Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

Автоматизация мелкосерийного производства деталей достигается созданием станков с профаммным управлением (цикловьп^), в обоз­ начение моделей вводится буква Ц (или числовым буква Ф). Цифра после буквы Ф обозначает особенность системы управления; Ф1 — станок с цифровой индикацией (с показом чисел, отражающих, на­ пример, положение подвижного органа станка) и предварительным набором координат; Ф2 — станок с позиционной или прямоугольной системой; ФЗ — станок с контурной системой; Ф4 -- станок с универ­ сальной системой для позиционной и контурной обработки, например, модель 1Б732ФЗ — токарный станок с контурной системой ЧПУ.

По массе станки подразделяются на легкие — до 1 т, средние — до 10 т, тяжелые — свыше 10 т. Тяжелые станки делят на крупные — от 16 т до 30 т, собственно тяжелые — от 30 до 100 т, особо тяжелые — свыше 100 т.

Технико-экономические показатели станков. Для оценки качества станков пользуются системой технико-экономических показателей, наиболее важными из которых являются точность, производитель­ ность, надежность, экономическая эффективность, безопасность и удобство обслуживания. Имеют также значение универсальность, сте­ пень автоматизации, материалоемкость,габаритныеразмеры, патен­ тоспособность и другие показатели.

Точность станка характеризуется его способностью обеспечить форму, размеры, взаимное расположение с допустимыми отклонени­ ями, а также определенную шероховатость обработанных поверхностей изделия.

Производительность станка оценивают чаще всего числом деталей, которые можно изготовить в единицу времени при соблюдении требо­ ваний к точности (штучная производительность). Помимо штучной производительности пользуются также понятием «производительность резания». Она измеряется в CMVMHH. Штучная производительность зависит от производительности резания и затрат времени /'х на холостые ходы и 4 на вспомогательные операции, несовмещенные во времени с обработкой, например — на загрузку заготовок или выфузку деталей. Если /р — время резания, то продолжительность цикла обработки одной детали Г= /р + /х + 4- Тогда Q = //Г= //(/^ + 4 + О-

Повышение производительности станка достигается прежде всего увеличением скорости движения, глубины резания, числа одновремен­ но работающих инструментов, автоматизацией цикла работы.

Надежность станка является его свойством сохранять при правиль­ ной эксплуатации точность и производительность в заданных пределах, а также сохранять свои качества при правильном хранении и транс­ портировке. Надежность станка характеризуется рядом показателей. Экономическая эффективность определяется сравнением приведен­ ных затрат для нового и заменяемого станка. Приведенные затраты включают в себя себестоимость продукции, изготовляемой на станке,

10

и единовременные капитальные вложения (стоимость оборудования, здания и др.). Экономическая эффективность зависит в первую очередь от производительности станка. Повышение точности станка выгодно, так как благодаря этому устраняется ручная доводка, повышается долговечность или улучшаются другие эксплуатационные качества изготовляемых деталей.

Основные движения формообразования в станках различного типа

Величины, характеризующие основные движения. При изготовлении деталей на металлорежущих станках снятие припуска с заготовки инструментом осуществляется резанием. Прямолинейное поступатель­ ное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью в процессе резания, называется главным движением резания или просто главным движением (ГОСТ 25762—83). На главное движение затрачивается большая часть мощно­ сти привода станка. Главное движение может быть вращательным и поступательным. При вращательном движении оно характеризуется частотой вращения (либо шпинделя с заготовкой, либо шпинделя с режущим инструментом), при поступательном — частотой двойных ходов.

Например, у станков токарной фуппы главным движением явля­ ется вращение заготовки (рис. I, а —- б), частота вращения которой, п= 1000 V/nd мин"\ где К—скорость резания, м/мин; rf —диаметр заготовки, мм.

Иногда главное движение на станках получают в результате сложе­ ния движений. Например, при сверлении отверстий малого диаметра на токарных автоматах главное движение является результатом сложе­ ния вращений детали и сверла, которые вращаются в разные стороны (рис. 1, ж). Это объясняется тем, что для получения заданной скорости резания необходима большая скорость. В данном случае скорость резания определяется суммой частот сверла Ясв и детали Лд, т. е. V= =я^св(Лсв + А2д)/1000, м/мин.

При нарезании резьб на токарных автоматах методом «обгона» плашка вращается в том же направлении, что и заготовка, но при этом «пл > Лзаг (рис. 1, з). Тогда относительная частота вращения, которая определяет скорость резания резьбы, я = Лпл + ЛзагГлавное движение может быть получено и при разнородных движениях, например, при вращении детали со скоростью резания V поступательном движении резца с подачей S, например, при нарезании наружной и внутренней резьбы резцом (рис. 1, w).

Движением подачи называют относительное движение инструмента и заготовки, обеспечивающее совместно с главным движением фор-

11

Рис. 1. Виды главного движения и подач в металлорежущих станках

мообразование поверхности детали. Подачу определяют как величину перемещения инструмента относительно заготовки за один оборот (двойной ход) заготовки или инструмента (зависимые подачи на то­ карных, сверлильных и строгальных станках) или перемещение в единицу времени (независимые подачи на фрезерных и шлифовальных станках).

12

а) б)

Рис. 2. Круговое {а) и линейное {б) деление

В зависимости от направления движения инструмента по отноше­ нию к детали подачи делят на продольную дУ (рис. 1, д), поперечную Sn (рис. 1, б), радиальную Sp (рис. 1, в), круговую Sk (рис. 1, г). Кроме того, подачи могут быть осевыми (рис. \, ж)ъ сверлильных станках и вертикальными S^ в зубофрезерных станках (рис. 1,5).

Делительное движение — это движение, при котором осуществля­ ется поворот заготовки 1 на требуемый угол (рис. 2, а) или линейное перемещение заготовки относительно инструмента 2 на определенную величину, например, на шаг Р (рис. 2, б).

Движение обката — это согласованное движение между инструмен­ том и заготовкой, имеющее при формообразовании необходимое по­ следовательное положение, например, соответствующее зацеплению двух зубчатых колес (рис. 3, а). Это движение используется преимуще­ ственно при нарезании зубчатых колес методом обката на зубофрезер­ ных или зубодолбежных станках (рис. 3, б).

Дифференциальное движение алгебраически добавляется к какомулибо движению инструмента или заготовки. Понятие дифференциаль­ ного движения аналогично с математическим понятием «диффе­ ренциал», т. е. приращение. Суммировать можно только однородные движения: вращательное с вращательным, поступательное с поступа­ тельным. Для суммирования движений применяют дифференциальные механизмы. Дифференциальные движения применяются в затыловочных, зубофрезерных и других станках.

Вспомогательные движения подготавливают процесс резания, но сами в нем не участвуют. К таким движениям относят: отвод и подвод инструмента, зажим и разжим заготовки, установку и снятие инстру-

13

оо

X X

"Г т

Рис. 3. Обкат двух зубчатых колес (д), инструмента и заготовки (б)

мента, переустановку упоров на станке, изменение положения детали и т. д. Вспомогательные движения осуществляются либо вручную, либо от специальных приводов. В станкостроении обязательным условием сокращения ручного труда является автоматизация вспомогательных движений.

Назначение и типы приводов. Передачи, применяемые в приводах, и их передаточные отношения.

Условные обозначения элементов кинематических цепей

Приводом называется совокупность механизмов, передающих дви­ жение от источника энергии до элемента, выполняющего заданное движение в станке. В привод входят двигатель, механизм изменения передаточного отношения, механизмы включения, выключения и ре­ версирования движений. В станках применяют приводы вращательного (наиболее распространенный тип привода) и прямолинейного движе­ ния. Существуют приводы периодического движения рабочих органов на точно фиксированную величину (храповым механизмом, мальтий­ ским крестом, шаговым электродвигателем и т. д.).

Приводы станков подразделяют на ступенчатые и бесступенчатые. Ступенчатое изменение скоростей движения обеспечивается коробка­ ми скоростей или подач, ступенчатыми шкивами либо электроприво­ дом в виде многоскоростных асинхронных электродвигателей; бесступенчатое — электроприводом постоянного тока, гидроприво­ дом, механическим вариатором или комбинированным приводом (со­ четающим, например, регулируемый электродвигатель с коробкой скоростей или механический вариатор с многоскоростным асинхрон­ ным электродвигателем переменного тока). Современные станки с профаммным управлением имеют одиночные или многодвигательные приводы.

14

X

-м- •

Рис. 4. Передачи:

о — плоскоременная, ^—ременная со ступенчатыми шкивами, в — цепная, г — зубчатая, д — зубча­ тая коническая, е — червячная, ж — реечная, з — червячно-реечная, и — передача винт-гайка

Передача от двигателя на ведущий вал механизма осуществляется ременной или зубчатой передачей, а также непосредственным соеди­ нением валов электродвигателя и механической передачи (встроенные электродвигатели). В механизмах изменения скоростей движения, включения, выключения и реверсирования передача движения произ­ водится через ременные, цепные, зубчатые, винтовые, червячные.

15

фрикционные или гидравлические связи. В механизмах подачи — через шариковые винтовые пары или пары винт-гайка скольжения и безлюфтовые редукторы, электромеханические и гидромеханические свя­ зи.

Основной задачей при выборе параметров и характеристик привода является обеспечение технологических режимов обработки детали с допустимыми геометрическими погрешностями и шероховатостью по­ верхности при максимальной производительности и минимальной себестоимости обработки. Особенностью работы современных элект­ роприводов главного движения в станках с ЧПУ является совмещение операций в технологических циклах обработки деталей, характерных как для механизмов главного движения, так и для механизмов подачи.

Условные обозначения элементов различных механических передач стандартизированы и приведены на рис. 4.

Каждая передача содержит ведущее и ведомое звенья. Ведущее звено сообщает требуемое движение ведомому звену. Основным кине­ матическим параметром, определяющим соотношение движений меж­ ду звеньями, является передаточное число, которое для вращательных передач равно отношению частоты вращения ведущего вала rii к частоте вращения ведомого Л2, / = «iMДля понижающих передач / > 1, для повышающих /< 1. Так как окружные скорости, например, двух за­ цепляющихся зубчатых колес (рис. 4) одинаковы К= я^2 = ттцхПх = =пт12П2, то передаточное число можно записать в виде отношения диаметров для ременных и фрикционных передач (рис. 4, а) или чисел зубьев для цепных зубчатых передач (рис. 4, в — е), / = Пх/п2 = dx/di = ^Zx/Zi = Г1/Г2, где dx{rx) и ^2(^2) — диаметры (радиусы) ведущего и ведомого колеса (для зубчатых колес диаметры делительных окружно­ стей); Zi и ^ — числа зубьев колес.

При расчете движений в передачах пользуются передаточными отношениями /, так как чаще требуется определять частоту вращения ведомого вала, которая для ременных и фрикционных передач Лг =

={nxdx)/d2 = {пхГх)/г2, для зубчатых передач П2 = rixZx/Zi.

Для изменения частоты вращения ведомого вала применяют пере­ дачи, содержащие передвижные блоки зубчатых колес. В блоке чаще всего два или три колеса, реже — четыре. Блоки применяют в качестве ведущих и ведомых звеньев. На рис. 5 показана передача с двух- и трехвенцовыми блоками. Двухвенцовый блок с зубчатыми колесами Zx и Z3 может перемещаться вдоль вала / и последовательно зацепляться с колесами Z2 и Zi, жестко установленными на валу //. Передаточное отношение между валами /и ///ц = Zx/Z^ и /2 = Zi/Z^. При этом на валу //подвижный трехвенцовый бок с зубчатыми колесами Z^,Zn,Z^ может последовательно зацепляться с колесами Ze, Zs и Zxo и обеспечивать между валами / / и /// передаточные отношения /з = ZS/Z^JA = Z7/Z8, /5 = Z^/ZxQ. Так как для каждого значения / между валами / и // можно получить два передаточных отношения, а между валами II и III три,

16

ii±

«;

^2

II

+х X х[х]

LPs

^;

Рис. 5. Зубчатые передачи

ТО, следовательно, между валами // и /// посредством передвижных блоков можно обеспечить шесть различных передаточных отношений или шесть частот вращения вала ///при постоянной частоте вращения вала /.

Размещение колес на валах в зависимости от ширины венца b блоков показано на рис. 5, а. Для ввода в зацепление колеса Zs тройного бока с колесом 2^ необходимо, чтобы блок свободно проходил мимо

17

колеса 2^, не зацепив его колесом Д. Это возможно, если Zy — .^ > 5. В противном случае необходимо применять схему передачи, показан­ ную на рис. 5, б. На рис. 5, в показана передача с перебором. Вал / может получать вращение от колеса Zs при вращении кулачковой муфты колес Zi и 2^. При включенной муфте и зацеплении колеса ZA с Z^ вращение на вал / передается через зубчатые колеса Zi/2^, вал // и колеса Z3/Z4.

Передачи с передвижными блоками с кулачковыми муфтами про­ сты по конструкции, надежны в эксплуатации и удобны в управлении, но не допускают переключения при вращении и имеют большие размеры в осевом направлении. На рис. 5, г приведена передача, которая лишена этих недостатков. Колеса ^ и Z4 свободно установлены на валу // и постоянно находятся в зацеплении с колесами Zi и ^ , жестко закрепленными на валу /. Передача движения валу //от вала / происходит при включении фрикционной двусторонней муфты, кото­ рая жестко соединяет с валом // колеса ^ и Д. В этом случае частоту вращения можно менять на ходу.

Передача с двумя обратными конусами, набранными из зубчатых колес, и вытяжной шпонкой обеспечивает арифметический ряд частот вращения (рис. 5, д, е). На ведущем валу /жестко установлены зубчатые колеса Zi, Z3, Z5, Zj, которые находятся в постоянном зацеплении с колесами Z^, Д, 2^, ^ , свободно установленными на валу // Вытяжная шпонка /, установленная в пазу вала //, при движении вдоль оси вала, западает в шпоночный паз одного из зубчатых колес и соединяет его с валом. В этом случае передаточное отношение будет одной из

зубчатых передач Z1/Z2, Z^/ZA, Zs/Ze, Z^/Z^, которая передает вращение валу //. Достоинством передачи является компактность, а недостат­ ком —- малая жесткость.

С целью изменения частоты вращения ведомого вала для понижа­ ющих или повышающих передач применяют планетарные передачи из цилиндрических и конических зубчатых колес. Планетарными зубча­ тыми передачами называют передачи, имеющие зубчатые колеса с движущимися осями. Зубчатые колеса, установленные на движущихся осях, называют планетарными или сателлитами. Подвижное звено, в котором установлены оси сателлитов, называют водилом. Колесо, по которому обкатывают сателлиты, называют центральным или солнеч­ ным.

На рис. 6 показана планетарная передача из цилиндрических зубчатых колес, применяемая в приводе медленных подач стола уни­ версального заточного станка ЗВ642. В ней ведущим валом является маховик 7, соосно расположенный с неподвижным центральным ко­ лесом Zi = 19. В корпусе маховика установлены на одной оси плане­ тарные колеса ^ = 1 9 и Z3=18. Колесо ^ = 19 зацепляется с неподвижным центральным колесом Д = 19, а колесо ^ = 18 — с колесом Д = 20, жестко установленным на ведомом валу 2 с реечной шестерней Z= 14, зацепляемой с установленной на столе рейкой 3{т =

18

ки и шестерни. Линейное перемещение рейки S за один оборот шестерни с числом зубьев Z составит S= nmzPz'^nd, где Р— шаг зубьев реечной передачи в мм; d — диаметр делительной окружности реечной шестерни в мм; т — модуль в мм. Червячно-реечную передачу, состоящую из червячной рейки, и передачу винт-гайка применяют для медленных и точных приводов подач (например, для перемещения стола продольно-фрезерного или строгального станков).

19