Technology of watch production - part 33

When working out  the  preliminary  draft  of  the  machine  setup  it  is  diffi- .  

cult  to  decide from  which  table  to  take  the  data  on idle movements ,  the 

production  rate  for  the  given  part being as  yet unknown .  In p ractice ,   there­
fore,  a  preliminary  s etup  is  calculated,  taking the  idle movements  fo r  the 

rocker and  headstock cams  from  Table  1 5 .  

TABLE  15 

Camshaft rotation  angle  for  idle movements 

Function  of  the  cam 

Section of the  cam  profile 

Headstock displacement 

Rise for headstock advance 
Drop for headstock retreat 

Rocker control 

Rise  for  advancing  tool  No.  2 

Drop  for  advancing tool  No, 

1 

Shift  of tool slides Nos. 

3,  4, 

5 

Rise for  advancing the  tools 

· 

Drop  for withdrawing the tools 

Drilling attachment control 

Drill  retraction  for multiple 

drilling 

Drilling  and threading attach-

Rise and drop  of the  lever 

ment spindle selection control  Closing  the  collet 

Collet releasing and closing 

Releasing the collet 

control 

Number  of cam degrees per 

1 

mm rise or  drop of the cam 

profile (idle movement) 

1' 

per  mm,  but  not  less  than 

3' 

0.5' 

per  mm,  but  not Jess  than 

3' 

1' 

per mm,  but not  Jess than 

3' 

0.5' 

per mm,  but not Jess than 

3' 

1'  per  mm,  but not  less than 

3' 

0.5' 

per  mm,  but  not  less  than 

3' 

0, 75' 

per  mm,  but not  less than 

3' for the entire operation 

20' 

15' 

1 0' 

After the  preliminary calculation  and  the  determination of the  approximate 

production  rate of the  machine  for  the part  in question,  the  definitive  s etup 

is  calculated using the  idle  movements  taken from the tables; and on the  basis 
of this  s etup  the  actual production rate  is  determined.  The  data in  Table  1 5  

should be used i n  the final  calculation only for the tool-slide  cams  [ 3 ,  4 ,   5 ], 

the  collet cams  and  the  attachment  cam s .  

Safety dwells o f  2 t o  3° each are added when necessary to the values o f  the 

movements  obtained in the  s etup  calculation,  in order to  compensate for 

pos sible inaccuracies  in the m anufacture  of the cam  p rofil e .  

Laying out flat cam s .   The cam profiles must produce the uniform headstock 

o r  tool feed rate adopted with the s election of the  cutting conditions .  This 

condition is  s atisfied by the A rchimedean  spiral . 

In order to  plot the  A rchimedean spiral  the  angle of  rotation  of  the  cam 

corresponding to  the  given  operation is  split into  s e veral  e qual parts  on the 

arc  of a  circle  and  rays  are  traced,  connecting the  center with the  points 

of division. 

The height  of ris e  is  spli� into  an  equal  number of parts  and concentric 

circles  are  drawn  accordingly. 

A  continuous  curve  is  drawn  through  the  inters ections  of the  rays  with 

the  corresponding circles  and the  resulting  curve  is  an A rchimedean  spiral . 

Figure  2 7  s hows  an A rchimedean spiral plotted  on  the  s ector from  9 6 °  to 

1 9 0°.  The  rise  is  1 9 . 9  mm . 

In order that  the  interaction between cam  and  follower b e  correct,  the 

angle 

6 

between  the  tangent to  the  cam  at  the  point  of  tangency  and  the  per­

p endicular to the ray  radius  at the point of tangency, 

X1 Xp 

must not exceed 

some  specified  value  (Figure  2 7 ). 

1 29 

The  angle 

0 

is  a  variable  magnitude  in  the  A rchimedean spiral,  being 

larger at the  beginning  of the  rise  than  at its  end .  It is  recommended that 
this  angle be less  than  30°,  since  the  p ressure forc e  could lead  to  j amming 

with higher angles.  In  addition,  the follower prism wear increas es  with 
an increase in the  angle 

e. 

If a  rolle r  followe r  is used instead of  a p rismatic  followe r,  the  angle  can 

be increas ed by  5  to 

so, 

this being the difference between the friction  angles 

in sliding and rolling  friction,  respectively. 

a 

b 

c 

\ I  

$ 

e 

d 

g 

h 

FIGURE 28.  Templates for drawing idle movement cam profiles 

1-headstock cam for a  production rate of:  a-up to 6  pieces/minute;  b-6  to 12 pieces/ 
minute;  c-12 to 25 pieces/minutes; d-more than 25 pieces/minute;  2-rocker cams for 

a  production rate of:  e-up to 6  pieces/minute;  f-6 to 12 pieces/minute ;  g-12 to 25 

pieces/minute ;  h-more than 25 pieces/minute. 

1 3 0  

In  o rder to  reduce  the  angle  or,  in  other wo rds ,  to  obtain less  s teep 

spiral s ,   the  most important  cam  p rofile  s ections  s hould  be  located  at  large 
cam  radii .  It  is  best,  from  this  point  of  view,  to  select the 

1 : 1 

lever arm 

ratio,  as  the  curves  will be less  s teep  for  this  ratio. 

The  cam p rofile  s ections  for idle  movement,  on the  other hand,  are s o  

laid out that  the  follower speed will  increas e  from  zero,  a t  the  beginning, 
will  reach  a  m aximum  in the  m iddle  of the  movement,  and will  then drop 
to  zero  at  the  end of the  movement. 

When the  production rate  does  not  exceed  12  pieces  per  minute,  the 

A rchimedean spirals  may  s erve as  cam  curves  for  the  idle  movements , 

though  not  really s atisfying  the  abo ve  conditions .  For small  rises  and d rops 
the  curves  can be replaced by  straight segm ents 

(

Figure  2 7 ,   s ector  1 0  to 

2 5° ) .  

C am  layout i s  facilitated b y  the  us e  o f  templates ,  which  are usually  in­

cluded in the s et  of s tandard  acc essories for the machine . 

Templates  which  correspond  to  Tables  7 - 1 4  are s hown in  Figure  2 8 .  

The  assumption was  made above  that  the  follower moves  along a  s traight 

line .  A ctually,  it  moves  along a  circular arc  with a  radius  equal  to the 

lever arm length,  and  the  cam  angles  of  rotation must  therefore be  referred 

to  the  inters ection of the  follower arc with the cam  circle  rather than to  the 

inters ection of the  cam  radius  with its  circle . 

FIGURE 

29.  Bell  cam 

FIGURE 

30.  Cam profile AC, 

equidistant from the pitch 
curve  ac 

Bell 

cam profiles .  In some models  of automatic  s crew machines  the 

headstock feed is  controlled by bell  cams 

(

Figure  2 9  ).   The  calculation of 

the p rofiles  o f  such cams i s   different from  that f o r  the  above - described 

flat cams . 

For a  constant- velocity rise ,   the  p rofile  of  the  rim  of  the  bell  cam  cons ­

titutes  a  helix.  The idle-movement  p rofiles,  too,  are helices  with cur­

vatures  of  2  to 

5 

mm  radius  at both  ends . 

While most automatic  s crew machines  us e  p rismatic - toe,  sliding- type 

followers ,  s om e  pres ent  roller followers .  The two  types  of followers  diffe r  

1 3 1  

not  only in  their friction  coefficients ,  but als o  in  the  cam  p rofiles  they 

require for a  given p rogram.  The  cam  p rofile for  a  roller follower  de­

p ends  on the  value  of  the  rolle r  radius . 

If we have a curve A C   (Figure 3 0 )  along which a rolle r  of radius 

r1 

rolls,  the 

roller c enter  will  describe  a  c urve 

ac, 

equidistant from the  curve  A C .   It is 

usual  to  call  this  curve 

ac 

the p i t c h   c u r v e .  

The  shap e  o f  the  pitch curve  differs from  the  s hape  of the  cam p rofile 

in  the  places  of trans ition from  one  curve  to  another.  When calculating the 
cams,  the  angles  of rotation 

ex 

s hould be  taken  from  the pitch curve,  and 

not from  the  cam p rofile.  The  value 

h 

of the  cam  ris e  is  equal  to 

p2  - PI ·  

The  smalle r  the  roller radius 

r1 

the  nearer the  shape o f  the  pitch  curve  to 

that of the  cam  p rofile.  In the  case of a  concave  cam  profile,  the  transi ­

tional  curve  must have a  radius  much larger than  that o f  the  roller. 

The p rofiles  of the drilling,  threading, and  slotting attachment bell  cams 

are helic es . 

O rder of  the  s etup  calculation.  A  s ketch of the  part  is  included  in  the 

operation  sheet with  dimensions ,  tolerances  and  finish-quality specifica ­

tions .  The  type  of material  and  bar gage,  the  tool-positioning s cheme in 

two planes ,   and the  cutting and spindle  speeds  for the  maximum  diam ete r 

to  be  turned,  are  also noted. 

In  dividing the work  among the various  tools  and establishing the sequence 

of operations ,  it is  well to  remember that tool No .  1  is  best  for precise turn­
ing  with  longitudinal  feed.  Tool No .  2  is  best fo r grooving;  cutting-off s hould 

be done by tool No.  3  or  No .  4;  and  contour  turning,  reces s ing and  center­

ing by tool No .  4  o r  No .  5 .  

Example of setup calculation 

for 

an automatic screw machine,  W e  will present,  as an example,  the 

calculation of the layout of machining operations for the production of the 1�inding key  of the " Pobeda" 

brand  wrist\vatch (see  page  138). 

ln order to simplify  the calculation,  we will take the idle movements of the headstock and rocker from 

Tables 7 - 14  assuming that the production rate  for the  given  part  does not exceed  6 pieces/minute. 

We introduce into the operation sheet a sketch of the part and specify the type of steel  to be used.  We 

specify 1 .6 0 mm  diameter bar stock,  all01ving 0.14 mm for removing the outer layer,  since the 1 .46 mm dia­
meter is subsequently ground.  Basing ourselves on the bar-Stock diameter 1 .60,  we now introduce into the 
operation sheet sketches of the tool positions.  The  work is  divided  up among the various tools  as follows•: 

tool No. 

1 

turns the  shoulder beyond the  thread,  one  0.06 mm 

x 

45° chamfer and the  1 .46 mm  diameter 

for  a length of 1 .65 mm; 

tool No. 2 turns the second 1 .46 mm diameter section for a length of 1 .45 mm,  one 0.06 mm 

X 

45° cham-

fer, the 1 mm diameter neck,  the 0.08 mm chamfer and the 0. 72 mm diameter journal; 

tool No.  3 forms the internal chamfers 0.06 mm 

x 

45°; 

tool No. 4 cuts off the blank and turns the front and rear cones; 

tool  No.  5 turns the  0.88 mm w ide  groove. 

We  determine the initial distance from the tools to the bar as 1 .2 mm.  This dimension is necessary for 

the calculation of the idle movements.  Taking into account that the given part has no complex configura­
tion and that the process  accuracy  is relatively low,  we fix the following lever  arm ratios : 

headstock 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

. 

• 

.  .  .  .  .  .  2 : 1  

rocker  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  3 : 1  

tool No. 3  .  .  .  .  .  .  .  . 

. 

. 

• 

.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  1 : 1  

tools Nos 4  and 5  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  2 : 1  

W e  take the  cutting speed for the maximum diameter to be 28 m/min,  and therefore the spindle speed 

is  5550  rpm.  In accordance with Table 3,  we fix the ratio of the threading-attachment speed to the machine­
spindle speed  as 

1.12 : 1 .  

•  [For reference see drawing o n  page  140 

. ]  

1 32