Республика Башкортостан, Россия
Республика Башкортостан, Россия
ГРНТИ 55.03 Машиноведение и детали машин
ББК 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
Высокие темпы развития мирового и российского машиностроения непрерывно связаны с внедрением в производство новых прогрессивных методов обработки металлов. По-чти все современные машины и двигатели включают в себя ответственные резьбовые детали, условия работы которых требуют обеспечения высокой точности и повышения механических свойств резьбы. По функциональному назначению различают резьбы общего применения и специальные, предназначенные для соединения одного типа деталей определенного механизма. К специальной группе относятся резьбы: крепежные, кинематические (трапецеидальная и прямоугольная), трубные и арматурные. В данной статье описывается устройство для нарезания точных резьб. Предлагаемое устройство может быть использовано в прецизи¬онных резьбонарезных, резьбодоводочных, сверлильных и расточных станках. Повышение точно¬сти изготовления резьбы происходит за счет компенсации зазора по опорной поверхности инструмен¬тального шпинделя.
нарезание точных резьб, повышение точно¬сти изготовления резьбы, опорная поверхность, инструментальный шпендель.
Введение. Операция токарной обработки, в результате которой образуются наружные или внутренние винтовые канавки с заданным профилем и размерами на цилиндрических или конических поверхностях, называется нарезанием резьбы. Формирование резьбы на металлических заготовках в виде тел вращения – одна из самых популярных, и в то же время сложных операций токарной обработки. Чтобы нарезание резьбы на токарном станке соответствовало техническому заданию, следует придерживаться технологии ее выполнения и не забывать о правилах безопасности.
Методология. Предлагаемое устройство предназначено, в основном, для нарезания точных резьбы. Это достигается за счет компенсации зазора по опорной поверхности инструментального шпинделя.
Устройство, показанное на рисунке 1, содержит полый приводной шпиндель 2, в полости которого установлены инструментальный шпиндель 1, пружина 7. втулка 8 с регулировочной гайкой 10. За счет осевого перемещения гайки 10 и втулки 8 пружина 7 сжимается. При сжатии пружины изменяется угол наклона поперечного сечения витков, имеющих трапецеидальную форму. При этом крайние точки сечения витка пружины перемещаются в радиальном направлении, что компенсирует зазоры между наружной поверхностью пружины и приводным шпинделем, а также между внутренней поверхностью пружины и инструментальным шпинделем.
Устройство относится к станкостроению и может быть использовано в прецизионных резьбонарезных, резьбодоводочных, сверлильных и расточных станках.
Цель разработки – повышение точности изготовления резьбы за счет компенсации зазора по опорной поверхности инструментального шпинделя.
Основная часть. На рисунке 1 представлена опорная часть шпинделя резьбонарезного станка, на рисунке 2а – положение витка пружины и поперечного сечения витка при недеформированной пружине, на рисунке 2б – изменение положения витка пружины и поперечного сечения при сжатии пружины, на рисунке 3 – схема радиального перемещения полюса О поперечного сечения витка в продольной плоскости при сжатии пружины, на рисунке 4 – схема радиальных перемещений точек А и В многогранного поперечного сечения витков при вращении их вокруг полюса О, на рисунке 5 – размерная схема шпиндельного узла при наличии зазора в опоре В (рис. 5а) и при его отсутствии (рис. 5б).
Опорная часть шпиндельного узла резьбонарезного станка содержит инструментальный резьбовой шпиндель 1, установленный концентрично с зазором вприводном шпинделе 2, на консольном конце которого установлены шкив 3 ременной передачи и зубчатое колесо 4, соединенные с приводным шпинделем через силовой элемент – скользящую шпонку 5, которая установлена неподвижно относительно приводного шпинделя 2 с возможностью осевого перемещения относительно инструментального шпинделя 1. В зазоре между инструментальным шпинделем 1 и приводным шпинделем 2 концентрично им установлен центрирующий элемент 7, выполненный в виде витой пружины сжатия с осевой фиксацией одного из ее концов в приводном шпинделе 2. Другой конец пружины 7 выполнен с возможностью ее контакта со втулкой 8, содержащей сквозной паз 9 для скользящей шпонки 5. Другим концом втулка 8 установлена с возможностью контакта с регулировочной гайкой 10. Гайка 10 расположена на приводном шпинделе 2, который установлен на подшипниках 11.
Рис. 1. Опорная часть шпинделя
Рис. 2. Положение витка пружины
Вторая опора инструментального шпинделя установлена в приводном шпинделе, аналогичном приводному шпинделю 2, и является резьбовой, как показано на рисунке 5.
Опорная часть шпиндельного узла работает следующим образом.
Вращение от электродвигателя (не показано) через шкив 3 ременной передачи ишпонку 5 передается одновременно и с одинаковыми окружными скоростями инструментальному шпинделю 1, приводному шпинделю 2, установленным на нем зубчатому колесу 4 и регулировочной гайке 10, а также установленным в зазоре между шпинделями 1 и 2 пружине 7 и втулке 8. Инструментальный шпиндель 1 совершает вращательное движение с заданной окружной скоростью от электродвигателя и поступательное движение от перемещения в резьбовой опоре. При этом инструментальный шпиндель 1 имеет только продольное перемещение относительно приводного шпинделя 2 пружины 7, втулки 8 и скользящей шпонки 5.
|
|
|
|
Рис. 3. Схема перемещения полюса О |
Рис.4. Схема перемещений точек А и В сечения пружины |
Настройку опоры инструментального шпинделя производят следующим образом (см. рис. 1). Осевым перемещением регулировочной гайки 10 обеспечивают сжатие пружины 7 и выборку зазоров соответственно между внутренней поверхностью приводного шпинделя 2 и наружной поверхностью пружины 7 и между наружной поверхностью инструментального шпинделя 1 и внутренней поверхностью пружины 7.
Это происходит следующим образом (см. рис. 2 и 3). При сжатии пружины 7 след плоскости витка О-О в продольном сечении изменяет свое положение, а именно меняется угол наклона следа плоскости витка к оси пружины 7 (первоначальный угол наклона γ изменяется на угол γ1. При этом сечение витка пружины 7 поворачивается относительно точки О пересечения диагонали АВ сечения витка с окружностью среднего диаметра пружины Dср, называемой полюсом О. Точка В, являющаяся наиболее удаленной от полюса О точкой сечения витка на внутреннем диаметре пружиныDвнут, и точка А, являющаяся наиболее удаленной от полюса О точкой сечения витка на наружном диаметре пружины Dнар совершают вращательные движения вокруг полюса О .
При повороте плоскости витка пружины на угол α = γ – γ1 точки А и В, поворачиваясь на этот же угол вокруг полюса О, имеют радиальные перемещения относительно среднего диаметра пружины ΔА и ΔВ . Радиальные перемещения ΔВ компенсируют зазор между наружной поверхностью инструментального шпинделя 1 и внутренней поверхностью пружины 7, а радиальные перемещения ΔА – между внутренней поверхностью приводного шпинделя 2 и наружной поверхностью пружины 7.
Рис. 5. Размерная схема шпиндельного узла
Изменение следа плоскости витка О-О своего положения при сжатии пружины 7 способствует изменению положения точек А и В на среднем диаметре пружины 7, а именно, полюс О удаляется от оси пружины 7 в точку О' на величину ΔО при повороте следа плоскости витка О-О пружины 7 на угол α (см. рис. 3 и 4). При этом сечение витка (см. рисунок 2) имеет поворот относительно полюса О на тот же угол α. В результате точка В имеет радиальное перемещение вниз относительно полюса О, а точка А – вертикальное перемещение вверх относительно полюса О. Таким образом, общее радиальное перемещение точки А составит сумму перемещений: перемещения точки О на среднем диаметре при сжатии пружины 7 – ΔО и перемещения точки А от вращения вокруг полюса О – ΔαА :
ΔА = ΔО + Δα (1)
где величины Δα в общем случае, например, при использовании формы сечения витка в виде трапеции, определенные для точек А и В, не равны друг другу. Для формы сечения витка, показанной на рисунках 2 и 4 (параллелограмм)
ΔαА = ΔαВ = Δα (2)
Общее радиальное перемещение точки В:
ΔВ = |ΔО – ΔαВ| (3)
При этом возможны варианты:
- ΔО>ΔαВ и ΔαВ< 0.
- ΔО = ΔαВ иΔВ = 0, т. е. радиальное перемещение точки В равно нулю.
- ΔО<ΔαВ и ΔαВ> 0, т. е. имеет место компенсация зазора.
Перечисленное зависит от положения и величины радиус-вектора ρ (см. рисунок 4) по отношению к полюсу О' в точке пересечения диагонали АВ сечения витка с измененной окружностью среднего диаметра пружины.
Рассчитаем предельное значение полярных координат полярной оси ρ, при которых конструкция будет работоспособна, т. е. при которых ΔαВ> 0 и зазор по внутренней поверхности пружины 7 компенсируется при ее сжатии.
Для этого, в качестве граничного, используем условие
ΔО = ΔαВ, (4)
Тогда
(5)
Другим граничным является условие
ΔВ = ΔαВ – ΔО (6)
При полной компенсации зазора 
по внутренней поверхности пружины 7 при повороте витка на угол α
ΔВ = 
(7)
тогда
(8)
Выводы. Таким образом, при заданном значении ρ, для обеспечения работоспособной конструкции, т. е. конструкции, обеспечивающей компенсацию зазора по внутренней поверхности пружины 7, угол φ может изменяться в пределах:
от
(9)
до
(10)
Причем, значение 
не должно включаться в диапазон изменения угла
, так как при этом радиальное перемещение равно нулю, т. е. < φ <
. При заданном значении Δвн расчетное значение угла позволяет рассчитать и построить сечение витка пружины, который при повороте на угол α полностью компенсирует зазор по внутренней поверхности пружины 7. При этом целесообразно вести расчет по максимальному значению зазоров Δвн и Δнар , что гарантирует полную компенсацию зазоров по внутренней и наружной поверхностям пружины 7. При этом
(11
1. Авторское свидетельство СССР № 1060362, кл. В 23 G1/16. 1982.
2. Антонюк В. Е., Королев В. А., Башеев С. М. Справочник конструктора по расчету и проектированию станочных приспособлений. - Минск: Беларусь, 1969. 392 с.
3. Биргер И. А., Иосилевич Г. Б. Резьбо-вые и фланцевые соединения. М.: Машино-строение, 1990. 368 с.
4. Горелов В.М. Геометрия режущих ин-струментов. 3-е изд. Свердловск: Урало-сибирское отд.МАШГИЗа, 1957. 54 с.
5. Горошкин А. К. Приспособления для металлорежущих станков:справочник. 6-е изд. М.: Машиностроение, 1971. 384 с.
6. Грановский Г.И. Металлорежущий ин-струмент. Конструкция и эксплуатация: спра-вочное пособие. М.: МАШГИЗ, 1952. 281 с.
7. Гжиров Р. И. Краткий справочник кон-структора: справочник. Л: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. 464 с.
8. Жигалко Н.И., Киселев В.В. Проекти-рование и производство режущих инструмен-тов. Минск: Вышэйшая школа, 1975. 400 с.
9. Козин Б.Г., Третьяков В.Б. Резьбооб-работка:справочник. М.: МАШГИЗ, 1963. 103 с.
10. Краткий справочник конструк-тора нестандартного оборудования:в 2 т. / под общ. ред. В. И. Бакуменко. М: Машино-строение, 1997. 2 т.
11. Лашнев С.И. Профилирование инструментов для обработки винтовых по-верхностей. М.: Машиностроение, 1965. 150 с.
12. Лепихов В.Г. Самоустанавливающиеся инструменты. М.: Машиностроение, 1974. 80 с.
13. Мягков В.Д. Допуски и посадки: справочник. 4-е изд. перераб. и доп. М.-Л.: Машиностроение, 1966., 770 с.
14. Общетехнический справочник. Под ред. Е. А. Скороходова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1982, 415 с.
15. Проектирование металлорежу-щих станков и станочных систем: справоч-ник-учебник:в 3 т. Т.2. Ч.2. Расчет и констру-ирование узлов и элементов станков / А. С. Проников, Е. И. Борисов, В. В. Бушуев и др.; Под общ. ред. А. С. Проникова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана; Машиностроение, 1995. 320 с.
16. Решетов Д.Н., Портман В.Т. Точность металлорежущих станков. М.: Ма-шиностроение, 1986. 336 с.
17. Самохвалов Я.А., Левицкий М.Я., Григораш В. Д. Справочник техника-конструктора. 3-е изд., перераб. и доп. Киев: Техніка, 1978. 592 с.
18. Справочник конструктора-инструментальщика: справочник / под общ. ред. В. И. Баранчикова. М.: Машиностроение, 1994. 560 с.
19. Тарабасов Н.Д., Учаев П.Н. Проектирование деталей и узлов машино-строительных конструкций: справочник. М., Машиностроение, 1983. 239 с.
20. Фрумин Ю.Л. Высокопроизво-дительный резьбообразующий инструмент. М.: Машиностроение, 1963. 164 c.
21. Юликов М.И., Горбунов Б.И., Колесов Н.В. Проектирование и производство режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1987, 296 с.
22. Якухин В.Г., Ставров В. А. Из-готовление резьбы: Справочник. М.: Машино-строение, 1989, 192 с.
