Методические указания к
Лабораторной работе № 12
Обработка на металлорежущих станках
(токарных, сверлильных, фрезерных)
по дисциплине
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Направление подготовки:
150400 «Технологические машины и оборудование»
Форма обучения - очная
Тула 2010 г.
Методические указания к лабораторной работе составлены профессором А.С. Рыбаковым и обсуждены на заседании кафедры СЛ и ТКМ механико-технологического факультета
протокол № 1 от 31 августа 2010 г.
Зав. кафедрой СЛ и ТКМ А.А. Протопопов
Методические указания к лабораторной работе пересмотрены и утверждены на заседании кафедры СЛ и ТКМ механико-технологического факультета
протокол № от «» 20 г.
Зав. кафедрой СЛ и ТКМ А.А. Протопопов
1. Цель и задачи работы:
1. Изучить назначение и устройство токарного станка.
2. Изучить назначение и устройство сверлильного станка.
3. Изучить назначение и устройство фрезерных станков.
2. Теоретические положения
На токарных станках обрабатываются детали, представляющие собой тело вращения (валы, шкивы, заготовки зубчатых колес и другие). Токарной обработкой на заготовке детали получают цилиндрические, конические, фасонные поверхности, а также резьбы, фаски и галтели (радиусные переходы).
Рис.1. Общий вид токарно-винторезного станка
Токарный станок, оснащенный специальным устройством для нареэания резьбы резцом называется токарно-винторезным. На рис. 1 изображен общий вид токарно-винторезного станка. Станок состоит из следующих основных частей и узлов.
Станина 6 - массивное чугунное основание, на котором смонтированы основные узлы станка. Верхняя часть станины имеет две плоские и две призматические направляющие, по которым перемещаются суппорт и задняя бабка. Станина установлена на двух тумбах.
Передняя бабка 2 - чугунная коробка, внутри которой расположены коробка скоростей и шпиндель. Шпиндель представляет собой полый вал, на правом конце которого крепится приспособление, зажимающее заготовку. Шпиндель получает вращение от электродвигателя через клиноременную передачу и механизм, состоящий из зубчатых колес, размещенных внутри передней бабки. Этот механизм называется коробкой скоростей и служит для изменения частоты вращения шпинделя.
Суппорт 3 - устройство для закрепления резца и обеспечения движения подачи, то есть перемещения резца в продольном и поперечном направлениях. Движение подачи суппорт получает от ходового вала или ходового винта. Суппорт состоит из следующих сборочных единиц: каретки, которая перемещается по направляющим станины; фартука, в котором расположен механизм преобразования вращательного движения ходового вала и ходового винта в прямолинейное движение суппорта; поперечных салазок; верхних (резцовых) салазок резцедержателя.
Коробка подач 8 представляет собой механизм, передающий вращение от шпинделя к ходовому валу или ходовому винту. Коробка подач служит для изменения скорости движения подачи суппорта. Вращательное движение к коробке подач передается от шпинделя через реверсивный механизм (трензель) и гитару со сменными зубчатыми колесами 1.
Гитара 1 предназначена для настройки станка на различные шаги нарезаемых резьб.
Задняя бабка 4 - предназначена для поддержания конца длинных заготовок в процессе обработки, а также для закрепления и подачи стержневых инструментов (сверл, зенкеров, разверток).
Корпус задней бабки смещается относительно основания в поперечном направлении, что необходимо при обтачивании наружных конических поверхностей. Для предохранения работающего от травм сходящей стружкой на станке устанавливают специальный защитный экран.
Обтачивание наружных цилиндрических поверхностей выполняют прямыми, отогнутыми или упорными проходными резцами с продольной подачей (рис. 2, а); гладкие валы, - при установке заготовки на центрах. Вначале обтачивают один конец заготовки, а затем ее поворачивают на 180° и обтачивают остальную часть.
Включение и выключение электродвигателя, пуск и остановка станка, управление коробкой скоростей, коробкой подач, механизмом фартука и т.п. производится соответствующими органами управления (рукоятками, кнопками, маховичками).
Для закрепления заготовок поменяют патроны, планшайбы, люнеты, оправки и другие.
Ступенчатые валы обтачивают по схемам деления припуска на части (рис. 2, б) или деления длины заготовки на части (рис. 2, а).
|
| Рис. 2. Схемы обработки заготовок на токарно-винторезном станке |
В первом случае обрабатывают заготовки с меньшей глубиной резания, однако общий путь резца получается большим и резко возрастает То. Во втором случае припуск с каждой ступени срезается сразу за счет обработки заготовки с большой глубиной резания. При этом То уменьшается, потребуется большая мощность привода станка.
Подрезание торцов заготовки выполняют перед обтачиванием наружных поверхностей. Торцы подрезают подрезными резцами с поперечной подачей к центру (рис. 2, г) или от центра заготовки. При подрезании от центра к периферии поверхность торца получается менее шероховатой.
Обтачивание скруглений между ступенями валов (рис. 2, д) выполняют проходными резцами с закруглением между режущими кромками по соответствующему радиусу с продольной подачей пли специальными резцами с поперечной подачей.
Протачивание канавок (рис. 2 е) выполняют с поперечной подачей прорезными резцами, у которых длина главной режущей кромки равна ширине протачиваемой канавки. Широкие канавки протачивают теми же резцами сначала с поперечной, а затем с продольной подачей.
Сверление, зенкерование и развертывание отверстий выполняют соответствующими инструментами, закрепляемыми в пиноли задней бабки. На рис. 2 ж показана схема сверления в заготовке цилиндрического отверстия.
Растачивание внутренних цилиндрических поверхностей выполняют расточными резцами, закрепленными в резцедержателе станка, с продольной подачей. Гладкие сквозные отверстия растачивают проходными резцами (рис. 2, з); ступенчатые и глухие - упорными расточными резцами (рис. 2, и).
Отрезку обработанных деталей выполняют отрезными резцами с поперечной подачей. При отрезке детали резцом с прямой главной режущей кромкой (рис. 2, к) разрушается образующаяся шейка и приходится дополнительно подрезать торец готовой детали. При отрезке детали резцом с наклонной режущей кромкой (рис. 2, л) торец получается чистым.
Режущими инструментами являются резцы, сверла, зенкеры, развертки, метчики, плашки.
Резцы в зависимости от назначения бывают проходные, подрезные, отрезные, расточные, резьбовые, галтельные, фасонные и другие.
Рис. 3. Схема токарного резца. 1 – передняя поверхность; 2 – главная задняя поверхность; 3 – главная режущая кромка; 4 – вспомогательная задняя поверхность; 5 – вспомогательная режущая кромка; 6 – вершина; А – головка резца; В – тело резца
Токарный резец (рис. 3 состоит из головки (рабочей части) и тела, служащего для закрепления резца. Поверхностям и другим элементам головки резца присвоены следующие названия. Передней поверхностью резца называется та поверхность, по которой сходит стружка. Задними поверхностями резца называются поверхности, обращенные к обрабатываемой детали, причем одна из них называется главной, а другая вспомогательной. Режущими кромками резца называются линии, образованные пересечением передней и задних поверхностей его. Режущая кромка, выполняющая основную работу резания, называется главной, а примыкающая к вспомогательной режущей кромке - вспомогательной.
Вершиной резца называется место сопряжения главной и вспомогательной кромок. Работоспособность резца определяется его геометрией, то есть углами.
Основные требования, предъявляемые к материалу рабочей части резца: твердость (должна быть больше твердости любого обрабатываемого материала); вязкость (чтобы во время работы кромка резца не выкрашивалась); сопротивление истиранию.
Для изготовления резцов и других режущих инструментов применяют следующие материалы:
1. Вольфрамовые твердые сплавы предназначаются для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов - ВК2, ВКЗ, ВК6, ВК8 и др. Буква В означает карбид вольфрама, буква К - кобальт. Цифра, стоящая в марке после буквы К. указывает количество кобальта в процентах; остальное - карбид вольфрама.
2. Титановольфрамовые твердые сплавы - Т5К10, Т15К6, ТЗОК4 и другие применяют для обработки всех видов сталей. Буква Т и поставленная за ней цифра указывают количество (в процентах) содержащегося в данном сплаве карбида титана.
3. Титанотанталовольфрамовые сплавы ТТ7К12 и ТТ10К8 используются в особо тяжелых случаях, например при обработке стальных отливок и поковок, жаропрочных и других труднообрабатываемых сталей и т.п.
В сплаве ТТ7К12 содержится 7 % карбидов титана и тантала, 12% кобальта, остальное - карбид вольфрама.
4. Быстрорежущие стали марок Р18, Р12, Р9, содержащие соответственно 18, 12 и 9% вольфрама, остальное углерод, железо и другие элементы. Применяют для обработки сталей и цветных металлов.
Быстрорежущие стали повышенной производительности марок Р18Ф2, Р6МЗ, Р9К5 и другие, где буквы Ф - ванадий, К- кобальт, М - молибден, а цифры после них указывают на содержание этих элементов в процентах.
5. Значительно реже для резцов и других инструментов применяют углеродистые и легированные стали. В углеродистых сталях марок У12А, У10А буква У условно означает, что сталь углеродистая, а следующая за ней цифра указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква А указывает на то, что сталь высококачественная, то есть содержание серы и фосфора менее 0,06 %.
Обработка на сверлильных станках
Сверлильные станки делятся на три группы: универсальные,
специализированные и специальные. Универсальные станки являются самыми распространенными. На них можно производить все технологические операции, характерные для обработки отверстий (сверление, нарезание резьбы, зенкерование, развертывание и т.д.). Станок модели 2М112 показан на рис. 4. На фундаментной плите 1 смонтирована колонна 2. В ней расположена коробка скоростей 6. Коробка подач 5 расположена в кронштейне 4. Заготовку устанавливают на столе 3.
Рис. 4. Схема сверлильного станка
Сверление деталей производят в приспособлениях, называемых кондукторами, которые обеспечивают надежное крепление обрабатываемой детали и точное направление режущего инструмента. При сверлении отверстий в заготовках из стали или вязких материалов следует обязательно применять смазывающе-охлаждающие жидкости. Основным режущим инструментом являются спиральные сверла, которые изготовляются либо из инструментальной углеродистой стали марки У12А, либо из быстрорежущей стали, либо оснащаются пластинками из твердых сплавов. Спиральное сверло (рис. 5) состоит из рабочей части, шейки и хвостовика.
Рис. 5. Схема спирального сверла
Режущая часть сверла состоит из двух зубьев 1, образованных двумя канавками для отвода стружки, двух передних поверхностей 6, по которым сходит стружка; двух ленточек 4 - узких полосок по наружному диаметру сверла с наличием на них двух вспомогательных режущих кромок, двух главных режущих кромок 5, выполняющих основную работу резания; поперечной кромки 3 или перемычки. В итоге сверло имеет пять режущих кромок.
Для уменьшения трения сверла у хвостовика диаметр делается меньше на 0,04...0,10 мм на каждые 100 мм длины сверла. Угол при вершине у сверла для обработки стали, чугуна и твердой бронзы 2 
= 116... 118°, для обработки алюминия и его сплавов 2 = 140°; для обработки хрупких материалов 2 = 80...90°. Угол наклона поперечной кромки 
= 55°.
Для обработки цилиндрических отверстий в отливках, поковках, штамповках, а также для улучшения чистоты просверленного отверстия применяют зенкеры. Для окончательной обработки отверстий заданной точности и правильной формы применяют развертки.
Обработка на фрезерных станках
Фрезерованием выполняются обработка различных плоскостей, фасонных поверхностей, выборка пазов, уступов, отрезные работы; нарезаются зубчатые колеса и резьбы. Основным режущим инструментом является фреза. В зависимости от расположения шпинделя консольно-фрезерные станки делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтально-фрезерные станки характеризуются горизонтальным расположением шпинделя и наличием у станка трех взаимно перпендикулярных движений - продольного, поперечного и вертикального. В универсальных горизонтально-фрезерных станках рабочий стол может еще поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол до 45° в каждую сторону. 0сновными частями станка (рис. 6) являются: станина 1, шкаф для электрооборудования 2, коробка скоростей 3, стол 5, хобот 4, салазки 7, консоль 8 и коробка подач 9. Станина станка служит для крепления всех узлов и механизмов станка. В ней располагается коробка скоростей, которая служит для передачи шпинделю различных частот вращения. Шпиндель фрезерного станка служит для передачи вращения режущему инструменту от коробки скоростей.
Хобот служит для поддержания при помощи серьги 6 конца фрезерной оправки с фрезой. Консоль представляет собой отливку коробчатой формы с вертикальными и горизонтальными направляющими. Вертикальными направляющими она соединена со станиной и перемещается по ним. По горизонтальным направляющим перемещаются салазки. В консоли располагается коробка подач, которая обеспечивает получение рабочих подач и быстрых перемещений стола, салазок и консоли.
Салазки являются промежуточным звеном между консолью и столом станка. По верхним направляющим салазок стол перемещается в продольном направлении, а нижняя часть салазок вместе со столом перемещается в поперечном направлении по верхним направляющим консоли.
Рис. 6. Схема фрезерного станка
В вертикально-фрезерных станках вместо хобота имеются поворотная головка, которая крепится к горловине станины и может поворачиваться в вертикальной плоскости на угол от 0 до 45° в обе стороны.
Рис. 7. Поверхности и режущие кромки зубьев фрез
Для установки и закрепления заготовок применяют универсальные приспособления (прихваты, угловые плиты, призмы, машинные тиски и другие). Поверхности и режущие кромки зубьев фрез (рис. 7) по аналогии с резцами имеют следующие названия. Передняя поверхность зуба 1, поверхность по которой сходит стружка. Задняя поверхность зуба 3 - поверхность, обращения в процессе резания и поверхности резания. Спинка 4 - поверхность, смежная с передней поверхностью одного зуба и задней поверхностью соседнего.
Главная режущая 2-кромка, выполняющая основную работу резания. Вспомогательной режущей кромки у цилиндрических фрез нет. Выемка 5, образуемая передней поверхностью одного зуба и задней поверхностью, и спинкой соседнего зуба, называется канавкой и служит для отвода стружки. Режущую часть фрез изготавливают из инструментальных углеродистых, быстрорежущих сталей, твердых и минералокерамических сплавов.
3. Объекты и средства исследования
1. Токарный станок.
2. Горизонтально-фрезерный станок.
3. Стенды с резцами и фрезами.
4. Режущие инструменты (резцы, сверла, фрезы).
5. Плакаты.
6. Стенды с механизмами станков и приспособлениями к станкам.
4. Подготовка к работе
1. Изучить основы теории по токарной обработке.
2. Изучить основы теории по сверлильной обработке.
3. Изучить основы теории по фрезерной обработке.
4. Закрепить теоретические знания практическим занятием на станках.
5. Порядок выполнения работы
1. Изучить устройство станков и проверить свои знания непосредственно у станков.
2. Изучить устройство резцов, сверл, фрез.
3. Изучить приспособления к станкам.
4. Изучить назначение металлорежущих станков.
6. Оформление отчета
Отчет по данной работе должен содержать следующее:
1. Название работы.
2. Цель и задачи работы.
3. Краткую запись назначения основных узлов станков.
4. Типы резцов, фрез, режущих инструментов к сверлильным станкам.
5. Основные приспособления к станкам.
6. Материалы для режущих инструментов.
Список рекомендуемой литературы
Технология конструкционных материалов: учебник для студентов машиностроительных ВУЗов/ под общей редакцией А.М. Дальского – М.: Машиностроение, 2002. – 512с.
2. Технология конструкционных материалов: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов: в 4 ч. Ч 2. Сварочное производство/ А.А. Протопопов, В.А. Судник, А.С. Рыбаков и др; под общей ред. Э.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г. Дубенского. – Тула: Изд-во ТулГУ. – 2007. – 544 с.
3. Технология конструкционных материалов (Технологические процессы в машиностроении): учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов: в 4 ч. ч. 3. Производство заготовок / О.В. Мартынов, С.П. Яковлев, Л.Г. Юдин и др.; под общей ред. Э.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г. Дубенского. - Тула: изд-во ТулГУ. - 2007. - 582 с.: ил.
4. Технология конструкционных материалов (Технологические процессы в машиностроении): учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов: в 4 ч. ч. 1. Машиностроительные материалы / Е.М. Гринберг, Г.В. Маркова, В.А. Алферов; под общей ред. Э.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г. Дубенского. - Тула: изд-во ТулГУ. - 2007. - 476 с.: ил.
5. Технология конструкционных материалов (Технологические процессы в машиностроении): учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов: в 4 ч. ч. 4. Обработка заготовок / В.В. Любимов, Ю.Н. Федоров, А.С. Ямников и др.; под общей ред. Э.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г. Дубенского. - Тула: изд-во ТулГУ. - 2007. - 600 с.: ил.