- •Краткий исторический обзор, состояние и перспективы развития станкостроения
- •1 Общие сведения о металлорежущих станках
- •1.1 Назначение и структура металлорежущих станков
- •1.2 Классификация металлорежущих станков
- •1.3 Понятия о типаже, основных параметрах и размерных рядах станков
- •1.4 Система обозначений (нумерация) станков
- •1.5 Методы образования поверхностей деталей при обработке на металлорежущих станках
- •1.6 Движения в металлорежущих станках
- •1.7 Технико-экономические показатели станков
- •2 Основные узлы и механизмы станков
- •2.1 Базовые детали и направляющие
- •2.1.1 Назначение базовых деталей и направляющих
- •2.1.2 Виды базовых деталей
- •2.1.3 Материал длябазовых деталей
- •2.1.4 Исполнения направляющих
- •2.1.5 Направляющие скольжения
- •2.1.6 Направляющие качения
- •2.1.7 Комбинированные направляющие
- •2.2 Приводы металлорежущих станков
- •2.2.1 Понятие о приводе. Кинематические пары, цепи, схемы
- •2.2.2 Зубчатые механизмы ступенчатого изменения скорости главного движения
- •2.2.3 Зубчатые механизмы ступенчатого изменения подач
- •2.2.4 Сменные зубчатые колёса
- •2.2.5 Механические вариаторы скоростей
- •2.2.6 Реверсивные механизмы
- •2.2.7 Механизмы прерывистого движения
- •2.2.7.1 Храповые механизмы
- •2.2.7.2 Мальтийские механизмы
- •2.2.7.3 Другие механизмы для осуществления периодических движений
- •2.2.8 Суммирующие механизмы
- •2.2.9 Механизмы обгона
- •2.2.10 Компоновки и конструктивные решения приводов главного движения
- •2.2.11 Ручное управление станками
- •2.3 Шпиндели и шпиндельные узлы
- •3 Кинематическая структура станков. Кинематический расчёт и настройка приводов
- •3.1 Кинематические связи в станках
- •3.2 Понятия о наладке и настройке станков
- •1 Оборотфрезы k/z оборотазаготовки (или, сокращённо: 1 об.Фрk/z об.Заг).
- •3.3 Порядок настройки привода на требуемую скорость
- •3.4 Примеры кинематических решений универсальных станков
- •3.4.1 Вертикально-сверлильный станок
- •3.4.1.1 Привод главного движения (вращения шпинделя с инструментом)
- •3.4.1.2 Привод подачи (осевого перемещения шпинделя с инструментом)
- •3.4.2 Универсально-фрезерный станок
- •3.4.2.1 Привод главного движения (вращения шпинделя с инструментом)
- •3.4.2.2 Приводы подач (перемещений стола с заготовкой)
- •3.4.2.3 Приводы быстрых перемещений стола
- •3.4.3 Токарно-винторезный станок
- •3.4.3.1 Привод главного движения (вращения шпинделя с заготовкой)
- •3.4.3.2 Приводы подач, осуществляемых при включении ходового вала
- •3.4.3.3 Приводы винторезных подач
- •3.4.3.5 Приводы быстрых перемещений суппорта
- •3.5 Основные технические характеристики станков. Выбор кинематических характеристик
- •3.6 Регулирование частот вращения шпинделя
- •3.7 Геометрический ряд частот вращения
- •3.8 Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел. Стандартные значения знаменателей геометрических рядов
- •3.9 Кинематический расчёт приводов станков
- •3.9.1 Основные определения и зависимости
- •3.9.1.1 Структура привода
- •3.9.1.2 Порядок переключения групп передач
- •Значения чисел некоторых геометрических рядов в пределах 1-9500
- •Продолжение табл. 3.6
- •3.9.1.3 Взаимосвязь передаточных отношений в группах передач привода
- •3.9.1.4 Развёрнутые структурные формулы
- •3.9.1.5 Предельные величины передаточных отношений в группах передач
- •3.9.1.6 Диапазоны регулирования привода и отдельных групп передач
- •3.9.1.7 Наибольшее допустимое структурой значение знаменателя ряда
- •3.9.2 Графоаналитический метод определения передаточных отношений
- •3.9.2.1 Построение структурных сеток
- •3.9.2.2 Анализ структурных сеток и выбор оптимального варианта
- •3.9.2.3 Построение диаграммы (графика, картины) частот вращения валов привода
- •3.9.2.4 Выбор оптимального варианта дчв
- •3.9.3 Расчёт чисел зубьев передач групп
- •3.9.4 Особенности расчёта приводов со сменными обратимыми зубчатыми колёсами
- •3.9.5 Особенности расчёта приводов с многоскоростными электродвигателями
- •3.9.6 Расширение диапазона регулирования приводов
- •3.9.6.1 Приводы с переборами (ступенями возврата)
- •3.9.6.2 Приводы с перекрытием (повторением) части ступеней скорости шпинделя
- •3.9.6.3 Применение составных (ломаных) геометрических рядов
- •3.9.6.4 Приводы со сложенной структурой
- •3.9.7 Бесступенчатое регулирование скорости
- •3.9.8 Анализ кинематической структуры привода главного движения
- •3.9.9 Особенности расчета и проектирования коробок подач
3.4.3.1 Привод главного движения (вращения шпинделя с заготовкой)
Привод вращения шпинделя представляет собой внешнюю кинематическую связь.
Конечными звеньями привода главного движения являются электродвигатель, вал которого имеет частоту вращения nдв= 1450 об/мин, и шпиндель с заготовкой, который должен вращаться с такой частотой n об/мин, какая обеспечит требуемую скорость резания.
Запись расчётных перемещений конечных звеньев цепи будет иметь вид:
nдвn
Вал электродвигателя связан с входным валом коробки скоростей клиноременной передачей. Далее движение может передаваться с помощью группы передач на две скорости (51:39; 56:34; ниже эта группа будет обозначена ра; ра=2), при этом шпинделю будет сообщаться правое ("прямое") вращение, или двух последовательных передач (50:24 и 36:38), и тогда шпиндель будет иметь левое ("обратное") вращение. Включение прямого или обратного вращения и отключение вращения шпинделя производится двухсторонней фрикционной многодисковой муфтой М1.
Следующему валу движение сообщается группой передач на три скорости (рб; рб=3), а с него движение может быть передано шпинделю либо сразу через передачу 65:43, либо через две группы передач (рв=2, рг=2) и шпиндельную передачу 27:54. Для этого блок-двойка 43-54, передающий через шлицевое соединение вращение шпинделю, устанавливается в соответствующее положение.
Таким образом, движение выходному валу передаётся по двум кинематическим цепям: короткой (включена передача 65:43), при этом обеспечивается передача высших скоростей, и длинной (через группы рв, рг), при этом обеспечивается передача низших скоростей.
Уравнение кинематического баланса привода имеет вид:
В кинематической цепи для низших скоростей (ра·рб·рв·рг) группы pви pгсовместно обеспечивают три различных передаточных отношения (i= 1/16; 1/4; 1), а не четыре, поэтому цепью передаётся шпинделю не 24 (2·3·2·2), а 18 разных частот вращения: 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630 об/мин.
Для переключения частот вращения шпинделя в порядке их возрастания необходимо переключать передачи сначала в группе ра, затем в группе рби снова ра, затем в группах pви pгсовместно (по возрастанию передаточных отношений) и снова в группах раи рб.
Кинематическая цепь для высших скоростей обеспечивает передачу шпинделю 6 частот вращения: 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000 об/мин.
Для каждой из кинематических цепей (для низших скоростей и для высших) следует выводить отдельную настроечную формулу.
3.4.3.2 Приводы подач, осуществляемых при включении ходового вала
Конечными звеньями кинематических цепей подач, представляющих собой внутренние кинематические связи, являются шпиндель с заготовкой и суппорт (точнее – резцедержатель суппорта) с инструментом. Перемещение инструмента в продольном (S) или поперечном (Sп) направлениях увязывается с одним оборотом шпинделя с заготовкой и подача, таким образом, измеряется в мм/об – миллиметрах перемещения инструмента (суппорта) за 1 оборот заготовки (шпинделя).
Расчётные перемещения конечных звеньев цепей: 1об.шп.S – для продольной подачи и 1об.шп.Sп – для поперечной.
Уравнения кинематического баланса приводов:
- продольной подачи:
- поперечной подачи:
Как видно по кинематической схеме и уравнениям кинематического баланса, в приводы подач входит ряд передач и механизмов, расположенных между шпинделем и коробкой подач, в коробке подач и в фартуке суппорта. вращение от шпинделя передаётся через шестерни 60:60 (передаточное отношение равно 1), если блок 60-45 находится в крайнем левом положении. Если блок 60-45находится в крайнем правом положении, то вращение передается через звено увеличения шага и подач (ЗУШ), которое составляют передача 54:27, две последние группы передач (pги pв) коробки скоростей и передача 45:45 (iзуш=2;8;32). Далее движение через группу с передачами 28:56 и 42:42 (i1=1/2;1), являющуюся частью реверсивного механизма (в цепях продольных и поперечных подач используются только эти передачи) и гитару сменных шестерён с колёсами 42, 95, 50 передается на приёмный вал коробки подач.
В коробке подач включаются муфты М2 и М3, передвижные колёса 35 выводятся из зацепления с колесами 37 и 28. Вращение с валов, соединяемых муфтой М2, на валы, соединяемые муфтой М3, передаётся посредством механизма Нортона, обеспечивающего семь различных передаточных отношений. Далее через две группы передач (назовём их множительными), совместно обеспечивающими 4 передаточных отношения (iмн=1/8;1/4;1/2;1), передачу 28:56 и муфту обгона МО передаётся вращение ходовому валу.
От ходового вала вращение через шестерни 27-20-28, предохранительную муфту Мп, червячную передачу 4:20 сообщается валу реверсивных механизмов, который посредством одной шестерни 40 связан с зубчатыми венцами 37 кулачковых муфт М7 и М9, а другой шестерни 40 через паразитное колесо 45 – с зубчатыми венцами 37 кулачковых муфт М6 и М8.
Продольная подача суппорта в том или ином направлении включается муфтами М6 или М7, при этом вращение с вала муфт через передачу 14:66 сообщается валу с шестерней, имеющей 10 зубьев модуля 3 мм и находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой, которая закреплена на станине под направляющими. Шестерня, перекатываясь по зубчатой рейке, перемещает суппорт.
Подача поперечных салазок суппорта в ту или иную сторону включается муфтами М8 и М9. При этой вращение через шестерни 40-61-20 передается ходовому винту поперечной подачи шага 5 мм, перемещающему вдоль своей оси гайку вместе с салазками, в которых она закреплена.
Для переключения подач в порядке их последовательного возрастания (или уменьшения) сначала в коробке подач переключают механизм Нортона, а уже затем – передачи множительных групп и снова механизм Нортона. Это обеспечивает получение основного ряда подач. Удлинение ряда обеспечивается при изменении iзуш и i1.
Если ЗУШ отключено (для упрощения записей будем отмечать это как iзуш=1), что имеет место при включении частот вращения шпинделя 630-2000 об/мин и i1=1, основной ряд продольных подач будет следующим (мм/об):
iзуш=1 |
i1=1 |
iмн=1/8 |
0,14 |
0,15 |
0,17 |
0,195 |
0,22 |
0,24 |
0,26 |
iзуш=1 |
i1=1 |
iмн=1/4 |
0,28 |
0,3 |
0,35 |
0,39 |
0,43 |
0,48 |
0,52 |
iзуш=1 |
i1=1 |
iмн=1/2 |
0,56 |
0,61 |
0,69 |
0,78 |
0,87 |
0,955 |
1,04 |
iзуш=1 |
i1=1 |
iмн=1 |
1,13 |
1,22 |
1,39 |
1,56 |
1,74 |
1,91 |
2,08 |
При i1=1/2 и iмн=1/8 добавляются ещё 7 значений в начало ряда:
iзуш=1 |
i1=1/2 |
iмн=1/8 |
0,07 |
0,075 |
0,085 |
0,1 |
0,11 |
0,12 |
0,13 |
При трёх других значениях iмнповторяются значения подач 0,14-1,04.
При переключениях в коробке подач в случаедругих комбинациях включений iзуш(а значит, при другихnшп) иi1добавляются новые подачи, а часть подач повторяется.
Так, при iзуш=2 и диапазоне частот вращения шпинделя 200-630 об/мин обеспечиваются подачи 0,14-4,16, в том числе 7 новых:
iзуш=2 |
i1=1 |
iмн=1 |
2,26 |
2,44 |
2,78 |
3,12 |
3,48 |
3,82 |
4,16 |
При iзуш=8 и диапазоне частот вращения шпинделя 50-160 об/мин обеспечиваются подачи 0,56-4,16 (формально – до 8,32, но такие большие подачи не применяются).
При iзуш=32 и диапазоне частот вращения шпинделя 12,5-40 об/мин обеспечиваются подачи 2,26-4,16 (формально – гораздо выше, что не применяется).
При одной и той же настройке привода подач поперечные подачи имеют вдвое меньшую величину, чем продольные.