Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

.pdf
Скачиваний:
530
Добавлен:
10.08.2013
Размер:
13.27 Mб
Скачать

Удвоение позволяет использовать в качестве привода двухскоростные двигатели переменного тока. Для того чтобы ряды одновременно соответствовали принципам бив, необходимо, чтобы: ф = Ш = -^2 . Логарифмируя, получим 1§ф= 1/а • IglO = l/b • lg2 и, следовательно, b = 0,3 а. Для основного ряда принято значение фтш = Ю* = =

=' ^ .

Нормальные ряды чисел в станкостроении приведены в табл. 3. Их значения принимают в качестве чисел оборотов шпинделей, подач, мощностей и т. д. Стандартные значения, полученные на основе указанных принципов, представлены в табл. 4.

4. Стандартные значения чисел

Ig

а с

b-d

1

Ig

 

а- с

 

b-d

0,41814

35. 90

75-110

 

0,42036

45-65

70 110

0,41814

35-90

65 • 127

 

0,42063

45 75

70 127

0,41860

35-85

65 . 120

 

0,42083

25 85

70 80

0,41877

30-95

65-115

 

0,42473

20 55

45 65

0,41908

30 • 127

105 • 100

1

0,42477

35 65

55 ПО

0,41913

40

105

0,42486

35

105

85

115

0,41934

25-80

50-105

1

0,42488

25 100

70 95

0,41951

45-55

65 100

 

0,42502

25 115

85 90

0,41972

25 - 105

60 115

 

0,42504

25 105

55 127

0,42003

20115

55 ПО

 

0,42507

55 55

70 115

0,42010

25-65

45 95

 

0,42540

25 95

55 115

0,42011

35-60

65 85

 

0,42559

55 65

75 127

0,42022

20-95

50 100

 

 

 

 

 

 

1.2. ТИПОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Несукцие системы металлорежущих станков. Несущие или базовые детали металлорежущих станков служат для создания требуемого про­ странственного размещения узлов, несущих инструмент или обраба­ тываемую заготовку, и обеспечивают точность их взаимного расположения под нагрузкой. Совокупность базовых деталей между инструментом и заготовкой образуют несущую систему станка.

К базовым деталям относят станины, основания, колонны, стойки, поперечины, ползуны, траверсы, столы, каретки, суппорты, планшай­ бы, корпуса шпиндельных бабок и т. п.

По форме базовые детали металлорежущих станков могут быть условно разделены на три группы: брусья-детали, у которых один габаритный размер больше двух других; пластины — у которых один

30

размер значительно меньше двух других; коробки — габаритные раз­ меры одного порядка.

Направляющие обеспечивают правильность траектории движения заготовки или инструмента и точность узлов станка. Во многих случаях направляющие выполняют как одно целое с базовыми деталями. Базовые детали и направляющие должны иметь:

высокую первоначальную точность изготовления всех ответст­ венных поверхностей для обеспечения требуемой геометрической точ­ ности станка;

высокие демпфирующие свойства, т. е. способность гасить колебания между инструментом и заготовкой от действия различных источников вибраций;

высокую жесткость, определяемую конкретными деформация­ ми подвижных и неподвижных стыков, местными деформациями и деформациями самих базовых деталей;

долговечность, которая выражается в стабильности формы ба­ зовых деталей и, способности направляющих сохранять первоначаль­ ную точность в течение заданного срока эксплуатации.

Кроме того, базовые детали должны иметь малые температурные деформации, из-за которых могут происходить относительные смеще­ ния заготовки и инструмента, а направляющие должны обладать малой величиной и постоянством сил трения, так как от этого зависит точность позиционирования узлов станка. Перечисленные основные требования, предъявляемые к базовым деталям и направляющим стан­ ков, могут быть удовлетворены правильным выбором материала, а также конструктивными принципами, которые являются общими, несмотря на многообразие форм базовых деталей.

Конструирование базовых деталей — это поиск компромиссного решения между противоречивыми требованиями: создание конструк­ ций жестких, но имеющих малую массу; простых по конфигурации, но обеспечивающих высокую точность и дающих экономию материала, учитывающих при проектировании литых конструкций возможности технологии сварных конструкций.

Для определения точности изготовления базовых деталей и, в частности, коробки скоростей, задней бабки, станины, суппортной группы (для токарно-винторезного станка) необходимо в первую оче­ редь знать заданную точность обработки поверхностей деталей. На рис. 9 приведена конструкторская размерная цепь, позволяющая опреде­ лить точность изготовления базовых деталей токарного станка в зави­ симости от требуемой точности обработки поверхностей детали. Размерная цепь состоит из следующих звеньев: А1 — расстояние от основания задней бабки до оси центра задней бабки (приведена укрупненная схема размерной цепи токарного станка), А2 — толщина основания задней бабки; звено A3 — расстояние от основания коробки скоростей станка до оси центра передней бабки, А — величина несов-

31

^4I <и. ^

 

a)

 

^^ .

ВД

 

 

^-n

/

• • • —Л .

 

Рис. 9. Схемы размерных связей поверхностей

падения центров передней и задней бабок. От величины АА и будет зависеть точность обработки на стенке. По техническим требованиям для токарных станков нормальной точности величина несоосности центров не должна превышать 0,02 мм. Отсюда, зная величину У4А (0,02 мм), можно определить допуски на изготовление базовых деталей токарного станка, используя при сборке станка один из пяти методов достижения точности: полной взаимозаменяемости, неполной или частичной взаимозаменяемости, групповой взаимозаменяемости, при­ гонки или регулировки.

Станины и направляющие станин. Основными базовыми деталями станков являются станины. В зависимости от положения оси шпинделя станка и направления перемещения подвижных частей они делятся на горизонтальные (станины) и вертикальные (стойки) (рис. 10).

Станина является основанием станка, от прочности, жесткости и износостойкости которой зависит качество его работы. Станина дол­ жна обеспечивать правильное взаимное положение узлов и частей станка на его базирующих поверхностях. Последние несут на себе неподвижные и подвижные узлы. Поверхности, несущие подвижные части станка, называются направляющими. Форма и конструкция станка зависят от расположения направляющих (горизонтальные, вер-

32

n •" • Q

^вммшшшв^

i

cm

^ ^ ^ ^Ш^

^ ^ ^ ^ ^

a)

 

 

6)

Рис. 10. Станины станков:

 

 

a — горизонтальная, б — вертикальная

тикальные, наклонные), от веса, размеров и длины ходов основных частей и узлов станка, необходимости размещения внутри станины различных механизмов и агрегатов.

Станины большинства станков получают литьем из серого чугуна различных марок (СЧ-32; СЧ-21; СЧ-15). Получает распространение также модифицированный чугун МСЧ-38 и МСЧ-28, более износо­ стойкий, допускающий меньший отбел, что дает возможность отливать детали с наибольшей толщиной стенок 5—7 мм. Применяют также сварные стальные конструкции станин (в единичном производстве). При равной жесткости с чугунными литыми станинами они имеют меньший вес (до 2 раз), большую износостойкость. Сварные станины дешевле литых. Для сварных станин применяются стали марок Ст 3, Ст 4. Для снятия внутренних напряжений станины перед механической обработкой подвергаются естественному или искусственному старе­ нию.

Направляющие являются наиболее ответственной частью станины

ислужат для обеспечения прямолинейного или кругового перемещения подвижных элементов станка. Различают направляющие скольжения

икачения. Основные конструктивные формы направляющих сколь­ жения приведены на рис. 11. Они делятся на охватываемые и охваты­ вающие. Охватываемые направляющие имеют выпуклый профиль, на котором плохо удерживается смазка, но они просты в изготовлении и на них не задерживается стружка. Поэтому их применяют для переме­ щения со скоростью подачи суппортов, столов, бабок в токарных, фрезерных, сверлильных и других станках. Охватывающие направля­ ющие имеют вогнутый профиль, который хорошо удерживает смазку, но требует хорошей и надежной защиты от попадания стружки и загрязнений. Их применяют при высоких скоростях скольжения в шлифовальных, карусельных, продольно-строгальных и других стан­ ках. По профилю направляющие делятся на прямоугольные, призма­ тические, типа «ласточкин хвост» и круглые. В станках часто

33

Охватываемые

Рис. 12. Направляющие скольжения комбинированные

используют комбинированные направляющие (рис. 12), одна из кото­ рых выполнена плоской, а другая призматической, при этом для восприятия опрокидывающих моментов они снабжены прижимными планками 7, которые крепятся к каретке 2

Все большее распространение находят направляющие качения в средних и легких станках с ЧПУ, в координатно-расточных станках, в шлифовальных, копировальных и др. Основным преимуществом на­ правляющих является малая сила сопротивления движению, в 15—20 раз меньше, чем в направляющих скольжения, отсутствие скачков при скоростях движения менее 12 мм/мин, высокая точность установочных перемещений, беззазорность и долговечность. Однако при изготовле­ нии они требуют значительных затрат, качественной и точной обра­ ботки рабочих поверхностей и надежной их защиты.

Направляющие качения в зависимости от вида тел качения делятся на шариковые (рис. 13, а) и роликовые (рис. 13, б, в, д, е); от расположения тел качения —на незамкнутые (рис. 13, а, б, в) и замкнутые (рис. 13, г, д, ё). В незамкнутых направляющих разъедине­ нию основных сопрягаемых поверхностей препятствует, в основном, сила тяжести подвижного узла, роликовые направляющие имеют же-

34

Рис. 13. Направляющие качения

сткость в 2,5—3,5 раза и несущую способность в 20—30 раз больше шариковых при тех же размерах.

Наибольшее распространение получили закаленные направляющие из цементируемой стали 20Х и хромистых шарикоподшипниковых сталей ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ, с твердостью 60—62 HRC и из чугуна СЧ21 с твердостью 200-250 НВ.

Для защиты направляющих от механических повреждений и попа­ дания на рабочую поверхность загрязнений применяют защитные устройства, выполненные в виде щитков, стальных лент, гофр.

Направляющие, у которых к сопряженным поверхностям в специ­ альной проточке подается масло или воздух под давлением с целью создания постоянного масляного или воздушного слоя по площади контакта, называют гидроили аэростатическими направляющими.

Гидростатические направляющие преимущественно применяют в тяжелых станках. Для улучшения качества металлорежущих станков необходимы элементы, имеющие высокую жесткость и нагрузочную способность, высокий КПД, минимальный износ при отсутствии зазоров, высокую плавность перемещений и точность позиционирова­ ния, а также способность длительного сохранения первоначальной точности. Перечисленным требованиям в наибольшей степени отве­ чают направляющие передачи с гидростатической смазкой, т. е. гид­ ростатические направляющие. Гидростатические направляющие создают масляную подушку по всей площади контакта направляющих. Точность движения узла по гидростатическим направляющим дости­ гается поддержанием относительного постоянства толщины масляного слоя при изменяющейся нагрузке и изготовлением направляющих с высокой точностью.

Применение самоустанавливающихся плавающих опор позволяет преодолеть технологические трудности при изготовлении точных на-

35

 

А'А

правляющих прямолинейно­

 

 

го движения,

имеющих две

 

 

параллельные

поверхности

 

 

большой протяженности, а

 

 

также избежать опасности их

 

 

повреждения

вследствие за-

 

 

диров и больших тепловых и

 

 

силовых деформаций.

Воздух

от пневмосети

Разделения трущихся по­

 

 

верхностей в

аэростатиче­

Г

Т.

ских направляющих доби­

ваются подачей в карманы

воздуха под давлением. В ре­

+--#—+

зультате между сопряженны­

ми поверхностями направ­

 

 

ляющих образуется воздуш­

 

 

ная подушка. По конструк­

 

м

ции аэростатические направ­

 

ляющие напоминают гидро­

 

в

статические. Рабочую повер­

 

хность направляющих делят

Рис. 14. Аэростатическая опора:

на несколько секций, в кото­

Р— нагрузка на направляющую, ^ — диаметр отверстия,

рых располагаются карманы

h — зазор между направляющими, L, В— размеры на­

правляющей, Li — длина кармана

(рис. 14). Подвод и распреде­

ление воздуха к каждой сек­ ции независимые. Недостатки аэростатических опор и направляющих по сравнению с гидростатическими заключаются в малой нагрузочной способности, невысоком демпфировании колебаний, так как вязкость воздуха на четыре порядка меньше вязкости масла, а также в низких динамических характеристиках, склонности к отказам из-за засорения магистрали и рабочего зазора.

Преимущества аэростатических направляющих состоят в том, что они при движении обеспечивают низкий коэффициент трения, а при отключении подачи воздуха очень быстро создается контакт поверх­ ностей с большим трением, обеспечивающий достаточную жесткость фиксации узла станка в заданной позиции. Отпадает необходимость в фиксирующих устройствах,. в которых нуждаются гидростатические направляющие.

В аэростатических направляющих воздух подводят под избыточным давлением 0,2—0,4 МПа. Аэростатические направляющие используют в прецизионных станках, в которьгх малы силы резания и необходимо точное позиционирование.

Коробки скоростей. Коробкой скоростей называют механизм, пред­ назначенный для ступенчатого изменения частоты (скорости) враще­ ния ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего путем

36

изменения передаточного числа. Это изменение достигается вращени­ ем различных зубчатых кинематических пар между валами. Коробки скоростей должны обеспечивать стандартный ряд частот вращения шпинделя.

Коробки скоростей компактны, удобны в управлении и надежны в работе. К недостаткам коробок скоростей относятся трудность или невозможность бесступенчатого регулирования частот вращения, воз­ никновения вибраций и шума на некоторых частотах. Существует большое число различных конструкций коробок скоростей, однако все они представляют собой сочетание отдельных типов механизмов.

По компоновке коробки скоростей разделяются на коробки с зубчатыми колесами, встроенными в шпиндельную бабку, и коробки скоростей с раздельным приводом, когда шпиндельная бабка и коробка скоростей выполняются в виде отдельных узлов, соединенных ремен­ ной передачей.

По способу переключения коробки скоростей бывают со сменными зубчатыми колесами между валами и неизменным межосевым рассто­ янием, с передвижными колесами или блоками колес, с непередвигаемыми вдоль валов колесами и кулачковыми муфтами, с фрикционными муфтами, с электромагнитными муфтами и с комби­ нированным переключением. Коробки скоростей выполняются в за­ крытом корпусе, зубчатые колеса работают в масляной ванне. Такая конструкция предохраняет механизмы от загрязнения, обеспечивает обильное смазывание и хорошее охлаждение механизмов, повышает КПД коробки скоростей.

Коробки скоростей со сменными зубчатыми колесами применяют для ступенчатого регулирования частот вращения выходного вала. На рис. 15 показаны основные схемы коробок скоростей.

Схема двухваловой коробки со скользящим блоком зубчатых колес Z\ и Zs, расположенных на валу /со шлицами, показана на рис. 15, а. Зубчатые колеса 2^ и 2i установлены на валу //неподвижно. Расстояние между колесами ^ и 2^ должно быть немного больше длины / подвижного блока колес, при этом зубчатые колеса Д и Д и колеса Zi и Д выведены из зацепления. При переключении зубчатых колес непременным условием является их остановка. Схема на три частоты вращения изображена на рис. 15, б. Схема на четыре частоты вращения показана на рис. 15, в. На валу /расположены два подвижных блока, состоящие соответственно из колес Z\ и Zi\ Zs и Zq, на валу //-- неподвижные зубчатые колеса ^ , Z4, 2^, Z^. Передвижение блоков обеспечивает зацепление зубчатых колес Zi с 2^, Z3 с Д, ^ с Д, ^ с ^. Особенностью этой схемы является необходимость предусмотреть блокировку, которая исключит возможность одновременного включе­ ния двух пар колес. Блокировочное устройство может быть конструк­ тивно выполнено как механически, так и с применением гидравлики.

Варианты трехваловых коробок скоростей на четыре частоты вра-

37

/

^3 Zs

Z, г.

Я

/

 

 

Zp

а)

А В

 

Ir'' '^'

"^h ?3 11 ?7,^

Я/

• ^ ^

в;

к^

2,

б)

^ 1

<?;

IX Г п ^

 

г. /

 

/

 

пхНхрггг

IV

Кг

In я/

IX

/>' \ \

5;

Рис. 15. Основные схемы коробки скоростей

щения (рис. 15, г — з) состоят из двух последовательно расположенных элементарных коробок скоростей на две частоты вращения. Для осу­ ществления непрерывного процесса резания с постоянной мощностью

38

и скоростью при изменении частоты вращения шпинделя во всех диапазонах применяют коробки скоростей с автоматическим переклю­ чением ступеней (АКС), электромагнитными или гидравлическими муфтами. Коробки АКС выпускаются нескольких типоразмеров и используются в ряде станков с ЧПУ.

Коробки скоростей характеризуются следующими основными ха­ рактеристиками: диапазоном регулирования, числом ступеней и зна­ менателем геометрического ряда.

Передачи в коробках скоростей обычно проектируют в виде ряда двухваловых механизмов с переключаемыми муфтами и с блоками из двух или трех зубчатых колес. Поэтому число ступеней коробки равно произведению множителей 2 и 3, что позволит составить структурную формулу частот передач 5=2^^- 2^^, где Е1 — число переключаемых муфт и двойных блоков, Е2 — число тройных блоков. По этой формуле можно получить следующие значения частот вращения шпинделя « = 2, 3, 4, 6, 8, 9, 12, 16, 18, 24, 27, 32 и т. д.

Диапазоном Д регулирования коробки скоростей называется отно­ шение максимальной частоты вращения ведомого вала к минимальной частоте вращения ведомого звена: Д= «тах/ЛтшВеличины знаменате­ лей геометрического ряда частот вращения шпинделя коробки скоро­ стей приведены в табл. 3.

Шпиндельные механизмы. Шпиндель — вал металлорежущего станка, передающий вращение режущему инструменту, закрепленному в нем или обрабатываемой заготовке. Средненагруженные шпиндели изготавливают 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.

Конструктивная форма шпинделей зависит от способа установки на нем зажимных приспособлений, для крепления режущего инстру­ мента или обрабатываемой заготовки, посадок элементов привода и типов применяемых опор. Шпиндели, как правило, изготовляют со сквозным отверстием для прохода прутка. Передние концы шпинделей станков общего назначения стандартизированы.

В качестве опор шпинделей станков применяют подшипники качения и скольжения. Шпиндельные узлы должны обладать высоким качеством. Поэтому подшипники качения, используемые в опорах шпинделей, должны быть высоких классов точности. Выбор класса точности подшипника определяется допуском на биение исполнитель­ ных поверхностей шпинделя (коническое отверстие и базирующие поверхности для установки патронов, для крепления инструмента и заготовок), который зависит от требуемой точности обработки. Обычно в передней опоре используют более точные подшипники, чем в задней.

Конструктивное оформление шпиндельных узлов разнообразно. На

39