Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

Рис. 16. Устройство пе­ редней опоры шпинделя токарного станка:

/, 2—гайка, J—устройство предварительного натяга упорных подшипников, 4 — упорный подшипник, 5 — втулка, 6 — внутреннее коль­ цо подшипника, 7—лаби­ ринтные уплотнения, 8 — шпиндель

рис. !6 показан шпиндельный узел токарно-винторезного станка. В передней опоре шпинделя предусмотрен механизм предварительного натяга, который позволяет компенсировать износ деталей шпиндель­ ного узла.

Предварительный натяг осуществляется различными способами, в радиально-упорных шарикоподшипниках и конических роликовых подшипниках при парной установке предварительный натяг получают регулировкой во время сборки, а в радиальных шарикоподшипниках — смещением внутренних колец относительно наружных. На рис. 17 представлены конструктивные способы создания предварительного натяга шарикоподшипников вследствие сошлифовывания торцов внутренних колец (рис. 17, а), установки распорных втулок между кольцами (рис. 17, б), применения пружин, обеспечивающих постоян­ ство предварительного натяга (рис. 17, в). На рис. 17, г показан способ создания предварительного натяга вследствие деформации внутреннего кольца при установке его на конической шейке шпинделя в ролико­ подшипниках с цилиндрическими роликами.

Подшипники скольжения, применяемые в качестве опор шпинде­ лей, бывают нерегулируемые (применяют их редко), с радиальным, осевым регулированием зазора, гидростатические (в них предусматри­ вают подвод масла под давлением в несколько карманов, из которых оно вытесняется через зазор между шейкой шпинделя и подшипни­ ком), гидродинамические и с газовой смазкой.

В прецизионных станках используют гидростатические подшипни­ ки, которые создают высокую точность вращения шпинделя. Их несущая способность, жесткость и точность зависят от величины зазоров, давления, схемы опоры. На рис. 18, а показана конструкция гидростатической опоры. Масло под давлением подводится в карманы

40

Рис. 17. Способы создания предварительного натяга подшипников качения

1 через отверстие 2. При вращении шпинделя масло вытесняется из этих карманов через зазор между шейкой и подшипником и из отверстия J в резервуар. При увеличении внешней силы, стремящейся уменьшить зазор, возрастает давление масла в резервуаре и зазор восстанавливается. Гидростатические подшипники стабилизируют ре­ жим трения со смазочным материалом при самых малых скоростях вращения.

Самоустанавливающийся гидродинамический подшипник сколь­ жения, применяемый в шлифовальных станках, показан на рис. 18, б. В обойме 4 расположены пять самоустанавливающихся вкладышей. Каждый вкладыш 5 имеет одну сферическую опору в виде штыря 3. Штыри закрепляют в обойме 2 винтами 8 с шайбами 7, проходящими через крышку 7. Между крышкой и обоймой предусмотрены уплотнительные кольца 6, Вкладыши самоустанавливаются сферическими опорами в направлении вращения шпинделя и в направлении его оси. Это создает надежные условия трения со смазочным материалом в опоре и устойчивые масляные клинья, а также позволяет избежать кромочных давлений, вызываемых несоосностью рабочих поверхно­ стей, упругими или тепловыми деформациями шпинделя. Конструкция подшипников обеспечивает высокую точность вращения шпинделя вследствие центрирования его гидродинамическими давлениями, ко­ торые возникают в нескольких зонах по окружности.

Коробки подач. Коробки подач предназначены для сообщения вращения ходовому валику и ходовому винту токарного станка, фре­ зерного станка и др.

41

Рис. 18. Гидростатические опоры:

д —схема гидростатической опоры, ^—схема самоустанавливающегося гидродинамического под­ шипника скольжения

Коробка подач в большинстве случае получает движение от шпин­ деля станка или от отдельного электродвигателя. Значения подач должны обеспечить требуемые параметры шероховатости обрабатыва­ емой поверхности, а также высокую стойкость инструмента и произ­ водительности станка.

Коробки подач бывают с зубчатыми передачами; со сменнь»1И колесами при постоянном расстоянии между осями валов; с передвиж­ ными колесами и блоками колес; со встроенными ступенчатыми конусами (наборами) колес и втяжными шпонками; с накладным колесом; с гитарами сменных колес; с механизмами типа «меандр».

Коробки подач со встроенными конусами колес и вытяжными шпонками (рис. 19, а) компактны, дают возможность расположить в одной группе до Ш передач, в том числе и с косозубыми колесами. Коробки подач с выгяжными шпонками применяют в небольших по габаритам станках.

Коробки подач с накидным колесом (рис. 19, б) широко применяют в коробках подач станков высокой точности. Недостатки таких коро­ бок — низкая жесткость и точность сопряжения включенных колес, возможность засорения передачи при наличии выреза в корпусе ко­ робки. Механизмы типа «меандр» (рис. 19, в) состоят из ряда одина­ ковых блоков по два зубчатых колеса и передвижной каретки с накидным колесом на третьем валу. Преимущество такого механизма

— большой диапазон регулирования; недостаток — вращение всех бло­ ков колес, в том числе и колес, не участвующих в передаче движения.

Находят применение также коробки подач в виде гитар сменных зубчатых колес. Гитара — узел станка, предназначенный для измене-

42

ния скорости подачи. Гитары сменных колес дают возмож­ ность настраивать подачу с лю­ бой степенью точности. Они позволяют изменять передаточ­ ные отношения до /mi„ = 1/8. Ги­ тары бывают двухпарные и трехпарные. Каждую гитару снабжают определенным комп­ лексом сменных зубчатых колес. Например, для токарно-винто- резных станков рекомендуется комплект сменных зубчатых ко­ лес из Z = 20, 24, 25, 28, 30, 32, 36, 40, 44, 45, 48, 50, 55, 60, 65, 68, 70, 71, 72, 75, 76, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 113, 120, 127.

Характерным для редукто­ ров в приводе подач станков с ЧПУ является отсутствие зазо­ ров в зубчатых передачах. Это достигается радиальным сбли­ жением прямозубых зубчатых колес, сидящих на двух валах или осевым сближением двух косозубых колес, сидящих на одном валу и сцепляющихся с широким колесом другого вала или разворотом двух колес од­ ного вала.

Бесступенчатые приводы. Бесступенчатые приводы применяют для плавного и непрерывного регулирования частоты вращения шпинделя или подачи. Они позволяют получить наивыгоднейшие скорости ре­ зания и подачи при обработке различных деталей. Кроме того, они дают возможность изменять скорости главного движения или подач во время работы станка без его остановки. В станках применяют следую­ щие способы бесступенчатого регулирования скоростей главного дви­ жения и движения подачи.

Электрическое регулирование производится изменением частоты вращения электродвигателя, который приводит в движение соответст­ вующую цепь станка. В частности, частота вращения ротора асинхрон­ ного короткозамкнутого электродвигателя п = [/60 • (1 — *S)]/P, ще/-- частота переменного тока, Гц; Р —- число пар полюсов статора элект­ родвигателя; S — скольжение ротора. В металлорежущих станках ши-

43

роко применяют способ регули­ рования частоты вращения путем изменения числа пар полюсов.

Частоту вращения ротора электродвигателя постоянного тока регулируют тремя способа­ ми: изменением сопротивления цепи якоря, изменением подво­ димого к электродвигателю на­ пряжения, изменением магнит­ ного потока. Частота вращения ротора электродвигателя может изменяться также с помощью си­ стемы генератор-двигатель.

Гидравлическое регулирова­ ние применяют главным образом для регулирования скоростей прямолинейных движений (в строгальных, долбежных, про­

тяжных станках), реже — для регулирования вращательного движения

спомощью гидромоторов при изменении расхода жидкости (гидрав­ лическое регулирование скоростей и подач изложено ниже).

Бесступенчатое регулирование скоростей или подач может осуще­ ствляться с помощью механических вариаторов. Большинство механи­ ческих вариаторов, применяемых в станках,— фрикционные.

Привод с раздвижными конусами (рис. 20) работает следующим образом. От шкива ^на валу 1 вращается два ведущих конуса /, на валу

//находятся два таких же ведомых конуса 5. Передача между валами осуществляется клиновидным ремнем 2 с деревянными накладками 3

снаружной стороны или широким ремнем соответствующего профиля. Для изменения частоты вращения вала // рычагами 4, проворачиваю­ щимися вокруг осей Ом Ох, сближаются или раздвигаются конусы на валу / и соответственно раздвигаются или сближаются конусы на валу //. Поворачивая маховик 7 через винт 6 с правой и левой резьбой, поворачивают рычаги 4.

Уторцового вариатора (рис. 21) передаточное отношение зависит от наклона роликов, при повороте которых изменяются радиусы контакта роликов с ведущей и ведомой фрикционными чашками. Передаточное отношение такого вариатора определяется / = dx/di, а частота вращения ведомого вала определяется выражением пг = «1^1/^2.

Механизмы управления станками. В процессе работы на металло­ режущих станках необходимы движения, осуществляющие функции управления. К ним следует отнести включение и выключение привода главного движения и подачи, подвод и отвод инструмента, установку

44

Рис. 21. Торцовый вариатор

режущего инструмента в положение, обеспечивающее получение за­ данного размера детали.

Кроме того, при работе приходится совершать движения, связанные с установкой и закреплением заготовок, контролем размеров изготав­ ливаемой детали, периодическим поворотом столов, револьверньгх головок, реверсированием исполнительных узлов станков и др. В подавляющем большинстве случаев это сводится к перемещению подвижных элементов: зубчатых колес, муфт, гидравлических, пнев­ матических и электрических устройств, органов зажима и др.

Системы управления станками (СУ) разнообразны. Они состоят из трех частей:

1. Управляющего органа (датчика), получающего команду на за­ данное движение. 2. Исполнительного органа (приемника), осуществ­ ляющего это движение согласно команде. 3. Промежуточного устройства, передающего команду от управляющего органа к испол­ нительному.

По принципу действия СУ можно разделить на ручные и автома­ тические.

В качестве исполнительного механизма чаще всего применяют винтовые и реечные пары, рычаги и другие элементы. На рис. 22 показаны некоторые устройства, предназначенные для перемещения зубчатых колес. В рьиаге 2(рис. 22, а), на цапфе 5смонтирован сухарь 4, который заходит в выточку на ступице колеса 7. При повороте вала 5 рычаг перемещает колесо вдоль его оси.

Ползун 4 (рис. 22, б) движется по направляющим 7 и с помощью рычага 3 перемещает колесо 2 В данном случае ползун перемещается с помощью зубчатого сектора 5и рейки, связанной с ползуном. Контакт ползуна 7 с подвижным элементом может быть выполнен и иначе (рис. 22, в).

Привод исполнительных механизмов может быть ручным и меха­ низированным. В первом случае движение рьиагов ползунов и других

45

а)

s

Рис. 22. Устройства для перемещения зубчатых колес

элементов осуществляют рукоятками (рис. 23, А, б), во втором — с помощью электропривода, гидропривода, воздействием вручную на кнопки или органы управления привода. На рис. 24, а показано перемещение исполнительного органа при помощи электропривода. При включении электродвигателя 2 движение передается ползуну 1. Ограничение хода достигают установкой ограничителя 3 на диске 4, который отключает электродвигатель. На рис. 24, б показано переме-

46

Рис. 23. Фиксирующие устройства:

а —с шариком, б—со штифтом

щение исполнительного органа с помощью электромагнита, а на рис. 24, в — гидро- и пневмоцилиндра.

Для удержания подвижных элементов в заданном положении при­ меняют различные фиксирующие устройства. Если по условиям работы для этого не требуется больших усилий, то фиксируют положение рукояток с помощью шариковых (рис. 23, а), штифтовых (рис. 23, б) или других фиксаторов. При необходимости большого усилия для удержания в нужном положении подвижного элемента применяют дополнительные запирающие устройства.

На рис. 25 показана одна из таких схем. При перемещении втулки 3 влево конусная поверхность ее поворачивает рычаг 2, а последний, воздействуя своим концом на подвижную деталь /, перемещает ее влево. Когда правая опорная поверхность рычага 2 выйдет на цилин­ дрическую поверхность втулки, механизм окажется запертым. Какие бы силы не действовали на деталь 7 слева, рычаг не повернется. Другая конструкция показана на рис. 25, б. Если муфту J перемещать вправо, она через шарики 2 заставит перемещаться деталь 7. При этом шарики будут постепенно утопать и наступит момент, когда они окажутся под цилиндрической расточкой «Ф> И запрут механизм.

Количество элементов, которым необходимо сообщать движение при осуществлении какой-либо функции управления, различно. На-

47

Рис. 24. Перемещение исполнительного органа:

а — с помощью электродвигателя, б—с помощью электромагнита, в —с помощью гидро- и пневмоцилиндра

пример, при переключении коробки скоростей или подач может потребоваться три-четыре положения. Если эти перемещения осуще­ ствлять последовательно, то могут увеличиться временные затраты. Чтобы сократить потери времени, а также упростить обслуживание станка, применяют более сложные системы управления.

На рис. 26 показана схема устройства с однорукояточным управ­ лением. Перемещение блока 4 и ему подобных осуществляется кулач­ ками 1, 2 и 3 через промежуточный ползун 5. Профили кулачков

48

штурвала 4 соответствует скорость вращения вала // и положение дисков. Причем выступы одного диска устанавливают против впадин другого, вследствие чего диски можно свести. Между ними располага­ ются концы рычагов управления 2. Если в процессе работы диски установить в заданное положение, а затем поворотом рукоятки 5свести их, то выступ диска 3 повернет рычаг 2 в положение, показанное пунктиром, и переключит муфту /.

-|г ^ ^

-ЖНУ

Рис. 26. Схема устройства с однорукояточным управлением для перемещения зубчатых колес

49