КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Металлорежущий станок является машиной, с помощью которой путем снятия стружки с заготовки получают с требуемой точностью детали заданной формы и размеров.

Выпускают большое количество металлорежущих станков, различных по на­значению, техническим возможностям и размерам. Все станки, выпускаемые се­рийно, делятся на девять групп. Каждая группа, в свою очередь, включает не­сколько типов станков (Таблица 1).

Нумерация станков. Модель станка обозначают тремя или четырьмя (иногда с добавлением букв) цифрами. Первая цифра указывает группу станка, вторая -тип, последние одна или две цифры указывают на один из характерных его разме­ров. Буква между цифрами указывает на модернизацию станка, а буква после всех цифр - модификацию (видоизменение) базовой модели станка или технологиче­ские особенности его. Например, станок 2Н135: цифра 2 означает, что станок отно­сится ко второй группе - сверлильный; Н - модернизированный; цифра 1 указы­вает на принадлежность станка к первому типу - вертикально-сверлильный; по­следние две цифры означают максимальный диаметр сверления 35мм.

Модели специализированных и специальных станков обозначают одной или двумя буквами, к которым добавляют также цифры, указывающие порядковый но­мер модели станка.

По степени специализации различают следующие станки.

1. Универсальные станки, выполняющие различные операции при обработке раз­ нообразных деталей. Станки, используемые для очень большого диапазона ра­ бот, называют широкоуниверсальными. К универсальным станкам относится, например, токарно-винторезный станок 16К20.

2. Специализированные станки, обрабатывающие детали, сходные по конфигура­ ции, но имеющие различные размеры, например, ступенчатые валики, кольца подшипников качения, труб и т.п. К числу таких станков относятся, в частности, многорезцовые токарные, токарные для обработки коленчатых валов, зубообра- батывающие резьбонарезные и другие станки.

3. Специальные станки, предназначенные для обработки одной определенной де­ тали или деталей только одного типоразмера, например, лопаток газовых тур­ бин.

По степени точности различают станки пяти классов. Класс Н - станки нор­мальной точности; к нему относится большинство универсальных станков. Класс П — станки повышенной точности, изготовляемые на базе станков нормальной точно­сти, но при повышенных требованиях к точности изготовления ответственных де­талей станка и качеству сборки и регулированию. Класс В - станки высокой точно­сти, достигаемой за счет специальной конструкции отдельных узлов, высоких тре­бований к точности изготовления деталей, к качеству сборки и регулированию уз­лов и станка в целом. Класс А - станки особо высокой точности; при их изготовле­нии предъявляются еще более жесткие требования, чем при изготовлении станков класса В. Класс С — станки особо точные или мастер-станки, предназначенные для изготовления деталей, определяющих точность станков класса А и В.

По массе различают станки легкие (до 1 т), средние (до 10 т) и тяжелые (свыше 10 т). Тяжелые, в свою очередь, делятся на крупные (10-30 т), собственно-тяжелые (30-100 т) и особо тяжелые, уникальные (более 100 т).

Примечания: 1. Нормаль распространяется на ряды частот вращения, подач, мощностей и других параметров станков.

2. Ряды частот вращения более 1000 и менее 1 получают умножением или делением табличных данных на 1000.

3. Ряды со знаменателями ф, заключенными в скобки, по возможности применять только для частот вращения и подач.

4. Допускается составление производных рядов из нормальных путем пропуска некоторых частот (например, ряд 132, 190, 265, 375, 530 и т.д.).

5. Частота вращения вала не должна отклоняться от табличных значений более чем на ±10(0-1)%. Кроме того, в приводе асинхронного электро­ двигателя допускается смещение ряда частот вращения в сторону уменьшения до 5% от частот ряда, подсчитанных по синхронной частоте вращения.

ДВИЖЕНИЯ В МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ

Для получения на металлорежущем станке детали требуемой формы и раз­меров рабочим органам станка необходимо сообщить определенный комплекс со­гласованных друг с другом движений. Эти движения можно разделить на основные и вспомогательные. К основным движениям относятся главное движение, называе­мое также движением резания, и движение подачи. В некоторых станках имеют место и другие виды главных движений, например движение деления, обкатки и др. С помощью этих движений осуществляется процесс снятия стружки с обраба­тываемой заготовки. Скорость главного движения определяется главной скоростью резания, а величина подачи зависит от требуемой шероховатости обработанной по­верхности.

Вспомогательные движения необходимы для подготовки процесса резания, обеспечения последовательной обработки нескольких поверхностей на одной заго­товке или одинаковых поверхностей на различных заготовках. К числу вспомога­тельных движений относятся: а) движение для настройки станка на заданные ре­жимы резания; б) движение для наладки станка в соответствии с размерами и кон­фигурацией заготовки; в) движение управления станком в процессе работы; г) движение соответствующих рабочих органов для подачи и зажима прутка или штучных заготовок; д) движение для закрепления и освобождения рабочих органов станка.

Вспомогательные движения можно выполнять как автоматически, так и вручную. В станках-автоматах все вспомогательные движения автоматизированы и выполняются механизмами станка в определенные моменты времени в соответст­вии с технологическим процессом обработки детали.

Главное движение в металлорежущих станках бывает чаще всего двух ви­дов - вращательное и прямолинейное (возвратно-поступательное). В отдельных станках главное движение может иметь более сложный характер, но определяется оно также через вращательное и поступательное движения. Главное движение мо­жет сообщаться либо обрабатываемой заготовке, либо инструменту. Например, у станков токарной группы главным движением является вращение обрабатываемой заготовки; у фрезерных, шлифовальных и сверлильных - вращение инструмента; у долбежных, протяжных, некоторых зубообрабытывающих и других - возвратно-поступательное движение инструмента; у продольно-строгальных станков - воз­вратно-поступательное движение заготовки.

В некоторых станках главное движение получается в результате одновремен­ного вращения заготовки и инструмента (например, при сверлении отверстий ма­лого диаметра на токарных многошпиндельных автоматах).

Движение подачи у металлорежущих станков может быть непрерывным или прерывистым (периодическим), простым или сложным, состоять из нескольких са­мостоятельных движений или отсутствовать. Например, токарных, фрезерных, сверлильных и других станков движение подачи является непрерывным. Прерыви­стым движение бывает, например, у продольно-строгальных станков. Примером сложного движения подачи может служить движение подачи в зубофрезерном станке при нарезании косозубого цилиндрического колеса. У круглошлифовальных станков несколько движений подачи - вращательное движение детали (круговая подача), продольное осевое перемещение детали или шлифовального круга (про­дольная подача) и поперечная подача, сообщаемая шлифовальному кругу. В про­тяжных станках движение подачи отсутствует.

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ СТАНКОВ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Кинематическая схема станка представляет собой условное изображение взаимосвязи его элементов и механизмов. Для вычерчивания кинематических схем пользуются условными обозначениями, основные из которых приведены в таблице

2.

Таблица 2.

Кинематические схемы вычерчивают в произвольном масштабе. Однако, сле­дует стремиться вписывать кинематическую схему в контуры основной проекции станка или важнейших его узлов, добиваясь сохранения их относительного распо­ложения.

Для станков, у которых наряду с механическими передачами имеются гидрав­лические, пневматические и электрические устройства, составляются также гид­равлическая, пневматическая, электрическая схемы.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ОТНОШЕНИЙ И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ПЕРЕДАЧ.

Отношение частоты вращения (числа оборотов в минуту) п₂ ведомого вала к частоте вращения п\ ведущего вала называется передаточным отношением:

Ременная передача. Передаточное отношение без учета скольжения ремня (рисунок 1, а)

откуда

где d] и d₂ - диаметры соответственно ведущего и ведомого шкивов.

Скольжение ремня учитывают поправочным коэффициентом, который равен 0,97-0,985.

Цепная передача. Передаточное отношение (рисунок 1 ,б)

откуда

где Zi и z₂ - числа зубьев соответст­венно ведущей и ведомой звездочек. Зубчатая передача, (рисунок 1, в), осуществляемая цилиндрически­ми или коническими зубчатыми ко­лесами. Передаточное отношение

откуда

где Zi и z₂ - числа зубьев соответст­венно ведущего и ведомого зубча­тых колес.

Червячная передача. Переда­точное отношение (рисунок 1, г)

где k - число заходов червяка; z - число зубьев червячного колеса.

Реечная передача. Длина прямолинейного перемещения рейки за один обо­рот реечного зубчатого колеса (рисунок 1, д)

L=zP=z7rm,

Где Р=пm - шаг зуба рейки, мм; z - число зубьев реечного зубчатого колеса; m -модуль зубьев реечного зубчатого колеса, мм.

Винт и гайка. Перемещение гайки за один оборот винта (рисунок 1, е)

L=kP_B, Где k - число заходов винта; Р_в - шаг винта, мм.

ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ОТНОШЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. РАСЧЕТ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ.

Для определения общего передаточного отношения кинематической цепи (ри­сунок 1, ж) необходимо перемножить между собой передаточные отношения от­дельных передач, входящих в эту кинематическую цепь:

Ч астота вращения последнего ведомого вала равна частоте вращения ведуще­го вала, умноженной на общее передаточное отношение кинематической цепи:

т.е.

Крутящий момент на шпинделе М_шп зависит от величины передаточного от­ношения кинематической цепи от электродвигателя к шпинделю. Если электродви­гатель развивает момент М_дв, то

где 1_Ц - передаточное отношение кинематической цепи от электродвигателя к шпинделю; К_дв и п_дв - соответственно мощность (в кВт) и частота вращения(в об/мин) вала электродвигателя; г] — механический КПД кинематической цепи от электродвигателя к шпинделю.

РЯДЫ ЧАСТОТ ВРАЩЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ, ДВОЙНЫХ ХОДОВ И РЯДЫ ПОДАЧ В СТАНКАХ.

У станков с вращательным главным движением частоту вращения шпинделя в минуту определяют по форму

где v - скорость резания, м/мин; d - диаметр ле обрабатываемой заготовки или инст­румента, мм.

С целью получения наивыгоднейших условий при обработке заготовок из раз­личных материалов инструментами с различными режущими свойствами станки должны обеспечивать изменение скоростей резания от v_min до v_max.

Так как обрабатываемые заготовки или устанавливаемые на станке инстру­менты могут иметь диаметры от d_min до d_max, необходимо иметь возможность уста­навливать различную частоту вращения шпинделя от n_min до n_max:

Отношение максимальной частоты вращения шпинделя станка к минимальной называется диапазоном регулирования частоты вращения шпинделя:

которая меньше расчетной на величину у-у_д. Тогда относительная потеря скорости резания при переходе с одной частоты вращения к ближайшей меньшей

Диапазон регулирования шпинделя характеризует эксплуатационные возмож­ности станка. В указанных пределах можно получить любое значение п, если иметь механизм бесступенчатого регулирования скорости главного движения. В этом случае можно установить частоту вращения, соответствующую выбранной наивы­годнейшей скорости резания при заданном диаметре. Однако, бесступенчатые при­воды, несмотря на их довольно значительное распространение в современных станках, применяют не так широко, как приводы со ступенчатым рядом частоты вращения шпинделя. Подавляющее большинство станков имеет ступенчатые ряды частот вращения; в этом случае вместо частоты вращения, точно соответствующей наивыгоднейшей скорости резания при данном диаметре, приходится брать бли­жайшую меньшую частоту. Этой действительной частоте п_д будет соответствовать действительная скорость резания

Следовательно, относительная потеря скорости резания будет тем меньше, чем меньше разность п-п_д.

max

В интервале между предельными значениями частоты вращения n_min и п

промежуточные частоты можно разместить по различным рядам. Однако не все возможные ряды будут равноценными. Наиболее рациональным для применения в станкостроении является геометрический ряд, в котором каждая последующая час­тота отличается от предыдущей в ф раз (ф - знаменатель ряда).

Целесообразность распределения частот вращения шпинделей в станках по геометрическому ряду была впервые доказана в 1976г. академиком А.В. Гадоли-ным. Главным преимуществом геометрического ряда является то, что максималь­ная относительная потеря скорости резания остается одинаковой для всех интерва­лов ряда частоты вращения. Это позволяет обеспечить постоянство максимальной относительной потери производительности формообразования станка, т.е. дает экономические преимущества по сравнению с другими рядами. Производитель­ность формообразования определяется площадью поверхности, обрабатываемой на станке за единицу времени.

Геометрический ряд частоты вращения со знаменателем ф будет иметь вид:

где z - число ступеней ряда.

Значения знаменателей рядов ф нормализованы, что позволяет нормализовать ряды частот вращения и подач, а также облегчать кинематический расчет станков. Значение знаменателей ф нормальных рядов частот вращения шпинделей станков установлены с учетом ряда соображений.

1. В приводе главного движения станков часто применяют многоскорост­ ные электродвигатели трехфазного тока с отношением частот вращения равным 2. Для того чтобы частоты вращения шпинделя, получаемые при разных частотах та­ ких электродвигателей, были членами геометрического, необходимо иметь

г де Е] - целое число.

2 . Обязательно должен быть учтен ГОСТ 8032-56 «Предпочтительные числа и ряда предпочтительных чисел». Ряды предпочтительных чисел построены в виде геометрических прогрессий, знаменатели которых должны удовлетворять требова­ нию

где Е₂ - целое число.

Т аким образом, стандартные значения знаменателя ф рядов частоты враще­ния шпинделей могут быть найдены из условия

откуда

где Е' - произвольное целое число.

Д ля предусмотренных ГОСТ 8032-56 четырех значений Е₂=40; 20; 10 и 5, ко­торым соответствуют Е'=Е₂/10=4; 2; 1 и 0,5 и Ei=3E'=12; 6; 3 и 1,5, получают сле­дующие значения ф

Для практики станкостроения указанных четырех значений оказалось недос­таточно, поэтому добавлены

Вследствие того, что знаменатель ф связан с числом 2 через определенное число членов ряда, каждое число увеличивается в 2 раза. Если, например, в ряде имеется число 2, то будут числа 4, 8, 16 и т.д. Этой закономерности не подчиняют­ся ряды с ф=1,58 и ф=\,78.

В связи с тем, что ф связан с числом 10, каждое число ряда увеличивается че­рез определенное число членов ряда в 10 раз. Например, при наличии в ряде числа 2,8 встретятся также числа 28, 280, 2800 и т.д. Эта закономерность десятичного по­вторения чисел не распространяется на ряды с ф=1,41 и ф=2.

Ниже приведены значения максимальной относительной потери скорости ре­зания А_тах между двумя соседними частотами вращения для соответствующих зна­чений ф=1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2 А_тах=5; 10; 20; 30; 40; 45; 50%.

В таблице 3 приведены нормальные ряды частот вращения в станкостроении ( нормаль станкостроения HI 1-1).

У станков с возвратно-поступательным главным движением (строгальных, долбежных, протяжных и др.) вместо частоты вращения шпинделя определяют числа двойных ходов в минуту. Для этих станков используют те же нормализован­ные значения знаменателя ф и рядов чисел двойных ходов, что и для станков с главным поступательным движением.

Станки с возвратно-поступательным главным движением можно разделить на две группы. Для первой группы характерно постоянство скоростей рабочего (v, м/мин) и холостого ходов (уо,м/мин); обычно v₀>v. Станки второй группы (с кри-вошипно-шатунным и кулисным приводами) не обеспечивают постоянство скоро­стей v и v₀. Если обозначить через L длину хода стола (салазок, ползуна) в метрах, то время одного двойного хода для станков первой группы можно определить по формуле

где v_max и v_min - предельные скорости рабочего хода, м/мин;

vq max И V₀ mm ~ ПреДбЛЬНЫб СКОрОСТИ ХОЛОСТОГО ХОДа, М/МИЩ

L_max и L_min - предельные длины хода стола (салазок, ползуна), м.

Предельные числа двойных ходов в минуту для станков второй группы могут быть подсчитаны по тем же формулам, если в них подставить средние значения v и v₀. У продольно-строгальных станков скорость рабочего хода постоянна, поэтому для них целесообразно устанавливать геометрическую структуру ряда скоростей рабочего хода. У станков с кулисными или кривошипно-шатунным приводом по­стоянным является число двойных ходов, которое строиться по геометрической прогрессии.

Величины подач в металлорежущих станках обычно располагаются по гео­метрическому ряду. Значения знаменателя ряда подач берут из нормали станко­строения HI 1-1. Отношение максимальной величины подачи s_max к минимальной s_mj_n называется диапазоном регулирования подач.

ПРИВОДЫ СТАНКОВ.

Приводом называется совокупность механизмов, служащих для приведения в движение исполнительных звеньев станка. В привод входит также источник дви­жения. Привод должен обеспечивать возможность регулирования скорости движе­ния исполнительных звеньев станка.

Приводы станков подразделяются на ступенчатые и бесступенчатые. К ступенчатым относятся приводы со ступенчатыми шкивами, с шестеренными ко­робками скоростей и приводы в виде многоскоростных асинхронных электродви­гателей. Возможны также ступенчатые приводы, являющиеся комбинацией упомя­нутых выше механизмов. К бесступенчатым приводам можно отнести приводы с механическими вариаторами, электродвигатели постоянного тока с регулируемой частотой вращения, гидравлические приводы и комбинированные, представляю­щие собой сочетание регулируемого электродвигателя постоянного тока или при­вода с вариатором со ступенчатой коробкой скоростей, или, наоборот, механиче­ского вариатора с многоскоростным асинхронным электродвигателем переменного тока.

Современные металлорежущие станки имеют одиночные или многодвига­тельные приводы. Источником движения в станках обычно является электродвига­тель. Электродвигатель может быть расположен рядом со станком (рисунок 2, а), внутри него (рисунок 2, б), на станке (рисунок 2, в), встроен в переднюю бабку (ри­сунок 2, г, д) и т.д.

Рисунок 2. Варианты установки отдельных электродвигателей

Привод с шестеренной коробкой скоростей в настоящее время является наи­более распространенным типом привода главного движения в металлорежущих станках. Его достоинством является компактность, удобство в управлении и на­дежность в работе. Недостатки приводов с шестеренными коробками скоростей за­ключается в невозможности бесступенчатого регулирования скорости, а также в сравнительно низком КПД на высоких частотах вращения в случае широкого диа­пазона регулирования.

Существует большое количество различных конструкций коробок скоростей, однако все они представляют собой сочетание отдельных типовых механизмов. Коробки скоростей различают по способу переключения скоростей и компоновке.

По способу переключения скоростей коробки бывают с передвижными (скользящими) колесами, с кулачковыми, фрикционными и электромагнитными муфтами; с комбинированным переключением; со сменными колесами.

На рисунке 3 показаны схемы элементарных механизмов наиболее часто применяемых в шестеренных коробках станков для переключения скоростей. При-

менение того или иного способа переключения в коробках скоростей зависит от назначения станка, от частоты переключений и продолжительности рабочих ходов.

Передачи с передвижными блоками колес обладают тем достоинством, что могут передавать большие крутящие моменты при сравнительно небольших разме­рах зубчатых колес. Кроме этого, в таких коробках в зацеплении находятся только те зубчатые колеса, которые передают шпинделю мощность. Значит, остальные ко­леса в это время не изнашиваются. Указанные преимущества позволяют широко применять для изменения частоты вращения шпинделя передвижные блоки зубча­тых колес в коробках скоростей главным образом универсальных станков. Как правило, в передвижных блоках используют прямозубые колеса.

К недостаткам этих коробок скоростей относится невозможность переключе­ния передач на ходу; необходимость блокировки, чтобы нельзя было одновременно включить в работу блоки зубчатых колес, совместная работа которых не преду­смотрена; относительно большие размеры по длине.

Для коробок с кулачковыми муфтами характерны малые осевые перемеще­ния муфт при переключениях, возможность использования в передачах косозубых и шевронных колес, а также меньшие силы для переключения, чем у передвижных блоков колес. Вместе с тем кулачковые муфты не позволяют переключать передачи на ходу при большой разности скоростей вращения, им присущи потери мощности на вращение неработающей пары колес и их износ.

Использование фрикционных и электромагнитных муфт в коробках скоро­стей дает возможность быстро и плавно переключать передачи на ходу. Недостат-

ками таких коробок являются потери мощности на вращение неработающей пары колес и их износ; большие радиальные и осевые размеры при передачи больших крутящих моментов; снижение КПД станка в следствие трения в выключенных муфтах; нагревание муфт, необходимость их частого регулирования, передача теп­ла от муфт шпиндельному узлу.

П ри относительно редкой настройке привода шпинделя на операцию в авто­матах, полуавтоматах, специальных и операцион­ных станках в массовом и серийном производстве используют сменные колеса (рисунок 4). Частоту вращения шпинделя в этом случае настраивают путем смены колес а и b между смежными валами при неизменном расстоянии между их осями. Так как расстояние между осями этих колес остается неизменным, то обязательным условием правиль­ного сцепления сменных колес при такой конст­рукции привода является постоянство суммы чисел их зубьев (a+b=const). Сменные колеса в приводе главного движения применяют иногда в сочетании с шестеренными коробками скоростей.

В зависимости от компоновки различают коробку скоростей, встроенные в шпиндельную бабку, и коробки скоростей с разделенным при­водом. На рисунке 5 показана схема коробки скоростей встроенной в шпиндельную бабку. Эта коробка скоростей позволяет получить 24 значе­ния частоты вращения шпинде­ля. Коробка скоростей, пока­занная на рисунке 6, дает воз­можность получить три значе­ния вращения шпинделя. Если зубчатое колесо z\ находится в зацеплении с зубчатой муфтой 2, то движение шпинделю 3 пе­редается непосредственно от приводного шкива 1, минуя зубчатую передачу. В этом

случае частота вращения шпинделя равна час­тоте вращения приводного шкива.

При зацеплении зубчатого колеса Zi с ко­лесом z₂ можно получить еще два значения час­тоты вращения шпинделя путем переключения двойного блока z₃-z₅:

где п_шк - частота вращения приводного шкива, об/мин;

п₂ и п₃ - частота вращения шпинделя соответственно на второй и третьей сту­пеней скорости, об/мин.

Частота вращения шпинделя коробки скоростей вертикально-сверлильного станка (рисунок 7) изменяется передвижными блоками зубчатых колес. На крышке

Рисунок 7. Коробка скоростей вертикально-сверлильного станка

3 корпуса 1 коробки установлен приводной электродвигатель, соединенный с пер­вым валом коробки муфтой 6. передвижные блоки колес 7 и 8 дают возможность сообщить гильзе 2 шесть (при односкоростном двигателе) различных значений вращения. Гильза 2 имеет внутренние шлицы, посредством которых вращение пе­редается шпинделю. Зубчатые колеса 4 и 5 являются сменными. Частота вращения шпинделя

где п_шп, п_дв - частоты вращения соответственно шпинделя и вала электродвигателя; i_к.с - передаточное отношение коробки скоростей.

Разделенный привод с разгруженным шпинде-

У некоторых моделей токарных, револьверных и фрезерных станков коробка скоростей вынесена из шпиндельной бабки, а вращение шпинделю переда­ется через ременную передачу (рисунок 8). Большие частоты вращения шпиндель 4 получает коробки скоростей 1 через ременную передачу 2. В этом слу­чае муфта 3 включена, а зубчатые колеса z₂ и z₃, же­стко закрепляются на пустотелой втулке, путем осе­вого смещения втулки. Малые частоты вращения шпинделя получают при выключенной муфте и включенных зубчатых колесах z₂ и z₃. В этом случае вращение от коробки скоростей 1 передается шпин­делю 4 через

лем обеспечивает плавное вращение шпинделя и чаще применяется в точных стан­ках.

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОРОБОК СКОРОСТЕЙ

Для кинематических расчетов коробок скоростей в станкостроении приме­няются два метода: аналитический и графоаналитический. Оба метода позволяют находить величины передаточных отношений передач, входящих в коробку скоро­стей. Однако, как правило, используют только графоаналитический метод. Досто­инством его является то, что он позволяет более быстро находить возможные вари­анты решения, дает большую наглядность (что облегчает сравнение вариантов).

При графоаналитическом методе последовательно строят структурную сетку и график (картину) частоты вращения.

Структурная сетка дает ясное представление о структуре привода станка. По структурной сетке легко прослеживаются связи между передаточными отноше­ниями групповых передач (групповой передачей называется совокупность передач между двумя последовательными валами коробки скоростей); однако сетка не дает конкретных значений этих величин. Она наглядно характеризует ряд структур при­водов в общей форме. Структурная сетка содержит следующие данные о приводе: число групп передач, число передач в каждой группе, относительный порядок кон­структивного расположения групп вдоль цепи передач, порядок кинематического включения групп (т.е. их характеристики и связь между передаточными отноше­ниями), диапазон регулирования групповых передач и всего привода, число ступе­ней скорости вращения ведущего и ведомого валов групповой передачи.

График (картина) частоты вращения позволяет определить конкретные ве­личины передаточных отношений всех передач привода и частоты вращения всех его валов. Он строится в соответствии с кинематической схемой привода.

При разработке кинематической схемы коробки скоростей станка с враща­тельным главным движением должны быть известны число ступеней частоты вра­щения шпинделя z, знаменатель геометрического ряда ф, частоты вращения шпин­деля от п\ до n_z и частота вращения электродвигателя п_эд.

Число ступеней частоты вращения шпинделя z при настройке последова­тельно включен­ными групповыми передачами (в мно­говаловых короб­ках) равно произ­ведению числа пе­редач в каждой группе, т.е. z=p_apbPc---Pk-На­пример, для приво­да, показанного на рисунке 9, z= р_арьрс=3-2-2=12.

При заданном (или выбранном) числе ступеней ря­да частоты враще-

ния шпинделя z число групп передач, число передач в каждой группе и порядок расположения групп можно выбирать различными. Этот выбор в основном и опре­деляет кинематику и конструкцию коробки скоростей.

Для наиболее часто применяемых значений z могут быть использованы сле­дующие конструктивные варианты:

В станках с изменением частоты вращения шпинделя по геометрическому ряду передаточные отношения передач в группах образуют геометрический ряд с знаменателем ф^х, где х - целое число, которое называется характеристикой груп­пы. Характеристика группы равна числу ступеней скорости совокупности группо­вых передач, кинематически предшествующих данной группе. Общее уравнение настройки групповых передач имеет следующий вид:

Для последовательного получения всех частот вращения шпинделя сначала переключают передачи одной группы, затем другой и т.д. Если в коробке скоро­стей, показанной на рисунке 9, использовать с этой целью передачи группы а, за­тем группы сив последнюю очередь группы Ь, то соответственно этому порядку переключений группа а будет основной, группа с - первой переборной, группа b -второй переборной. Коробка скоростей может иметь и большее число переборных групп. Для основной группы передач характеристика хо=1; для первой переборной группы xi=pi; для второй переборной группы x₂-pip2 и т.д., где piH p₂ - соответст­венно числа передач основной и первой переборной групп.

Для конструктивного варианта привода, показанного на рисунке 9, и приня­того порядка переключений скоростей можно записать структурную формулу 7=3(1)2(6)2(3). В формуле цифрами в скобках обозначены характеристики групп. Основной и различными поп номеру переборными группами может быть любая другая группа передач в приводе, поэтому наряду с конструктивными вариантами привода возможны также различные его кинематические варианты.

В о избежание чрезмерно больших диаметров зубчатых колес в коробках ско­ростей, а также в целях нормальной их работы практикой установлены следующие предельные передаточные отношения между валами при прямозубом зацеплении:

Отношение -^- имеет наибольшую величину для последней переборной

отсюда наибольший диапазон регулирования групповой передачи будет

группы привода. Следовательно, для коробок скоростей

где x_max - наибольший показатель для последней переборной группы; р - число пе­редач в этой группе.

Для графического изображения частот вращения шпинделя станка обычно используют логарифмическую шкалу чисел. С этой целью геометрический ряд час­тот вращения

Таким образом, если откладывать на прямой линии последовательные значе­ния логарифмов частот вращения п_ь п₂, п₃, ..., n_z, то интервалы между ними будут постоянны и равны lg ф.

Рассмотрим построение структурной сетки и графика частоты вращения для коробки скоростей, кинематическая схема которой показана на рисунке 10, а.

Для принятого конструктивного варианта привода возможны два варианта структурной формулы: z=6=3(l)-2(3) и z=6=3(2)-2(l). В первом случае основной группой будет первая в конструктивном отношении группа передач, а первой пе­реборной - вторая группа передач; для второго случая - наоборот.

На рисунке 10, б, в показаны структурные сетки для приведенных формул структуры привода. Они построены следующим образом. На равном расстоянии друг от друга проводят вертикальные линии, число которых должно быть на еди­ницу больше, чем число групповых передач. Также проводят ряд горизонтальных параллельных прямых с интервалом, равным lg ф (число горизонтальных прямых равно числу ступеней z частоты вращения шпинделя). На середине первой слева вертикальной линии наносят точку О, из которой симметрично в соответствии с числом передач в группах по заданной структурной формуле проводят лучи, со­единяющие точки на вертикальных линиях. Расстояния между соседними лучами должны быть равны X; lg ф, где X; — характеристика соответствующей группы.

Оптимальный вариант структурной сетки выбирают следующих выражений. Выше отмечалось, что независимо от порядка переключений групповых передач диапазон регулирования последней переборной группы является наибольшим. По­этому следует определить диапазоны регулирования последних переборных групп для всех вариантов структурных сеток (при выбранном значении ф) и исключить из дальнейшего рассмотрения варианты, не удовлетворяющие условию

Для варианта, показанного на рисунке 10, б, х_тах=3, а для варианта, показан­ного на рисунке 10, в, х_тах=2. Вариант б подходит для всех значений ф, так как 2⁽²" ¹⁾³=8; вариант в удовлетворяет всем значениям ф за исключением ф=1,78 и ф=2 по­скольку 1,78⁽³"^1>2>8 и 2⁽³'^1}'²>8.

На рисунке 10, г, д показаны построенные для обоих вариантов структурных сеток графики частоты вращения при 0=1,26, ni=160 об/мин, п₆=500 об/мин и п=1000 об/мин.

Графики частоты вращения строят в следующей последовательности: на равном расстоянии друг от друга проводят вертикальные линии, число которых равно числу валов коробки; на равном расстоянии друг от друга с интервалами lg ф проводят горизонтальные линии, которым присваивают (снизу вверх) порядковые частоты вращения, начиная с п\. Луч, проведенный между вертикальными линия­ми, обозначает передачу между двумя валами с передаточным отношением 1=ф^т, где т - число интервалов lg ф, перекрытых лучом. При горизонтальном положении луча 1=1, при луче, направленном вверх, i>l, а вниз i<l.

Для разбираемого примера (ф=1,26) с учетом особенностей отдельных пере­дач и значений предельных передаточных отношений

строим (для каждого варианта)с начала цепь передач для снижения частоты вра­щения от п=1000 до ni=160 об/мин. Наиболее целесообразно при этом разбить об­щее передаточное отношение этой цепи так, чтобы сохранить более высокими час­тоты вращения промежуточных валов. В этом случае размеры коробки уменьша­ются. Дальнейшее построение ведем, используя принятые варианты структурных сеток. Построенный график частоты вращения позволяет определить передаточное отношение всех передач коробки.

П о найденным передаточным отношениям определяют числа зубьев зубча­тых колес. Следует иметь в виду, что в станкостроении межосевые расстояния, суммы чисел зубьев сопряженных колес, числа зубьев червячных колес и модули нормализованы. При постоянном расстоянии между осями ведущего и ведомого валов и одинаковом модуле колес группы передач сумма чисел зубьев каждой па­ры зубчатых колес является постоянной величиной, т.е.

Передаточные отношения пар зубчатых колес, находящихся в зацеплении:

и т.д. Из уравнений следует

По этим формулам находятся числа зубьев колес группы по заданной ^]z. Передаточные отношения i_b 1₂и т.д. определяют из графика частоты вращения.

Коробки подач предназначены для получения требуемых величин подач и сил подачи при обработке на станке различных деталей. Коробка подач в большин­стве случаев заимствует движение от шпинделя станка или приводится в движение

от отдельного электродвигателя. Значения подач должны обеспечивать требуемую шероховатость поверхности, а также высокую стойкость инструмента и произво­дительность станка. Подачи в общем случае должны располагаться в геометриче­ской прогрессии.

Изменение величины подачи можно производить различными способами: с помощью механизмов с зубчатыми передачами и без применения зубчатых передач (например, электрическим и гидравлическим путем, храповым и кулачково-рычажным механизмами и т.д.).

Коробки подач с зубчатыми передачами бывают: а) со сменными зубчатыми колесами, с постоянным расстоянием между осями валов; б) с передвижными бло­ками зубчатых колес; в) со встречными ступенчатыми конусами колес и вытяжны­ми шпонками; г) нортоновские; д) в форме гитар сменных зубчатых колес; е) с ме­ханизмами типа Меандра.

Для получения большого количества величин подач коробки часто конструи­руют, используя сразу несколько из перечисленных механизмов.

Коробки подач со сменными зубчатыми колесами (с постоянным расстоя­нием между осями валов) находят применение в станках для крупносерийного производства при редкой настройке. В частности, такие коробки встречаются в ав­томатах, полуавтоматах, операционных и специальных станках. Конструкции ко­робок подач, состоящих из одних лишь сменных зубчатых колес, очень просты и не отличаются от обычных коробок скоростей.

Коробки подач с передвижными блоками зубчатых колес широко приме­няют в универсальных станках. Они позволяют передавать большие крутящие мо­менты и работать с большими скоростями. К недостатку коробок подач этого типа относится невозможность использования в них косозубых колес. По конструкции коробки подач с передвижными зубчатыми колесами аналогичны соответствую­щим коробкам скоростей.

Коробка подач со встречными ступенчатыми контурами колес и вы­тяжной шпонкой на четыре различных передаточных отношения (вообще число передач в таких коробках может достигать 8-10 в одной группе) показана на ри­сунке 11, а, передача движения в ней осуществляется через пару зубчатых колес

. Механизмы с вытяжными шпонками обычно используют в качестве основной

группы передач коробки подач. В механизме с вытяжной шпонкой (рисунок 11, б) на верхнем ведущем валу жестко закреплены на шпонке зубчатые колеса z_b z₃, z₅ и z₇, которые находятся в постоянном зацеплении соответственно с зубчатыми коле­сами z₂, z₄, z₆ и z₈. Одно из зубчатых колес, расположенных на ведомом валу, по­средством вытяжной шпонки может быть жестко связано с валом, и тогда враще­ние валу передается через это колесо. При этом остальные зубчатые колеса враща­ются вхолостую. Во избежание одновременного включения двух ведомых зубча­тых колес механизм имеет специальные разделительные кольца 1.

Недостатком этого механизма является то, что зубчатые колеса ведомого ва­ла независимо от того, передают они крутящий момент или нет, постоянно враща­ются, что ускоряет их износ и требует дополнительной затраты мощности. К не­достаткам относятся также возможность перекоса вытяжной шпонки, малая жест­кость шпоночного валика, ослабленного продольным пазом, вращение колес с чрезмерно большой скоростью, если шпоночный валик работает как ведущий и др. Коробки подач с вытяжными шпонками применяют в небольших, а иногда и в средних по размеру сверлильных и токарно-револьверных станках.

Механизм Нортона показан на рисунке 11, в. Этот механизм позволяет по­лучить арифметический ряд подач, необходимый при нарезании стандартных резьб; поэтому его широко применяют в коробках подач токарно-винторезных станков. Его достоинствами являются малые размеры вдоль оси и возможность свободного выбора передаточных отношений независимо от межцентрового рас­стояния. Он позволяет получить при небольших размерах большое количество пе­редаточных отношений, необходимых для нарезания разных резьб с различным шагом.

На ведущий вал I свободно надет рычаг 1, с помощью которого зубчатое ко­лесо z_b находящееся постоянно в зацеплении с колесом z₂, перемещается вдоль ва­ла. Накидывая колесо z₂ на одно из колес ведомого зубчатого конуса, получают соответствующее передаточное отношение. В нашем примере механизм типа Нор­тона имеет 4 передаточных отношения:

Существуют нортоновские передачи, у которых число передаточных отно­шений достигает 10-12 при приемлемых осевых размерах коробки. Ведущим зве­ном может быть и зубчатый конус, т.е. передача является обратимой.

Коробки подач в форме гитар сменных зубчатых колес (рисунок 11, г). Гитарой называется устройство, обеспечивающее надлежащее сцепление сменных зубчатых колес. Гитары сменных колес дают возможность настраивать подачу с любой степенью точности. Они позволяют применять передаточные отношения до i_min⁼¹/₈. Гитары бывают двухпарные и трехпарные. В основном в станках встреча­ются двухпарные гитары, лишь в редких случаях, когда необходимы особенно ма­лые передаточные отношения, используют трехпарную гитару. Каждую гитару снабжают определенным комплектом сменных зубчатых колес. Например, для то­карно-винторезных станков рекомендуется комплект сменных зубчатых колес из z=20, 24, 25, 28, 30, 32, 36, 40, 44, 45, 48, 50, 55, 60, 65, 68, 70, 71, 75, 76, 80, 85, 90, 95, 100, 110, ИЗ, 120, 127.

На рисунке 20, г показана схема двухпарной гитары. Расстояние А между ве­дущим валом 1 (колеса а) и ведомым 2 (колеса d) является неизменным. На ведо­мом валу свободно посажен приклон гитары 3. В приклоне имеются радиальный и дуговой пазы. В радиальном пазу крепят ось 4 колес b и с. Перемещая ось вдоль паза, можно менять расстояние В между колесами сие. Вследствие наличия дуго­вого паза в приклоне имеется возможность изменять расстояние С между колесами а и Ь, поворачивая приклон на валу 2. В требуемом положении приклон закрепляют болтом 5.

Механизм Меандра (рисунок 11, д) состоит из трехпарных зубчатых колес. Колеса z\ и z₂ жестко закреплены на ведущем валу, a z₃, z₄, z₅ и z₆ свободно враща­ются на промежуточном валу. Зубчатое колесо z₇ является накидным и всегда на­ходится в зацеплении с передвижным колесом z₈. переключение производится ры­чагом 1. показанный механизм дает 4 передаточных отношения:

Подобные механизмы могут быть и с большим количеством передаточных отношений. Числа зубьев колес механизма подбирают так, чтобы

Обработка резьбовых поверхностей Накатывание резьбы

Получение резьбы накатыванием осуществляется копированием профиля накатного инструмента путем его вдавливания в металл заготовки. На токарных, токарно-револьверных станках и станках-автоматах накатывают резьбы диаметром 5-25 мм одним роликом (рисунок слева). Резьбу накатывают при вращении заготовки в патроне или цанге и при поступательном перемещении суппорта станка вместе с накатником 3, в который вмонтирован накатной ролик 2.

При этом необходимо следить завеличиной деформации заготовки под действием односторонней радиальной силы. Накатывание резьбы диаметром до 50 мм происходит в более благоприятных условиях при применении резьбонакатных головок (рисунок справа) с тремя и более роликами.

Головки могут быть

самораскрывающимися и

нераскрывающимися. Ролики выполняют с кольцевой и винтовой резьбой. Ролики с кольцевой резьбой

устанавливают в головке под углом подъема винтовой линии накатываемой резьбы и смещают один относительно другого на 1/z шага, где z - число роликов в комплекте. Ролики с винтовой резьбой устанавливают параллельно оси заготовки. Резьбонакатные головки по принципу работы не отличаются от резьбонарезных головок. Накатывание резьбы производится, как правило, при самозатягивании головки, поэтому осевая подача инструмента на заготовку необходима только в начальный период, пока ролики не захватят заготовку. При накатывании поверхность резьбы получается уплотненной и без микронеровностей, характерных для обработки резанием, что повышает прочность резьбы. Резьбы можно накатывать на деталях из различных материалов. Материал считается пригодным для накатывания резьбы, если

его относительное удлинение 6>12%. При накатывании резьб рекомендуется применять в качестве смазочно-охлаждающей жидкости эмульсию или масло.

Для получения резьбы методом

пластической деформации на

внутренней

применяют

поверхности раскатники

(рисунок слева). Раскатник имеет заборную часть с конической резьбой длиной Ы=ЗР для глухих и L=(10-20)P для сквозных отверстий. Калибрующая часть выполнена с цилиндрической резьбой длиной L2=(5-8)P. По всей рабочей части раскатника выполняется огранка w=0,2-0,6 мм для уменьшения сил трения при обработке резьбы. В процессе работы раскатник вращается относительно детали при принудительной подаче вдоль оси. Трапецеидальные резьбы нашли широкое применение в современной технике, как правило, в качестве силовых ходовых резьб. Из-за особенности формы их профиля они значительно более трудоемки в изготовлении, чем треугольные. Одним из наиболее современных и перспективных способов получения резьб является резьбонакатывание. Известно, что у накатанных резьб по сравнению с резьбами, полученными обработкой резанием, предел прочности при растяжении увеличивается на 10...30%, сопротивление износу на 20...30%, усталостная прочность на 50...70% и более [3], что ^собенно важно для силовых ходовых резьб. Однако, для получения трапецеидальных резьб накатывание нашло ограниченное применение из-за не всегда достаточной стойкости резьбонакатного инструмента. Одной из основных причин преждевременного выхода из строя инструмента для накатывания резьб с осевой подачей (роликов аксиальных резьбонакатных головок и бесстружечных метчиков) является неравномерность нагружения витков заборной части. Существующие в настоящее время методики профилирования образующей заборной части по прямой, параболе, арифметической прогрессии и т. п., не обеспечивают равномерного нагружения всех витков, что приводит к преждевременному износу или разрушению наиболее нагруженного витка.

Поскольку величина контактных напряжений пропорциональна мгновенной площади пятна контакта инструмента и заготовки (МПК), наиболее рациональной представляется заборная часть резьбонакатного инструмента,

обеспечивающая кинематическую адаптацию МПК, т. е. равномерность ее распределения по всем виткам заборной части.

Аналитическое определение величины МПК требует решения задачи о пересечении двух тел в пространстве, предполагающей вычисление двойного интеграла и решение системы дифференциальных уравнений, что в общем случае возможно только с помощью численных методов, отличающихся низкой точностью и надежностью результатов. Для треугольных резьб наиболее рациональным способом вычисления МПК является методика [2], основанная на расчете МПК через площадь ее проекции на основание усеченного конуса, образующего половину витка заборной части инструмента. Витки заборной части инструмента для накатывания трапецеидальных резьб имеют более сложную форму, так как, чтобы облегчить внедрение витков инструмента в заготовку и избежать возникновения застойных зон, витки заборной части инструмента для накатывания трапецеидальных резьб выполняются с закругленными вершинами. МПК таких, сложных по форме витков заборной части, может быть рассчитана с помощью их аппроксимации множеством усеченных

конусов, имеющих разный угол основания (кусочно-линейная аппроксимация) [1]. Погрешность данной методики, в большинстве случаев, не превышает 5%.

Статистический анализ износа роликов, применяемых на ОАО "Муроммашзавод" для накатывания наружной резьбы Тр18х4 аксиальной резьбонакатной головкой ВНГН на токарно-винторезном станке (рис. 1), показывает, что износ витков заборной части резьбонакатных роликов пропорционален их МПК, рассчитанной по предлагаемой методике, подтверждая правомерность изложенных выше предположений. % изношенных sr, мм²

Рис. 1 Статистика износа витков заборной части роликов для накатывания резьбы Тр18х4.

Рис. 2. Профили заборной части роликов для накатывания резьбы Тр18х4. На рис. 2 приведены профили заборной части роликов для накатывания резьбы Тр18х4, построенные по параболе, арифметической прогрессии и предлагаемой методике, основанной на кинематической адаптации МПК, (с учетом поля допуска на изготовление, равного ± 0,03 мм). Сравнение профилей показывает, что профиль, построенный исходя из кинематической адаптации МПК, существенно отличается от профиля, построенного по арифметической прогрессии и более близок к параболическому профилю (за исключением начального участка), что свидетельствует о том, что в некоторых случаях рациональный профиль заборной части может быть с определенной степенью точности аппроксимирован параболой или отрезками парабол.

Профилирование заборной части роликов для накатывания трапецеидальной резьбы исходя из кинематической адаптации МПК позволяет повысить их стойкость в 1,5...2 раза. Предлагаемая методика может применяться для профилирования любого инструмента для накатывания трапецеидальных резьб, например бесстружечных метчиков. Повышенная стойкость разработанного инструмента делает экономически целесообразным накатывание трапецеидальных резьб на заготовках из труднообрабатываемых и предварительно упрочненных материалов, что особенно важно для тяжелонагруженных ходовых резьб. Исследования проводились при поддержке гранта Минобразования РФ.

Резьбонакатывание является одним из наиболее прогрессивных способов изготовления резьб. Оно обеспечивает высокую производительность и качество обработки.

Однако, в некоторых случаях, например при обработке крупных, трапецеидальных резьб, резьб на заготовках из труднообрабатываемых или предварительно упрочненных материалов, резьбонакатывание становится экономически невыгодным из-за низкой стойкости инструмента. При накатывании резьбы с осевой подачей (аксиальными резьбонакатными головками или бесстружечными метчиками) преждевременный выход из строя инструмента в значительной степени обусловлен неравномерностью нагружения витков его заборной части. Традиционные методики профилирования заборной части (рис. 1) не обеспечивают равномерного нагружения всех ее витков, что приводит к быстрому износу или разрушению наиболее нагруженного витка.

Так как контактные напряжения прямо пропорциональны мгновенной площади пятна контакта инструмента и заготовки (МПК), научным

коллективом сотрудников Муромского института (филиала) Владимирского государственного университета разработана оригинальная методика

профилирования заборной части инструмента для накатывания наружных и

внутренних резьб произволь

ной формы профиля (треугольных, трапецеидальных, круглых и т.д.), основанная на расчете МПК каждого витка. Сконструированный по данной методике инструмент (рис. 2) имеет стойкость в 1,5...2 раза больше, чем традиционный.

Рис. 2. Ролики для накатывания наружной резьбы М27х2.

Если подставить эти значения в формулы передаточных отношений, то полу­чим ii=V₄; i2⁼¹/₂; 1з=1; i4⁼2, т.е. все передаточные отношения отличаются друг от друга в 2 раза (следовательно, знаменатель ряда ф=2).

Достоинства механизма Меандра - однорычажное управление, малые осевые размеры и большой диапазон регулирования. Меандр широко применяют в токар-но-винторезных станках для образования первой переборной группы в механизме подач. Основные недостатки механизма Меандра: недостаточно жесткое и точное сопряжение включенных колес, ненадежная смазка и возможность засорения пере­дач через вырезы в корпусе коробки и постоянное вращение всех блоков колес на валах, в том числе и не участвующих в передачи движения.

Существуют механизмы Меандра с передвижным зубчатым колесом вместо накидного. В этом случае жесткость конструкции увеличивается, но так как пере­движное колесо может сцепляться только с большими колесами блоков, то для по­лучения того же количества передаточных отношений, что и механизме с накид­ным колесом, требуется большее число блоков зубчатых колес.

БЕССТУПЕНЧАТЫЕ ПРИВОДЫ

Бесступенчатые приводы применяют для плавного и непрерывного изменения частоты вращения шпинделя или подачи. Они позволяют получать наивыгоднейшие скорости резания и подачи при обработке различных деталей. Кроме того, они дают возможность изменять скорость главного движения или подачу во время работы стан­ка без его установки.

В станках применяют следующие спо­собы бесступенчатого регулирования скоро­стей главного движения и движения подачи:

1. электрическое регулирование производит­ ся изменением частоты вращения электро­ двигателя, который приводит в движение соответствующую цепь станка.

2. гидравлическое регулирование применяет­ ся главным образом для регулирования скоростей прямолинейных движений (в строгальных, долбежных и протяжных станках), значительно реже - вращатель­ ных движений.

3. регулирование с помощью механических вариаторов', большинство механических вариаторов, применяемых в станках, яв­ ляются фрикционными вариаторами; ниже приводится описание некоторых механи­ ческих вариаторов, используемых в стан­ ках.

Лобовой вариатор показан на рисунке 12. При перемещении малого ведущего ро-

лика 1 относительно диска 2 изменятся рабочий радиус последнего и, следователь­но, передаточное отношение между ведущим и ведомом валами.

Привод с раздвижными конусами (рисунок 73)работает так. От шкива 4 на ва­лу I вращается два ведущих конуса 1. на валу II находятся два ведомых конуса 6, по диаметру равных ведущим. Передача между валами осуществляется клиновид­ным ремнем 2 с деревянными накладками 3 с внутренней стороны или широким ремнем соответствующего профиля. Для изменения частоты вращения вала II ры­чагами 8, поворачивающихся вокруг точек О и О_ь сближаются или раздвигаются конусы на валу I и соответственно в равной степени сближаются или раздвигаются конусы на валу П. Рычаги 8 поворачиваются маховиком 5 через винт 7 с правой и левой резьбой.

Торговый вариант системы ЦНИИТмаша (рисунок 14} был применен для главного движения в токарном станке 1М620. Передаточное отношение вариатора изменяется наклоном роликов, при повороте которых изменяются радиусы контак­та роликов с ведущей и ведомой фрикционными чашками.

МЕХАНИЗМЫ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ

В современных металлорежущих станках для осуществления прямолинейных движений используют преимущественно следующие механизмы: зубчатое колесо-рейку, червяк-рейку, ходовой винт-гайку, кулачковые механизмы, гидравлические устройства, а также электромагнитные устройства типа соленоидов.

Механизм зубчатое колесо-рейка применяют в приводе главного движения и движения подачи, а также в приводе различных вспомогательных перемещений.

Механизм червяк-гайка применяют в передачах двух типов: с расположени­ем червяка под углом к рейке, что позволяет (в целях большой плавности хода передачи) увеличить диаметр колеса, ведущего червяк, и с параллельным расположением в одной плоскости осей червяка и рейки, когда рейка служит как бы длинной гайкой с неполным углом охвата винта-червяка. Условия работы этой передачи значительно благоприятнее условий работы передачи зубчатое колесо-рейкХодовой винт-гайка является широко применяемым механизмом для осуще­ствления прямолинейного движения. С помощью этого механизма можно произво­дить медленные движения в приводе подач.

Винтовые пары качения. Винтовые пары скольжения из-за больших потерь при скольжении в резьбе и связанного с ним износа заменяют винтовыми парами качения. Они имеют малые потери на трение, высокий КПД, кроме того, в них мо­гут быть полностью устранены зазоры в резьбе в результате создания предвари­тельного натяга. Замена трения скольжения трением качения в винтовой паре воз­можна либо использованием вместо гайки роликов, свободно вращающихся в сво­их осях, либо применением тел качения (шариков, а иногда и роликов). На рисунке 75 показана шариковая пара, у которой в резьбу между винтом 1 и гайкой 4 помеще­ны шарики 2. Шарики катятся по канавкам закаленного ходового винта и гайки. При вращении винта шарики, перекатываясь по канавке, попадают в отверстие гайки и, проходя по желобу 3, через второе отвер­стие снова возвращаются в винтовую ка­навку. Таким образом шарики постоянно циркулируют в процессе работы передачи. Как правило, в шариковых парах применяют устройства для выра­ботки зазоров и создания пред­варительного натяга.

Кулачковые механизмы, преобразующие вращательное движение в прямолинейное по­ступательное, применяют глав­ным образом в автоматах. Разли­чают кулачковые механизмы с плоскими и цилиндрическими кулачками.

На рисунке 16, а показана схема механизма с плоскими кулачками. При вращении кулачка 1 через ролик 2, рычажную передачу и зубчатый сектор движение передается с помощью рейки суппорту, который совершает возврат­но-поступательное движение в соответ­ствии с профилем кулачка. На рисунке 17 показан принцип работы цилиндри­ческих кулачков.

Устройства для малых переме­щений. В тех случаях, когда жесткость обычных механизмов типа реечной или винтовой пары не обеспечивает точные перемещения (т.е. когда медленное пере­мещение узла переходит в скачкообразное с периодически чередующимися оста­новками и скачками), применяют специальные устройства, работающие без зазоров и обеспечивающие высокую жесткость привода. К таким устройствам относятся термодинамический, магнитострикционный приводы и привод с упругим звеном.

Схема термодинамического привода (рисунок 18, а) представляет собой жест­кий полый стержень, один конец которого крепят к неподвижной части станка (станине), а другой соединяют с подвижным узлом. При нагревании стержня по­средством спирали или при пропускании электрического тока малого напряжения и большой силы непосредственно через него стержень удлиняется на величину Al_t, перемещая подвижный узел станка. Для возврата подвижного узла в начальное по­ложение необходимо стержень охладить.

Магнитострикционный привод (рисунок 18, 6) работает следующим образом. Стержень, изго­товленный из магнитострикционного материала, помещают в магнитное поле, напряженность ко­торого можно менять. Увеличивая или уменьшая напряженность магнитного поля, тем самым из­меняют длину стержня на величину А1_М. Разли­чают положительную магнитострикцию (когда с увеличением магнитного поля размеры стержня увеличиваются) и отрицательную (с увеличением напряжения магнитного поля размеры стержня уменьшаются). Это зависит от материала стерж­ня.

Привод с упругим звеном (рисунок 18, в) по­зволяет получать малые перемещения за счет уп­ругого звена типа рессоры или плоской пружины. В нашем случае рессора предварительно нагру­жается жидкостью из гидросистемы. Затем по мере свободного истечения масса из цилиндра через выпускаемое отверстие малого сечения рессора выпрямляется и свободным концом перемещает шлифовальную бабку.

Рассмотренные приводы находят применение в прецизионных станках, где не­обходимо обеспечить высокую равномерность малых подач и точность малых пе­риодических перемещений.

ХРАПОВЫЕ И МАЛЬТИЙСКИЕ МЕХАНИЗМЫ

Храповые и мальтийские механизмы отно­сятся к числу механизмов, осуществляющих прерывистое движение.

Храповые механизмы могут быть с на­ружным и внутренним зацеплением. В меха­низме с наружным зацеплением (рисунок 19, а) собачке 1 сообщается качательное движение. При движении справа налево собачка через зу­бья храпового колеса 2 поворачивает его на не­который угол. При обратном ходе собачка про­скальзывает по зубьям храпового колеса, не вращая его. В храповом механизме с внутрен­ним зацеплением (рисунок 19, 6) вал с жестко посаженным на нем диском, к которому при­креплена собачка 1 имеет колебательное движе-

ние, и собачка, вращаясь слева направо поворачивает храповое колесо 2; когда со­бачка движется в обратном направлении, храповое колесо не вращается.

На рисунке 19, в показана схема привода храпового механизма. Качательное движение собачка 1 получает через шатун от ведущего кривошипного диска 5 с пальцем 4. Изменение положения пальца 4 в пазу (т.е. радиуса R) позволяет регу­лировать угол поворота а собачки 1 и тем самым угол поворота храпового колеса 2 за один оборот ведущего диска 5. Движение храпового колеса реверсируется пере­водом собачки в положение, показанное тонкой линией.

Изменять угол поворота храпового колеса при неизменном положении криво­шипного пальца 4 можно щитком 3, который закрывает часть зубьев храпового ко­леса, и собачка в начальный период движения скользит по его поверхности, а за­тем, сходя с него, захватывает зубья храпового колеса и поворачивает. Щиток в выбранном положении удерживается фиксатором 6.

Мальтийские механизмы чаще всего применяют для периодического пово­рота на постоянный угол револьверных головок, шпиндельных блоков, столов мно­гошпиндельных автоматов и т.д.

Мальтийские механизмы бывают правильные и неправильные. У правильных механизмов крест имеет пазы с равномерным шагом, у неправильных механизмов углы между смежными пазами креста различные. В станках применяют, как прави­ло, правильные мальтийские механизмы с внешним зацеплением и радиальными пазами. В мальтийском механизме (рисунок 20) при враще­нии кривошипа цевка или ролик заходит в паз креста и за ка­ждый оборот поворачивает его на V_z часть (z - число пазов), т.е. передаточное отношение мальтийского механизма i=V_z; обычно z=3-^8.

Основные соотношения параметров мальтийского меха­низма:

где а - половина центрального угла кривошипа за период по­ворота креста на угол (3; /3 - половина шагового угла между соседними пазами угла.

Если решить эти уравнения относительно 2о, то цен­тральный угол рабочего поворота кривошипа

отсюда определяем значение центрального угла холостого хода кривошипа

где t_p - время поворота креста; t_x - время пребывания креста в покое.

При равномерном движении кривошипа (углы о,/3 и у выражены в радианах)

Правильное соотношение между размерами мальтийского механизма выража­ется следующей зависимостью:

R=l-sinj3 = l-sin^T/₂.

Для того чтобы в начале поворота креста, когда цевка входит в зацепление, не было удара, начальная угловая скорость креста должна быть равна 0. иначе необ­ходимо, чтобы /3+0=90°, т.е. цевка должна входить в паз креста в радиальном на-поавлении.

МУФТЫ

Муфты служат для постоянного или периодического соединения двух соосных валов и для передачи при этом вращения от одного вала другому. Различают муф­ты: постоянные, служащие для постоянного соединения валов; сцепные, соеди­няющие и разъединяющие валы во время работы; предохранительные, предотвра­щающие аварии при внезапном превышении нагрузок; муфты обгона, передающие вращения только в одном направлении.

Постоянные муфты применяют в тех случаях, когда нужно соединить два ва­ла, которые в процессе работы не разъединяются. При этом валы могут быть со­единены жестко или с помощью упругих элементов (рисунок 21, а-г).

Сцепные муфты применяют для периодического соединения валов, напри-

мер, в приводе главного дви­жения или подач станков.

В станках часто сцепные кулачковые муфты в виде дис­ков с торцевыми зубьями-кулачками (рисунок 21, д) и зубчатые муфты, устройство которых показано на рисунке 21, е. Недостатком изображен­ных сцепных муфт является то, что при больших разностях скоростей вращения ведущего и ведомого элементов муфты включить практически нельзя.

Фрикционные муфты имеют то же назначение, что и кулачковые, но они свободны от недостатка, присущего ку­лачковым муфтам, т.е. фрик­ционные муфты можно вклю­чать при любых разностях ско­ростей вращения элементов муфты. У фрикционных муфт при перегрузках ведомое звено может проскальзы­вать и тем самым предотвращать аварию. Наличие нескольких поверхностей тре­ния дает возможность передавать значительные крутящие моменты при относи­тельно малых величинах давления на поверхностях дисков.

Муфта работает следующим образом. При перемещении гильзы 1 влево шари­ки 6, находящиеся между коническими поверхностями гильзы 1 и неподвижной втулкой 5, давят на диск 2, который, в свою очередь, через упругую шайбу 3 сцеп­ляет подвижные ведущие диски с ведомыми. Для включения муфты гильзу 1 отво­дят вправо и пружины 4 отжимают диск 2 в исходное положение.

Общий вид фрикционной многодисковой контактной электромагнитной муф­ты показан на рисунке 22, а. Муфта имеет катушку 4 электромагнита, в которую подается постоянный электрический ток посредством контактных щеток, прижи­маемых щеткодержателями к токопроводящим кольцам 2. Если кольцо одно, то один вывод катушки припаивают к нему, а второй - к корпусу 1 муфты, тогда кон­тур тока замыкается через детали муфты и механизма станка. При наличии двух колец оба вывода катушки припаивают к кольцам. Когда в катушку 4 подается электрический ток, якорь 5 притягивается влево к корпусу 1 и с помощью тяг, про­ходящие через наружные пазы втулки 14, перемещает влево нажимной диск 9. Диск 9 сжимает пакет фрикционных дисков 8 и 7 и прижимает их к регулировоч­ной гайке 6, которая стопорится винтом 15.

Внутренние диски (рисунок 22, 6) на обоих торцах имеют фрикционные ме-таллокерамические накладки, а также спиральные канавки одного направления для циркуляции масла. Наружные диски (рисунок 22, в) сцепляются с поводком 10 (ри­сунок 22, а), цилиндрический обод которого имеет пазы, и находится в свободном положении относительно наружной поверхности шлицев втулки 14. Подвижные штифты 13с пружинами 12 и шайба 11 служат для отвода вправо нажимного диска 9 и якоря 5 при отключении муфты. Цифрой 3 обозначена изоляционная втулка.

На рисунке 23 показана фрикционная многодис­ковая бесконтактная электромагнитная муфта. Она от­личается от рассмотренной выше контактной муфты в основном отсутствием скользящих контактов. Катуш­ка 2 смонтирована в катушкодержателе 4, который центрируют и закрепляют отдельно. На втулке 5 за­креплен сварной корпус 1, который состоит из внеш­него и внутреннего колец, соединенных между собой диском 3 из немагнитной стали.

Предохранительные муфты предназначены для предохранения механизмов станка от аварий при пере­грузках. У муфт, показанных на рисунке 21, зим, пре­дохраняющим звеном является штифт 1, сечение кото­рого рассчитывается на передачу определенного кру­тящего момента. При перегрузках этот штифт срезает-

ся, происходит разрыв соответствующей кинематиче­ской цепи и тем самым предотвращается повреждение ответственных деталей станка.

Муфты обгона. В станках часто бывает необхо­димо одному и тому же валу сообщать два различных движения (медленное - ра­бочее и быстрое - холостое), которые осуществляются по двум отдельным кинема­тическим цепям. Чтобы включить цепь быстрого хода, не выключая цепи рабочего движения, применяют муфты обгона.

В качестве муфт обгона можно использовать храповые механизмы (рисунок 24, а). Вал 2 вращается от вала 1 через кониче­ские колеса и храповой механизм (колесо z₄

свободно посажено на валу 2). Если одновре­менно включить цепь быстрого хода через пе­редачу , то вал 2 вместе с храповым колесом

4 будет вращаться быстрее зубчатого колеса z₄ и собачка 3 будет проскальзывать. На рисунке 24, б показана муфта обгона роликового типа. Она состоит из закрепленного на валу корпуса (звездочки) 1, наружного кольца или втулки 2, связанной или составляющей одно целое с зуб­чатым или червячным колесом, шкивом и т.п., и нескольких роликов 3, помещенных в вырезах корпуса 1. Каждый из роликов отжимается од­ним - тремя, в зависимости от длины ролика, штифтами 4 с пружинами 5 в направ­лении к узкой части выемки между деталями 1 и 2. Если, например, ведущей ча­стью является втулка 2, то при вращении ее в сторону, указанную стрелкой, ролики увлекаются трением в узкую часть выемки и заклиниваются между втулкой и кор­пусом муфты. Поэтому в этом случае корпус 1 и связанный с ним вал будут вра­щаться с угловой скоростью втулки 2. Если при продолжающемся движении втул­ки 2 против часовой стрелки валу и корпусу 1 сообщить движение по другой кине­матической цепи, направленное в ту же сторону, только имеющее скорость, боль-

шую по величине, чем скорость втулки 2, то ролики переместятся в широкую часть выемки и муфта окажется расцепленной. При этом детали 1 и 2 будут вращаться каждая со своей скоростью.

Ведущим элементом может быть любая из деталей 1 и 2. Если ведущим явля­ется корпус, то муфта сцепляется при его вращении по часовой стрелке, или когда он, вращаясь в том направлении, опережает втулку.

РЕВЕРСИВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Направление движения в механизмах станков можно изменять с помощью различных механических, электрических устройств. Наиболее часто применяют реверсивные механизмы с цилиндрическими и коническими колесами.

На рисунке 25, а-в показаны схемы реверсивных механизмов с передвижными зубчатыми колесами, а на рисунке 25, г-е - с неподвижными колесами и муфтами. Механизм с коническими зубчатыми колесами показан на рисунке 25, ж, где ре­версирование производится двусторонней кулачковой муфтой. Направления дви­жения показаны стрелками.

В некоторых деталях зубообрабатывающих станков применяют реверсивные механизмы, подобные изображенному на рисунке 25, з. Здесь при неизменном на­правлении вращения зубчатого колеса z=16 составное колесо получает возвратно-вращательное движение.

Гидравлическое реверсирование осуществляется изменением направления по­тока масла в рабочий цилиндр, чаще всего с помощью направляющих гидрорас­пределителей, электрическое реверсирование - путем изменения направления вра­щения электродвигателя привода.