Способы получения конических поверхностей. Изготовление цилиндрических и конических деталей ручным инструментом — Гипермаркет знаний Обработка конусных поверхностей на токарном станке
Обработку конических поверхностей на токарных станках выполняют различными способами: поворотом верхней части суппорта; смещением корпуса задней бабки; поворотом конусной линейки; широким резцом. Применение того или иного способа зависит от длины конической поверхности и угла уклона конуса.
Обработка наружного конуса способом поворота верхних салазок суппорта целесообразна в тех случаях, когда необходимо получить большой угол уклона конуса при сравнительно небольшой его длине. Наибольшая длина образующей конуса должна быть несколько меньше хода каретки верхнего суппорта. Обработка наружного конуса способом смещения корпуса задней бабки удобна для получения длинных пологих конусов с малым углом уклона (3...5). Для этого корпус задней бабки сдвигают в поперечном направлении от линии центров станка по направляющим основания бабки. Обрабатываемая заготовка закрепляется между центрами станка в поводковом патроне с хомутиком. Обработку конусов с помощью конусной (копировальной) линейки, закрепленной с задней стороны станины токарного станка на плите, применяют для получения пологого конуса значительной длины. Заготовку крепят в центрах или в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне. Резец, закрепленный в резцедержателе суппорта станка, получает одновременное перемещение в продольном и поперечном направлениях, в результате чего обрабатывает коническую поверхность заготовки.
Обработку наружного конуса широким резцом применяют при необходимости получения короткого конуса (l<25 мм) с большим углом уклона. Широкий проходной резец, режущая кромка которого длинней образующей конуса, устанавливают в резце держатель так, чтобы главная режущая кромка резца составляла с осью заготовки угол а, равный углу уклона конуса. Обработку можно вести как с продольной, так и с поперечной подачей. На чертежах деталей часто не указывают размеры, необходимые для обработки конус и их необходимо подсчитывать. Для подсчета неизвестных элементов конусов и их размеров (в мм) можно пользоваться следующими формулами
а) конусность K= (D--d)/l=2tg
б) угол уклона конуса tg = (D--d)/(2l) = K/2
в) уклон i = K/2=(D--d)/(2l) = tg
г) больший диаметр конуса D = Кl+d = 2ltg
д) меньший диаметр конуса d = D-- К1 = D--2ltg
е) длина конуса l = (D--d)К = (D--d)/2tg
Обработку внутренних конических поверхностей на токарных станках выполняют также различными способами: широким резцом, поворотом верхней части (салазок) суппорта, поворотом конусной (копировальной) линейки. Внутренние конические поверхности длиной до 15 мм обрабатывают широким резцом, главная режущая кромка которого установлена под требуемым углом к оси конуса, осуществляя продольную или поперечную подачу. Этот способ применяют в том случае, когда угол уклона конуса большой, а к точности угла уклона конуса и шероховатости поверхности не предъявляют высоких требований. Внутренние конусы длинней 15 мм при любом угле наклона обрабатывают поворотом верхних салазок суппорта с применением ручной подачи.
§ 1. Общие сведения
1. Область применения конусов. Наряду с цилиндрическими деталями в машиностроении получили довольно широкое распространение детали с коническими поверхностями. Примерами их могут служить конусы центров, хвостовиков сверл, зенкеров, разверток. Для крепления этих инструментов передние участки отверстий шпинделя и пиноли токарного станка имеют также коническую форму.
Однако область использования конусов не ограничивается режущими инструментами. Конические поверхности имеют многие детали машин.
Широкое использование конических соединений объясняется рядом их преимуществ.
1. Они обеспечивают высокую точность центрирования деталей.
2. При плотном соприкосновении пологих конусов получается неподвижное соединение.
3. Изменяя осевое положение деталей конического соединения, можно регулировать величину зазора между ними.
2. Конус и его элементы. Конус представляет собой геометрическое тело, поверхность которого получается вращением прямой линии (образующей), наклонно расположенной к оси вращения (рис. 129, а).
Точка пересечения образующей с осью называется вершиной конуса.
Плоскости, перпендикулярные к оси конуса, называются, основаниями.
Различают полный и усеченный конусы. Первый расположен между основанием и вершиной, второй - между двумя основаниями (большим и меньшим).
Конус характеризуется следующими элементами: диаметром большего основания D; диаметром меньшего основания d; длиной l; углом уклона а между образующей и осью конуса; углом конуса 2а между противоположными образующими.
Кроме этого, на рабочих чертежах конических деталей часто употребляют понятия конусность и уклон.
Конусностью называется отношение разности диаметров двух перечных сечений конуса к расстоянию между ними. Она опреляется по формуле
Уклоном называется отношение разности радиусов двух поперечных сечений конуса к расстоянию между ними. Его определяют по формуле
Из формул (9) и (10) видно, что уклон равен половине конусности. 
Тригонометрически уклон равен тангенсу угла уклона (см. рис. 129, б, треугольник ABC), т. е.
На чертеже (рис. 130) конусность обозначают знаком <, а уклон -, острие которых направляется в сторону вершины конуса. После знака указывается отношение двух цифр. Первая из них соответствует разности диаметров в двух принятых сечениях конуса, вторая для конусности- расстояние между сечениями, для уклона - удвоенной величине этого расстояния.
Конусность и уклон иногда записываются числами десятичной дроби: 6,02; 0,04; 0,1 и т. д. Для конусности эти цифры соответствуют разности диаметров конуса на длине 1 мм, для уклона - разности радиусов на этой же длине.
Для обработки полного конуса достаточно знать два элемента: диаметр основания и длину; для усеченного конуса - три элемента: диаметры большего и меньшего оснований и длину. Вместо одного из указанных элементов может быть задан угол наклона а, уклон или конусность. В этом случае для определения недостающих размеров пользуются вышеприведенными формулами (9), (10) и (11). 
Пример 1. Дан конус, у которого d=30 мм, /=500 мм, К=1: 20. Определить больший диаметр конуса.
Решение. Из формулы (9)
Пример 2. Дан конус, у которого D=40 мм, l = 100 мм, а=5 , Определить меньший диаметр конуса.
Решение. Из формулы (11)
По таблице тангенсов находим tg5°=0,087. Следовательно, d=40-2*100Х Х0,87=22,6 мм.
Пример 3. Определить угол уклона а, если на чертеже указаны размеры конуса: D-50 мм, d=30 мм, /=200 мм.
Решение. По формуле (11)
Из таблицы тангенсов находим а=2 50 .
Пример 4. Дан конус, у которого D=60 мм, /=150 мм, К=1: 50. Определить угол уклона а.
Решение. Так как уклон равен половине конусности, можно записать:
По таблице тангенсов находим а=0 30 .
3. Нормальные конусы. Конусы, размеры которых стандартизованы, называются нормальными. К ним относятся конусы Морзе, метрические, конусы для насадных разверток и зенкеров с конусностью 1:50 0, под конические штифты - с конусностью 1:50, для конических резьб с конусностью 1: 16 и др.
Наибольшее распространение в машиностроении получили инструментальные конусы Морзе и метрические, основные размеры которых приведены в табл. 13. 
Размеры конусов Морзе выражаются дробными числами. Это объясняется тем, что впервые стандарт на них был принят в дюймовой системе измерения, которая сохранилась до настоящего времени. Конусы Морзе имеют различную конусность (примерно 1 20), метрические конусы одинаковую - 1:20. 
К атегория:
Токарное дело
Обработка наружных и внутренних конических поверхностей
Если вращать прямоугольный треугольник АБВ вокруг катета АБ, то образующееся тело называют полным конусом, катет АБ - высотой конуса. Прямую АВ называют образующей конуса, а точку А - его вершиной. При вращении катета БВ вокруг оси АБ образуется поверхность, называемая основанием конуса. Угол между образующей АГ и осью АБ - есть угол а уклона конуса. Угол ВАГ между образующими АВ и АГ конуса называют углом конуса; он равен 2а. Если от полного конуса отсечь его верхнюю часть плоскостью, параллельной основанию, то полученное тело будет усеченным конусом (рис. 206,6), который имеет два основания - верхнее и нижнее. Расстояние 001 между основаниями - высота усеченного конуса. На чертеже обычно указывают три основных размера конуса (рис. 206, в): больший диаметр D, меньший диаметр d и высоту конуса.
Рис. 198. Применение сверл для Г обработни отверстий
Рис. 199. Приспособления для крепления сверл
Пользуясь формулой tga = =(D- d)/(2l), можно определить угол а наклона конуса, который на токарном станке устанавливают поворотом верхнего суппорта или смещением задней бабки. Иногда конусность задают так: K = (D - d)/l, т. е. конусность есть отношение разности диаметров к длине. На рис. 206, г показан конус, у которого К = = (100 -90)/100= 1/10, т. е. на длине 10 мм диаметр конуса уменьшается на 1 мм. Конусность и диаметр конуса связаны уравнением d = = D - Kl, откуда D = d + Kl.
Если взять отношение полуразности диаметров конуса к его длине, то получим величину, называемую уклоном конуса M = (D - d)/(2l) (рис. 206, д). Уклон конуса и конусность обычно выражают отношениями 1:10, 1:50 или 0,1:0,05 и т. д. На практике используют формулу
Рис. 200. Сверление глухих и глубоних снвозных отверстий
Рис. 201. Растачивание отверстий
В машиностроении распространены конусы Морзе и метрические конусы. Конус Морзе (рис. 207) имеет семь номеров: 0, 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Каждому номеру соответствует определенный угол наклона: наименьший 0, наибольший 6. Углы у всех конусов разные. Метрические конусы имеют конусность 4; 6; 80; 100; 120; 160 и 200; у них угол уклона одинаков (рис. 208).
Обработка конических поверхностей отличается от обработки цилиндрических только углом подачи резца (рис. 209), что достигают настройкой станка. При вращении заготовки вершина резца перемещается под углом а (углом конуса). На токарном станке конусы обрабатывают несколькими способами. Обработка конуса с помощью широкого резца показана на рис. 210, а. При этом высота конуса должна быть не более 20 мм. Кроме того, режущую кромку резца устанавливают под углом а к оси вращения детали точно по высоте центров (рис. 210,6).
Наиболее простым способом для получения конических поверхностей является смещение линии центров. Этот способ применяют только при обработке поверхностей в центрах путем смещения корпуса задней бабки. При смещении корпуса задней бабки на рабочего (в сторону резцедержателя) образуется коническая поверхность, у которой большее основание детали направлено в сторону передней бабки (рис. 211, а). При смещении корпуса задней бабки от рабочего большее основание расположено в сторону задней бабки (рис. 211,6). Поперечное смещение корпуса задней бабки H = L - sina. При небольшом смещении угла наклона конуса а можно считать, что sinaa;tga, тогда H = L(D - d)/(2l). Смещение корпуса задней бабки измеряют линейкой (рис. 211, в), соосность центров также можно проверить линейкой (рис. 211, г). Однако при смещении корпуса задней бабки следует учитывать, что смещение допускается не более чем на 1/50 длины детали (рис. 211, д). При большем смещении образуется неполное прилегание центровых отверстий детали и центров, что снижает точность обрабатываемой поверхности.
Рис. 203. Индикаторный нутромер для измерения глубины отверстий: 1 -центрирующий мостин; 2-измерительный наконечник; 3-двух-ллечий рычаг; 4-регулируемый упор; 5-пружина, устраняющая зазор в передаточных элементах; 6-измерительный стержень индикатора
Рис. 204. Цельные и насадные зеннеры
Рис. 205. Развертни
Конусы с большим углом а и малой высотой целесообразно обрабатывать путем поворота верхнего суппорта. Этот способ используют при обработке наружного (рис. 212, а) и внутреннего (рис. 212,6) конуса. В этом случае ручную подачу осуществляют путем поворота рукоятки верхнего суппорта. Для поворота верхнего суппорта на требуемый угол при механической подаче используют деления, нанесенные на фланце поворотной части суппорта. Если угол а не задан на чертеже, его подсчитывают по формуле tga = (D - d)/(2l). Резец устанавливают строго по центру. Отклонение от прямолинейности образующей обрабатываемого конуса возникает при установке резца выше (рис. 213,6) или ниже (рис. 213,в) линии центра.
Для получения конических поверхностей с а^ 10…12° .применяют копировальную линейку (рис. 214). На плите 1 установлена линейка 2, которую поворачивают под требуемый угол а вокруг пальца 3 и закрепляют винтом 6. Ползун 4 жестко соединен с поперечной частью суппорта 8 с помощью тяги 7 и зажима 5. Копировальная линейка должна быть установлена параллельно образующей конуса, который необходимо получить. Угол поворота копировальной линейки определяют из выражения tga = (Z) - d)/(2l). Если деления на плите обозначены в миллиметрах, то число делений C - H(D - d)/(2l), где Я - расстояние от оси вращения линейки до ее конца.
Конус, у которого длина образующей больше длины хода верхней каретки суппорта, обтачивают путем применения продольной и поперечной подач (рис. 215). При этом верхнюю каретку необходимо повернуть на угол р относительно линии центров: sinp = tga(Snp/S„+ 1), где оПр и S„ - продольная и поперечная подачи. Для получения конусности требуемой формы резец устанавливают строго по центру.
Коническое отверстие обрабатывают в следующей последовательности. Сверлят отверстие несколько меньшего диаметра, чем диаметр меньшего основания конуса (рис. 216), затем рассверливают отверстие сверлом. После этого ступенчатое отверстие растачивают резцом. Другим способом получения конического отверстия является сверление отверстия (рис. 217, а), развертывание черновое (рис. 217,6), получистовое (рис. 217, в), чистовое (рис. 217,г).
Рис. 206. Геометричесние параметры нонуса
Конические поверхности контролируют угломерами (рис. 218, а), калибрами (рис. 218, б, в) и шаблонами (рис. 218, г). Конические отверстия проверяют по уступам и рискам, нанесенным на калибрах (рис. 219). Если конец конусного отверстия детали совпадает с левым торцом уступа, а наружный диаметр совпадает с одной из рисок или же находится между ними, то размеры конуса соответствуют заданным.
Рис. 207. Конус Морзе
Рис. 208. Метричесний нонус
Рис. 209. Схема обработки цилиндрической и нонической поверхностей: а-вершина резца перемещается параллельно оси центров; б-вершина резца перемещается под углом н оси центров
Обработка конических поверхностей на токарных станках производится тремя способами .
Первый способ
Первый способ заключается в том, что корпус задней бабки смещают в поперечном направлении на величину h (рис. 15, а). Вследствие этого ось заготовки образует определенный угол а с осью центров, а резец при своем движении обтачивает коническую поверхность. Из схем видно, что
h = L sin a; (14)
tgα=(D-d)/2l; (15)
Решая совместно оба уравнения, получим
h=L((D-d)/2l)cosα. (16)
Для изготовления точных конусов этот способ непригоден вследствие неправильного положения центровых отверстий относительно центров.
Второй и третий способ
Второй способ (рис. 15, б) заключается в том, что резцовые салазки поворачивают на угол а, определяемый уравнением (15). Так как подача в этом случае осуществляется обычно вручную, данный способ используют при обработке конусов небольшой длины. Третий способ основан на применении специальных приспособлений, имеющих копировальную линейку 1, укрепленную на задней стороне станины на кронштейнах 2 (рис. 15, в). Ее можно устанавливать под требуемым углом к линии центров . По линейке скользит ползун 3, соединенный через палец 4 и кронштейн 5 с поперечной кареткой 6 суппорта. Винт поперечной подачи каретки разобщен с гайкой. При продольном перемещении всего суппорта ползун 3 будет двигаться по неподвижной линейке 1, сообщая одно-
Рис. 15. Схемы обработки конических поверхностей
временно поперечное смещение каретке 6 суппорта. В результате двух движений резец образует коническую поверхность, конусность которой будет зависеть от угла установки копировальной линейки, определяемого уравнением (15). Этот способ обеспечивает получение точных конусов любой длины.
Обработка фасонных поверхностей
Если в предыдущем копировальном устройстве вместо конусной линейки установить фасонную, то резец будет перемещаться по криволинейной траектории, обрабатывая фасонную поверхность. Для обработки фасонных и ступенчатых валов токарные станки иногда оснащают гидравлическими копировальными суппортами, которые располагают чаще всего на задней стороне суппорта станка. Нижние салазки суппорта имеют специальные направляющие, расположенные обычно под углом 45° к оси шпинделя станка, в которых и перемещается копировальный суппорт. На рис. 6, б была показана принципиальная схема, поясняющая работу гидравлического копировального суппорта. Масло от насоса 10 поступает в цилиндр, жестко связанный с продольным суппортом 5, на котором находится поперечный суппорт 2. Последний соединен со штоком цилиндра. Масло из нижней полости цилиндра через щель 7, находящуюся в поршне, поступает в верхнюю полость цилиндра, а затем в следящий золотник 9 и на слив. Следящий золотник конструктивно связан с суппортом. Щуп 4 золотника 9 прижимается к копиру 3 (на участке ab) при помощи пружины (на схеме не показана).
При этом положении щупа масло через золотник 9 поступает на слив, а поперечный суппорт 2, вследствие разности давлений в нижней и в верхней полостях, перемещается назад. В тот момент, когда щуп окажется на участке be, он под действием копира утапливается, преодолевая сопротивление пружины. При этом слив масла из золотника 9 постепенно перекрывается. Так как площадь сечения поршня в нижней полости больше, чем в верхней, давление масла заставит перемещаться суппорт 2 вниз. На практике встречаются самые различные модели токарных и токарно- винторезных станков, от настольных до тяжелых, с широким диапазоном размеров. Наибольший диаметр обработки на советских станках колеблется от 85 до 5000 мм при длине заготовки от 125 до 24 000 мм.
Цель работы
1. Знакомство с методами обработки конических поверхностей на токарных станках.
2. Анализ достоинств и недостатков методов.
3. Выбора способа изготовления конической поверхности.
Материалы и оборудование
1. Токарно-винторезный станок модели ТВ-01.
2. Необходимый набор гаечных ключей, режущего инструмента, угломеры, штангенциркуль, заготовки изготавливаемых деталей.
Порядок выполнения работы
1. Прочитайте внимательно основные сведения по теме работы и разберитесь в общих сведениях о конических поверхностях, способах их обработки с учетом основных достоинств и недостатков.
2. С помощью учебного мастера ознакомьтесь со всеми способами обработки конических поверхностей на токарно-винторезном станке.
3. Выполните индивидуальное задание преподавателя по выбору способа изготовления конических поверхностей.
1. Название и цель работы.
2. Схема прямого конуса с указанием основных элементов.
3. Описание основных методов обработки конических поверхностей с приведением схем.
4. Индивидуальное задание с приведением расчетов и обоснования выбора того или иного метода обработки.
Основные положения
В технике часто используются детали с наружными и внутренними коническими поверхностями, например, конические шестерни, ролики конических подшипников. Инструменты для обработки отверстий (сверла, зенкеры, развертки) имеют хвостовики со стандартными конусами Морзе; шпиндели станков имеют конусную расточку под хвостовики инструментов или оправок и т. п.
Обработка деталей с конической поверхностью связана с образованием конуса вращения или усеченного конуса вращения.
Конусом называется тело, образованное всеми отрезками, соединяющими некоторую неподвижную точку с точками окружности в основании конуса.
Неподвижная точка называется вершиной конуса .
Отрезок, соединяющий вершину и любую точку на окружности, называется образующей конуса.
Осью конуса , называется перпендикуляр, соединяющий вершину конуса с основанием, а образующийся отрезок прямой является высотой конуса .
Конус считается прямым или конусом вращения , если ось конуса проходит через центр окружности в его основании.
Плоскость, перпендикулярная оси прямого конуса, отсекает от него меньший конус. Оставшаяся часть называется усеченным конусом вращения .
Усеченный конус характеризуется следующими элементами (рис. 1):
1. D и d – диаметры и большего именьшего оснований конуса;
2. l –высота конуса, расстояние между основаниями конуса;
3. угол конуса 2a – угол между двумя образующими, лежащими в одной плоскости, проходящей через ось конуса;
4. угол уклона конуса a – угол между осью и образующей конуса;
5. уклон У – тангенс угла уклона У = tg a = (D –d )/(2l ) , который обозначается десятичной дробью (например: 0,05; 0,02);
6. конусность – определяется по формуле k = (D –d )/l , и обозначается с использованием знака деления (например, 1:20; 1:50 и т. д.).
Конусность численно равна удвоенному уклону.
Перед размерным числом, определяющим уклон, наносят знак Ð, острый угол которого направлен в сторону уклона. Перед числом, характеризующим конусность, наносят знак, острый угол которого должен быть направлен в сторону вершины конуса.
В массовом производстве на станках-автоматах для точения конических поверхностей используются копировальные линейки на один неизменный угол наклона конуса, который может изменяться только при переналадке станка с другой копировальной линейкой.
В единичном и мелкосерийном производстве на станках с ЧПУ точение конических поверхностей с любым углом конуса при вершине осуществляется подбором соотношения скоростей продольной и поперечной подачи. На станках, не оснащенных ЧПУ, обработка конических поверхностей может быть произведена четырьмя способами, перечисленными ниже.
