Способы переключения скоростей.
Механизмы переключения должны обеспечивать безопасность и удобство работы на станке, надежность и быстроту переключения. При ручном переключении необходимо стремиться к минимальному числу органов управления, располагать их необходимо в зоне, удобной для обслуживания, силы на них ограничиваются величиной 30—80 Н (при частых переключениях — 20—30 Н). Автоматические системы переключения в станках с ЧПУ требуют контроля включенных скоростей.
Способ переключения скоростей определяется в основном частотой переключений (от которой зависит отводимое на переключение время), необходимостью автоматизации переключений, а также экономическими соображениями.
При относительно редкой настройке привода шпинделя в специальных станках и автоматах для серийного и массового производства для изменения скоростей используются сменные колеса, реже ступенчатые шкивы. Привод отличается простотой, компактностью, однако время на переключение скоростей существенно увеличивается.
В обычных универсальных станках в коробках скоростей широко применяются для переключения скоростей передвижные (скользящие) блоки зубчатых колес (см. рис. 5.34,а). В этом случае возможна передача значительных крутящих моментов при высоком КПД (в зацеплении находятся лишь те колеса, которые участвуют в передаче мощности на шпиндель). При относительной простоте и малой стоимости такие коробки не позволяют переключать скорость станка на ходу, отличаются сравнительно большими размерами по длине, невозможностью применения косозубых колес.
Для переключения групповых передач в коробках скоростей могут применяться кулачковые (или зубчатые) муфты. В этом случае уменьшаются осевые хода и усилия при переключении, возможно применение косозубых и шевронных колес. Однако возрастают потери мощности вследствие трения в неработающих парах зубчатых колес, находящихся в постоянном зацеплении, увеличивается износ колес, переключение передач на ходу станка также невозможно.
Использование фрикционных муфт позволяет быстро и плавно переключать скорость на ходу станка. Для автоматизации переключения могут применяться фрикционные электромагнитные муфты. КПД таких приводов снижен, и выделяется большое количество тепла за счет постоянного зацепления колес и трения в дисках выключенных муфт.
Системы ручного переключения блоков или муфт в шестеренных коробках могут быть многорукояточными или однорукояточными. В первом случае каждая групповая передача (блок) переключается своей рукояткой, что требует значительного времени на переключение. Так как при переключении скоростей рукоятка обычно поворачивается, а исполнительный элемент (блок или муфта) смещается прямолинейно, то в передаточных механизмах систем управления кроме рычагов широко применяются механизмы, преобразующие вращательное движение в поступательное — кулачки (дисковые и барабанные) , реечные и реже винтовые передачи.
Системы управления с одной рукояткой позволяют переключать сразу все групповые передачи коробки скоростей. Это упрощает процесс переключения и уменьшает время включения скоростей, но сложность и стоимость системы возрастают.
Однорукояточные системы управления делятся на системы последовательного действия и селективные. В первом случае для перехода от одной частоты вращения к другой необходимо пройти все промежуточные значения частот, а следовательно, осуществить все промежуточные включения блоков. Недостатки таких систем — большая, чем в селективных затрата времени на переключение; большой износ торцов зубьев колес или кулачков в коробках с кулачковыми муфтами. Пример такой системы представлен на рис. 5.37. Щпиндель 3 получает 6 различных скоростей при повороте рукоятки 5. При этом вращаются барабанные кулачки 6 и 7, управляющие через систему рычагов 4 и 8 положением блоков колес 1 и 2.
Системы селективного (избирательного) переключения позволяют перейти от одной скорости к произвольной другой, минуя все промежуточные положения, что исключает недостатки предыдущей системы. Принципиальная схема селективного переключения скоростей приведена на рис. 5.38. Для включения одной из шести возможных скоростей шпинделя 9 необходимо рукояткой 1 отвести влево селекторный диск 2, освободив его таким образом от зацепления с цилиндрическими концами 4 реечных толкателей 3 и 5, попарно сцепленных с зубчатыми колесами 6. Затем диск поворачивается в соответствующее положение с определенной комбинацией сквозных и глухих отверстий, после чего
диск смещается до отказа вправо. Пары реечных толкателей 5, взаимодействуя своими концами 4 с отверстиями или торцом диска, смещаются и с помощью рычажной системы 7 смещают в требуемое положение зубчатые блоки 5 и 10.
В универсальных станках применяют и гидравлические системы селективного управления (рис. 5.39). В этом случае блоки колес 2 и 3переключаются с помощью гидроцилиндров 1 и 4, масло в которые поступает от гидрораспределителя 6. Рукояткой 5 его поворачивают в необходимое положение для соединения полостей гидроцилиндров с нагнетанием и сливом.
На рис. 5.40 представлен сдвоенный гидроцилиндр для переключения тройного блока. Для обеспечения среднего (нейтрального) положения масло под давлением подается в полости А и В гидроцилиндра 1; за счет разницы площадей поршней 2 и 5 шток 4 и связанная с ним вилка переключения 7 устанавливаются в среднем положении (изображено на рисунке). При подаче масла в полость А и сливе его из полости В оба поршня, а следовательно, и шток смещается в крайнее правое положение; при подаче масла в полость С и сливе из полости А шток поршнем 2 смещается относительно поршня 3 в крайнее левое положение. Включенные положения блока фиксируются подпружиненным шариком 6 и контролируются конечными выключателями 5.
Еще большее сокращение времени на переключение обеспечивают преселективные системы управления (с предварительным выбором скорости). В этом случае значительная часть манипуляций, необходимых для переключения производится в то время, когда станок работает без изменения установленного для данной операции режима. После окончания этой операции скорость быстро переключается од
ним движением рукоятки или нажатием кнопки. Ранее рассмотренные
селективные системы превращаются в преселективные, если обеспечить фиксацию блоков во всех включаемых положениях. Тогда, например, в системе по рис. 5.38 можно отвести селективный диск от реечных толкателей и повернуть его в положение, соответствующее скорости для следующей операции. Включение этой скорости требует только одного смещения диска вправо. Преселективные системы экономически оправдывают себя только в станках с частыми переключениями при большой доле вспомогательного времени на переключения в штучном времени изготовления детали.
Во всех трех системах однорукояточного управления для возможности включения блоков необходимо исключить утыкание торцов зубьев или кулачков. Для этого сообщают валам коробки скоростей в момент переключения медленный поворот от приводного двигателя или специальных устройств, обеспечивают импульсное включение двигателя.
Системы автоматического переключения скоростей в станкахавтоматах и станках с ЧПУ строятся либо на базе соответствующих много- или однорукояточных систем при замене рукояток обычно специальными маломощными двигателями со встроенными редукторами, либо применяется переключение блоков от гидроцилиндров. Иногда автоматическое переключение скоростей осуществляется с помощью электромагнитных фрикционных муфт.
На рис. 5.41 приводится конструкция автоматической коробки скоростей одношпиндельного токарно-револьверного автомата. Переключение скоростей, необходимое при автоматической смене инструмента при повороте револьверной головки, обеспечивается включением соответствующих бесконтактных электромагнитных муфт M1,..., M5- Предусмотрена также настройка скоростей сменными зубчатыми колесами а и в, которые меняются вручную при полной переналадке станка на другую деталь. Вращение от входного вала 1 через зубчатые колеса 1, 10 и 2, 11 передается при включении муфты M1 или М2 на вал-втулку II. Далее, при включении муфты Мл, вращение передается на выходной вал V через понижающую передачу с колесами 12 и 3, сменные шестерни а и в, колеса 9 и 6, либо при включении муфты Мз высокие скорости передаются через шестерни 4 и 5. Для реверсирования направления вращения вала V включается муфта M5, и вращение от вала-втулки IV передается через колеса 12 и 3, сменные шестерни а и в, колеса 8 и 7, между которыми расположена паразитная шестерня.
На рис. 5.42 представлена девятискоростная компактная коробка скоростей с изменением скоростей выходного вала 4 переключением положений зубчатых блоков 2 и 5, содержащих по два зубчатых колеса и зубчатую муфту. Вал-втулка 3 получает от входного вала 1 три скорости либо через вал-втулку 6, либо напрямую при включении зубчатой муфты блока 2. Выходной вал 4 получает от вала-втулки 3при перемещении блока 5 две различные скорости либо вращается со скоростью вала-втулки 6 при включении зубчатой муфты блока 5.
Кучер И.М. Металлорежущие станки. М. – Л.., Машгиз, 1964. 672 стр.с илл. (стр. 193-200).
Станочное оборудование автоматизированного производства. 1 т. Под ред. В.В Бушуева. – М.: Изд-во «Станкин», 1993. 584 с.; 1994. 656 с. (стр. 190-193).