Лабораторная работа №7

“ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКАРНОЙ ОПЕРАЦИИ”

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение токарной обработки деталей машин.

ЗАДАЧИ: 1) изучить конструкцию токарного станка, приспособлений и инструментов; 2) научиться определять параметры режима резания токарной операции; 3) получить практические навыки работы на универсальном токарно-винторезном станке.

ОСНАЩЕНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА:

1. Токарный станок 1К62М или 1Б61А.

2. Набор резцов.

3. Заготовка.

4. Эскиз детали.

Общие положения

В машиностроении более 50 % деталей являются телами вращения. Поэтому их обработку часто осуществляют на токарных станках.

Схема типичного универсального токарного станка изображена на рис. 1.

На токарных станках обрабатывают валы, которые условно делят на два типа - длинные и короткие. К первым относят такие, у которых длина превышает минимальный диаметр в 5 раз и более. У таких валов основной технологической базой являются центровые отверстия, высверливаемые в торцах. У коротких валов базой являются поверхности опорных шеек.

Центровку валов в массовом производстве осуществляют на специальных фрезерно-центровальных или специальных токарных станках-автоматах, а в единичном производстве на универсальных токарных станках. При этом центровочное сверло закрепляется в задней бабке токарного станка, а заготовка вала - в патроне.

Точение различают: 1) черновое; 2) чистовое; 3) тонкое. Эти операции производят на токарных, расточных, токарно-винторезных, токарно-револьверных, токарных многорезцовых, токарно-карусельных, одно и многошпиндельных полуавтоматах, автоматах или универсальных станках. На указанном оборудовании можно выполнять операции: а) обтачивание наружных цилиндрических и фасонных поверхностей; б) растачивание внутренних цилиндрических или иных поверхностей; в) подрезание торцовых поверхностей; г) протачивание канавок и разрезание заготовок; д) снятие фасок; е) нарезку наружной и внутренней резьбы; ж) сверление в том числе и центрование, развёртывание, зенкерование отверстий вдоль оси вала; з) накатку, раскатку и др.

В качестве зажимного приспособления на станках токарной группы чаще используют трёхкулачковые патроны, иногда четырёхкулачковые, например, при обработке коленчатых валов, где имеется возможность смещать ось вращения для обработки шатунных шеек. Особо длинные валы ( l / d > 12 ) обрабатывают с помощью подвижных и неподвижных люнетов, то есть специальных дополнительных опор.

Применяют различные схемы токарной обработки:

Ту или иную схему обработки применяют в зависимости от диаметра и длины шейки вала.

Для повышения производительности труда в массовом производстве часто применяют многорезцовую и гидрокопировальную токарные операции, где обрабатывается сразу несколько поверхностей. Обычно на таких станках имеется два суппорта - передний и задний. Некоторые модели станков имеют по два передних и по два задних суппорта. Последние как правило имеет только поперечную подачу, поэтому используются лишь для подрезания торцов. Количество резцов при обработке на многорезцовых станках может доходить до 20. Для получения фасонных поверхностей (шаровых, конических и иных) широко применяют токарные гидрокопировальные станки. На них один резец может обрабатывать несколько поверхностей. Эскизы для указанных операций выглядят следующим образом:

Перед началом любой операции механической обработки заготовки необходимо определить режим резания, то есть совокупность параметров оборудования, которые задают для успешного выполнения данной технологической операции. Элементы режима резания назначаются такими, чтобы достигалась наибольшая производительность труда при минимальной себестоимости и требуемом качестве. Основными элементами режима резания являются:

1 - глубина резания t, мм;

2 - скорость резания v, м/мин или частота вращения шпинделя станка n, об/мин;

3 - подача инструмента s, мм/об или мм/мин.

Режим резания устанавливают исходя из особенностей обрабатываемой детали, и прежде всего её твёрдости с учётом характеристик инструмента и станка. Опираясь на накопленный опыт в машиностроении, выбор элементов режима резания осуществляется обычно в следующем порядке:

1 - исходя из требуемой точности обрабатываемой поверхности детали, назначается маршрут обработки, то есть последовательность операций, например, для достижения 2 класса точности (7-го квалитета) шейки вала необходимо выполнить 3 операции - во-первых, черновое точение, во-вторых предварительное шлифование, в-третьих, чистовое шлифование;

2 - назначаются припуски для каждой операции Z_i, тем самым задаются глубины резания t и число проходов инструмента k;

Таблица 1. Припуски и экономические допуски на мехобработку валов

Вид токарной обработки	Припуск Zi, мм	Допуск (точность)
1. Черновая	1 ... 3	H14; h13
2. Чистовая	0,1 ... 0,5	H8; h7

3 - в зависимости от материала и вида заготовки, а также характера обработки и жёсткости системы “Станок - Приспособление - Заготовка - Инструмент” (СПЗИ), выбирается режущий инструмент (тип, размер, материал, геометрия), а в зависимости от соотношения твёрдости заготовки и инструмента оценивается период его стойкости T. При токарной обработке применяют следующие виды резцов:

Таблица 2. Период стойкости инструмента T, мин.

Материал лезвия	Обрабатываемый материал
инструмента	сталь	чугун	цветной металл
Быстрорежущая сталь Р18	10	50	100
Твёрдосплавная пластина Т15К6	120	300	400
Твёрдосплавная пластина ВК8	200	400	600

4 - в зависимости от вида операции (черновая или чистовая) по экспериментальным таблицам назначается подача s, мм/об;

Таблица 3. Рекомендуемые подачи инструмента

Вид обработки	Подача s, мм/об
1. Черновое точение	0,3 ... 2,0
2. Чистовое точение	0,02 ... 0,25
3. Черновое растачивание	0,15 ... 1,0
4. Чистовое растачивание	0,01 ... 0,15

5 - определяется скорость резания v, м/мин

, (1)

где C_v - коэффициент скорости резания, определяемый по экспериментальным таблицам;

m, x, y - показатели степеней, определяемые также по опытным таблицам;

Таблица 4. Параметры для оценки скорости резания

Вид обработки	Параметры
(инструмент из Т15К6)	Cv	m	x	y
Токарная	240 ... 420	0,2 ... 0,3	0,15 ... 0,23	0,2 ... 0,4

6 - зная v, оценивается частота вращения шпинделя станка, об/мин

, (2)

где d - диаметр поверхности после обработки, мм;

7 - производится вычисление проекций силы резания по координатным осям, Н:

, (3)

где F_z , F_y , F_x - проекции силы резания соответственно на ось Z - окружная составляющая, Y - нормальная, X - осевая;

C_Fz , C_Fy , C_Fx - коэффициенты силы резания, задаваемые по опытным таблицам;

x_i , y_i , n_i - показатели степеней, определяемые также по экспериментальным таблицам;

Таблица 5. Параметры силы резания

Вид	Параметры
обработки	CFz	xz	yz	nz	CFy	xy	yy	ny	CFx	xx	yx	nx
Токарная	300	1,0	0,75	-0,15	340	0,9	0,6	-0,3	245	1,1	0,5	-0,4

8 - оценивается крутящий момент при резании M_к , Нм

M_к = F_z d / 2000; (4)

9 - определяется мощность резания N, кВт

; (5)

10 - вычисляется основное T_о и штучно-калькуляционное T_шк время. Так, основное, или, что то же самое, машинное время на обработку поверхности с учётом длины врезания и перебега инструмента определяют по зависимости, мин

, (6)

где l - длина обработки в направлении подачи инструмента с учётом врезания (3 ... 5 мм) и перебега (3 ... 5 мм), если он есть;

k - количество проходов инструмента.

Норма штучно-калькуляционного времени для каждой операции вычисляется как сумма

T_шк = T_о + T_в + T_об + T_ф , (7)

где T_в - вспомогательное время, связанное с установкой заготовки и её закреплением, управлением станком, текущими измерениями детали, которое ориентировочно принимается от 1 до 20 % от T_о (в зависимости от массы заготовки и типа зажимного приспособления);

T_об - время обслуживания станка, то есть на его уборку, смазку и привидение в рабочее состояние, которое составляет 1 ... 6 % от T_о;

T_ф - время на физические надобности рабочего, принимаемое от 4 до 8 % от суммы T_о и T_в , то есть оперативного времени T_оп = T_о + T_в .

Сравнивая нормы штучно-калькуляционного времени для различных вариантов (маршрутов) обработки детали, выбирают наиболее производительный.