20.Типовые детали, узлы и механизмы металлорежущих станков: подвижные корпусные узлы и детали.
К подвижным корпусным деталям относятся столы, планшайбы, поперечины, суппорты, ползуны, салазки, каретки и др. Они предназначены для закрепления и рабочего перемещения заготовки или детали (столы, планшайбы) или для установки и перемещения режущего инструмента (суппорты, ползуны).
Подвижные корпусные детали станков отличаются чрезвычайным разнообразием форм, конструкций, а также способами их соединения со станиной. К подвижным корпусным деталям предъявляются общие требования, касающиеся их жесткости и вибростойкости. Форма и конструкция подвижных корпусных деталей зависят от назначения, способа компоновки станка, а также величины действующих сил. Рассмотрим некоторые корпусные детали и узлы станков.
Столы. По характеру траектории движения столы делят на: столы с прямолинейным перемещением, круговым и комбинированным. По количеству координат перемещения столы могут быть однокоординатные, двухкоординатные и трехкоординатные. Для столов станков характерна коробчатая форма с пазами на рабочей плоскости для закрепления деталей, приспособлений и оснастки. Для увеличения жесткости столы усиливают ребрами.
Планшайбы (круглые столы) обеспечивают непрерывное или периодическое вращение заготовок или инструмента, закрепляемых на них. Планшайбы применяют в токарных, расточных и некоторых др. металлорежущих станках. Как правило, на планшайбы устанавливаются заготовки сложной формы или большого диаметра при небольшой длине (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Крепление деталей на планшайбе: а — при помощи прихватов; б — при помощи угольника.
Крепление обрабатываемых заготовок на планшайбе осуществляется прихватами, угольниками накладками, болтами.
Планшайбы могут иметь либо вертикальную, либо горизонтальную ось вращения. Планшайба опирается на круговые направляющие, жестко соединена со шпинделем и несет на себе элементы привода вращательного движения.
Суппорт. Для закрепления инструмента и его перемещения служат суппоры. Суппорт – узел, предназначенный для крепления и перемещения (при помощи механизма или вручную) инструмента. Суппорт обычно состоит из резцедержателя и промежуточных деталей типа салазок, а также каретки (нижняя часть суппорта в токарных станках) обеспечивающих заданное направление движения инструмента. Суппорты различают по виду обработки — токарные, шлифовальные и др.; по типу резцедержателя — резцовые, револьверные; по расположению на станке — верхние, передние и т. п.; а также по направлению и характеру движений — продольные, поперечные, качающиеся. Универсальный суппрт выполняет перемещение в нескольких направлениях. Точность перемещения и жёсткость суппорта в значительной степени определяют качество станка.
Каретка – узел механизма или машины, несущий ряд деталей и передвигающийся по направляющим или, реже, вращающийся в подшипниках. В металлорежущих станках каретка — нижняя (опорная) часть суппорта, перемещающаяся по направляющим станины (токарные станки), поперечины (продольно-строгальные и карусельные станки), или часть стола станка, передвигающаяся по направляющим консоли (поперечно-строгальные и фрезерные станки).
Салазки – деталь металлорежущего станка или другой машины, предназначенная для перемещения инструмента, изделия или узла машины в двух (чаще всего взаимно перпендикулярных) направлениях и обычно имеющая две системы направляющих. Различают продольные, поперечные и поворотные салазки. Сечение салазок станков средних размеров сплошное, тяжёлых станков — коробчатое; основной материал — чугун СЧ 15—32. Салазками называются также неподвижные металлические балки, по которым в процессе эксплуатации передвигаются узлы машины, например электродвигатели.
Резцедержатель – приспособление на токарных, строгальных и некоторых других металлорежущих станках, служащее для установки и закрепления в нём резца болтами.
Бабка – распространённое название узла некоторых металлорежущих станков. Бабка передняя (бабка шпиндельная) – как правило неподвижный узел – снабжена шпинделем, сообщающим вращательное движение обрабатываемой заготовке или инструменту, закрепленным в приспособлении (патроне, центрах, цанге). Бабка задняя, или упорная, имеет конусное отверстие для установки центра, поддерживающего заготовку или для закрепления инструмента (сверла и т.п.). Бабка шлифовальная — узел кругло- и плоско-шлифовальных станков, несущий шпиндель со шлифовальным кругом и сообщающий им вращательное движение.
21.Типовые детали, узлы и механизмы металлорежущих станков: шпиндельные узлы.
Шпиндель – главный вал металлорежущего станка, передающий вращение закрепленному в нем инструменту или обрабатываемой заготовке.
Конструктивная форма шпинделя зависит от способа крепления на нем зажимных приспособлений для заготовки или инструмента, посадок элементов привода и типов применяемых опор. Шпиндели, как правило, изготовляют пустотелыми для прохода прутка, а также для уменьшения массы.
На рис. 1 показан пример шпиндельного узла. Шпиндель 1 представляет собой полый вал ступенчатой формы, обеспечивающий надежную установку, закрепление и направление насаженных на него деталей. Передний конец имеет поверхности и элементы, предназначенные для установки, точного направления и закрепления заготовок или инструмента.
Рис. 1. Шпиндельный узел токарного станка.
Конструкции концов шпинделей различных станков стандартизованы, и некоторые из них показаны на рис. 2.
Рис. 2. Конструкции концов шпинделей:
а – токарно-винторезного станка; б – токарно-револьверного станка
в – фрезерного станка; г – сверлильного станка;
д – шлифовального станка
Для закрепления заготовок на шпиндели устанавливают патроны или центры. Планшайбы патронов жестко соединяют с концом шпинделя. Направление планшайбы обеспечивают цилиндрические А и торцовые Б поверхности (рис. 2, а) или конические В (рис.2, б). Планшайбы закрепляют с помощью резьбы (рис. 2, а). Для установки и центрирования инструмента передние концы шпинделей снабжены конусными отверстиями (рис. 2, а, б, в, г) или наружными конусами (рис. 2, б). У большинства станков конусные отверстия шпинделей выполнены по размерам конусов Морзе. У фрезерных станков (рис. 2, в) конусные концы оправок, инструмента или патронов устанавливают в отверстия специальным конусом (7 : 24) и зажимают шомполом 1, проходящим через весь шпиндель. Сухари 2 воспринимают действующие окружные силы.
Весьма важным является выбор материала шпинделя. Средненагруженные шпиндели изготовляют обычно из стали 45 с улучшением (закалка и высокий отпуск). При повышенных силовых нагрузках применяют сталь 45 с низким отпуском. Для шпинделей, требующих высокой поверхностной твердости и вязкой сердцевины, применяют сталь 45 с закалкой ТВЧ и низким отпуском. При повышенных требованиях применяют стали 40Х, 38ХМЮА (шпиндели быстроходных станков), 20Х с цементацией, закалкой и отпуском, 12ХН3 (быстроходные и тяжелонагруженные шпиндели) и другие низколегированные стали. Сталь 65Г применяют для крупных шпинделей. Выбор материала и термическая обработка шпинделя определяются также условиями износостойкости посадочных мест деталей, а при подшипниках скольжения также условиями работы шеек шпинделя во вкладыше подшипника.
Расчет шпинделей. Шпиндели станков рассчитывают по наименее выгодным условиям работы и нагрузок. Наибольшими нагрузками для специальных и операционных станков являются усилия и крутящие моменты, соответствующие наименьшему числу оборотов шпинделя. В универсальных станках за расчетное значение нагрузок принимают крутящие моменты, соответствующие той или иной ступени ряда чисел оборотов шпинделя.
Наиболее тяжелыми условиями работы шпинделей являются такие, которые при наибольших значениях, возникающих при резании сил, вызывают наибольшие нагрузки на шпиндельный узел. Для токарных станков, например, наиболее тяжелыми условиями считают работу в патроне у самой передней опоры без подпора задним центром; для фрезерных станков – работу резцовой головкой наибольшего диаметра и т.д.
Силы, действующие на шпиндели, и реакции опор определяют по известным методам из курса «Детали машин».
В станкостроении шпиндели рассчитывают на прочность, жесткость и виброустойчивость. Размеры шпинделей обычно определяют из условий жесткости, так как допускаемые деформации, вследствие высокой точности изготовляемых изделий, малы. Поэтому, как правило, шпиндели работают при малых напряжениях. Исходя из этого, расчет шпинделей на прочность в большинстве случаев не имеет существенного значения и может быть произведен упрощенно, без учета динамического характера действующих нагрузок.
22. Типовые детали, узлы и механизмы металлорежущих станков: муфты и тормоза.
Муфты, применяемые в станках, мало чем отличаются от муфт общего машиностроения.
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;
обгона, передающие вращение 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 Сцепные муфты применяют для периодического соединения Валов, например в приводе главного движения или приводе подач станков. В станках часто применяют сцепные кулачковые муфты в виде дисков с торцовыми зубьями-кулачками и зубчатые муфты Недостатком сцепных муфт является то, что при больших разностях скоростей вращения ведущего и ведомого элементов муфты нельзя включить.
Фрикционные сцепные муфты имеют то же назначение, что и кулачковые, но 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 трения дисков.
Фрикционные муфты бывают конусные и дисковые. показана фрикционная многодисковая муфта, которую применяют в приводах главного движения и подачи металлорежущих станков. При перемещении гильзы влево шарики, находящиеся между коническими поверхностями гильзы и неподвижной втулкой, давят на диск, который, в свою очередь, через упругую шайбу сцепляет подвижные ведущие диски ведомыми. Для выключения муфты гильзу отводят вправо, и пружины отжимают диск в исходное положение.
Предохранительные муфты предназначены для предохранения механизмов станка от аварий при перегрузках. У муфт предохраняющим звеном является штифт сечение которого рассчитывают в зависимости от передаваемого крутящего момента. При перегрузках этот штифт срезается, происходит разрыв соответствующей кинематической цепи и тем самым предотвращается повреждение деталей станка.
Муфты обгона предназначены для передачи крутящего момента при вращении звеньев кинематической цепи в заданном направлении и для разъединения звеньев при вращении в обратном направлении, а также для сообщения валу двух различных движений (медленного - рабочего и быстрого - вспомогательного), которые осуществляются по двум отдельным кинематическим цепям. Муфта обгона позволяет включить цепь быстрого хода, не выключая цепи рабочего движения.
По принципу действия эти муфты делят на фрикционные и храповые. Наибольшее распространение получили первые благодаря бесшумности, малому “мертвому ходу”, способности работать при высоких окружных скоростях. Поэтому рассмотрим в качестве примера принцип действия и конструкцию фрикционной роликовой муфты свободного хода,. Муфта состоит из обоймы и звездочки, являющиеся полумуфтами, роликов, расположенных равномерно по окружности, и прижимных устройств, состоящих из поршня и пружины. Ролики удерживают боковые крышки, которые фиксируют пружинные кольца. Обойму от поворота удерживает шпонка. Ведущим звеном муфты может быть как звездочка, так и обойма. Характер взаимодействия обоймы, ролика и звездочки после соединения полумуфт и план сил, действующих на ролик со стороны звездочки и обоймы для случая, когда ведущей является звездочка (w2>w1) .Когда обойма начнет обгонять звездочку (w1>w2), ролик силами трения о звездочку и обойму смещается в более широкую часть клинового зазора положение ролика показано штриховой линией) и полумуфты размыкаются.
В металлорежущих станках тормоза применяют для остановки или замедления движения подвижных звеньев станка или отдельных его механизмов. Торможение может осуществляться механическими, электрическими, гидравлическими и пневматическими средствами, или в комбинации одно с другим (ниже рассмотрены только механические тормоза). Основными видами механических тормозов являются ленточные, колодочные и многодисковые тормоза, которые часто блокируют с пусковыми муфтами таким образом, чтобы при выключении муфты включался тормоз. Устанавливают тормоза в основном на быстроходных валах коробок скоростей станков.