10.2.2. Кинематика станков
Привод металлорежущего станка – это совокупность механизмов, обеспечивающих заданные законы движения исполнительных органов станка. Различают механические, электрические, гидравлические и пневматические механизмы привода. Элементами механического привода станков являются валы, оси, зубчатые колеса, шкивы, муфты и т. д. На кинематических схемах все они имеют определенное условное обозначение (табл. 10.2).
По назначению механизмы привода делятся на двигатели и механизмы для передачи преобразования, реверсирования и регулирования скорости движения.
Условные обозначения основных элементов кинематических схем станков.
Передающие механизмы (передачи) передают движение от одного элемента к другому. Различают ременные, цепные, зубчатые и червячные передачи.
Ременная передача состоит из ведущего вала (с шкивом диаметром d1), ведомого вала (с шкивом диаметром d2) и ремня (плоского или клинового).
Ее передаточное отношение
i = (n2 / n1)ηр = (d2 / d1)ηр,
где n2, n1 – частота вращения ведущего и ведомого валов
соответственно; ηр – коэффициент проскальзывания ремня относительно поверхности шкивов, ηр = 0,9–0,96.
Цепная передача состоит из ведущего вала с звездочкой z1, ведомого вала с звездочкой z2 и цепи. Ее передаточное отношение
i = n2 / n1 = z1 / z2.
Зубчатые передачи, цилиндрическая и коническая, состоят из ведущего вала с шестерней z1, ведомого вала с шестерней z2. Ее передаточное отношение
i = n2 / n1 = z1 / z2.
Червячная передача состоит из ведущего вала с червяком, имеющим К заходов, и ведомого вала с червячным колесом, имеющим z зубьев. Ее передаточное отношение
i = n2 / n1 = K / z.
Механизмы для преобразования движения. Для преобразования вращательного движения в поступательное в основном применяют реечную и винтовую передачи.
Реечная передача состоит из зубчатого колеса, имеющего z зубьев, и зубчатой рейки. Если модуль реечного зацепления m, то за один оборот колеса рейка переместится на величину S = πnmz.
Винтовая передача состоит из вращающегося ходового винта, имеющего шаг t, и ходовой гайки. За один оборот ходового винта, имеющего k заходов, гайка переместится в осевом направлении на величину S = tk.
Механизмы для регулирования скорости движения. Ступенчатое изменение скорости производится за счет применения двух-, трех- и четырех-скоростных асинхронных электродвигателей или за счет применения набора зубчатых колес (редукторов).
Движение ведущего вала редуктора, вращающегося с постоянной частотой n1, передается на ведомый вал через две пары зубчатых колес (z1 / z4) и (z2/z3). Дистанционное включение нужной пары производится фрикционными электромагнитными муфтами. Следовательно,
n2 = n1(z4 / z1) или n2 = n1(z3 /z2).
К редукторам с механическим переключением передач относится редуктор с использованием блока шестерен. Блок прямозубых зубчатых колес (z1, z2, z3) перемещается по шпонке или шлицам ведущего вала. На ведомом валу закреплены колеса z4, z5, z6. В зависимости от положения блока прямозубых зубчатых колес частота вращения ведомого вала
n2 = n1(z6 / z1) = n1(z5 / z2) = n1(z4 / z3).
Бесступенчатое изменение скорости возможно за счет применения вариаторов, в которых шкивы закреплены соответственно на ведомом и ведущем валах. Ролики закреплены на общей оси. При повороте оси роликов на угол ±φ обеспечивается плавное изменение частоты вращения ведомого вала.
Реверсивные механизмы. Изменение направления вращения всего привода возможно за счет переключения фаз асинхронного электродвигателя, изменения полярности подключения электродвигателя постоянного тока или применения зубчатых механизмов. В механизме с цилиндрическими зубчатыми колесами реверсирование движения осуществляется перемещением по шлицам ведомого вала кулачковой муфты. Для передачи движения с ведущего вала на ведомый вал применяется паразитное зубчатое колесо.
Делительные механизмы. Для поворота на заданный угол заготовки или элемента станка (деления), применяются шаговые электродвигатели, оптические или механические делительные головки. Достаточно часто применяется так называемый мальтийский крест, в котором непрерывное вращательное движение водила, закрепленного на ведущем валу, преобразуется (через специальный палец − цевку) в прерывистое вращательное движение одного направления (мальтийского креста). При равномерном мальтийском кресте угол его поворота за один оборот водила равен 360°/z, где z – число пазов на мальтийском кресте.