещении корпуса по валу II накидное колесо Z 0 можно поочередно вводить в зацепление с колесами, установленными на валу I .
I - ведущий вал;
II - ведомый вал
Передача движения с ведущего на ведомый вал осуществляется через зубчатое колесо 2 , вращающееся на пальце 5 рычага 4 , который может
подниматься или опускаться, тем самым колесо 2 либо входит в зацепление с колесом 3 либо расцепляется с ним.
Недостатки:
1. Невысокий КПД, т.к. в работе постоянно участвует промежуточное звено.
2. Более сложная конструкция.
3. Под действием распорной силы, возникающей в зубчатом зацеплении механизм может разомкнуться, поэтому для фиксации рычага требуются дополнительные устройства.
4. Механизм служит для передачи небольших крутящих моментов.
5. Малая жесткость.
Применяется в токарно-винторезных станках. В одном ряду можно расположить до 12 передач.
При К передаче требуется К + 2 колеса.
Гитара - узел станка, предназначенный для изменения скорости подач. Гитары сменных колес дают возможность настраивать подачу с любой степенью точности.
а, в, с, d
- числа зубьев сменных колес.
Для правильного подбора сменных колес необходимо выполнить условие сцепляемости.
а + в>с + 22 - должны выполняться
с + d > в + 22 одновременно.
Каждую гитару снабжают определенным комплектом сменных зубчатых колес.
Сменные колеса подбирают различными способами. Самый простои способ разложение на множители.
Условие сцепляемости выполнено
Устройство двухпарной гитары сменных колес.
Оси 1 и 2 имеют постоянное положение. Промежуточные колеса b и с закреплены на поворотном рычаге. Радиальный и дуговой пазы которого позволяют устанавливать зубчатые колеса с различными числами зубьев i = a/b∙c/d
К металлорежущему станку обычно дают наборы сменных колес. Наборы бывают пятковые (кратные 5) и четные (кратные 4).
Первый способ подбора заключается в приведении передаточного отношения к простой дроби. Затем числитель и знаменатель раскладывают на простые сомножители и умножают на постоянные числа, чтобы в итоге соответствовало числам зубчатых колес в наборе
1 = 9/8=3∙3/4∙2 = 3∙(15)/4∙ (15) ∙3∙ (20) / 2∙ (20)
Условие сцепляемости.
Второй способ – способ непрерывных дробей. Отношение двух целых чисел А и В может быть представлено в виде непрерывной дроби
.
где a 0 , а 1 ,а 2 …а n -1 , a n – частные от деления, полученные следующим образом: сначала А делим на В, получается а 0 , затем В делим на остаток от первого деления и т.д., т.е. предыдущий остаток делится на последующий до тех пор, пока последний остаток не будет равен 0.
Пример: 223/137= А/В.
Третью цифру второй строки получают: первую цифру первой умножают на 2 цифру второй строки и прибавляют первую цифру второй. Четвертую цифру второй строки получают, умножая вторую цифру первой строки на третью цифру второй строки и прибавляют вторую цифру второй строки.
Гитары сменных колес подбирают с различной степенью точности.
Токарные патроны
По количеству кулачков патроны делятся на двух-, трех-, четырехкулачковые. Двух- и трехкулачковые патроны – самоцентрующиеся, четырехкулачковые патроны – обычно выполняются с независимым перемещением кулачков и реже – самоцентрующимися.
Принадлежности и приспособления к токарным станкам
Весьма распространенным способом обработки деталей на токарных станках является обработка в центрах. На заготовку, устанавливаемую в центрах станка, надевается хомутик, который упирается в поводок планшайбы. Планшайба вращается со шпинделем станка и через хомутик вращает деталь.
Конструкции наиболее распространенных центров приведены на рисунке.
2) средний центр применяется при подрезке торцов, когда центр не должен мешать выходу резца;
3) центр с шариком применяется, когда необходимо обтачивать конус и смещать ось детали с оси станка;
4) обратный конус – при обработке малого диаметра и негде делать центровое отверстие. Делают просто конусную фаску.
Хомутики
Служат для сообщения вращения детали, установленной в центрах.
Хомутики бывают с прямым и изогнутым концом, который входит в паз поводкового патрона. Хомутики делаются с одним винтом и двумя (при больших усилиях резания) имеются самозажимные хомутики.
Поводковые патроны – это диск с 4-мя пазами и резьбовым отверстием для навинчивания на конец шпинделя.
Подвижные и неподвижные люнеты
Люнеты применяются в качестве дополнительных опор при обработке нежестких валов. Используются универсальные неподвижные или подвижные люнеты с раздвижными кулачками и специальные, предназначенные для обработки определенных деталей.
Методы обработки конических поверхностей
При вычислении передаточного отношения гитары производят деление на логарифмической линейке. Оставив движок неподвижным, передвигают визир и находят риски, совпадающие на движке и линейке.
Пример. i = 0,34
На шкале линейки находим:
Используем второе отношение как наиболее точное:
Метод разложения на множители
Этот метод применим при небольших значениях числителя и знаменателя передаточного отношения.
Суть метода заключается в следующем:
Числитель и знаменатель разлагают на множители и, умножая на следующее число, находят числа зубьев сменных зубчатых колес.
Пример . Имеем: разлагаем дробь на множители.
умножив числитель и знаменатель, например, на 10, получим (общий множитель для каждой дроби может быть любой):
,
(такие зубчатые колеса в комплекте станка имеются).
Список литературы
1. Авраамова Т.М., Бушуев В.В., Гиловой Л.Я. и др. Металлорежушие станки. Т.1. – М.: Машиностроение, 2011. – 608с.
2. Авраамова Т.М., Бушуев В.В., Гиловой Л.Я. и др. Металлорежушие станки. Т.2. – М.: Машиностроение, 2011. – 608с.
3. Ачеркан Н.С. Металлорежущие станки. – М.: Машиностроение, 1965, т. 1. – 764 С., т.2. – 628 с.
4. Ковалев Н.М., Переломов Н.Г. Фрезерные станки. – Л.: Машиностроение, 1964. – 110 с.
5. Кучер А.М., Кучер И.М., Ансеров Ю.М. Токарные станки и приспособления. – Л.: Машиностроение, 1969. – 376 с.
6. Кучер А.М., Киватицкий М.М., Покровский А.А. Металлорежущие станки, - Л.: Машиностроение 1972. – 305 с.
7. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов /Под редакцией В.Э. Пуша. – М.: Машиностроение, 1985. – 256 с.
8. Металлорежущие станки и автоматы: Учебник для машиностроительных втузов /Под ред. А.С. Проникова. – М.: Машиностроение, 1981. – 479 с.
10. Металлорежущие станки. Тепинкичиев В.К., Красниченко Л.В., Тихонов А.А., Колев Н.С. – М.: Машиностроение, 1970. – 464 с.
11. Металлорежущие станки: Учебное пособие для вузов по специальности “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты” /Н.С. Колев, Л.В. Красниченко, Н.С. Никулин и др. – М.: Машиностроение, 1980. – 500 с.
12. Назариков С.В. Настройка делительных головок. – Л.: Машиностроение, 1967. – 72 с.
13. Гулячкин К.Н. Лабораторные работы по курсу Металлорежущие станки. – М.: Машиностроение, 1963. – 230 с.
14. Руководство к лабораторным работам по курсу Металлорежущие станки /Под ред. П.Г. Петрухи. – М.: Высш. школа, 1973. – 150 с.
15. ГОСТ 12.4.113-82 ССБТ. Работы учебные лабораторные. Общие требования безопасности. – М.: Издательство стандартов, 1982. – 32с.
16. ГОСТ 12.4.026-76. Цвета сигнальные и знаки безопасности. – М.: Издательство стандартов, 1976. – 36 с.
17. ГОСТ 2.770-68. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. С 64 – 76.
18. ГОСТ 2.701-84. ЕСКД. Правила выполнения схем. – М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1987. – 136 с.
