3595

ных узлов и модулей, станок в зависимости от метода осуществления движений включает узлы совершенно различной конструкции с своеобразной компоновкой в них деталей и механизмов.

Большинство современных систем представляет собой сложные комплексы, в которых сочетаются электрические, пневматические, измерительные и другие цепи с механическими цепями или передаточными механизмами. От качества механизма в значительной степени зависит и качество всего станочного комплекса.

Основное назначение механизма в машине заключается в передаче энергии от двигателя к рабочему органу с одновременным преобразованием скоростей движения звеньев; в металлорежущих станках передаточные механизмы выполняют дополнительные функции:

- преобразование перемещения первичного преобразователя движений к вторичному и передачу их на исполнительный орган;

-преобразование характеристик механического сигнала (перемещения, скорости, ускорения) в перемещения, воздействующие на электрические, гидравлические или иные преобразователи и рабочие органы;

-обширный ряд эксплуатационных операций (включение или выключение узлов станка, переключение диапазонов регулирования, ручную или автоматическую настройку, дистанционное управление процессом формообразования, измерительной системой и др.;

-вычислительные математические операции (суммирование, логарифмирование, дифференцирование и т. п.);

-обеспечение взаимосвязей подсистем станка с СЧПУ и другие. К конструкциям передаточных механизмов станков предъяв-

ляют следующие требования:

-заданной точности преобразования движения рабочих органов по заданной функциональной зависимости;

-высокие показатели прочности и жесткости элементов механизмов и станка в целом при передаче усилий и моментов;

-технологичности конструкции, невысокой материалоемкости, минимальных габаритных размеров и массы;

-простоты и надежности регулировки, высокого КПД, малой чувствительности к температурным изменениям и вибрациям и колебательным процессам;

-наименьшей стоимости проектирования и изготовления.

12

При разработке конструкции передаточного механизма необходимо иметь в виду, что выполнение всех перечисленных требований затруднительно, так как некоторые из них могут противоречить одно другому. Например, повышение точностных характеристик всегда приводит к увеличению стоимости проектирования и изготовления; повышение прочности и жесткости отдельных звеньев - к увеличению габаритных размеров и массы; нечувствительность к температурным изменениям достигается за счет введения специальных компенсационных узлов, что, безусловно, усложняет механизм.

Разработка оптимальных вариантов конструкций узлов и станка в целом может быть выполнена только применительно к конкретной задаче с учетом условий реализуемого метода формообразования, изготовления станочной системы и еѐ эксплуатации.

Анализ всего многообразия реальных передаточных механизмов, оборудования показывает, что их кинематические цепи состоят из простейших, как правило, трехили четырехзвенных механизмов, соединенных между собой.

Наиболее распространено последовательное соединение п меха-

Параллельное соединение п механизмов с функциями перемещения и передаточными отношениями

;

показано на рис.2, б.

Встречно-параллельное соединение двух механизмов с функциями перемещения и и передаточными отношениями и , а для всей двухэлементной ячейки

;

приведено на рис.2, в.

13

г) поступательного в поступательное — двойные синусные или тангенсные.

По преобразованию скорости движения:

а) с постоянным отношением скоростей — зубчатые, фрикционные, червячные и т. п.;

б) с переменным отношением скоростей.

Характерная особенность механизмов с переменным отношением скоростей заключается в том, что одно из звеньев (ведущее или ведомое) находится в равномерном движении, в то время как скорость движения другого звена может подчиняться любому более сложному заданному закону (например, механизмы синусные и тангенсные, поводковые, кривошипно-ползунные, кулачковые и др.). К этой же группе относятся механизмы прерывистого движения, у которых равномерное движение ведущего звена преобразуется в пульсирующее (с остановками) движение ведомого (мальтийские и храповые механизмы).

15

Рис. 3. Классификация передаточных механизмов

При рассмотрении кинематики механизмов условимся первое слово относить к ведущему звену, а второе — к ведомому. Например, если рассматривается передача колесо—шестерня, ведущим является колесо, и, наоборот, в передаче шестерня—колесо оно является ведомым. Таковы некоторые особенности теории общих вопросов конструирования станочных систем.

Глава 2 КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СТАНКОВ

Любой станок должен обладать высокими техническими характеристиками. Необходимо, чтобы его показатели качества, такие как геометрическая точность, жесткость, виброустойчивость и другие, находились в требуемых пределах в течение всего периода эксплуатации и обеспечивали выпуск продукции заданной точности. Поэтому необходимо оценить заложенные изначально в конструкцию статические показатели качества станка и установить их возможные изменения под влиянием разнообразных процессов, действующих на его элементы при эксплуатации станка.

2. 1 Статические показатели качества станков

Геометрическая и кинематическая точность станков. Станок в первую очередь должен обеспечивать необходимую геометрическую точность всех его элементов, так как вследствие неточного расположения узлов и деталей станка и неточности основных направляющих элементов происходит нарушение тех геометрических траекторий, по которым перемещаются основные рабочие органы станка. Например, из-за погрешностей подшипников шпинделя или овальности его шеек происходит радиальное биение шпинделя, что искажает форму обрабатываемой детали в поперечном направлении. Другой пример, непрямолинейность направляющих скольжения приводит к искажению траектории перемещения суппортов и столов станка, это также искажает форму обработанной поверхности.

Далее, взаимное расположение оси шпинделя и поверхности стола, двух шпинделей (например, с инструментом и заготовкой), их

17

непараллельность или неперпендикулярность вызывают соответствующие погрешности при обработке детали.

Точность взаимного положения двух рабочих органов станка (например, шпинделя и стола) зависит от точности элементов той размерной цепи, которая связывает эти узлы. Так, отклонение оси шпинделя координатно-расточного станка от перпендикулярности к рабочей поверхности стола (рис. 4) зависит от соответствующих отклонений сопрягаемых поверхностей узлов станка:

.

Размерные цепи на рис.4 рассмотрены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. отклонение оси шпинделя от перпендикулярности к плоскости стола зависит от следующих факторов: непараллельности плоскости стола и направляющих станины и ; непараллельности привалочной поверхности под стойку и направляющих станины и , неперпендикулярности плоскости стойки для соединения со станиной и плоскости под блок направляющих шпиндельной бабки и , непараллельности направляющих бабки и опорной поверхности блока и непараллельности оси шпинделя и направляющих бабки и .

Рис. 4. Размерные цепи координатно-расточного станка

Из схемы видно, что при высоком допуске на неперпендикулярность оси шпинделя столу к точности взаимного положения узлов

18

станка предъявляются еще более строгие требования. Часто для этой цели применяют пригонку одного из звеньев в собранном станке, например, шабрят плоскости стойки, превращая звено размерной цепи в компенсатор. Достижение высокой геометрической точности станков, особенно прецизионных, является сложной технологической задачей, тесно связанной с конструкцией станка.

На нормы точности металлорежущих станков имеется ГОСТ, в котором указаны допустимые отклонения (погрешности) в работе различных типов станков и методы проверки всех основных элементов станка. Эти проверки характеризуют лишь геометрическую точность станка, без учета действующих усилий резания.

Наряду с геометрической, различают также и кинематическую точность элементов станка. Последняя необходима для характеристики тех станков, в которых форма обрабатываемой поверхности зависит не только от траекторий относительного перемещения инструмента и заготовки, но и от скоростей их взаимного движения. Например, если на токарно-винторезном станке нарезается резьба и суппорт перемещается по строго прямолинейной траектории, а шпиндель не имеет биения, то основные неточности на изделии возникают, если нарушается передаточное отношение между числом оборотов и перемещением суппорта. Точность кинематической цепи, которая в первую очередь зависит от качества зубчатых передач и ходового винта, определит точность обработки.

Кинематические ошибки в зуборезных, винторезных, зубо- и резьбошлифовальных станках существенно влияют на точность обработки.

В зуборезных станках на кинематическую точность в основном влияют погрешности изготовления и монтаж червячного колеса и червяка делительного механизма и других пар цепи деления. В результате возникают накопленная погрешность окружного шага разрезаемого колеса, погрешность профиля зуба и другие погрешности, характеризующие качество обработки.

Большое влияние на точность обработки на координатнорасточных и других станках оказывает точность измерительных и отсчетных устройств, предназначенных для перемещения стола, суппорта с изделием или инструментальной головки.

19

Геометрическая и кинематическая точность станков является необходимым, но не достаточным условием для обеспечения высокого качества станка. Для этого надо учитывать также сопротивляемость его узлов и деталей действию внешних и внутренних сил.

2.2 Статическая прочность узлов станка

Все узлы и детали станка должны обладать высокой прочностью, чтобы в течение всего периода эксплуатации не происходило их поломок. Поломка является следствием неправильного расчета и подбора материала или недопустимых методов эксплуатации.

Примерами поломок деталей станков из-за недостаточной прочности, заложенной при конструировании, могут служить поломки корпусных деталей суппортов, кронштейнов, траверс. Поломки могут быть также из-за брака в литье, из-за неправильной конструктивной формы или неправильных методов эксплуатации оборудования.

При расчетах деталей станков на прочность необходимо учитывать характер нагрузок, действующих на деталь, так как от этого зависят вид разрушения детали и методы ее расчета. Надо также помнить, что поломки деталей из-за усталостной прочности нередко встречаются в шпинделях и валах, зубчатых колесах и носят аварийный характер.

Статическая прочность определяет размеры лишь некоторых деталей станков: медленно вращающихся валов и шестерен, крепежных винтов, кронштейнов, некоторых неответственных корпусных деталей. Расчет на статическую прочность ведут с учетом допускаемых напряжений , величины которых выбирают в зависимости от материалов. Так, для пластических материалов (стали) их назначают с учетом отношения к пределу текучести ,а для хрупких мате-

этом коэффициенты запаса находятся обычно в пределах для термически необработанных и улучшенных сталей и для деталей из чугуна, работающих на изгиб.

Выносливость или усталостная прочность детали определяет размеры большинства конструкций станка, так как наличие перемен-

20