Механизмы прямолинейного движения

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

2.2 СТАНИНЫ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ

Станина служит для монтажа всех основных узлов станка. Она должна на протяжении длительного времени обеспечивать правильное взаимное положение и перемещение узлов станка при всех предусмотренных режимах работы. К станинам станков предъявляют требования прочности, малой металлоемкости, технологичности и достаточно низкой стоимости. Но важнейшим требованием, предъявляемым к станинам, является требование неизменности их формы. Этого достигают правильным выбором материала станины и технологии изготовления, соответствующей статической и динамической жесткостью станины, а также высокой износостойкостью ее направляющих.

Станины подразделяют на горизонтальные и вертикальные. Форма станины, т. е. ее конструкция, определяется многими факторами, в частности видом направляющих (горизонтальные, вертикальные, наклонные), необходимостью установки на ней соот­ветствующих неподвижных и подвижных частей и узлов, различных по размерам и весу, размещением внутри станины ряда узлов а механизмов, осуществляющих смазку и охлаждение, отвод стружки и т. д. Станина должна быть удобной для быстрого проведения профилактических и ремонтных работ механизмов, расположенных внутри нее.

Для обеспечения жесткости всей упругой системы станка стремятся связывать основные части станка так, чтобы они образовывали замкнутую раму. Желательно также станину отливать заодно с корпусом передней бабки. Для повышения, жесткости станины применяют ребра (перегородки), соединяющие ее стенки. а) при необходимости отвода вниз стружки и охлаждающей жидкости; обладает пониженной жесткостью по сравнению со станинами, имеющими замкнутый профиль ;

б) при отсутствии необходимости отвода стружки вниз;

в) при необходимости использования станины как резервуара для масла, необходимости значительного места для расположения механизмов привода;

г) в тяжелых, в частности, многосуппортных станках.

Основным материалом для изготовления литых станин является чугун. Сварные станины изготовляют из прокатной стали. Некоторое применение для изготовления станин тяжелых станков получил железобетон. Литые станины обычно применяют при крупносерийном масштабе производства станков, сварные — в случае необходимости быстрого изготовления одного или нескольких станков.

Направляющие являются наиболее ответственной частью станины и служат для обеспечения прямолинейного или кругового перемещения инструмента либо обрабатываемой заготовки и связанных с ними узлов станка. Направляющие скольжения и направляющие качения с использованием промежуточных тел качения (шариков или роликов) получили значительное распространение в станках.

Направляющие бывают закрытыми, когда подвижный узел станка имеет одну степень свободы, и открытыми.

2.3 ШПИНДЕЛИ И ИХ ОПОРЫ

Шпиндель — одна из наиболее ответственных деталей станка. Он передает вращение закрепленному в нем инструменту или обрабатываемой заготовке.

В качестве основного материала для шпинделей применяют среднеуглеродистую конструкционную сталь 45 с последую­щим улучшением (закалкой с высоким отпуском до твердости HRC 22—28). При повышенных требованиях к шпинделю и необходимости обеспечения высокой твердости его поверхности применяют сталь 4OX с закалкой и отпуском до HRC 40—50. При особо высоких требованиях к поверхностной твердости шеек шпинделя применяют малоуглеродистые стали типа 2OX с последующей цементацией, закалкой и отпуском до HRC 56—62. Для слабо-нагруженных шпинделей особо точных станков применяют сталь 35ХМЮА, которую подвергают азотированию с последующей закалкой и отпуском до HV 850—1000. Для шпинделей тяжелых станков применяют марганцовистые стали типа 50Г2 с последующей нормализацией или закалкой и высоким отпуском до HRC 28—35. Для изготовления полых шпинделей большого диаметра иногда целесообразно применять серый или высокопрочный чугун с шаро­видным графитом в литой структуре.

Конструктивная форма шпинделей определяется способом крепления на нем зажимных приспособлений или инструмента, посадками элементов привода и типом применяемых опор. Шпиндели, как правило, изготовляют пустотелыми для возможности прохода прутка, а также для уменьшения веса. Передние концы шпинделей станков общего назначения стандартизованы.

В качестве опор шпинделей станков применяют подшипники качения и скольжения. Так как от шпинделей требуется высокая точность вращения, то подшипники качения, используемые в опорах шпинделей, должны быть высоких классов точности. Выбор класса точности подшипника определяется допуском на биение переднего конца шпинделя, который зависит от требуемой точности обработки. Обычно в передней опоре применяются более точные подшипники, чем в задней.

Несмотря на большое разнообразие конструктивного оформления шпиндельных узлов, существует несколько основных конструктивных схем шпиндельных узлов на опорах качения в станках малых и средних размеров. Большим распространением пользуются шпиндельные узлы, в опорах которых применяются Двухрядные роликовые подшипники с коническим отверстием внутреннего кольца (серия 3182100). На этих подшипниках мон­тируют шпиндели токарных, фрезерных, расточных и других станков.

Подшипники скольжения, применяемые в качестве опор шпинделей, бывают нерегулируемые (применяются редко, при практически полном отсутствии износа в течение длительного срока эксплуатации), с радиальной, осевой регулировкой зазора, гидростатические (у которых предусматривают подвод масла под значительным давлением в несколько карманов, из которых оно вытесняется через зазор между шейкой шпинделя и подшипником) и с воздушной смазкой.

Большое распространение в станках, в частности шлифовальных, получили многовкладышные подшипники.

2.4 КОРОБКИ ПОДАЧ

Коробки подач предназначены для получения требуемых величин подач и сил подачи при обработке на станке различных деталей.

Коробка подач в большинстве случаев приводится от шпинделя станка или от отдельного электродвигателя. Значения подач должны обеспечивать требуемый класс чистоты поверхности, а также высокую стойкость инструмента и производительность станка. Подачи в общем случае должны располагаться по геометрической прогрессии.

Изменение величины подачи может производиться различными способами: при помощи механизмов с зубчатыми передачами и без применения зубчатых передач (например, электрическим или гидравлическим путем, храповым или кулачково-рычажными меха­низмами и т. д.).

В данном параграфе рассматриваются лишь коробки подач с зубчатыми передачами. Описания остальных механизмов подач даны вдальнейших разделах.

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.
Рис 2. Схемы простейших механизмов коробок подач.

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

Коробкиподач 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 аналогичных коробок скоростей.

Коробки подач с передвижными блоками зубчатых колес широко применяются 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 конусами колес и вытяжной шпонкой на четыре различных передаточных отношения (вообще число передач в таких коробках может достигать 8—10 в одной группе) показана на рис. 2, а. На рисунке показана передача движения через пару зубчатых колес z₇/ z ₈ Механизмы с вытяжными шпонками обычно используют в качестве основной группы передач коробки подач.

В механизме с вытяжной шпонкой (рис. 2, б) на верхнем ведущем валу жестко закреплены на шпонке зубчатые колеса Z₁, 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 все 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 относят 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 рис. 2, в. Этот механизм позволяет получить арифметический ряд подач, необходимый при нарезании стандартных резьб; поэтому он широко применяется в коробках подач токарно-винторезных станков. Его достоинствами являются малые размеры вдоль оси 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 z₁, 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 четыре 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(рис. 2,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 или требуется особенно высокая точность настройки этих отношений, используют трехиарную гитару. Каждая гитара снабжается 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, 72, 75, 76, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 113, 120, 127.

Механизм Меандра (рис. 2, д) состоит из трехпарных зубчатых колес. Колеса Z₁ 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 четыре передаточных отношения Подобные механизмы могут быть и с большим количеством передаточных отношений.

Числа зубьев колес механизма подбирают так, чтобы Z₁ = Z₃ = Z₅ = 2Z₂ = 2Z₄ =2Z₆ = Z₈.

Если подставить эти значения в формулы передаточных отношений, то получим i1=1/4; i2=1/2; i3=1; i4=2,т. е. все передаточные отношения отличаются друг от друга в 2 раза (следовательно, знаменатель ряда φ= 2).

Достоинства механизма Меандра — однорычажное управление, малые осевые размеры и большой диапазон регулирования. Меандр широко применяют в токарно-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 передаче 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 в механизме с накидным колесом, требуется большее количество блоков зубчатых колес.

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

1. Электрическое регулирование производится изменением частоты вращения электродвигателя, который приводит в движение соответствующую цепь станка (способы регулирования частоты вращения электродвигателей различных типов рассматриваются в гл. III).

2. Гидравлическое регулирование применяется главным образом для регулирования скоростей прямолинейных движений

(в строгальных, долбежных, протяжных станках), значительно реже — вращательных движений (вопросы гидравлического регулирования скоростей движений в станках изложены в гл. IV).

3. Регулирование при помощи механических вариаторов. Большинство механических вариаторов, применяемых в станках, является фрикционными вариаторами. Ниже приводится описание некоторых механических вариаторов, используемых в станках.

В современных металлорежущих станках для осуществления прямолинейных движений используют преимущественно следующие механизмы: зубчатое колесо-рейка; червяк-рейка; ходовой винт-гайка; 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-рейка применяется в виде двух типов передач: с расположением червяка под углом к рейке, что позволяет (в целях большей 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-рейка.

Ходовой 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 заменяются винтовыми парами качения. Они имеют малые потери на трение, высокий к. п. д., 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 на своих осях, либо применением тел качения (шариков, а иногда роликов). Таким образом шарики постоянно циркулируют в процессе работы передачи. Как правило, в шариковых парах применяют устройства для выборки зазоров и создания предварительного натяга.

Кулачковые механизмы, преобразующие вращательное движение в прямолинейное поступательное, применяются главным образом на автоматах. Различают кулачковые механизмы с плоскими и цилиндрическими кулачками. На рис. 3, 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. Общий вид плоских кулачков показан на рис. 3, б.

Устройства для малых перемещений.

В тех случаях, когда жесткость обычных механизмов типа реечной или винтовой пары не . обеспечивает очень точные перемещения (т. е. когда медленное движение узла переходит в скачкообразное с периодически чередующимися остановками и скачками), применяются специальные устройства, работающие без зазоров и обеспечивающие очень высокую жесткость привода. К таким устройствам относятся термодинамический привод, магнитострикционный и привод с упругим звеном. На рис. 4, (а) показана схема термодинамического привода. Он представляет собой жесткий полый стержень, один конец которого крепится к неподвижной части станка (станине), а другой соединяется с подвижным узлом. При нагревании стержня посредством спирали или пропусканием электрического тока малого напряжения и большой силы непосредственно через него стержень удлиняется, перемещая подвижный узел станка. Для возврата подвижного узла в начальное положение необходимо стержень охладить.

Магнитострикционный привод (рис. 4, б) работает следующим образом. Стержень, изготовленный из магнитострикционного материала, помещают в магнитное поле, напряженность которого можно менять. Увеличивая или уменьшая напряженность магнитного поля, тем самым изменяем длину стержня. Различают положительную магнитострикцию (когда с увеличением напряженности магнитного поля размеры стержня увеличиваются) и отрицательную (с увеличением напряженности магнитного поля размеры стержня уменьшаются). Это зависит от материала стержня. Привод с упругим звеном (рис. 4, в) позволяет получать малые перемещения за счет упругого звена типа рессоры или плоской пружины. В нашем случае рессора предварительно нагружается. Это осуществляется жидкостью из гидросистемы. Затем по мере свободного истечения масла из цилиндра через выпускное отверстие малого сечения рессора выпрямляется и свободным концом перемещает шлифовальную бабку.

Рис 4. Схемы устройств для малых перемещений.
Рассмотренные приводы находят применение в прецизионных станках, где необходимо обеспечить высокую равномерность малых подач и точность малых периодических перемещений.

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии