Министерство образования Российской федерации ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра теоретических основ материаловедения

В.Н Коробко, А.И. Кузнецов, С.И. Гринёва, М.М. Сычёв

ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКА

Методические указания к лабораторным работам

Санкт-Петербург 2004

2

УДК 621.914(031) Коробко В.Н., Кузнецов А.И., Гринёва С.И., Сычёв М.М. Токарная обработка.

Метод. указания. СПб., СПбГТИ(ТУ), 2003. – 36 с.

В методических указаниях описаны токарные резцы, элементы их геометрии, способы обработки, осуществляемые с их помощью и рассмотрено влияние геометрии резца на процесс обработки. Рассмотрены механизмы, приводы, передачи металлорежущих станков, кинематическая схема токарно-винторезного станка 1К62 и способы закрепления заготовок и их обработки на этом станке.

Предназначены для студентов 2 курса, изучающих дисциплину « Материаловедение. Технология конструкционных материалов».

Ил. 26, библиогр. 7 назв. Рецензент: В.Г. Корсаков, д-р тех. наук, проф. кафедры ХТМИЭТ

СПбГТИ(ТУ). Утверждено на заседании учебно-методической комиссии общеинженерного

отделения 22.09.03. Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ(ТУ)

3

ВВЕДЕНИЕ

В методическом указании рассмотрены типы токарных резцов, приведён пример геометрического анализа прямого проходного резка, рассмотрена схема токарно-винторезного станка, его механизмы и приспособления, применяемые при токарной обработке, описаны способы крепления заготовок на токарных станках, приведена система обозначений и кинематическая схема станка 1К62. Эти знания необходимы студентам при изучении раздела «Обработка металлов резанием» в курсе «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» и потребуется им при последующем изучении курса «Технология химического машиностроения», а также при работе над дипломным проектом.

1 ТОКАРНЫЕ РЕЗЦЫ

1.1 Назначение и классификация резцов

Резец является инструментом для черновой, чистовой и тонкой обработки материалов на токарных, револьверных, карусельных, расточных, строгальных, долбежных и других станках. В зависимости от оборудования, на котором используются резцы, их разделяют на токарные, строгальные, долбежные, автоматные и специальные.

На токарных станках обрабатываются наружные и внутренние поверхности с формой тел вращения и плоские – наружные и внутренние торцевые поверхности.

Резцы классифицируются: 1. По материалу режущей части – на углеродистые, быстрорежущие, твердосплавные, минералокерамические, алмазные. 2. По расположению главной режущей кромки (главного лезвия) – на правые и левые. Правый резец в процессе резания перемещается продольно справа налево; левый – слева направо. 3. По форме головки – прямые (рисунок 1а), отогнутые (рисунок 1б), изогнутые (рисунок 1в) и оттянутые (рисунок 1г).

Многообразие обрабатываемых поверхностей привело к созданию разнообразных токарных резцов:

- проходных – для обтачивания наружных цилиндрических поверхностей (рисунки 2 и 3а);

- подрезных – для обработки плоских торцевых поверхностей (рисунок 3б); - расточных – для растачивания сквозных и глухих отверстий, и обработки

внутренних цилиндрических и плоских торцевых поверхностей (рисунки 4б и 5); - отрезных – для разрезания заготовок и отделения готовой детали

(рисунок 9); - резьбовых – для нарезания наружной и внутренней резьбы; - фасонных – для обработки фасонных поверхностей и канавок ( рисунок 10). В настоящем указании будут рассмотрены только основные типы токарных

резцов, наиболее широко применяющихся при токарной обработке.

4

а б в г

Рисунок 1 – Классификация резцов по форме головки. Резец с прямой (а), отогнутой (б), изогнутой (в) и оттянутой (г) головкой

1.2 Типы токарных резцов

а) Проходные резцы

а б

Рисунок 2 – Прямой проходной резец (а) и проходной резец с отогнутой головкой (б)

V – скорость резания – путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. При токарной обработке скорость резания измеряется в м/мин; D – обрабатываемый диаметр; d – обработанный диаметр; n – частота вращения заготовки об/мин; S – подача – путь точки режущего лезвия инструмента в направлении движения подачи за один оборот заготовки. При токарной обработке подача бывает продольной (Sпр) и поперечной Sп. t – глубина резания, мм – расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеряемое перпендикулярно к последней, за один ход инструмента относительно обрабатываемой поверхности.

При точении цилиндрической поверхности используются: - прямой проходной резец (рисунок 2а) – для обработки наружной

цилиндрической поверхности; - проходной резец с отогнутой головкой (рисунок 2б) – для обработки

наружной цилиндрической поверхности;

5

- проходной упорный резец (рисунок 3а) – для обработки наружной цилиндрической поверхности. Упорные резцы применяются в тех случаях, когда необходимо, чтобы между обработанной цилиндрической и торцевой поверхностью получился угол 90о.

а б

Рисунок 3 – Проходной упорный резец (а) и подрезной резец (б)

б) Резцы для обработки торцевых поверхностей: - подрезной резец (рис. 5); - проходной резец с отогнутой головкой (рис. 6). Благодаря своей

конструкции этот резец может быть использован как для обработки наружной цилиндрической поверхности, так и для подрезки торцев.

а б

Рисунок 4 – Проходной резец с отогнутой головкой (а) и проходной расточной резец (б)

в) Резцы для обработки внутренней цилиндрической поверхности

(расточные резцы): - расточной проходной резец (рисунок 4б); - расточной упорный резец (рисунок 5а).

а б Рисунок 5 – Расточной упорный резец (а) и процесс расточки отверстия (б)

6

Расточной упорный резец растачивает отверстие до нужного диаметра (рисунок 5б) за несколько рабочих ходов при продольной подаче. На торце при этом образуется ступенчатая поверхность. Затем при использовании поперечной подачи осуществляется обработка торца и образуется угол 900 между цилиндрической и торцевой поверхностью.

г) Отрезной резец (рисунок 6а) Перечисленные резцы являются основными, наряду с которыми

используются резьбовые (рисунок 6б), канавочные (рисунки 6в и 6г) и различные фасонные резцы.

а б в г

Рисунок 6 – Отрезной резец (а), резьбовой резец (б) и канавочные резцы (в, г)

1.3 Части, поверхности и элементы резца

Как показано на рисунке 7 резец состоит из двух частей: головки – рабочей

части, снабженной режущей пластиной из инструментального материала и стержня (тела) резца, изготовляемого обычно из стали 45 и служащего для закрепления резца в резцедержателе (рисунок 7).

Следует отметить, что по передней поверхности всегда сходит стружка; главная задняя поверхность обращена к обработанной поверхности; главная режущая кромка (лезвие) образуется пересечением передней с главной задней поверхностью; вспомогательная режущая кромка (лезвие) образуется пересечением передней и вспомогательной задней поверхности; вершина резца образуется сопряжением главной и вспомогательной режущих кромок. Вершина может быть острой, закругленной (радиусной) или в виде небольшой прямой линии (третья, переходная режущая кромка). В последних двух случаях шероховатость обрабатываемой поверхности уменьшается. На рисунке 8 приведены поверхности и плоскости на заготовке в процессе её обработки резцом.

7

1.4 Углы токарного резца

У резца различают главные углы, вспомогательные углы и углы в плане. Главные углы измеряются в сечении главной секущей плоскости А-А (рис. 13),

которая перпендикулярна к проекции главной режущей кромке на основную плоскость.

γγγγ - главный передний угол – угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания.

Рисунок 7 – Элементы резца Рисунок 8 – Поверхности и плоскости при токарной обработке

1 – стержень (тело) резца; 2 – головка резца; 3 – главная режущая кромка (лезвие); 4 – вспомогательная режущая кромка; 5 – передняя поверхность; 6 – главная задняя поверхность; 7 – вспомогательная задняя поверхность; 8 – вершина резца.

1 – обрабатываемая поверхность, с которой срезают слой материала (припуск); 2 – обработанная поверхность, получается после срезания слоя материала; 3 – поверхность резания, образуется главной режущей кромкой резца; 4 – основная плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подачам. 5 – плоскость резания, проходит через главную режущую кромку, касательно к поверхности резания заготовки.

8

Рисунок 9 – Углы токарного резца

С увеличением угла γγγγ инструмент легче врезается в материал, снижается сила резания и расход мощности, повышается качество обрабатываемой поверхности. С другой стороны чрезмерное увеличение угла γγγγ снижает прочность главной режущей кромки и увеличивает ее износ. Величина γγγγ =обычно составляет 0 − 15о, а при обработке твердых материалов и ударных нагрузках передний угол может быть отрицательным и достигать – 10о.

αααα = – главный задний угол – угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания. Угол αααα5 предназначен для уменьшения трения между главной задней поверхностью и поверхностью резания, что снижает износ инструмента. Чрезмерное увеличение угла приводит к снижению прочности режущего лезвия. Обычно он составляет 6 – 12о.

ββββ – угол заострения (угол клина), находится между передней и главной задней поверхностью резца (αααα+ββββ+γγγγ = 90о).

δδδδ −−−− угол резания, находится между передней поверхностью и плоскостью резания (δ δ δ δ = αααα + ββββ).

Вспомогательные углы определяются в сечении вспомогательной секущей плоскостью Б—Б, которая проходит перпендикулярно к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

αααα1111 — вспомогательный задний угол, который находится между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости. Угол уменьшает трение между вспомогательной задней поверхностью резца и обработанной поверхностью заготовки. Он составляет обычно 3 – 5°.

К вспомогательным углам относят обычно угол наклона главной режущей кромки λλλλ, который определяется между главным режущим лезвием и плоскостью, проходящей через вершину резца параллельно основной плоскости (рис. 14). Угол определяет направление схода стружки и колеблется от + 5о до - 5о. Если =λλλλ = 0, стружка сходит по оси резца, если λλλλ < 0 – стружка сходит в направлении подачи,

9

при =λλλλ >>>> =0 стружка сходит в направлении, обратном направлению подачи. Направление схода стружки существенно при работе на станках-автоматах. С увеличением λλλλ качество обработанной поверхности ухудшается.

Рисунок 10 – Углы наклона главной режущей кромки

Углы в плане определяются в основной плоскости на виде сверху. ϕϕϕϕ − главный угол в плане — угол между проекцией главной режущей

кромки на основную плоскость и направлением подачи. С уменьшением ϕϕϕϕ == шероховатость обработанной поверхности уменьшается. Одновременно уменьшается толщина и увеличивается ширина срезаемого слоя, что снижает износ инструмента, однако возможно возникновение вибрации в процессе резания и снижение качества обработанной поверхности. Угол ϕϕϕϕ изменяется в широком диапазоне от 0о до 95о.

ϕϕϕϕ1111 – вспомогательный угол в плане – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратном движению подачи. С уменьшением угла ϕϕϕϕ1111 шероховатость уменьшается, увеличивается прочность вершины резца и снижается его износ. У проходных резцов угол ϕϕϕϕ1111 составляет обычно 10о-30о.

εεεε − угол при вершине — угол между проекцией главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость (ϕϕϕϕ+ϕϕϕϕ1111+εεεε =180о).

Из рассмотренных углов только ββββ, λλλλ и εεεε являются постоянными и не зависят от установки резца. Остальные углы изменяются по величине в зависимости от положения вершины резца относительно центров станка (α, αα, αα, αα, α1111, ϕ, ϕ, ϕ, ϕ>) ?===или поворота резца в резцедержателе (ϕ, ϕϕ, ϕϕ, ϕϕ, ϕ1111>@).

Режущее лезвие резца не всегда прямолинейно. Для обработки фасонных поверхностей, а иногда и в других случаях, главное режущее лезвие делается криволинейным.

Передняя поверхность резца может иметь три формы (рис. 15): плоскую без фаски, рекомендуемую при обработке серого чугуна, однако она может быть использована и для других материалов (см. рис. 15 а); плоскую с фаской — при токарной обработке стали с большими подачами (см. рис. 15 б); криволинейную с фаской − для резцов всех типов при обработке пластичных материалов (см. рис. 15 в).

Форма головки резца, величина углов, форма передней поверхности и режущего лезвия, размеры сечения резца существенно отражаются на процессе

10

резания. Они влияют на величину сил, температуру резца, что, в свою очередь, должно учитываться при определении режимов резания.

а б в

Рисунок 11 – Форма передней поверхности резца

2 МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

Обработка металлов резанием – это процесс срезания с поверхности

заготовки слоя металла режущим инструментом для получения требуемой формы, точности размеров и шероховатости поверхности детали. Для осуществления процесса резания необходимо относительное движение заготовки и режущего инструмента, для чего используются станки, оснащённые рабочими органами. Движение рабочих органов делят на движение резания, установочные и вспомогательные движения.

Движение резания – это движение, при котором с обрабатываемой заготовки срезается слой металла и её состояние изменяется. Движение резания состоит из главного движения и движения подачи.

Главное движение определяет скорость отделения стружки – скорость резания v. Оно может быть непрерывным и прерывистым, а по своему характеру: вращательным, поступательным, возвратно-поступательным. Главное движение может совершать и заготовка и инструмент.

Движение подачи – s обеспечивает непрерывность процесса отделения стружки и также может быть непрерывным и прерывистым, а по характеру – вращательным, поступательным и т. д.

Установочное движение st – это движение рабочих органов, которое обеспечивает такое положение инструмента относительно заготовки, при котором с неё снимается определённый слой металла.

Вспомогательное движение – движения транспортировки и закрепления заготовки или инструмента, переключения скоростей резания и подачи и т.п.

В процессе обработки на заготовке различают: - обрабатываемую поверхность – поверхность, с которой срезается слой

материала; - обработанную поверхность – поверхность, с которой срезан слой

материала;

11

- поверхность резания – переходная плоскость между обрабатываемой и обработанной поверхностью, которая образуется главной режущей кромкой

(лезвием) инструмента.

2.1 Режим резания

Параметрами процесса резания являются: скорость резания, подача и глубина резания. Совокупность этих величин называется – режим резания.

Скорость резания v – это путь точки режущей кромки (режущего лезвия) инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Обычно скорость резания измеряется в м/мин, но при шлифовании и полировании – в м/с.

При вращательном главном движении v = ππππDзагn/1000 м/мин. Dзаг – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм. n – частота вращения заготовки, об/мин.

При возвратно-поступательном главном движении − vср = Lm(k+1)/1000. L – расчётная длина хода резца, мм; m – число двойных ходов резца в минуту (рабочего и холостого); k – коэффициент отношения скорости рабочего и холостого ходов k = vр.х/vх.х. Подача s – это путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот или за один двойной ход заготовки или инструмента. В зависимости от метода обработки подача может быть продольной – sпр; поперечной – sп; вертикальной – sв; наклонной – sн; круговой – sкр и т.д. и измеряться в мм/об (точение, сверление), мм/дв. ход (строгание, долбление), мм/мин (фрезерование).

Глубина резания t, мм – это расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней, за один рабочий ход инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Глубина резания всегда перпендикулярна направлению подачи.

При точении цилиндрической поверхности t = (Dзаг – d)/2, где Dзаг – диаметр заготовки, мм; d – диаметр обработанной поверхности, мм.

Основное (технологическое) время – это время, затрачиваемое на процесс изменения формы и размеров заготовки и для получения необходимой шероховатости поверхности.

При токарной обработке То = (L/nsпр)i, где L = l + l1 + l2 - расчётная длина пути режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи; l – длина обработанной поверхности, мм; l1 – величина врезания резца, мм; l2 – величина перебега (выхода) резца, мм; n – частота вращения заготовки, об/мин; sпр – продольная подача, мм/об; i – число рабочих ходов резца относительно заготовки, необходимое для снятия припуска – металла, оставленного на обработку поверхности.

12

2.2 Классификация металлорежущих станков

Все серийно выпускаемые станки делятся на 10 групп, каждая группа делится на 10 типов, каждый тип имеет 10 типоразмеров, каждой модели станка присвоен свой цифровой индекс. Первая цифра обозначает группу станка, последующая буква означает, что станок модернизирован (А, К, М, Н и т.д.), следующая (вторая) цифра – тип станка, следующая (третья) цифра обозначает характерный размер станка, буква в конце индекса обозначает модификацию станка.

Кроме этой классификации станки подразделяются по степени универсальности: универсальные, широкого назначения, специализированные и специальные. По степени точности станки подразделяются на станки нормальной точности и прецизионные (высокоточные).

Токарно-винторезный станок 1К62 относится к токарной группе (шифр группы – 1), его конструкция подвергалась модернизации (К), тип станка – винторезный (6), характерный размер – высота центров – 200 мм (максимальный радиус обрабатываемой детали).

2.3 Приводы и передачи станков

Привод – это совокупность механизмов, передающих движение от

источника движения (двигателя) к рабочим органам станка. Привод может быть со ступенчатым и бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя или величин подач.

Передача – механизм, передающий движение от одного механизма к другому, например, с вала на вал, или преобразующее одно движение в другое, например, вращательное в поступательное.

Передаточное отношение – число, показывающее, во сколько раз частота вращения ведомого элемента отличается от частоты вращения ведущего. i = nвм/nвщ = n2/n1, где i – передаточное отношение передачи; nвм (n2) – частота вращения ведомого вала, об/мин; nвщ(n2) – частота вращения ведущего вала, об/мин.

Передаточное отношение ремённой передачи (рисунок 12а) – i = (n2/n1)ηp = (d1/d2)ηp, где d1 и d2 – диаметры шкивов ведущего и ведомого валов, мм; ηp – коэффициент проскальзывания ремней относительно шкивов (ηp = 0,96 ÷ 0,99).

Передаточное отношение цепной передачи (рисунок 12б) – i = n2/n1 = z1/z2, где z1/z2 – число зубьев ведущей и ведомой звёздочек. Зубчатая передача (рисунок 12в) – i = n2/n1 = z1/z2, где z1 и z2 – число зубьев

ведущего и ведомого зубчатых колёс. Червячная передача (рисунок 12г) – i = n2/n1 = k/z, где k – количество

заходов резьбы червяка; z – число зубьев червячного колеса. Реечная передача (рисунок 12д) – S = nπmz, где S – перемещение рейки,

мм; z – число зубьев реечного зубчатого колеса; n – число оборотов реечного колеса; m – модуль реечного колеса и рейки, мм. Реечная передача служит для преобразования вращательного движения реечного зубчатого колеса или червяка в поступательное движение зубчатой рейки.

13

Винтовая передача (рисунок 12е) – S = n×t×k, где S перемещение гайки в осевом направлении, мм; t – шаг резьбы винта, мм; k – число заходов резьбы винта. Винтовая передача служит для преобразования вращательного движения винта в поступательное движение гайки.

Рисунок 12 – Передачи металлорежущих станков а – ремённая передача; б – цепная передача; в – зубчатая передача; г – червячная передача; д – реечная передача; е – винтовая передача

2.4 Механизмы станков

Подвижной блок зубчатых колёс (рисунок 13а). На 1-ом валу жёстко (на

шпонках) закреплены три шестерни – z1, z3, z5 (z – число зубьев). На 2-ом валу на шпонке перемещается тройной блок зубчатых колёс – z2, z4, z6. Таким образом, второй вал получает три частоты вращения вследствие изменения передаточного отношения зубчатых передач i1 = z1/z2; i2 = z3/z4; i3 = z5/z6. Конус зубчатых колёс с накидным зубчатым колесом (механизм Нортона, рисунок 13б). Вращение с первого вала, на котором жёстко закреплены зубчатые колёса z1 – z5, на второй вал передаётся зубчатым колесом zc через промежуточное накидное колесо zн, которое свободно сидит на промежуточном валу. Зубчатое колесо zc перемещается по второму валу по шпонке. Таким образом, второй вал может иметь пять разных частот вращения: i1 = z1/zc; i2 = z2/zc; i3 = z3/zc; i4 = z4/zc; i5 = z5/zc. Конус зубчатых колёс с вытяжной шпонкой (рисунок 13в). Вращение с первого вала на второй будет передаваться только тем зубчатым колесом, которое в данный момент будет жёстко соединено с первым валом вытяжной шпонкой. Таким образом, второй вал будет иметь три частоты вращения:

i1 = z1/z2; i2 = z3/z4; i3 = z5/z6. Механизм перебора (рисунок 13г). На первом валу расположена кулачковая муфта. При её включении влево вращение с ведущего шкива передаётся

14

непосредственно на шпиндель. Если муфта выключена, то вращение передаётся через зубчатые колёса механизма перебора с передаточным отношением

iп = z1/z2×z4/z3. Механизм перебора предназначен для резкого снижения частоты вращения валов.

Рисунок 13 – Механизмы металлорежущих станков 1 – шкив; 2 – шпиндель; 3 – собачка храпового механизма;

4 – ограничительный сектор; 5 – храповое колесо; 6 – ползун; 7 – кулисное зубчатое колесо; 8 – камень; 9 – кулиса; 10 – мальтийский крест; 11 – палец; 12 –

водило; 13,14 – конические шкивы; 15 – ролики

Реверсивный механизм с паразитным зубчатым колесом (рисунок 13д). Этот механизм позволяет изменять направление вращения ведомого вала относительно направления вращения ведущего вала. Вращение с первого вала на второй может передаваться через зубчатые колёса z1/z2, когда муфта включена вправо, или через зубчатые колёса z3/z4×z4/z5, когда муфта включена влево. Зубчатое колесо z4 не изменяет передаточного отношения, а только меняет направление вращения второго вала – оно является паразитным колесом.

Реверсивный механизм из конических зубчатых колёс (рисунок 13е). При переключении муфты влево или вправо направление вращения второго вала

15

меняется на противоположное. Направление вращения ведущего вала остаётся неизменным.

Для реверсирования движения валов могут использоваться и реверсивные электродвигатели.

Храповой механизм (рисунок 13ж). Этот механизм служит для прерывистого поворота вала на определённый угол при зацеплении зубьев храпового колеса с зубом собачки. В станках с его помощью осуществляется прерывистая подача. i = a/z, где а – число зубьев, захватываемых собачкой, z – число зубьев храпового колеса.

Кулисный механизм (рисунок 13з). Этот механизм преобразует вращательное движение кулисного зубчатого колеса в возвратно- поступательное движение ползуна.

Механизм мальтийского креста (рисунок 13и). Этот механизм преобразует непрерывное вращательное движение водила в прерывистое вращательное движение мальтийского креста. i = 1/z, где z – число пазов мальтийского креста.

Механизм бесступенчатого регулирования числа оборотов (рисунок 13к) – это механический вариатор конструкции В.А. Светозарова. Он состоит из двух шкивов, образующей которых является кривая. Шкивы закреплены на ведущем и ведомом валах, а к их поверхности прижаты ролики. Оси роликов устанавливаются под разными углами относительно осей валов. Этим обеспечивается изменение передаточного отношения передачи. При плавном изменении угла поворота роликов частота вращения изменяется в пределах 3 – 6,5.

3 ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНЫЙ СТАНОК 1К62

3.1 Конструкция станка

Все узлы станка, схема которого приведена на рисунке 14, смонтированы на

станине из серого литейного чугуна. Станина оснащена горизонтальными призматическими направляющими. В передней тумбе смонтирован электродвигатель главного привода станка. В задней тумбе находится бак для хранения смазочно-охлаждающей жидкости и насосная станция для её подачи в зону резания.

В передней бабке находятся: - шпиндель – полый вал, на котором размещаются приспособления для

крепления заготовки (патроны, центра, планшайбы и т.д.) - коробка скоростей, с помощью которой производят ступенчатую

регулировку скорости вращения шпинделя. Панель управления коробки скоростей выведена на лицевую панель передней бабки.

На лицевой стороне станины находится коробка подач, которая позволяет осуществлять ступенчатую регулировку движением продольного и поперечного суппортов.

С левой торцевой стороны станины расположена гитара сменных зубчатых колёс, которые переставляются при настройке станка на нарезание различных видов резьбы.

16

По направляющим станины перемещается продольный суппорт, который обеспечивает продольную подачу резца. На продольном суппорте размещена поперечная каретка – поперечный суппорт, который обеспечивает поперечную подачу резца. На поперечном суппорте расположен верхний поворотный суппорт. С его помощью резец можно устанавливать под любым углом к оси заготовки. На нём же смонтирован четырёхпозиционный резцедержатель, в котором одновременно закрепляются четыре резца.

Рисунок 14 – Токарно-винторезный станок 1К62 1 – передняя тумба; 2 – станина; 3 – коробка подач; 4 – гитара сменных

колёс; 5 – панель управления; 6 – передняя бабка; 7 – продольный суппорт; 8 – поворотный суппорт с резцедержателем; 9 – поперечный суппорт; 10 – фартук; 11 –

задняя бабка; 12 – станина Из коробки подач выходят ходовой валик и ходовой винт, последний

используется при нарезании точных резьб. Вращательное движение ходового валика и ходового винта в фартуке, закреплённом на продольном суппорте, преобразуется в поступательное движение суппортов.

Задняя бабка находится на правой стороне станины и перемещается по её направляющим. В пиноли задней бабки устанавливается задний (подвижный) центр или инструмент для обработки отверстий. Корпус задней бабки может смещаться в поперечном направлении относительно её основания, что необходимо при обтачивании наружных конических поверхностей.

3.2 Способы крепления заготовок на токарно-винторезном станке

1. Заготовки небольшой длины закрепляют в токарных патронах. При

токарной обработке используют кулачковые и поводковые патроны. Кулачковые патроны могут быть самоцентрирующиеся – обычно трёхкулачковые, и несамоцентрирующие– 2-х, 4-х и 6-ти кулачковые.

Трёхкулачковый самоцентрирующий токарный патрон, показанный на рисунке 15а, имеет три кулачка, которые одновременно сходятся к центру или расходятся от него. В радиальных пазах корпуса патрона перемещаются кулачки,

17

которые приводятся в движение от конической зубчатой передачи, смонтированной в корпусе патрона. Одно из конических колёс имеет торцевую резьбу (спираль Архимеда) и приводится в движение с помощью ключа. По этой спиральной резьбе кулачки патрона одновременно перемещаются от центра или к центру патрона.

В трёхкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют симметричные детали. Для закрепления несимметричных деталей используются, обычно четырёхкулачковые патроны, в которых каждый кулачок перемещается независимо от других (рисунок 15б).

В патронах закрепляются детали, у которых отношение длины к диаметру менее 4. Сам патрон крепится на резьбе или на конусной поверхности шпинделя.

а б

Рисунок 15 – Трёхкулачковый самоцентрирующий патрон (а) и четырёхкулачковый патрон (б)

1 – корпус патрона; 2, 3, 4 – захватывающие кулачки; 5 – зубчатое коническое колесо; 6 – малые зубчатые колёса; 7, 8, 9, 10 – кулачки; 11 – планшайба.

2. Когда отношение длины заготовки к диаметру превышает 4, то для

крепления заготовки используют патрон с поддержкой её с помощью подвижного центра, установленного в заднюю бабку, как показано на рисунке 16а.

3. Третий способ крепления деталей на станке – закрепление её в центрах. Для этого на торцах заготовки с помощью центровочного сверла делают центровые (глухие) отверстия, как показано на рисунке 17. В шпиндель вставляется неподвижный центр, в заднюю бабку – подвижный, и между ними крепится заготовка. Для передачи крутящего момента от шпинделя на неё надевается хомутик и используется поводковый патрон, который крепится на шпиндель станка (рисунок 18). Так крепятся детали с отношением длины к диаметру Lзаг/Dзаг = (4 ÷ 10). При закреплении заготовки в центрах достигается максимальная точность обработки соосных поверхностей ступенчатых валов.

4. Если отношение длины заготовки к её диаметру больше 10, то заготовку устанавливают в центрах, как и в предыдущем случае, а для уменьшения её деформации от сил резания применяют дополнительные опоры – люнеты. Люнеты бывают подвижными (открытыми), и они устанавливаются на продольном

18

суппорте станка; и неподвижными (закрытыми), которые крепятся к станине (рисунок 19а).

а

б в

Рисунок 16 – Крепление заготовки с помощью патрона и поддерживающего подвижного центра (а). Подвижный центр (б) и неподвижный центр (в)

а б

Рисунок 17 – Центровочное сверло (а) и центрование на токарном станке (б)

Рисунок 18 – Закрепление заготовки в центрах 1 – планшайба; 2 – хомутик; 3 – поводок (палец)

19

а б

Рисунок 19 – Закрепление заготовки в центрах и неподвижном люнете (а) 1 – станина; 2 – винт для закрепления хомутика на детали; 3 – поводковая планшайба; 4 – палец хомутика; 5 – хомутик; 6 – неподвижный люнет; 7 –

регулирующие упоры – кулачки. Закрепление заготовки на планшайбе (б). 1 – планшайба; 2 – противовес; 3 –

обрабатываемая деталь; 4 – угольник

5. При обработке несимметричных деталей и деталей сложной формы, которые невозможно закрепить в кулачковом патроне, применяют крепление на планшайбе, навинчиваемой на шпиндель, как показано на рисунке 19б.

3.3 Способы обработки конических поверхностей на токарных станках

1. Точение конической поверхности при повороте поперечного суппорта

при ручной подаче, как показано на рисунке 20а. Угол поворота определяют по формуле:

tg α = (D – d)/2l, где D и d – диаметры конуса, мм; l – длина конуса, мм. Этим методом обрабатываются как наружные, так и внутренние конические поверхности.

2. Точение конусов широким резцом при поперечной подаче (рисунок 20б). Этот способ применяется при обработке конических поверхностей небольшой длины. Ширина резца должна немного превышать длину обрабатываемой поверхности.

3. Точение конусов при поперечном смещении корпуса задней бабки показано на рисунке 20в. Таким способом обрабатываются длинные детали с небольшой конусностью (α < 8о). Величина смещения задней бабки от оси h = L(D – d)/2l, где l – длина детали, мм.

4. Точение конусов при помощи копировальной (конусной) линейки показано на рисунке 20г. Таким способом обрабатываются конусные детали большой длины. Для этого на кронштейне, прикреплённом к станине, располагают линейку с ползуном, которая кинематически связана с поперечным суппортом станка.

20

Рисунок 20 – Способы обработки конических поверхностей. Точение конической поверхности с поворотом поперечного суппорта и ручной

подачи (а) 1 – ось поворота поперечного суппорта; 2 – рукоятка ручной подачи.

Точение конусов широким резцом (б). Точение конусов при поперечном смещении корпуса задней бабки (в). Точение конусов при помощи копировальной (конусной)

линейки (г) 1, 5 – болты крепления линейки; 2 – кронштейн; 3 – копировальная линейка; 4 –

ползун; 6 – тяга; 7 – станина; 8 – деталь; 9 – поперечный суппорт

3.4 Кинематическая схема токарно-винторезного станка 1К62

При анализе кинематических схем металлорежущих станков различают главное рабочее движение и движение подачи.

Главное рабочее движение. Привод главного движения – коробка скоростей имеет 6 валов. Вал I (рисунок 21) приводится в движение электродвигателем (N = 10 кВт, n = 1450 об/мин) через клиноремённую передачу со шкивами диаметром 142 и 254 мм. На этом валу размещается пластинчатая фрикционная муфта М1, переключение которой реверсирует вращение шпинделя. При включении муфты влево вращение с вала I на вал II передаётся через шестерни 56 – 34 или 51 – 39, а при включении муфты вправо – через шестерни 50 – 24 и 36 – 38. В последнем случае передача движения осуществляется через блок промежуточных (паразитных) шестерён 24 – 36, которые изменяют направление движения вала II, и, следовательно, направление вращения шпинделя.

При включении муфты влево обеспечивается прямое вращение шпинделя – по часовой стрелке при взгляде с его нерабочей стороны, при включении вправо – обратное вращение. Реверсирование движения шпинделя необходимо для

21

проведения тяжёлых отрезных работ (большие диаметры, твёрдые материалы) при обратном вращении шпинделя, а также для извлечения инструмента, закреплённого в задней бабке, при обработке отверстий. В дальнейшем будет рассматриваться только прямой рабочий ход.

С вала II на вал III вращение передаётся через шестерни 29 – 47; 21 – 55; 38 – 38. С вала III движение может непосредственно передаваться через шестерни 65 – 43 на вал VI – шпиндель, обеспечивая таким образом, 6 самых высоких частот его вращения. С другой стороны, движение с вала III может передаваться на вал IV через шестерни 22 – 88 или 45 – 45, а с вала IV на вал V через шестерни 22 – 88 или 45 – 45 и далее 27 – 54 на шпиндель. Валы IV и V являются системой перебора. Благодаря этой системе шпиндель получает ещё 24 частоты вращения, итого – 30. Фактически станок имеет 23 частоты вращения, так как при некоторых передачах скорости дублируются.

Уравнение кинематической цепи главного движения в общем виде выглядит так: - при работе без перебора nшп = nэд(dэд/d) ×(1 - ε)i I – II iII – III iIII – VI ; - при работе с перебором nшп = nэд (dэд/d) (1 - ε) iI – II iII – III iIII – IV iIV – V iV – VI, где nшп – частота вращения шпинделя, об/мин; nэд – частота вращения электродвигателя, об/мин; dэд – диаметр шкива на валу I, мм; ε - коэффициент проскальзывания клиноремённой передачи (ε ≈ 0,01 ÷ 0,015); i – передаточное отношение передачи с одного вала на другой.

Движение подачи содержит: - звено увеличения шага; - двухскоростной механизм реверса; - гитару сменных колёс; - коробку подач с ходовым валом и ходовым винтом; - фартук суппорта. Звено увеличения шага. Вращение на вал VII может передаваться через

шестерни 60 – 60 с вала VI (шпиндель) или через шестерни 45 – 45 с вала III. Переключение блока Б6 вправо и включением передачи с вала III на вал VII достигается увеличение подачи в 2 – 8 – 32 раза1. Блок Б6 называется звеном увеличения шага.

С вала VII на вал VIII движение передаётся через шестерни 42 – 42; 28 – 56; 35 – 28 – 35. При последнем включении движение вала VIII изменяется на противоположное. Блок Б7 играет роль реверса подачи и используется в основном для реверсирования ходового винта.

С вала VIII вращение передаётся на вал IX через гитару сменных шестерён – блок шестерён Б8 и Б9. Движение может передаваться через шестерни 42 – 95 – 50 при нарезании метрических и дюймовых резьб, а также при обычном точении. При нарезании модульных, торцевых и питчевых резьб блоки Б8 и Б9 1 При выполнении лабораторной работы студентам необходимо рассчитать все передаточные отношения с вала VI (шпинделя) на вал VII.

22

переустанавливаются, а движение в этом случае осуществляется через шестерни 64 – 95 – 97.

Вал IX является входным валом в коробку подач. В коробке подач размещаются зубчатые колёса и муфты, переключение которых позволяет осуществлять обычное точение и нарезание различных типов резьб: метрических, дюймовых, торцевых, питчевых и модульных. Для получения большего количества возможных скоростей подач, там же расположен механизм Нортона (вал XI). Из коробки подач выходит ходовой валик и ходовой винт, последний используется при нарезании особо точных резьб.

На ходовом валике расположена обгонная муфта Мо, которая позволяет осуществлять быстрое холостое перемещение суппорта (v = 3 ÷ 4 м/мин) без выключения коробки подач (более медленное вращение). Привод при этом осуществляется от отдельного электродвигателя W = 1 кВт через ремённую передачу.

Вращение ходового валика, входящего в фартук через предохранительную муфту Мп, преобразуется червячной передачей (k = 4, z = 20) и системой зубчатых колёс и муфт в поступательное движение суппортов – в автоматические продольную и поперечную подачи. Продольная подача осуществляется с помощью реечной шестерни (z = 10, m = 3) и рейки, которая закреплена на станине станка. Поперечная подача осуществляется с помощью винта (k = 2, t = 5). Реверс направления подач осуществляется паразитным колесом (z = 45) при переключении муфт М6, М7 (продольный суппорт) и М8, М9 – поперечный суппорт.

3.5 Техническая характеристика токарно-винторезного станка 1К62

Высота центров, мм 215 Наибольший диаметр точения, мм 400 Расстояние между центрами, мм 1400 Количество частот вращения шпинделя 23 Пределы изменения частот вращения шпинделя, об/мин 12,5÷2000 Количество поперечных подач 56 Пределы изменения поперечных подач, мм/об 0,038÷2,23 Количество продольных подач 56 Пределы изменения продольных подач, мм/об 0,075÷4,46 Мощность электродвигателя, кВт 10

23

Рисунок 21 – Кинематическая схема токарно-винторезного станка 1К62

24

4 Лабораторная работа 1. Геометрический анализ резца

4.1 Цель работы Практическое ознакомление студентов с типами резцов, основными

элементами их геометрии (поверхностями, частями, углами), с методами их измерения и произведение расчёта максимального усилия, допускаемого прочностью резца.

4.2 Приборы и материалы Образцы резцов, универсальный угломер, транспортир. 4.3 Описание работы

1. Студенту выдается 2 резца, для которых необходимо определить назначение и основные элементы: поверхности и режущие кромки.

2. По маркировке определить материал, из которого изготовлена режущая часть резца, и расшифровать его состав (задание выполняется с использованием приложений 1 и 2).

3. Выполнить эскиз резцов с указанием их размеров, обозначить сечения по главной и вспомогательной секущим плоскостям и показать все углы.

4. С помощью преподавателя универсальным угломером измерить углы α, αα, αα, αα, α1111,,,, γγγγ, λ, λ, λ, λ, а транспортиром — углы в плане (см. приложение 3).

5. Провести расчет усилия резания, допускаемого прочностью резца (см. приложение 4).

4.4 Оформление результатов работы Результаты работы оформляются в виде отчёта, в котором приводятся эскизы

резцов в процессе обработки детали с указанием направления подачи и глубины резания. На эскизе резца указываются его углы в сечении и в плане, а также проводится его прочностной расчёт.

4.5 Контрольные вопросы 1. Классификация токарных резцов. 2. Поверхности и углы токарных резцов. 3. Назначение прямого проходного резца. 4. Назначение подрезного резца. 5. Назначение отрезного резца. 6. Назначение проходного резца с отогнутой головкой. 7. Назначение расточных резцов. 8. Назначение упорных резцов. 9. Режим резания. 10. Расшифровать маркировку станка 1К62, 1А665.

25

5 Лабораторная работа 2. Токарно-винторезный станок 1К62

5.1 Цель работы. Целью настоящей лабораторной работы является ознакомление студентов с

устройством токарно-винторезного станка, его кинематикой, способами закрепления заготовок на станке и способам их обработки.

5.2 Приборы и материалы. Кинематическая схема станка, деталь после токарной обработки. 5.3 Содержание работы 1. По кинематической схеме станка студенты по заданию преподавателя

должны рассчитать скорости вращения шпинделя и передаточные отношения звена увеличения шага.

2. Зарисовать эскиз детали и определить, какими резцами она обрабатывалась, и каким способом закреплялась на станке.

5.4 Оформление результатов работы Результаты работы оформляются в виде отчёта, в котором приводится схема

станка и расчёт кинематических цепей главного движения – максимальной и минимальной скорости вращения шпинделя. В соответствии с индивидуальным заданием приводится расчёт кинематической схемы движения подачи.

5.5 Контрольные вопросы 1. Классификация металлорежущих станков. 2. Режим резания. 3. Движения при обработке на металлорежущих станках. 4. Передачи металлорежущих станков и их передаточные отношения. 5. Механизмы металлорежущих станков. 6. Назначение механизма перебора в токарно-винторезном станке. 7. Назначение механизма Нортона в токарно-винторезном станке. 8. Виды реверсирования, применяемые в металлорежущих станках. 9. Какой вид реверса применяется в станке 1К62. 10. Структура токарно-винторезного станка. 11. Назначение шнинделя токарно-винторезного станка. 12. Назначение коробки скоростей токарно-винторезного станка. 13. Назначение коробки подач токарно-винторезного станка. 14. Что такое подача при токарной обработке. 15. Что совершает главное движение и движение подачи при токарной обработке. 16. Назначение ходового винта в токарно-винторезном станке. 17. Назначение фартука токарно-винторезного станка. 18. Назначение продольного суппорта токарно-винторезного станка. 19. Назначение поперечного суппорта токарно-винторезного станка. 20. Назначение задней бабки токарно-винторезного станка. 21. Способы крепления заготовок на токарно-винторезном станке. 22. Какой способ крепления заготовки самый точный и в чём он состоит. 23. Что такое люнет и когда он используется. 24. Способы обработки конических поверхностей на токарно-винторезном

станке.

26

ЛИТЕРАТУРА

1. Дальский А.М., Арутюнова И.А., Барсукова Т.М. и др. Технология конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1977. – 664с.

2. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. – 544с. 3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1990. – 528с. 4. Общетехнический справочник. Под редакцией Скороходова Е.А. М.: Машиностроение, 1982. – 415с. 5. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов. Справочник.

Под редакцией Буранчикова В.И. М.: Машиностроение, 1990. – 400с. 6. Романов А.Б., Барсуков М.Ф. Инструмент для обработки резанием.

Методические указания к лабораторным работам. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1983. – 35с.

Федоренко Ю.Ф., Барсуков М.Ф. Металлообрабатывающие станки. Сверлильные станки. Методические указания к лабораторным работам. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1983. – 19с.

27

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное)

Инструментальные материалы

Быстрорежущие стали. Наиболее широко применяются при изготовлении

осевого инструмента: сверл, зенкеров, разверток, метчиков и для резьбовых и сложнопрофильных резцов и фасонного инструмента.

а) СТАЛИ НОРМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ (пониженной теплостойкости 615-620 оС). Используются для обработки материалов 1-4 групп (см. приложение 2). К ним относятся: вольфрамовые – Р9, Р12, Р18; вольфрамомолибденовые – Р6М5, Р6М3; безвольфрамовые – 9Х6М3Ф3АГСТ. Скорость резания для этих сталей Vр=35-40 м/мин.

б) СТАЛИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ (дополнительно легированы кобальтом и ванадием, их теплостойкость 625-640о С). Используются для обработки материалов 8-14 групп: вольфрамокобальтовые – Р9К5, Р9К10, вольфрамованадиевые – Р9Ф5, Р12ФЗ, вольфрамомолибденовые с кобальтом и ванадием – Р6М5К5, Р6М5Ф2К8.

Порошковые быстрорежущие стали. Их олучают методом порошковой

металлургии. Они имеют карбидную неоднородность по 1-2-ому баллу, имеют повышенную шлифуемость и пластичность при холодной и горячей деформации, повышенную прочность на изгиб (500-700 МПа), превосходят по стойкости быстрорежущие стали обычной производительности в 1,5-2 раза. В маркировке добавляются две буквы МП (Р10М6К8-МП).

Стали высокой производительности. Теплостойкость 700-725о С,

твердость после закалки и отпуска 69-70 НRСэ (В11М7К23, В24М12К23, В18К25Х4 и др.) При обработке жаропрочных сталей и титановых сплавав их производительность выше в 30 раз по сравнению с инструментом из стали Р18 и в 10 раз выше инструмента из твердого сплава ВК8. К этим сталям относятся карбидостали. Инструмент из этих сталей изготавливается методами порошковой металлургии. Карбидостали – это композиционный материал, в котором зерна тугоплавких карбидов (в основном ТiС) равномерно распределены в связке из легированной стали. В них сочетается твердость и износостойкость твердых сплавов с прочностью и вязкостью легированных сталей. Они занимают промежуточное положение между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами, подвергаются механической обработке в отожженном состоянии. Эти стали термостойки, легче быстрорежущих сталей на 13% и твердых сплавов на 50%. Карбидостали производятся на основе двух сталей Р6М5-КТ20 (массовая доля карбида титана – 20%). Теплостойкость этих сталей 650-690о С, твердость НRСэ=70-72, предел прочности на изгиб σ и=2000-2500 МПа. Стойкость инструмента из этих сталей выше, чем инструмента из быстрорежущей стали Р18 в 10 раз, из порошковых сталей – в 2 раза.

28

Твердые сплавы. Производятся на основе карбидов вольфрама, титана и тантала на кобальтовой связке. Скорость обработки инструментом из твердых сплавов в несколько раз превышает скорость обработки инструментом из быстрорежущих сталей. Твердые сплавы делятся на три группы, различающиеся составом карбидной основы и, как следствие, физико-механическими и эксплуатационными свойствами:

а) Вольфрамовые твердые сплавы – ВК. б) Титановольфрамовые – ТК. в) Титанотанталовольфрамовые – ТТК. Сплавы типа ВК различаются размером зерна карбидной составляющей. При

размере карбидных частиц З-5 мкм структура считается крупнозернистой; 0,5-1,5 – мелкозернистой; когда 70% частиц имеют диаметр меньше 1мкм – особомелкозернистая структура.

С увеличением содержания кобальта увеличивается предел прочности на изгиб, сопротивляемость ударным и циклическим нагрузкам, но снижается твердость и температура, при которой наблюдается схватывание с обрабатываемым материалом, что приводит к увеличению износа инструмента. С уменьшением размера зерна снижается прочность, но увеличивается износостойкость.

Крупнозернистые сплавы применяют для черновой обработки, мелко- и особомелкозернистые – для чистовой обработки резанием.

Маркировка: В – крупнозернистые (ВК8В); М – мелкозернистые (ВК6М);

ОМ – особомелкозернистые (ВК6-ОМ). Стойкость инструмента с особомелким зерном в 3 раза выше, чем с мелким

зерном. Сплавы с особомелкозернистой структурой легируют карбидом хрома (ВК10ХОМ).

Вольфрамотитановые твердые сплавы ТК – более твердые, теплостойкие и износостойкие, чем сплавы типа ВК, но менее прочные. Плохо выдерживают ударные и переменные нагрузки. В связи с этим сплавы группы ТК с меньшим содержанием карбида титана применяются при черновой обработке (Т5К10; Т5К12), а с большим содержанием ТiС (Т15К6, Т30К4) – для чистовой обработки.

Вольфрамотитанотанталовые сплавы ТТК – занимают промежуточное положение по своим механическим свойствам между сплавами ВК и ТК.

Для них характерна высокая износостойкость и сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, что позволяет их использовать при черновой обработке (сплав ТТ8К6 обладает стойкостью в 2-2,5 раз большей, чем сплав ВК6М).

Безвольфрамовые твердые сплавы – на основе карбида и нитрида титана сцементированные никельмолибденовой связкой. Они имеют меньшую прочность на изгиб, чем вольфрамовые, но повышенную жаростойкость (до 1000о С) и низкую схватываемость с обрабатываемым материалом. Они обладают высокой плотностью, это позволяет получать при заточке острую режущую кромку, что необходимо при чистовой обработке. При этом снижается шероховатость поверхности, это позволяет заменить шлифование точением и повышает

29

производительность в 2-2,5 раза. Безвольфрамовые твердые сплавы обладают износостойкостью в 1,5 раза выше, чем у сплавов группы ТК (маркировка ТН30; КНТ16).

Минералокерамические материалы. В настоящее время используется два

вида этих материалов: - оксидная, белая керамика (содержит 99,7% оксида алюминия); - оксидная, черная керамика (содержит в качестве добавки карбид титана). На основе нитрида кремния разработан материал силитин-Р (Si3N), который

обладает высокой стабильностью физико-механических свойств и структуры при высоких температурах. Инструмент из этого материала используется для чистовой обработки.

На основе оксидной керамики разработаны материалы ОНТ-20 (картинит, В3, ВОК-60), которые имеют стойкость в 5-10 раз большую, чем у твердых сплавов. Одна режущая пластина из этих материалов заменяет 6-8 твердосплавных пластин.

Сверхтвердые материалы. Материалы, разработанные на основе модификаций углерода и нитрида

бора. Из них изготавливается в основном инструмент для гибких автоматических линий и станков с ЧПУ.

Эльбор – Р (композит 1) и бельбор (композит 2) – материал на основе гексагонального нитрида бора.

Гексанит Р (композит 10) – материал на основе вюрцитоподобной модификации нитрида бора.

Материал на основе кубического нитрида бора с легирующими добавками (композит 0,5) – имеет предел прочности на изгиб 500-1000 МПа и теплостойкость 1100-1300о С.

Наибольшее распространение в настоящее время получили эльбор-Р4, гексанит Р.

30

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное)

Обрабатываемость сталей и сплавов Металлы и сплавы делятся по основным свойствам и обрабатываемости

1. Магниевые сплавы. 2. Алюминиевые сплавы. 3. Медные сплавы. 4. Чугуны. 5. Углеродистые стали. 6. Легированные стали. 7. Теплоустойчивые стали. 8. Коррозионностойкие стали. 9. Жаропрочные деформируемые стали.

10. Коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные деформируемые стали. 11. Жаропрочные жаростойкие деформируемые сплавы на никелевой основе. 12. Жаропрочные литейные сплавы на никелевой основе. 13. Сплавы на титановой основе. 14. Высокопрочные стали. Обрабатываемость материала может оцениваться: 1. Предельной или оптимальной скоростью резания. 2. Стойкостью инструмента. 3. Шероховатостью поверхности, обработанной при определенных режимах

резания. 4. Формой стружки, которая, по возможности, учитывается при определении

режимов резания. За критерий обрабатываемости принята скорость резания. Обрабатываемость

оценивается по коэффициенту обрабатываемости, учитывающему влияние физико-механических свойств металла на скорость резания: Кvм = V/Vэ

Vэ – скорость резания материала, принятого за эталон при заданных условиях обработки.

V – скорость резания данного материала при тех же условиях резания. Для каждой группы материалов за эталон обрабатываемости (Кv=1)

принимается обрабатываемость одного из сплавов: 1 – МЛ-5; 2 – Д-16; 3 – БрАЖ-9-4, σв=500 МПа; 4 – СЧ20, σв=180-200 МПа; 5-6 – сталь 45, σв=750 МПа; 7-14 –12Х18Н10Т.

31

Особенности обработки сплавов

Группа 1. При обработке применяется быстрорежущий и твердосплавный инструмент, качество обработки поверхности хорошее, как при низких, так и при высоких скоростях резания, но мелкая стружка легко воспламеняется.

Группа 2. При обработке применяется твердосплавный инструмент – скорость резания Vр до 600 м/мин, для быстрорежущей стали – до 300 м/мин. Износ инструмента по задней поверхности. Наиболее интенсивный износ при обработке силуминов, в структуре которых крупные зерна кремния, что вызывает возникновение высоких напряжений и температур на режущей кромке, поэтому рекомендуется применение алмазного инструмента.

Группа 3. При обработке используются твердые сплавы при скорости резания до 700 м/мин или быстрорежущие стали (Vр до 160 м/мин). Для получения “зеркальной” поверхности используется алмазный инструмент и сверхтвердые материалы.

Группа 4. Хорошая обрабатываемость сплавов, износ инструмента низок. Наибольшая стойкость у инструмента из вольфрамо-кобальтовых сплавов с высокодисперсными частицами карбидов.

Группа 5,6. Хорошая обрабатываемость сплавов. Для увеличения обрабатываемости специально вводится сера, свинец, марганец, при этом повышаются скорости обработки, уменьшается сила резания, уменьшается шероховатость, увеличивается стойкость инструмента.

Группа 7. Удовлетворительная обрабатываемость, близкая к углеродистым сталям.

Группа 8-10. Для сплавов Сr 11-25%, Ni 5-10%, мало Mn, Ti, W, Al, Mo и др. рекомендуется обработка резанием после термической обработки. Характерно налипание металла в зоне контакта стружки с передней поверхностью лезвия, что приводит к повышенному износу в этой зоне.

Группа 9-10. Стали подвергаются значительному упрочнению, что также повышает износ. Для уменьшения упрочнения необходимо работать острозаточенным лезвием. Обрабатываемость в 2-4 раза ниже, чем у стали 45.

Группа 11. Для сплавов характерна высокая склонность к наклепыванию, что вызывает повышенный износ инструмента. Обработку рекомендуют проводить при непрерывном резании твердосплавным инструментом, при прерывистом – быстрорежущим. Обрабатываемость в 7-12 раз ниже, чем у стали 45.

Группа 12. Сплавы плохо обрабатываются из-за наличия карбидных и интерметаллидных включений. Применение быстрорежущих сталей невозможно, используется только твердосплавный инструмент. Обрабатываемость сплавав хуже в 12-20 раз, чем у стали 45.

Группа 13. Для сплавов характерна малая пластичность, высокая химическая активность при резании, низкая теплопроводность. При нагреве в зоне резания поглощается кислород и азот, что приводит к охрупчиванию материала. Температуры в зоне резания в 2 раза выше, чем при обработке

32

стали 45. Стружка склонна к воспламенению, а при наличии масла – самовозгорается. Подача, напротив, должна быть не менее 0,08 мм, а скорость резания не более 100 м/мин. Сплавы со структурой α + β имеют наилучшую обрабатываемость, с α структурой – хуже, самая плохая обрабатываемость у β-сплавав.

Группа 14. После закалки и отпуска сплавы имеют прочность в σв > 1600 МПа, в отожженном состоянии их обрабатываемость твердосплавным инструментом ниже в 5-8 раз, чем у стали 45.

33

ПРИЛОЖЕНИЕ В (обязательное)

Прибор для контроля геометрии резцов

Рисунок 22 – Общий вид прибора (а) 1 – поворотный стол; 2 – основание; 3 – ось; 4 – шаблон-указатель; 5 – шкала; 6 –

кронштейн; 7 – шпонка; 8 – винт; 9 – штанга.

Контроль углов на приборе (б). А – переднего угла γγγγ; Б – наклон режущей кромки λλλλ; В – заднего угла αααα;

Г – главного угла в плане.

34

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (обязательное)

Расчет усилия резания Pz, допускаемого прочностью резца

Условие прочности Мизг.= W σи или Pz l = W σи Pz – максимальное усилие, допускаемое прочностью резца, Н;

l – вылет резца, l = (1,5 ÷ 2) h, м; h – высота резца, м; W – момент сопротивления державки резца, W = bh2 / 6 - для прямоугольного сечения державки, Н×м;

b – ширина основания резца, м; W ~ 0,1d3 – для круглого сечения (расточные резцы), Н×м;

d – диаметр державки, м; σи – предел прочности на изгиб, для стали 45 – σи = 400 МПа.

35

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ………………………………………………………………. 3 1 Токарные резцы …………………………………………………….. 3 1.1 Назначение и классификация резцов ……………………………. 3 1.2 Типы токарных резцов ……………………………………………. 4 1.3 Части, поверхности и элементы резца ……………………………. 6 1.4 Углы токарного резца …………………………………………….. 7

2 Металлорежущие станки ………………………………………… 10 2.1 Режим резания ……………………………………………………. 11 2.2 Классификация металлорежущих станков ……………………… 12 2.3 Приводы и передачи станков …………………………………….. 12 2.5 Механизмы станков ……………………………………………… 13 3 Токарно-винторезный станок 1К62 ……………………………….. 15 3.1 Конструкция станка ………………………………………………. 15 3.2 Способы крепления заготовок на токарно-винторезном станке … 16 3.3 Способы обработки конических поверхностей

на токарных станках ……………………………………………….. 19 3.4 Кинематическая схема токарно-винторезного станка 1К62 ……… 20 3.5 Техническая характеристика токарно-винторезного станка 1К62 .. 22

4 Лабораторная работа 1. Геометрический анализ резца ……………. 24 5 Лабораторная работа 2. Токарно-винторезный станок 1К62 ……… 25 Литература ………………………………………………………………. 26 Приложение А Инструментальные материалы ………………………. 27 Приложение Б Обрабатываемость сталей и сплавов ………………… 30 Приложение В Прибор для контроля геометрии резцов …………….. 33 Приложение Г Расчёт усилия резания Рz, допускаемого прочностью резца ………………………………………………………… 34

36

Кафедра теоретических основ материаловедения

Методические указания

Токарная обработка.

Виктор Николаевич Коробко Александр Иванович Кузнецов Светлана Ивановна Гринёва Максим Максимович Сычёв

Отпечатано с оригинал-макета. Формат 60×901/16. Печ. л. Тираж экз.

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)

198013 Санкт-Петербург, Московский пр., 26