к выполнению контрольных работ
по дисциплине «Оборудование машиностроительных производств»
для бакалавров направления
151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
| Составители: Мандаров Э.Б., Хабалтуев Ю.Н. |
Улан-Удэ
Издательство ВСГУТУ
В работе приведены указания к выполнению контрольных работ и варианты заданий по курсу «Оборудование машиностроительных производств». Рекомендовано для студентов направления 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
Контрольная работа №1
1. Краткая характеристика и цель контрольной работы
Металлорежущие станки, как определенный вид рабочих машин, отличаются чрезвычайно большим разнообразием по кинематике и конструкциям.
Существующая методика изучения металлорежущих станков (МРС) и другого технологического оборудования машиностроительных производств зачастую базируется на принципах рассмотрения существующих конструкций, являющихся всего лишь определенными вариантами из множества возможностей реализации принципиальной схемы станка.
Вместе с тем, кинематическая структура станков основывается на ряде общих закономерностей и может быть сведена к определенному небольшому числу классов с учетом особенностей процессов формообразования обрабатываемых поверхностей (ОП) в процессе обработки резанием.
Поэтому подготовка студентов требует не усвоения набора существующих решений, а осмысление общих принципов проектирования станочных систем, понимание логики анализа исходных условий проектной задачи и синтеза ее технологического решения.
МРС и станочные системы отличаются от прочих машин технологического назначения двумя взаимосвязанными особенностями: принципом энергетического воздействия режущего инструмента на объект обработки и системной взаимосвязи исполнительных движений рабочих органов МРС, обеспечивающих формообразование обрабатываемых поверхностей деталей в процессе резания.
Нередко считают, что кинематика в станках с ЧПУ практически отсутствует. В станках с ЧПУ отсутствует не кинематика, а многие механические цепи, реализующие кинематические связи. Сами же кинематические связи – взаимосогласованные движения инструмента (И) и детали (Д) – сохраняются в МРС любого уровня автоматизации, в том числе и для МРС качественно новой основы – механотропных металлообрабатывающих систем (ГПМ, ГАУ, ГАЛ, ГПС).
Данная контрольная работа предусматривает изучение теоретического материала, включающего вопросы образования поверхностей при обработке на станках, классификации движений, кинематических связей, кинематических групп, структурно-кинематических систем (СКС) и классов структур.
Выполнив данную контрольную работу студент должен знать:
1) Методы образования поверхностей при обработке на станках;
2) Движения в станках;
3) Принципы построения СКС станков и классификацию типовых структур;
4) Принципы настройки движений по параметрам.
Студент должен уметь:
1) Анализировать кинематическую структуру станка;
2) Составлять СКС станков (простой и средней сложности по заданной кинематике формообразования).
2. Методика анализа кинематических структур МРС
Анализ кинематики станка следует начинать не с источника движения (электродвигателя), а с поиска подвижных исполнительных звеньев станка, несущих заготовку и инструмент, и с определения характера их относительного движения.
Алгоритм анализа кинематической структуры станка имеет следующие этапы.
2.1. Определяются кинематические группы формообразования, деления и врезания.
2.2. Проводится анализ каждой группы: определяются внутренние и внешние связи и рассматривается настройка исполнительных движений по параметрам (т.е. способ настройки и сам параметр для каждой группы).
2.3. Анализируются группы управления и исполнительных движений.
Вместе с тем, если имеется для структурного анализа кинематическая схема станка, то целесообразно по ней составить структурную схему, заменив кинематические цепи условным обозначением внутренних и внешних связей, а все механизмы (коробка скоростей, подач, гитары, реверсы и суммирующие механизмы) – также упрощенным условным изображением.
Алгоритм анализа кинематических групп основной части СКС (включающей группы формообразования, деления, врезания)
А. Рассматривается форма образуемой на заготовке поверхности, определяется форма и размеры геометрических производящих линий.
Б. Рассматривается форма и протяженность режущих кромок инструмента и решается вопрос, каким методом можно получить каждую из производящих линий – образующую и направляющую и, в итоге, - каким методом можно получить данную поверхность.
В. Определяется количество движений формообразования в соответствии с методами образования производящих линий.
Г. Рассматриваются процессы деления и врезания; если они существуют и осуществляются определенными движения, то, добавляя их к движениям формообразования, получают полное количество движений формообразования, деления и врезания.
Д. Определяется состав каждого исполнительного движения, составляется завись этих движений и определяется общее количество кинематических групп.
Е. Определяется класс кинематической структуры в соответствии с классификатором типовых структур.
Ж. Анализируется структура каждой кинематической группы (движения скорости резания, подачи, деления, врезания) – определяются внутренние и внешние связи.
З. Анализируется настройка движений по параметрам.
3. Синтез кинематических структур. МРС
Синтез кинематики станка является более сложной задачей. Такая задача решается при проектировании нового станка. Синтез можно осуществить по заданной кинематике формообразования: задаются заготовка, инструмент, их исходное относительное положение, указываются их движения. В более сложном случае движения могут быть не заданы, их предварительно требуется определить в соответствии с получаемыми на станке формами поверхностей.
Укрупненный алгоритм синтеза кинематической структуры станка, по заданной кинематике формообразования приводится ниже.
А. Анализ исходных условий и выбор схемы резания.
Б. Выявление числа и вида элементарных движений детали и инструмента, необходимых для формообразования обрабатываемых поверхностей детали.
В. Определение состава и класса исполнительных движений (простое или сложное).
Г. Предварительное построение кинематических связей (внутренних и внешних).
Д. Определение числа и вида настраиваемых параметров исполнительных движений в зависимости от класса движения и характера его траектории (замкнутая или не замкнутая).
Е. Замыкание кинематических связей (целей) и установку в них соответствующих органов настройки при соблюдении определенных правил, индексации и обозначения всех элементов СКС станка.
Контрольная работа по объему должна быть не менее 8-10 страниц с необходимыми эскизами, схемами. В конце работы укажите использованную литературу.
Номер варианта задачи соответствует последним цифрам (в случае несовпадения их – последней) зачетной книжки или выдается преподавателем на установочной лекции. Без предъявленных защищенных работ студент не допускается к экзамену.
Задания по анализу и синтезу кинематических структур станка для контрольной работы №1 приводятся ниже.
Этапы выполнения контрольной работы
1. В соответствии с выбранной схемой резания построить ортогональный эскиз взаимного положения обрабатываемой детали и режущего инструмента в процессе формообразования обрабатываемой поверхности.
2. Определить вид и число элементарных движений детали и инструмента, необходимых для формообразования обрабатываемых поверхностей.
3. Определить размещение детали и инструмента в пространстве относительно осей координат и обозначить координаты элементарных движений.
4. Определить класс и состав исполнительных движений, т.е. выявить необходимость слияния элементарных движений в сложные.
5. Определить число и вид регулируемых параметров исполнительных движений в зависимости от их класса и вида траектории.
6. Распределить исполнительные движения между деталью и инструментом.
7. Предварительно построить кинематические цепи, т.е. соединить узлы, детали и инструмент, линиями внутренних и внешних кинематических связей.
8. Установить органы настройки регулируемых параметров исполнительных движений в соответствии с их числом и видом, определенных п. 5.
9. Проверить правильность построения кинематической структуры путем составления уравнений кинематического баланса для всех формообразующих движений.
10. Предложить вариант кинематической схемы станка.
Задания
по анализу и синтезу кинематических структур станков
для самостоятельной работы
1. Разработать кинематическую структуру горизонтально-протяжного станка (для обработки внутреннего шпоночного паза).
2. Разработать кинематическую структуру (КС) токарно-карусельного станка. (Планшайба. Горизонтальный и вертикальный суппорт).
3. Разработать КС горизонтально-фрезерного станка (стол, поперечные салазки, фреза, консоль).
4. Разработать КС круглошлифовального станка (шлиф.круг, стол).
5. Разработать КС токарно-винторезного станка с ЧПУ.
6. Разработать КС бесцентрово-шлифовального станка (деталь, вед.круг, шлифовальный круг).
7. Разработать КС токарно-затылочного станка для затылования цилиндрических фрез (со спиральными стружечными канавками) с винтовым зубом остроконечным резцом.
8. Разработать КС зубодолбежного станка (заготовка, долбяк).
9. Разработать КС вертикально-сверлильного станка (шпиндель, гильза с рейкой и реечная шестерня).
10. Разработать КС вертикально-фрезерного станка.
11. Разработать КС продольно-фрезерного станка.
12. Разработать частную КС зубофрезерного станка для случая бездифференциальной настройки на нарезание цилиндрического колеса с винтовым зубом.
13. Разработать частную КС зубофрезерного станка при нарезании червячных колес методом тангенциальной подачи.
14. Разработать частную КС зубофрезерного станка при нарезании червячных колес методом радиальной подачи.
15. Разработать частную КС зубофрезерного станка для случая дифференциальной настройки на нарезание цилиндрического колеса с винтовым зубом.
16. Разработать частную КС резьбофрезерного станка для нарезания ходового винта дисковыми фрезами.
17. Разработать частную КС токарно-затылочного станка для затылования дисковых фрез фасонным резцом.
18. Разработать частную КС токарно-затылочного станка для затылования червячных фрез.
19. Разработать частную КС токарно-затылочного станка для затылования цилиндрических фрез с прямым зубом (с прямолинейными стружечными канавками).
20. Разработать частную КС резьбошлифовального станка для шлифования резьб однониточным шлифовальным кругом.
21. Разработать частную структурную схему резьбошлифовального станка для шлифования длинных резьб многониточным шлифовальным кругом.
22. Разработать структурную схему продольно-фрезерного станка.
Узлы: стол, 2 – продольные
Суппорты и 2 – вертикальные
Суппорты
23. Разработать частную структурную схему токарно-винторезного станка для нарезания резьб на конической поверхности (конических резьб).
24. Разработать структурную схему зубострогального станка для нарезания конических колес.
Узлы: Люлька,
Предусмотреть: 1. Барабан управления 2. Барабан подачи.
25. Разработать структурную схему для зуботевинговального станка цилиндрических зубчатых колес.
Предусмотреть: реверс обработки.
26. Разработать структурную схему поперечно-строгального станка.
Длина хода ползуна с резцом – 600 мм. Стол с заготовкой может перемещаться в горизонтальном направлении и в вертикальном направлении.
12.0: 736 дв.х/мин
Q=200кг Q=160кг
27. Разработать структурную схему продольно-строгального станка.
Станок двухстоечный с двумя вертикальными и одним боковым суппортами. Предусмотреть быстрые механические движения и перемещения поперечной и автоматизированной задачи.
28. Разработать структурную схему карусельного станка. Станок двухстоечный с двумя верхними суппортами, без поперечных суппортов. В станке имеются ручные и быстрые механические перемещения суппортов.
29. Разработать структурную схему токарного автомата. Со структурой класса Э22. Имеется движение врезания и на задней бабке имеется отдельный подрезной суппорт. Станок работает по автоматическому циклу.
30. Разработать структурную схему для долбежного станка обрабатывающие плоские и фасонные линейные поверхности и различного рода пазы и канавки. Станок не предназначен для нарезания зубчатых блоков.
Iп=i: 200мм Ртол.рез=1500кг Фет=500мм
31. Разработать частную структурную схему плоскошлифовального станка для обработки периферией круга плоскости при высоте детали не более 280 мм. Предусмотреть быстрые вспомогательные вертикальные перемещения шлифовальной бабки.
32. Разработать частную структурную схему станка для фрезерования резьб коротких наружных резьб гребенчатой фрезой.
33. Разработать частную структурную схему для обработки червячной фрезы (затылочный станок) фреза цилиндрическая.
34. Разработать частную структурную схему для обработки червячной конической фрезы (затылочный станок).
35. Разработать частную структурную схему для обработки гребенчатых резьбовых фрез (затылочный станок).
36. Разработать частную структурную схему для обработки дисковых фрез (затылочный станок).
37. Разработать частную структурную схему токарного станка для нарезания торцевых резьб.
Контрольная работа № 2
1. Произвести полный расчет настройки зубодолбежного станка для изготовления цилиндрического зубчатого колеса с прямым зубом согласно варианту задания (табл. 1).
Работу вести в следующей последовательности:
из табл. 1 выписать тип станка и характеристику нарезаемого колеса согласно варианту задания;
- составить упрощенный эскиз заготовки, нарезаемого зубчатого колеса; проставить все необходимые размеры, назначить материал заготовки и инструмента, определить режимы резания и характеристику инструмента по ГОСТу; привести кинематическую схему станка и описать работу основных узлов станка; составить уравнения настройки цепей по кинематической схеме для движений:
ползуна;
вращение долбяка;
вращения заготовки;
- произвести все расчеты настройки станка, подобрать сменные шестерни гитар настройки.
- к работе приложить кинематическую схему с указанием на гитарах зубчатых колес и выделить расчетные цепи разными цветами.
- наборы сметных зубчатых колес
а) для настройки гитар деления и круговой подачи: 20, 23, 24, 25, 26, 30, 33, 34, 35, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 45, 47, 48, 50, 55, 58, 60, 62, 65, 70,74, 80, 85, 90, 92, 95, 97, 98, 100, 120.
2. Согласно варианту задания (табл. 2,3) произвести полный расчет настройки зубофрезерного станка для обработки цилиндрического зубчатого колеса с прямым или винтовым зубом.
Работу вести в следующей последовательности:
из таблиц 2,3 выписать модель станка и характеристику нарезаемого колеса;
- составить упрощенный эскиз заготовки, установить режимы резания и характеристику инструмента по ГОСТу;
- описать работу основных узлов станка;
- составить уравнения кинематического баланса для цепей, обеспечивающих движения:
вращения фрезы;
вращения заготовки;
перемещения фрезы;
- произвести настройку цепей, подобрав сменные шестерни гитар.
К работе приложить кинематическую схему станка с указанием на гитарах зубчатых колес и выделить цепи разными цветами.
Наборы сменных зубчатых колес:
а) Для гитары главного движения: 18, 20, 23, 27,30, 33, 37, 40, 42.
б) для остальных гитар: 23,24, 25, 30, 34, 35, 37, 40, 41, 43, 45,47, 48, 50, 53, 55, 58, 59.
60, 61, 62, 65, 67, 70, 71, 73, 75, 79, 80, 83, 85, 89, 90, 92, 95, 97, 98, 100.
Таблица 1
Таблица 2
Таблица 3
Кинематическая схема зубодолбежного станка 5А12
Кинематическая схема зубодолбежного станка 516
Кинематическая схема зубодолбежного станка 5М14
Кинематическая схема зубодолбежного станка 514
Кинематическая схема зубодолбежного станка 512
Кинематическая схема зубофрезерного станка 5А34
Кинематическая схема зубофрезерного станка 5Б32
Кинематическая схема зубофрезерного станка 5Е32
Кинематическая схема зубофрезерного станка 532
Кинематическая схема зубофрезерного станка 5Д32
Рекомендуемая литература
1. Схиртладзе А.Г. и др. Технологическое оборудование машиностроительных производств: учебное пособие. Старый Оскол: ТНТ, 2009.
2. Тепинкичиев В.К. и др. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение, 1970.
3. Сильвестров Б.Н. и др. Конструкция и наладка зуборезных и резьбофрезерных станков. М.: Высш. Школа, 1979.
4. Федотенок А.А. Кинематическая структура металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1970.