ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 280
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
кинематические схемы, дающие наглядное представление о ки- нематике станков и в некоторой степени об их конструкции. Схемы выполняют с использованием условных графических изображений.
На кинематической схеме указывают данные привода, позволяющие производить необходимые кинематические расчеты: частоты враще- ния двигателей, диаметры шкивов, числа зубьев шестерен, шаги винтов и др.
Кинематическая схема состоит из нескольких кинематических цепей (главного движения, подачи, вспомогательных движений и т.д.) Кинематическая цепь представляет собой систему последова- тельно расположенных кинематических пар (передач) – ременных, зубчатых и т.п. Кинематическая цепь передает движение от началь- ного ее звена к конечному. Обычно начальное звено совершает вра- щательное движение, конечное – либо вращательное, либо поступа-
69 тельное прямолинейное. Передаточное отношение кинематической цепи определяется как произведение передаточных отношений всех m составляющих ее передач:
I
к.ц.
= i
1
i
2
…..i m
Для изменения соотношения движений начального и конечного звеньев в кинематическую цепь вводят орган настройки, который позволяет изменить передаточное отношение цепи. В качестве орга- на настройки чаще всего применяют сменные зубчатые колеса (ги- тары), коробки скоростей и подач.
Под настройкой станка понимается установление требуемых скоростей движения его исполнительных органов и их согласование для осуществления необходимого относительного движения между обрабатываемой заготовкой и режущим инструментом. Для на- стройки необходимо найти параметры органов настройки на основе определения расчетных перемещений и составления уравнения ки- нематического баланса цепей станка. С помощью уравнения кине- матического баланса можно по заданной скорости движения началь- ного звена найти скорость движения конечного звена, если известно передаточное отношение кинематической цепи.
При подготовке станка к выполнению определенной работы производят его настройку и наладку. Наладка станка не связана с кинематическими расчетами. Она включает установку и регулиров- ку режущего и вспомогательного инструмента, упоров, кулачков, копиров и т.д.
4.1.5. Типовые детали и механизмы станков
Станины и их направляющие. Станина является основной не- сущей частью станка, на которой монтируются другие его элементы и механизмы. Для жесткого крепления неподвижных узлов - шпин- дельных бабок, коробок скоростей и подач и т.п. - станины имеют лапы, фланцы и другие конструктивные элементы. Подвижные узлы станка - стол, планшайба, суппорт, ползун - перемещаются по пря- молинейным или круговым направляющим станины.
Станины могут быть горизонтальными и вертикальными (стой- ки). Горизонтальные станины тяжелых станков устанавливают непо- средственно на фундамент по всей опорной поверхности. Станины
70 средних и легких станков устанавливают на тумбы или ножки (то- карные, револьверные станки) или на небольшую опорную поверх- ность основания (фундаментной плиты) станины (фрезерные, свер- лильные, шлифовальные станки).
Станина должна обладать высокой жесткостью и виброустой- чивостью, поэтому станина обычно имеет коробчатую форму с внутренними стенками, перегородками и ребрами жесткости. Для увеличения жесткости тяжелых двухстоечных станков (продольно- строгальных, токарно-карусельных и др.) их стойки соединяют пе- рекладинами, образуя замкнутый контур несущей системы (пор- тальные стенки).
В поперечном сечении станины и стойки могут иметь различ- ный профиль. Стойки фрезерных, сверлильных и некоторых других станков имеют замкнутый профиль (рис. 4.3, а), обеспечивающий максимальную жесткость. Для горизонтальных станин применяют либо открытый профиль (рис. 4.3, б), когда две боковые стенки со- единены ребрами той или иной формы (токарные, револьверные, расточные станки), либо полуоткрытый (строгальные, фрезерные станки), когда у станины имеется верхняя или нижняя стенка (рис.
4.3, в). При необходимости отводить большое количество стружки станине придают специальную форму, например выполняют ее с наклонной стенкой и окнами в боковой стенке (рис. 4.3, г).
Рис. 4.3. Профилистанин и стоек
Станины в большинстве случаев выполняют литыми из чугуна
СЧ15 или СЧ20. Достоинством литых станин является их высокая виброустойчивость, так как чугун обладает способностью гасить колебания благодаря высокому коэффициенту внутреннего трения.
Однако для снижения массы применяют также сварные станины из стали Ст3 или Ст4. Станины тяжелых станков иногда изготовляют из бетона или железобетона, что дает существенную экономию металла.
71
Наиболее ответственной частью станины являются направляю- щие. Обычно станина имеет пару направляющих, с которой сопряга- ется пара направляющих, принадлежащих подвижному исполни- тельному механизму (суппорту, столу, ползуну). На рис. 4.4 приве- дены примеры направляющих скольжения (I) и качения (II). Направ- ляющие станины заштрихованы. Они могут быть охватываемыми и
охватывающими. Охватываемые направляющие скольжения (I, 1- 4) имеют выпуклый профиль. Они просты в изготовлении, на них не задерживается стружка, но они плохо удерживают смазку, поэтому такие направляющие применяют при малых скоростях перемещения
(например, при подаче суппорта токарного или стола фрезерного станка).
Рис. 4.4. Формы направляющих
Охватывающие направляющие скольжения с вогнутым профи- лем хорошо удерживают смазку, но требуют надежной защиты от попадания стружки и загрязнений. Их целесообразно применять при высоких скоростях перемещения в шлифовальных, продольно- строгальных и других станках.
По профилю направляющие делятся на прямоугольные 1, приз- матические (V-образные) 2, типа «ласточкин хвост» 3 и круглые 4.
Суппорт токарного станка перемещается по комбинированным на- правляющим, одна из которых выполнена плоской, а другая призма- тической, чем обеспечивается правильное расположение резца отно- сительно продольной оси заготовки. Регулирование зазоров в на- правляющих осуществляется с помощью клиньев, планок и т. п.
В средних и легких станках с ЧПУ, в координатно-расточных, шлифовальных, копировальных и других станках все большее рас- пространение находят направляющие качения (II). Они обеспечива-
72 ют малую силу сопротивления движению, отсутствие скачков при малых скоростях движения, высокую точность установочных пере- мещений и долговечность. В зависимости от тел качения направ- ляющие качения могут быть шариковыми или роликовыми.
Для защиты направляющих от механических повреждений и от попадания на рабочую поверхность стружки, СОЖ и других загряз- нений применяют защитные устройства, выполненные в виде сталь- ных лент, продольных или телескопических щитков, гар- моникообразных мехов (гофр) и т. п.
В ряде случаев для повышения износостойкости направляющих их выполняют накладными: изготовляют из стали, закаливают и крепят винтами, приклеивают или приваривают к станине.
Столы, планшайбы и суппорты. Подвижные корпусные узлы предназначены либо для закрепления и рабочего перемещения обра- батываемой заготовки (столы фрезерных, строгальных, расточных, шлифовальных станков, планшайбы карусельных и зубо-фрезерных станков), либо для установки и рабочего перемещения режущего инструмента (суппорты токарных, строгальных и зубо-фрезерных станков, ползуны поперечно-строгальных, долбежных и зубошли- фовальных станков). Все эти узлы имеют прямолинейные или кру- говые направляющие, соответствующие направляющим неподвиж- ных базовых деталей - станин, стоек или поперечин и выполненные в виде пар трения или качения. Как и станины, подвижные узлы должны обладать высокой жесткостью.
Столы и планшайбы станков имеют коробчатую форму. С це- лью повышения жесткости тело стола усиливают, как правило, про- дольными, поперечными или радиальными ребрами. Узел стола мо- жет быть простым (собственно стол, перемещающийся по направ- ляющим станины) или состоять из нескольких корпусных деталей
(салазок, поворотной части, собственно стола), перемещающихся относительно друг друга и образующих общий сложный узел.
Для закрепления заготовок или станочных приспособлений
(например, машинных тисков) столы и планшайбы имеют плоскости с Т-образными пазами стандартного размера, в которые заводятся головки специальных болтов. Эти пазы могут быть направлены вдоль стола (рис. 4.5, а), по радиусу (рис. 4.5, б) или по окружности планшайбы, во взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 4.5, в). Нередко по контуру плоскости стола предусматривается канавка, служащая для сбора стружки и СОЖ (рис. 4.5, г).
73
Рис. 4.5. Расположение пазов на столах и планшайбах
Суппорты станков различаются разнообразием конструкций.
При необходимости обеспечить перемещение инструмента в разных направлениях (продольное, поперечное, под углом) суппорт состоит из одних-трех салазок (кареток) и имеет поворотную часть.
Механизмы второй группы обеспечивают прямой и обратный ход ведомого звена (цикл) за один оборот ведущего звена. К ним относятся кривошипно-шатунные, кривошипно-кулисные и кулач- ковые механизмы.
Шпиндельный узел – важнейшая часть станка с вращательным главным движением. Он включает в себя собственно стальной вал, часто пустотелый, с опорами и установленные на нем детали приво- да вращения и патрон или оправку для крепления обрабатываемой заготовки или режущего инструмента. От шпиндельного узла в большой степени зависит точность обработки, производительность и надежность всего станка. Поэтому к нему предъявляется ряд требо- ваний: высокая точность вращения (малые биения конца шпинделя); высокая жесткость и виброустойчивость на всех режимах резания; минимальные тепловыделения вследствие нагрева подшипников и минимальные температурные деформации, влияющие на точность обработки и на работоспособность опор; долговечность; быстрое, точное и надежное закрепление заготовки или инструмента.
Шпиндель вращается на опорах качения или скольжения. В на- стоящее время более 95 % станков изготовляют со шпиндельными узлами на шариковых или роликовых подшипниках качения, имею- щих меньшую стоимость и большую простоту в эксплуатации. Для привода шпинделей часто используются зубчатые передачи, простые, компактные и передающие большие крутящие моменты, однако из-за погрешностей шага, нарушающих плавность вращения шпинделя, их обычно не применяют в прецизионных станках и при высоких часто- тах вращения. При применении ременной передачи существенно по-
74 вышается плавность вращения и уменьшаются динамические нагруз- ки, но размеры конструкции увеличиваются.
Для изготовления шпинделей применяют конструкционные стали 45, 50, 40Х с поверхностной закалкой.
К прочим составляющим станков относятся механизмы прямо- линейного движения, механизмы периодического движения, ревер- сивные механизмы, предохранительные и блокировочные устройст- ва, системы управления станками, системы смазывания и охлажде- ния.
Механизмы прямолинейного движения. Преобразование вращательного движения в прямолинейное поступательное осуще- ствляется в металлорежущих станках с помощью механизмов, кото- рые можно разделить на две группы. Механизмы первой группы, к которым относятся реечные передачи и передачи винт-гайка, преоб- разуют равномерное вращательное движение ведущего звена в рав- номерное поступательное движение ведомого звена. Для изменения направления поступательного движения (реверсирования) нужно из- менить направление вращательного движения. Механизмы второй группы обеспечивают прямой и обратный ход ведомого звена за один оборот ведущего звена. К ним относятся кривошипно-шатунные, кри- вошипно-кулисные и кулачковые механизмы.
Реечные передачи по своей конструкции делятся на зубчато- реечные и червячно-реечные. Зубчато-реечные передачи обеспечи- вают значительные перемещения ведомого звена на один оборот ве- дущего звена и имеют высокий КПД. Они широко применяются в приводах подач токарных, сверлильных, расточных и других стан- ков, а также в приводе главного движения продольно-строгальных станков (рис. 4.7, а). При вращении реечной шестерни z
р стол 1 про- дольно-строгального станка получает поступательное движение от прикрепленной к нему зубчатой рейки 2.
В зацепление с зубчатой рейкой 2 стола 1 продольно-фрезер- ного или продольно-строгального станка может входить не зубчатое колесо, а червяк 3 (рис. 4.7, б). Червячно-реечная передача обладает большей жесткостью и плавностью в работе, чем зубчато-реечная, так как в зацеплении с червяком одновременно находятся несколько зубьев рейки. Применение такой передачи дает возможность уменьшить число передаточных механизмов в кинематической цепи главного движения, а расположение червяка под углом к рейке позволя- ет вынести привод за пределы стола, что упрощает компоновку станка.
75
В токарных станках для перемещения суппорта по направля- ющим станины используется зубчато-реечная передача, в которой рейка неподвижно закреплена на станине станка, а реечная шестерня находится в фартуке суппорта и перемещается вместе с ним, перека- тываясь по рейке (рис. 4.7, в).
Рис. 4.7. Реечные передачи
В приводах подачи и вспомогательных движений столов, суп- портов и других исполнительных органов станков широкое приме- нение находит передача винт - гайка, обладающая самоторможени- ем, высокой точностью и плавностью движения ведомого звена при больших и малых перемещениях. Наиболее часто применяется пере- дача винт - гайка скольжения, простая по конструкции и техноло- гичная в изготовлении. Она имеет, как правило, резьбу трапецеи- дального профиля с углом 30°, что допускает применение разъемной гайки (гайка ходового винта).
В приводах подач точных станков шлифовальных, копиро- вально-фрезерных, координатно-расточных и особенно в станках с
ЧПУ применяется передача винт - гайка качения, преимуществом которой являются отсутствие зазора в резьбе, низкие потери на тре- ние и почти полная независимость силы трения от скорости. Пере- дача состоит из винта 1(рис. 4.8), гайки 2, комплекта шариков 3 и канала 4 возврата шариков. Соединение начального и последнего винтов гайки каналом обеспечивает непрерывную циркуляцию ша- риков.
76
Рис. 4.8. Шариковая пара винт-гайка
В приводах возвратно-поступательного главного движения бы- строходных станков с небольшим ходом инструмента применяют
механизмы кривошипно-шатунные (зубодолбежные станки) и кри-
вошипно-кулисные (поперечно-строгальные и долбежные станки). В этих станках частота двойных ходов инструмента равна частоте вращения кривошипа. В отличие от кривошипно-шатунного меха- низма, у которого скорости рабочего и холостого ходов одинаковы, в кривошипно-кулисных механизмах холостой ход совершается с большей скоростью, чем рабочий, благодаря чему сокращается вре- мя, затрачиваемое на осуществление холостых ходов.
В поперечно-строгальных станках применяют кривошипно- кулисные механизмы с качающейся кулисой (рис. 4.9, а). Качающая- ся кулиса приводится в движение кулисным камнем, сидящим на пальце кривошипного зубчатого колеса z
к
, вращающегося в одном направлении. При этом верхний камень перемещает ползун с резцом горизонтально и одновременно перемещается вертикально по пазу ползуна, преобразуя качательное движение кулисы в возвратно- поступательное движение ползуна. Рабочий ход ползуна осуществ- ляется при движении пальца от В к А, а холостой - при движении пальца от А к В. Таким образом, рабочему ходу соответствует пово- рот кривошипного колеса на угол α, а холостому ходу - поворот на угол β. При равномерном вращении кривошипного колеса время хо- лостого хода меньше времени рабочего хода, т. е. холостой ход осу- ществляется быстрее. Изменение скорости ползуна при рабочем хо- де v
p и холостом v
x вдоль пути L показано на графике.
На рис. 4.9, б схематически изображен кривошипно-кулис-ный механизм с вращающейся кулисой, применяемый в долбежных станках. Здесь кривошип, равномерно вращающийся с постоянной окружной скоростью
п
, сообщает неравномерное вращение с пере-
77 менной скоростью
к кулисе-кривошипу 3, ось вращения которой отстоит от оси ведущего кривошипа на величину е. Движение паль- ца кривошипа от А к В соответствует рабочему ходу, от В к А - хо- лостому ходу. Вращение кулисы 3 с помощью шатуна 2 преобразу- ется в возвратно-поступательное движение ползуна 1 с резцом.
В приводах подач и вспомогательных движений станков- автоматов и полуавтоматов широко применяют кулачковые меха-
низмы. Они служат для осуществления возвратно-поступательных или (реже) качательных движений ведомого звена (толкателя, пол- зуна, коромысла), многократно повторяющихся при непрерывном вращении ведущего звена (кулачка) с постоянной угловой скоро- стью.
Рис. 4.9. Кривошипно- кулисные механизмы
Конструктивно кулачковые передачи могут выполняться с дис- ковыми (плоскими) кулачками (рис. 4.10, а, б) или цилиндрическими
(барабанными) кулачками (рис. 4.10, в, г). Кулачки могут быть свя- заны с подвижным рабочим органом станка непосредственно (а, в) или через промежуточную передачу, например в виде коромысла (б, г).
Главная особенность кулачкового механизма заключается в том, что характер движения ведомого звена может быть установлен соответствующим профилированием кулачка. Так, в передаче, пока- занной на рис. 4.10, а ролик 3, установленный на толкателе 2, непод- вижен, находясь в контакте с цилиндрическим участком профиля дискового кулачка 4. С началом подъема профиля вращающегося
На кинематической схеме указывают данные привода, позволяющие производить необходимые кинематические расчеты: частоты враще- ния двигателей, диаметры шкивов, числа зубьев шестерен, шаги винтов и др.
Кинематическая схема состоит из нескольких кинематических цепей (главного движения, подачи, вспомогательных движений и т.д.) Кинематическая цепь представляет собой систему последова- тельно расположенных кинематических пар (передач) – ременных, зубчатых и т.п. Кинематическая цепь передает движение от началь- ного ее звена к конечному. Обычно начальное звено совершает вра- щательное движение, конечное – либо вращательное, либо поступа-
69 тельное прямолинейное. Передаточное отношение кинематической цепи определяется как произведение передаточных отношений всех m составляющих ее передач:
I
к.ц.
= i
1
i
2
…..i m
Для изменения соотношения движений начального и конечного звеньев в кинематическую цепь вводят орган настройки, который позволяет изменить передаточное отношение цепи. В качестве орга- на настройки чаще всего применяют сменные зубчатые колеса (ги- тары), коробки скоростей и подач.
Под настройкой станка понимается установление требуемых скоростей движения его исполнительных органов и их согласование для осуществления необходимого относительного движения между обрабатываемой заготовкой и режущим инструментом. Для на- стройки необходимо найти параметры органов настройки на основе определения расчетных перемещений и составления уравнения ки- нематического баланса цепей станка. С помощью уравнения кине- матического баланса можно по заданной скорости движения началь- ного звена найти скорость движения конечного звена, если известно передаточное отношение кинематической цепи.
При подготовке станка к выполнению определенной работы производят его настройку и наладку. Наладка станка не связана с кинематическими расчетами. Она включает установку и регулиров- ку режущего и вспомогательного инструмента, упоров, кулачков, копиров и т.д.
4.1.5. Типовые детали и механизмы станков
Станины и их направляющие. Станина является основной не- сущей частью станка, на которой монтируются другие его элементы и механизмы. Для жесткого крепления неподвижных узлов - шпин- дельных бабок, коробок скоростей и подач и т.п. - станины имеют лапы, фланцы и другие конструктивные элементы. Подвижные узлы станка - стол, планшайба, суппорт, ползун - перемещаются по пря- молинейным или круговым направляющим станины.
Станины могут быть горизонтальными и вертикальными (стой- ки). Горизонтальные станины тяжелых станков устанавливают непо- средственно на фундамент по всей опорной поверхности. Станины
70 средних и легких станков устанавливают на тумбы или ножки (то- карные, револьверные станки) или на небольшую опорную поверх- ность основания (фундаментной плиты) станины (фрезерные, свер- лильные, шлифовальные станки).
Станина должна обладать высокой жесткостью и виброустой- чивостью, поэтому станина обычно имеет коробчатую форму с внутренними стенками, перегородками и ребрами жесткости. Для увеличения жесткости тяжелых двухстоечных станков (продольно- строгальных, токарно-карусельных и др.) их стойки соединяют пе- рекладинами, образуя замкнутый контур несущей системы (пор- тальные стенки).
В поперечном сечении станины и стойки могут иметь различ- ный профиль. Стойки фрезерных, сверлильных и некоторых других станков имеют замкнутый профиль (рис. 4.3, а), обеспечивающий максимальную жесткость. Для горизонтальных станин применяют либо открытый профиль (рис. 4.3, б), когда две боковые стенки со- единены ребрами той или иной формы (токарные, револьверные, расточные станки), либо полуоткрытый (строгальные, фрезерные станки), когда у станины имеется верхняя или нижняя стенка (рис.
4.3, в). При необходимости отводить большое количество стружки станине придают специальную форму, например выполняют ее с наклонной стенкой и окнами в боковой стенке (рис. 4.3, г).
Рис. 4.3. Профилистанин и стоек
Станины в большинстве случаев выполняют литыми из чугуна
СЧ15 или СЧ20. Достоинством литых станин является их высокая виброустойчивость, так как чугун обладает способностью гасить колебания благодаря высокому коэффициенту внутреннего трения.
Однако для снижения массы применяют также сварные станины из стали Ст3 или Ст4. Станины тяжелых станков иногда изготовляют из бетона или железобетона, что дает существенную экономию металла.
71
Наиболее ответственной частью станины являются направляю- щие. Обычно станина имеет пару направляющих, с которой сопряга- ется пара направляющих, принадлежащих подвижному исполни- тельному механизму (суппорту, столу, ползуну). На рис. 4.4 приве- дены примеры направляющих скольжения (I) и качения (II). Направ- ляющие станины заштрихованы. Они могут быть охватываемыми и
охватывающими. Охватываемые направляющие скольжения (I, 1- 4) имеют выпуклый профиль. Они просты в изготовлении, на них не задерживается стружка, но они плохо удерживают смазку, поэтому такие направляющие применяют при малых скоростях перемещения
(например, при подаче суппорта токарного или стола фрезерного станка).
Рис. 4.4. Формы направляющих
Охватывающие направляющие скольжения с вогнутым профи- лем хорошо удерживают смазку, но требуют надежной защиты от попадания стружки и загрязнений. Их целесообразно применять при высоких скоростях перемещения в шлифовальных, продольно- строгальных и других станках.
По профилю направляющие делятся на прямоугольные 1, приз- матические (V-образные) 2, типа «ласточкин хвост» 3 и круглые 4.
Суппорт токарного станка перемещается по комбинированным на- правляющим, одна из которых выполнена плоской, а другая призма- тической, чем обеспечивается правильное расположение резца отно- сительно продольной оси заготовки. Регулирование зазоров в на- правляющих осуществляется с помощью клиньев, планок и т. п.
В средних и легких станках с ЧПУ, в координатно-расточных, шлифовальных, копировальных и других станках все большее рас- пространение находят направляющие качения (II). Они обеспечива-
72 ют малую силу сопротивления движению, отсутствие скачков при малых скоростях движения, высокую точность установочных пере- мещений и долговечность. В зависимости от тел качения направ- ляющие качения могут быть шариковыми или роликовыми.
Для защиты направляющих от механических повреждений и от попадания на рабочую поверхность стружки, СОЖ и других загряз- нений применяют защитные устройства, выполненные в виде сталь- ных лент, продольных или телескопических щитков, гар- моникообразных мехов (гофр) и т. п.
В ряде случаев для повышения износостойкости направляющих их выполняют накладными: изготовляют из стали, закаливают и крепят винтами, приклеивают или приваривают к станине.
Столы, планшайбы и суппорты. Подвижные корпусные узлы предназначены либо для закрепления и рабочего перемещения обра- батываемой заготовки (столы фрезерных, строгальных, расточных, шлифовальных станков, планшайбы карусельных и зубо-фрезерных станков), либо для установки и рабочего перемещения режущего инструмента (суппорты токарных, строгальных и зубо-фрезерных станков, ползуны поперечно-строгальных, долбежных и зубошли- фовальных станков). Все эти узлы имеют прямолинейные или кру- говые направляющие, соответствующие направляющим неподвиж- ных базовых деталей - станин, стоек или поперечин и выполненные в виде пар трения или качения. Как и станины, подвижные узлы должны обладать высокой жесткостью.
Столы и планшайбы станков имеют коробчатую форму. С це- лью повышения жесткости тело стола усиливают, как правило, про- дольными, поперечными или радиальными ребрами. Узел стола мо- жет быть простым (собственно стол, перемещающийся по направ- ляющим станины) или состоять из нескольких корпусных деталей
(салазок, поворотной части, собственно стола), перемещающихся относительно друг друга и образующих общий сложный узел.
Для закрепления заготовок или станочных приспособлений
(например, машинных тисков) столы и планшайбы имеют плоскости с Т-образными пазами стандартного размера, в которые заводятся головки специальных болтов. Эти пазы могут быть направлены вдоль стола (рис. 4.5, а), по радиусу (рис. 4.5, б) или по окружности планшайбы, во взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 4.5, в). Нередко по контуру плоскости стола предусматривается канавка, служащая для сбора стружки и СОЖ (рис. 4.5, г).
73
Рис. 4.5. Расположение пазов на столах и планшайбах
Суппорты станков различаются разнообразием конструкций.
При необходимости обеспечить перемещение инструмента в разных направлениях (продольное, поперечное, под углом) суппорт состоит из одних-трех салазок (кареток) и имеет поворотную часть.
Механизмы второй группы обеспечивают прямой и обратный ход ведомого звена (цикл) за один оборот ведущего звена. К ним относятся кривошипно-шатунные, кривошипно-кулисные и кулач- ковые механизмы.
Шпиндельный узел – важнейшая часть станка с вращательным главным движением. Он включает в себя собственно стальной вал, часто пустотелый, с опорами и установленные на нем детали приво- да вращения и патрон или оправку для крепления обрабатываемой заготовки или режущего инструмента. От шпиндельного узла в большой степени зависит точность обработки, производительность и надежность всего станка. Поэтому к нему предъявляется ряд требо- ваний: высокая точность вращения (малые биения конца шпинделя); высокая жесткость и виброустойчивость на всех режимах резания; минимальные тепловыделения вследствие нагрева подшипников и минимальные температурные деформации, влияющие на точность обработки и на работоспособность опор; долговечность; быстрое, точное и надежное закрепление заготовки или инструмента.
Шпиндель вращается на опорах качения или скольжения. В на- стоящее время более 95 % станков изготовляют со шпиндельными узлами на шариковых или роликовых подшипниках качения, имею- щих меньшую стоимость и большую простоту в эксплуатации. Для привода шпинделей часто используются зубчатые передачи, простые, компактные и передающие большие крутящие моменты, однако из-за погрешностей шага, нарушающих плавность вращения шпинделя, их обычно не применяют в прецизионных станках и при высоких часто- тах вращения. При применении ременной передачи существенно по-
74 вышается плавность вращения и уменьшаются динамические нагруз- ки, но размеры конструкции увеличиваются.
Для изготовления шпинделей применяют конструкционные стали 45, 50, 40Х с поверхностной закалкой.
К прочим составляющим станков относятся механизмы прямо- линейного движения, механизмы периодического движения, ревер- сивные механизмы, предохранительные и блокировочные устройст- ва, системы управления станками, системы смазывания и охлажде- ния.
Механизмы прямолинейного движения. Преобразование вращательного движения в прямолинейное поступательное осуще- ствляется в металлорежущих станках с помощью механизмов, кото- рые можно разделить на две группы. Механизмы первой группы, к которым относятся реечные передачи и передачи винт-гайка, преоб- разуют равномерное вращательное движение ведущего звена в рав- номерное поступательное движение ведомого звена. Для изменения направления поступательного движения (реверсирования) нужно из- менить направление вращательного движения. Механизмы второй группы обеспечивают прямой и обратный ход ведомого звена за один оборот ведущего звена. К ним относятся кривошипно-шатунные, кри- вошипно-кулисные и кулачковые механизмы.
Реечные передачи по своей конструкции делятся на зубчато- реечные и червячно-реечные. Зубчато-реечные передачи обеспечи- вают значительные перемещения ведомого звена на один оборот ве- дущего звена и имеют высокий КПД. Они широко применяются в приводах подач токарных, сверлильных, расточных и других стан- ков, а также в приводе главного движения продольно-строгальных станков (рис. 4.7, а). При вращении реечной шестерни z
р стол 1 про- дольно-строгального станка получает поступательное движение от прикрепленной к нему зубчатой рейки 2.
В зацепление с зубчатой рейкой 2 стола 1 продольно-фрезер- ного или продольно-строгального станка может входить не зубчатое колесо, а червяк 3 (рис. 4.7, б). Червячно-реечная передача обладает большей жесткостью и плавностью в работе, чем зубчато-реечная, так как в зацеплении с червяком одновременно находятся несколько зубьев рейки. Применение такой передачи дает возможность уменьшить число передаточных механизмов в кинематической цепи главного движения, а расположение червяка под углом к рейке позволя- ет вынести привод за пределы стола, что упрощает компоновку станка.
75
В токарных станках для перемещения суппорта по направля- ющим станины используется зубчато-реечная передача, в которой рейка неподвижно закреплена на станине станка, а реечная шестерня находится в фартуке суппорта и перемещается вместе с ним, перека- тываясь по рейке (рис. 4.7, в).
Рис. 4.7. Реечные передачи
В приводах подачи и вспомогательных движений столов, суп- портов и других исполнительных органов станков широкое приме- нение находит передача винт - гайка, обладающая самоторможени- ем, высокой точностью и плавностью движения ведомого звена при больших и малых перемещениях. Наиболее часто применяется пере- дача винт - гайка скольжения, простая по конструкции и техноло- гичная в изготовлении. Она имеет, как правило, резьбу трапецеи- дального профиля с углом 30°, что допускает применение разъемной гайки (гайка ходового винта).
В приводах подач точных станков шлифовальных, копиро- вально-фрезерных, координатно-расточных и особенно в станках с
ЧПУ применяется передача винт - гайка качения, преимуществом которой являются отсутствие зазора в резьбе, низкие потери на тре- ние и почти полная независимость силы трения от скорости. Пере- дача состоит из винта 1(рис. 4.8), гайки 2, комплекта шариков 3 и канала 4 возврата шариков. Соединение начального и последнего винтов гайки каналом обеспечивает непрерывную циркуляцию ша- риков.
76
Рис. 4.8. Шариковая пара винт-гайка
В приводах возвратно-поступательного главного движения бы- строходных станков с небольшим ходом инструмента применяют
механизмы кривошипно-шатунные (зубодолбежные станки) и кри-
вошипно-кулисные (поперечно-строгальные и долбежные станки). В этих станках частота двойных ходов инструмента равна частоте вращения кривошипа. В отличие от кривошипно-шатунного меха- низма, у которого скорости рабочего и холостого ходов одинаковы, в кривошипно-кулисных механизмах холостой ход совершается с большей скоростью, чем рабочий, благодаря чему сокращается вре- мя, затрачиваемое на осуществление холостых ходов.
В поперечно-строгальных станках применяют кривошипно- кулисные механизмы с качающейся кулисой (рис. 4.9, а). Качающая- ся кулиса приводится в движение кулисным камнем, сидящим на пальце кривошипного зубчатого колеса z
к
, вращающегося в одном направлении. При этом верхний камень перемещает ползун с резцом горизонтально и одновременно перемещается вертикально по пазу ползуна, преобразуя качательное движение кулисы в возвратно- поступательное движение ползуна. Рабочий ход ползуна осуществ- ляется при движении пальца от В к А, а холостой - при движении пальца от А к В. Таким образом, рабочему ходу соответствует пово- рот кривошипного колеса на угол α, а холостому ходу - поворот на угол β. При равномерном вращении кривошипного колеса время хо- лостого хода меньше времени рабочего хода, т. е. холостой ход осу- ществляется быстрее. Изменение скорости ползуна при рабочем хо- де v
p и холостом v
x вдоль пути L показано на графике.
На рис. 4.9, б схематически изображен кривошипно-кулис-ный механизм с вращающейся кулисой, применяемый в долбежных станках. Здесь кривошип, равномерно вращающийся с постоянной окружной скоростью
п
, сообщает неравномерное вращение с пере-
77 менной скоростью
к кулисе-кривошипу 3, ось вращения которой отстоит от оси ведущего кривошипа на величину е. Движение паль- ца кривошипа от А к В соответствует рабочему ходу, от В к А - хо- лостому ходу. Вращение кулисы 3 с помощью шатуна 2 преобразу- ется в возвратно-поступательное движение ползуна 1 с резцом.
В приводах подач и вспомогательных движений станков- автоматов и полуавтоматов широко применяют кулачковые меха-
низмы. Они служат для осуществления возвратно-поступательных или (реже) качательных движений ведомого звена (толкателя, пол- зуна, коромысла), многократно повторяющихся при непрерывном вращении ведущего звена (кулачка) с постоянной угловой скоро- стью.
Рис. 4.9. Кривошипно- кулисные механизмы
Конструктивно кулачковые передачи могут выполняться с дис- ковыми (плоскими) кулачками (рис. 4.10, а, б) или цилиндрическими
(барабанными) кулачками (рис. 4.10, в, г). Кулачки могут быть свя- заны с подвижным рабочим органом станка непосредственно (а, в) или через промежуточную передачу, например в виде коромысла (б, г).
Главная особенность кулачкового механизма заключается в том, что характер движения ведомого звена может быть установлен соответствующим профилированием кулачка. Так, в передаче, пока- занной на рис. 4.10, а ролик 3, установленный на толкателе 2, непод- вижен, находясь в контакте с цилиндрическим участком профиля дискового кулачка 4. С началом подъема профиля вращающегося