Екзаменаційний білет № 13

1. Передаточні відношення кінематичних ланцюгів

Передача рухів від електродвигуна до робочих органів верстата здійснюється за допомогою ряду механізмів: зубчастих, ремінних, черв’ячних, гвинтових, рейкових і ін. Умовне зображення цих механізмів, з'єднаних в певній послідовності в кінематичні ланцюги, називається кінематичною схемою [1, 2, 3]. Кожен кінематичний ланцюг – це система послідовно з'єднаних елементарних механізмів, забезпечують виконавчі рухи робочих органів верстата (обертання шпинделя, поступальне переміщення стола верстата і т. д.).

Рівняння кінематичного балансу Рівняння, що встановлює функціональну залежність між величинами переміщень початкового та кінцевого ланок кінематичного ланцюга, називається рівнянням кінематичного балансу. Початкові ланки кінематичного ланцюга в більшості випадків отримують обертальний рух, кінцеві ланки отримують як обертальний, так і прямолінійний рух. Якщо початкові і кінцеві ланки обоє обертаються , то рівняння кінематичного балансу може бути представлене в наступному вигляді: , де – частота обертання кінцевої ланки (шпинделя), об/хв; – частота обертання початкової ланки (вала електродвигуна), об/хв; i – передаточне відношення кінематичного ланцюга. де – передаточне відношення окремих кінематичних пар ланцюга. Якщо початковій ланці надається обертальний рух, а кінцевій прямолінійний (рух подачі), то при хвилинній подачі рівняння кінематичного балансу має вигляд , де H – хід кінематичної пари, яка перетворює обертальний рух в прямолінійний . Для гвинтової пари , де – крок ходового гвинта, мм; К – кількість його заходів.

Для рейкової пари , де m – модуль зачеплення, мм; z - число зубів рейкового колеса. Коли подача кінцевої ланки задається в міліметрах на один оберт початкової ланки , рівняння кінематичного балансу має вигляд .

Привод верстата – це сукупність елементів що передають рух від джерела (двигуна) до робочих органів верстата. Сучасні верстати мають індивідуальні приводи, кожен верстат приводиться в дію від одного, або декількох двигунів. Розрізняють привід головного руху, привід подачі, привід прискорених переміщень, привід механізму заміни інструменту. Двигун може розміщатись рядом з верстатом, кріпитись на верстаті (фланцеве кріплення) і бути вмонтованим у верстат (вал двигуна являється одночасно шпинделем верстата).

Передавальний механізм, що є сукупністю пристроїв для передачі руху від двигуна до виконавчих органів (шпинделю, супорту, столу) називають приводом верстата. Спрощене графічне зображення рушійних, передавальних і виконавчих механізмів верстата називається кінематичною схемою верстата. Кінематичні схеми складаються з кінематичних ланцюгів, констуктивно виконаних у вигляді різних кінематичних ланок і пар.

За характером регулювання швидкості руху робочих органів розрізняють ступінчасті безступінчасті приводи. Ступінчасті приводи позволяють одержати в заданих границях певний ряд частот обертання, величин подач... Системи безступінчастого регулювання позволяють встановити на верстаті найбільш вигідні режими обробки і проводити на ходу зміну режиму обробки. В сучасних верстатах використовують, в основному, безступінчасті приводи.

Ступінчасті приводи виконуються у вигляді шестирінчастих коробок передач і гітар. Вони прості по конструкції, надійні у експлуатації тому одержали широке застосування. Так як верстати загального призначення повинні забезпечити обробку заготовок різних розмірів і з різних матеріалів, то вони повинні забезпечити широкий діапазон швидкостей різання, то вони повинні мати можливість в широкому діапазоні міняти числа обертів шпинделя від макс до мін. А оскільки коробка ступінчаста, то виникає питання як найбільш раціонально заповнити проміжок від макс до мін. Тут зміна частот обертання ведеться по геометричній прогресії п2=n1φ, n3=n2φ і т.д., де φ знаменник геометричної прогресії. На практиці застосовуються стандартні значення знаменника прогресії: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2. У більшості металорізальних верстатів загального призначення знаменник ряду 1,26 і 1,41.

У невеликих верстатах з малими діаметрами обробки φ= 1,58 і 1,76, а у великих верстатах φ= 1,26, 1,12 і 1,06. Число ступеней частот 3;4;6;8;12;18 і 24.

Механізми ступінчастого регулювання це коробки швидкостей (привід головного руху) і коробки подач верстатів. Коробки швидкостей вмонтовані в шпиндельні бабки, тумби, станини; коробки подач – у консолі, траверси…І перші і другі можуть бути змонтовані у спеціальних корпусах.

2. Кінематика сучасних токарно-гвинторізних верстатів.

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ БІЛЕТ № 14

1. Класифікація приводів. Елементарні механізми коробок швидкостей

Механізми токарного верстата отримують рух від електродвигуна через привод. Привод - це сукупність механізмів, що служить для приведення в рух робочих органів верстата і має забезпечувати можливість регулювання їх швидкості руху(обертання).

Залежно від того, якому органу верстата надається рух, розрізняють:

1. привод головного руху;

2. привод подач

3. привод допоміжного руху.

Змінювати числа обертів шпинделя верстата або величину подачі можна безступінчастим або ступінчастим регулюванням.

Ступінчастим – називають таке регулювання, коли частота обертів шпинделя змінюється після зупинки верстата і перемикання швидкості чи зміні паса на шківу. наприклад 200 об/хв., 250 і т.д., тобто має місце певний ряд чисел обертів, які дають ступінчастий перепад. Виконують за допомогою клинопасової передачі, коробки швидкостей, змінних зубчастих коліс, електродвигунів з кількома різними числами обертів.

Найбільше використовують електричний привід, основою якого є асинхронний електродвигун.

Електричний привід складається з:

1. електродвигунного пристрою – перетворює електричну енергію в механічну;

2. передавального пристрою – передає механічну енергію від двигуна до робочого органу верстата (клинопасова передача, коробка швидкостей, редуктори, гітара змінних коліс)

3. керуючі пристрої – забезпечують керування елементами електроприводу (кінцеві вимикачі, реле на гальма шпинделя та ін.)

Привід токарного верстата складається: електродвигун, клинопасова передача, коробка швидкостей, шпиндель, заготовка.

Зв’язок між елементами механізмів приводу металообробного верстата які рухаються, називається кінематичним зв’язком ( шпиндель і коробка швидкостей, КШ і електродвигун, супорт і коробка подач та ін.), а сукупність усіх передач механізмів верстата називається кінематичним ланцюгом. Він складається з окремих ланок: електродвигун, КШ. КП, ходовий вал, ходовий гвинт та ін.

У металообробних верстатах розрізняють три основні кінематичні ланцюги:1) Головного руху; 2) руху подачі; 3) допоміжних рухів.

Кінематичні ланцюги приводу токарного верстата:

Головний рух

Електродвигун – клинопасова передача – коробка швидкостей – шпиндель – патрон – деталь

Рух подач:

Електродвигун – клинопасова передача – коробка швидкостей - гітара змінних коліс - коробка подач – ходовий вал – супорт – різцетримач – різець

Рух подач при нарізанні різьби різцем:

Е лектродвигун – клинопасова передача – коробка швидкостей - гітара змінних коліс - коробка подач – ходовий гвинт – супорт – різцетримач – різець.

П ривід токарного верстата 16Б16Т:

вал електродвигуна –

клинопасова передача –

вал коробки швидкостей

Совокупность передач от двигателей, обеспечивающих движение испол-

нительных органов, называют приводом. Различают механический, электри-

ческий, пневмо- и гидроприводы и их комбинации: электромеханический, элек-

трогидравлический. В приводах ис точником движения является электродви-

гатель, а тип привода определяется видом передач к исполнительному органу:

механическая, электрическая цепь или гидро-(пневмо) сеть. По характеру пере-

ключения частот (дискретному или непрерывному) различают ступенчатые и

бесступенчатые приводы. Ступенчатый привод включает в себя: дви-

гатель (М), передачу (П) ременную или зубчатую, коробку скоростей (КС) или

коробку подач (КП), систему управления (СУ) частотами вращения, шпиндель

(Ш) или суппорт (С). В станках с программным управлением привод включает

датчик (Д) скорости и положения исполнительного органа или тахогенератор

(ТГ), а также обратную связь, как правило, электрическую систему управле-

ния .

Металлорежущие станки оснащают индивидуальным приводом; на многих станках главное движение, движение подачи, вспомогательные движения осуществляются от отдельных источников — электродвигателей и гидравлических устройств. Изменение скорости может быть бесступенчатым и ступенчатым.

В качестве приводов металлорежущих станков используют электродвигатели постоянного и переменного тока, гидродвигатели и пневмодвигатели. Наибольшее распространение в качестве приводов станков получили электродвигатели. Там, где не требуется бесступенчатое регулирование частоты вращения вала, применяют асинхронные двигатели переменного тока (как наиболее дешевые и простые). Для бесступенчатого регулирования частоты вращения, особенно в механизмах подач, все большее применение находят электродвигатели постоянного тока с тиристорным регулированием.

К преимуществам применения электродвигателя в качестве привода относят: высокую скорость вращения, возможность автоматического и дистанционного управления, а также то, что их работа не зависит от температуры окружающей среды.

Среди передач движения от двигателя к рабочим органам станка наибольшее распространение получили механические передачи. По способу передачи движения от ведущего элемента к ведомому механические передачи подразделяются следующим образом:

• передачи трением с непосредственным касанием (фрикционные) или с гибкой связью (ременные);

• передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые, червячные, храповые, кулачковые) или с гибкой связью (цепные).

За характером регулювання швидкості руху робочих органів розрізняють ступінчасті безступінчасті приводи. Ступінчасті приводи позволяють одержати в заданих границях певний ряд частот обертання, величин подач... Системи безступінчастого регулювання позволяють встановити на верстаті найбільш вигідні режими обробки і проводити на ходу зміну режимуобробки. В сучасних верстатах використовують, в основному, безступінчасті приводи.

Ступінчасті приводи виконуються у вигляді шестирінчастих коробок передач і гітар.

Приводи для безступінчастого регулювання. Ці приводи забезпечують оптимальну швидкість руху робочих органів верстатів. Вони буваюмь механічні, гідравлічні і електричні.

Механічних безступінчастих приводів найбільш розповсюджені варіатори з розсувними шківами .

Для безступінчатого регулювання швидкості в основному застосо вують двигуни постійного струму з теристорною системою керування( у верстатах з ЧПК).

При подальшому зменшенні складності і габаритних розмірів двигунів постійного струму їх застосування буде розширюватись. У приводі головного руху застосовують і регульовані за рахунок зміни частоти струму асинхронні трифазні електродвигуни змінного струму. Ці двигуни володіють високою надійністю, жорсткою характеристикою і забезпечують регулювання з постійною потужністю у всьому діапазоні.

Гідравлічний безступінчатий привід поширений в шліфувальних верстатах для подовжніх подач, а також для головного руху в протяжних верстатах, поперечно-стругальних і для допоміжних рухів в інших верстатах.

Гідравлічні приводи. У сучасних металорізальних верстатах ці приводи одержання досить широке застосування і використовуються головним чином для здійснення прямолінійних рухів і в меншій мірі для обертових рухів. Гідроприводи застосовують як в механізмах головного руху (протягувальні, стругальні, довбальні верстати) так і в механізмах подач (шліфувальних, копіювальних, агрегатних…) Переваги гідроприводу: можливість бузсту-пінчастого регулювання швидкості в широкому діапазоні, забезпечує значні зусилля при невеликих габаритах і значний термін роботи; мала вага і обєм, що припадає на щдиницю потужності у порівнянні з електроприводом. Недоліки: можливість витікання робочої рідини через зазори в ущільненнях, можливість попадання повітря в робочу ріджину, нежорстка характеристика, зміна властивостей робочої рідини під дією тиску і температури.

У гідроприводах верстатів в якості робочої рідини застосовують мінеральні масла різних марок з кінематичною вязкістю (0,1-0,2)10⁴ м²/сек Гідропивід включає в себе насос для перетворення механічної енергії двигуна в енергію потоку рідини, гідродвигун, що перетворює напір орідини в механічну роботу, розпридільчу і регулюючу аппаратуру.

Пневматичні приводи і мехвнгізми. Поряд з розглянутими видами приводів у металорізальних верстатах використовуються приводи у яких робочим тілом є стиснене повітря (тиск 0,5-0,6 мПа) -це пневмоприводи. Часто вони використовуються для подачі і закріплення заготовок (патрони з пневмоприводом), різального інструмента, прискореного переміщення робочих органів. Перевага таких приводів - швидкодія, простота крнструкції, дешевизна робочоготіла, а надоліки - це нерівномірна швидкість переміщення і невеликі зусилля. Інколи вони використовуються в комбінації з гідроприводом. Тоді робочий хід здійснюється під тиском масла, яке подається в одну порожнину циліндра, а холостий хід під дією стисненого повітря, що подається в другу порожнину циліндра

2. Налагодження вертикально-фрезерного верстата, його кінематика

Вертикальний консольно-фрезерний верстат, у якого на відміну від горизонтально-фрезерного шпиндель розташований вертикально в поворотній головці та може повертатися у вертикальній площині на кут 0...45° в обидва боки, показано на рис. 2.9.12. У зв’язку з наявністю шпиндельної головки верстат немає хобота. Слід зазначити, що призначення та розміщення таких частин верстата, як консоль, робочий стіл, коробки швидкостей і подач таке саме, як і в горизонтально-фрезерних верстатах.

Рис. 2.9.12. Вертикальний консольно-фрезерний верстат

Вертикальний консольно-фрезерний верстат складається з таких основних вузлів: основи, станини, коробки швидкостей, шпиндельної головки, робочого стола, поперечних полозків, консолі, коробки подач. Верстат має органи керування — кнопки, рукоятки та маховички, призначення яких таке саме, як і для горизонтально-фрезерних верстатів

Кінематика вертикально-фрезерного верстата

Ланцюг головного руху (рис. 2.9.17). Від електродвигуна потужністю 10 кВт через пружну з’єднувальну муфту рух передається на вал I, а з вала I на вал II через зубчасту передачу 31/49. На валу II є потрійний блок зубчастих коліс, за допомогою якого можна передати обертання валу III з трьома різними швидкостями через передачі 16/39, 22/33 і 19/36.

Рис. 2.9.17. Кінематична схема верстата 6М12ПБ

На валу IV розташовано два пересувних блока зубчастих коліс: потрійний (37, 47 і 26) і подвійний (83 і 20). З вала III на вал IV рух може бути передано трьома різними варіантами передач

18/47, 28/37 і 39/26.

Отже, вал IV має дев’ять різних кількостей обертів (3 x 3 = 9). Вал V отримує рух від вала IV через подвійний блок зубчастих коліс за допомогою передач

83/37 і 20/70.

Таким чином, вал V має 18 різних швидкостей (9 x 2 = 18).

Від вала V рух передається на вал VI конічною зубчастою передачею 32/32, а з вала VI на шпиндель VII через передачу 87/57. Таким чином, шпиндель верстата має 18 різних кількостей обертів.

Рівняння кінематичного ланцюга для найменшої кількості обертів шпинделя за хвилину мають вигляд:

хв.^-1;

для найбільшої кількості обертів шпинделя:

хв.^-1;

Ланцюг подачі. Привод подач (див. рис. 2.9.17) здійснюється від окремого фланцевого електродвигуна потужністю 1,7 кВт. Через передачі 26/44 і 24/64 отримує обертання вал XI коробки подач. На валу XI є потрійний рухомий блок зубчастих коліс, що надає валу XII три швидкості обертання за допомогою передач 36/18; 18/36; 27/27.

На валу XIII є потрійний рухомий блок, за допомогою якого рух з вала XII на вал XIII можна передати трьома варіантами 18/40; 21/37; 24/34. Отже, вал XIII має дев’ять різних кількостей обертів (3 x 3 = 9).

Коли рухоме зубчасте колесо 40 з кулачками на торці пересунуто вправо (як показано на схемі) і знаходиться в зачепленні з муфтою М₁ жерстко зв’язаної з валом XIII, обертання від вала XIII на вал XIV передаєтся безпосередньо. Якщо зубчасте колесо 40 ввести в зачеплення із зубчастим колесом 18, тим самим вимкнувши муфту М₁, то рух на вал XIV буде передаватися через перебір . Перебір і в цьому випадку працює як понижуюча передача.

Таким чином, коробка подач верстата має вісімнадцять різних подач: дев’ять при роботі без перебору і дев’ять при роботі з перебором (9 x 2 = 18). Від широкого зубчастого колеса 40 через запобіжну муфту М_п при увімкнутій кулачковій муфті М₂ обертання передається валу XIV, а від вала XIV через передачу 36/27 на вал XV.

Від вала XV можна передати всі 18 кількостей обертів на ходові гвинти поздовжньої, поперечної та вертикальної подач. Поздовжня подача стола здійснюється від вала XV по кінематичному ланцюгу на вал XIX, далі через передачу конічних зубчастих коліс 18/16 на вал XX, з вала XX на ходовий гвинт поздовжньої подачі через конічні зубчасті колеса 18/18 і кулачкову муфту М₆.

Найбільша величина поздовжньої подачі визначається за формулою

мм/хв.

Від вала XV через зубчасті колеса 18/33 і 33/37при увімкнутій муфті M₅ столу надається поперечна подача, найменша величина якої S_min визначається так:

мм/хв.

Через передачу 18/33 при увімкнутій муфті М₄ здійснюється передача від вала XV на вал XVI і далі через зубчасті колеса 22/33, конічну передачу 22/44 на ходовий гвинт XVIII вертикальної подачі. Величина найбільшої вертикальної подачі

мм/хв.

Допоміжні рухи. Швидкі пересування стола в усіх напрямках здійснюються при увімкнутій фрикційній муфті M₃. У цьому випадку обертання від електродвигуна подач потужністю N = 1,7 кВт, повз коробку подач, передається валу XIV через зубчасту передачу 26/44; 44/57; 57/43і далі по кінематичних ланцюгах робочих подач.

Швидкість швидких пересувань стола в поздовжньому напрямку S_шв визначається виразом

мм/хв.

Ручні пересування стола, поперечних полозків і консолі робляться відповідно маховичками та і рукояткою Р.

Для зручності керування у верстаті моделі 6Н12ПБ поздовжнє пересування стола можна здійснювати маховичком , що пов’язаний з ходовим гвинтом XXI поздовжньої подачі через зубчастіе колеса 32/46, кулачкову муфту М₇ і зубчасту передачу 24/23. Кулачкові муфти М₇ і M₆ зблоковані. Коли увімкнуто муфту М₇, муфту M₆ вимкнуто, і навпаки. Пересування шпинделя разом з гільзою робиться маховичком , який через вал VIII і конічні зубчасті колеса 31/31 зв’язаний з ходовым гвинтом IX.

Ходовий гвинт IX передає рух гайці Г, жорстко закріпленій на гільзі шпинделя.