Металлорежущие станки типовые механизмы и системы металлорежущих. 1. механизмы прямолинейного движения
 Скачать 5.97 Mb.
|
|
1.5. Кривошипно-кулисные механизмы Кривошипные механизмы. Кривошипно-шатунный механизм (см. риса) при равномерном вращательном движении кривошипа О 1 А обеспечивает прямолинейное возвратно-поступательное движение ползуна В с переменной скоростью. Двойной кривошипно-реечный механизм (см. рис. 1.5, б) применяется в зубодолбежных станках для сообщения возвратно- поступательного движения штосселю с долбяком. При вращении кривошипа К п шатун–рейка приводит в возвратно-вращательное движение реечное зубчатое колесовали зубчатое колесо z 2 . Колесо z 2 воз- вратно-качательным движением сообщает прямолинейное поступательное движение рабочему органу РО. Кулисные механизмы (рис. 1.5, в, г) используются в приводах главного движения долбежных и поперечно-строгальных станков, они могут быть с качающейся или вращающейся кулисой. Скорость ползуна кривошипно-кулисных механизмов – величина переменная, при расчетах используют среднюю скорость рабочего хода. Частота движения ползуна (дв. ход/мин) при заданной скорости рабочего хода и длине хода определяется из уравнения L V n ср дв.х 500 , (1.19) где L – длина хода, мм. При вращении кривошипа О 1 А кулисного механизма (см. рис. 1.5, в) кулиса Ка совершает качательное движение и через шатун ВС сообщает рабочему органу РО прямолинейное вращательно- поступательное движение. Изменяя длину кривошипа О 1 А, регулируют длину хода рабочего органа РОВ кулисном механизме с вращающейся кулисой (см. рис. 1.5, г) палец кривошипа К п1 входит в радиальный паз 17 вращающейся кулисы Кв, закрепленной навалу. Кривошип К п2 посредством шатуна соединен с рабочим органом. При равномерном вращении вала I, вследствие смещения осей валов I и II, вал II получает неравномерное вращение, что обеспечивает более равномерную скорость движения рабочего органа РО на заданном участке пути A B B C I II I II паб в га п п РО РО РО РО Рейка в ООО Рис. 1.5. Механизмы поступательного движения 18 1.6. Кулачковые механизмы Кулачковые механизмы находят применение в качестве тяговых устройств привода станков-автоматов главным образом в тех случаях, когда их одновременно используют в качестве программоносителей. Область применения кулачковых механизмов ограничивается величиной хода по допустимым габаритам кулачка. Наибольшее распространение получили плоские кулачковые механизмы, которыми легко осуществлять разнообразные функции управления при сравнительной компактности и простой конструкции. В механизмах с цилиндрическими кулачками барабанного типа см. риса) или торцевого типа (см. рис. 1.6, б) ведущим звеном является кулачок 1 с пазом, по которому перемещается ролик толкателя 2. Максимальная длина хода (по кривой кулачка) для барабанных кулачков составляет до 300 мм, для дисковых плоских кулачков – 100 120 мм. Принцип работы дискового кулачка (рис. 1.6, в) состоит в следующем. Кулачок 1 равномерно вращается от привода вокруг оси О 1 По поверхности профильного кулачка обкатывается ролик 2 с рычажным механизмом, заканчивающимся ползуном С, связанным с рабочим органом РО. Ролик 2 совершает качательное движение соответственно профилю кулачка и через рычажный механизм и ползун С передает воз- вратно-поступательное движение рабочему органу РОВ станках применяют кулачки с силовым или кинематическим замыканием. При силовом замыкании контакт между толкателем и профилем кулачка осуществляется под действием силы пружины (см. рис. 1.6, в, величину которой рассчитывают по формуле a m Q P 5 , 1 , (1.20) где Q – тяговая сила m – масса подвижного узла a – максимальная величина ускорения. Коэффициент 1,5 в формуле (1.20) необходим в качестве запаса для гарантированного отсутствия отскока толкателя от профиля кулачка. Для кинематического замыкания у кулачка выполняют паз, который ведет ролик толкателя как водном, таки в другом направлении (см. риса, б. Материал кулачков должен обеспечивать достаточно высокую контактную прочность и износостойкость. При небольших нагрузках изготовляют кулачки из высокопрочного чугуна или из стали марок 45 и 19 Х с последующей закалкой рабочих поверхностей с нагревом ТВЧ до твердости HRC 52 58. В более ответственных случаях целесообразно для изготовления кулачков применять малоуглеродистую сталь 15, Х, 20ХГ с последующей цементацией на глубину не менее 0,8 1,0 мм и закалкой до твердости HRC 56 62. При особо высоких требованиях к износостойкости кулачков их изготовляют из азотируемых сталей с твердостью после термической обработки HRC 60 67. Ролики толкателей выполняют из стали Х или ШХ15 с цементацией и закалкой до твердости HRC 56 62. 1 2 2 РО 1 РО z Рис. 1.6. Кулачковые механизмы а б О РО 1 2 C B р Г n a в 20 Расчет кулачковых механизмов предусматривает определение контактных напряжений в зоне соприкасания толкателя и кулачка. Для дисковых кулачков наибольшее контактное напряжение определяют по формуле 1 к, МПа, (1.21) где N – нормальная силана поверхности кулачка, Н b – длина линии контакта, см E – модуль упругости, МПа r – радиус ролика или радиус закругления сухаря, см – наименьшее значение радиуса выпуклого участка профиля кулачка, см. Допустимые значения контактных напряжений зависят от поверхностной твердости материала. Для серого чугуна эти напряжения равны (НВ) × 1,5 МПа, для высокопрочного чугуна – (НВ) × 1,8 МПа, для среднеуглеродистой стали с закалкой – (HRC) × 26 МПа. 21 2. МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ (ПРЕРЫВИСТЫХ) ДВИЖЕНИЙ 2.1. Периодические движения в станках и устройства для их осуществления Процесс обработки на некоторых станках построен так, что получение готовой детали невозможно без периодического изменения относительного положения заготовки и инструментов. Периодическое перемещение соответствующего узла или детали станка происходит перед началом нового хода или цикла и может быть прямолинейным (перемещение на определенную длину) или круговым (на определенный угол. К числу периодических движений относятся, например, движения подачи в строгальных и долбежных станках, движения врезания на глубину резания в шлифовальных станках, повороты револьверных головок, многие движения в автоматах и полуавтоматах, работающих по циклу. Наиболее высокие требования к точности предъявляются к механизмам для поворота шпиндельных блоков, многопозиционных столов, револьверных головок и к делительным устройствам зубообрабаты- вающих станков, работающих по методу копирования. Не требуется высокой точности перемещений от механизмов подачи строгальных идол- бежных станков. Однако независимо от выбранной конструкции устройство, выполняющее перемещение соответствующей части станков, само по себе не гарантирует ни высокой точности периодических перемещений, ни постоянства их величины. Это обусловлено погрешностями изготовления и сборки механизма, зазорами в сопряжениях его деталей, действием сил инерции и др. Поэтому если к точности перемещений предъявляются высокие требования, то необходимо предусмотреть автоматически действующие фиксирующие механизмы, которые обеспечивали бы точность положения периодически перемещаемой части станка в конце каждого движения. В современных станках периодические движения осуществляются) шаговыми электрическими двигателями, позволяющими регулировать величину периодической подачи в широком диапазоне, они нашли применение в станках с числовым программным управлением 2) кулачковыми механизмами различных типов 3) храповыми механизмами) мальтийскими механизмами 5) электро-, гидро- и пневмоме- ханизмами. 22 2.2. Храповые механизмы Храповые механизмы применяют в тех случаях, когда время, в течение которого перемещение должно быть завершено, ограничено. Поэтому их используют в механизмах подач тех станков, в которых периодическая подача производится вовремя перебега или быстрого обратного хода (в строгальных, долбежных, шлифовальных, зубоот- делочных станках. Храповые механизмы могут быть с наружными внутренним зацеплением. В механизме с наружным зацеплением (риса) собачке 1 сообщается качательное движение. 1 2 1 2 1 2 3 4 5 6 а б в R Рис. 2.1. Храповые механизмы α 23 При движении справа налево собачка через зубья храпового колеса поворачивает его на некоторый угол. При обратном ходе собачка проскальзывает по зубьям храпового колеса, не вращая его. В храповом механизме с внутренним зацеплением (см. рис. 2.1, б) вал с жестко посаженным на него диском, к которому прикреплена собачка 1, имеет колебательное движение, и собачка, вращаясь слева направо, поворачивает храповое колесо 2, когда собачка движется в обратном направлении, храповое колесо не вращается. На рис. 2.1, в показана схема привода храпового механизма. Кача- тельное движение собачка 1 получает через шатун от ведущего кривошипного диска 5 с пальцем 4. Изменение положения пальца 4 в пазу при этом изменяется радиус R) позволяет регулировать угол поворота собачки 1 и, тем самым, угол поворота храпового колеса 2 за один оборот ведущего диска 5. Движение храпового колеса можно реверси- ровать переводом собачки 1 в положение, показанное тонкими линиями. Угол поворота храпового колеса при неизменном положении кривошипного пальца 4 можно изменять щитком 3, который закрывает часть зубьев храпового колеса, и собачка в начальный момент движения скользит по его поверхности, а затем, сходя с него, захватывает зубья храпового колеса и поворачивает его. Щиток в заданном положении удерживается фиксатором 6. Поворот храповика заодно двойное качание собачки достигает 90 100 , в большинстве случаев он не превышает Разработанная ЭНИМСом норма станкостроения Н предусматривает для храповых передач с наружным зацеплением число зубьев храпового колеса z = 20 200, модуль m = 0,6 2,5 мм, для передач с внутренним зацеплением z = 24 200. Угол поворота храпового колеса заодно двойное качание собачки z z 360 1 , где z 1 – число зубьев, захватываемое собачкой. Храповые колеса и собачки изготовляются из сталей Х, Х, которые цементируются и закаливаются. 24 2.3. Мальтийские механизмы Мальтийские механизмы чаще всего применяют в делительных устройствах с постоянным углом периодического поворота – для периодических поворотов (индексирования) шпиндельных блоков токарных автоматов и полуавтоматов, револьверных головок, многопозиционных столов и т. п. Если в кинематическую цепь между мальтийским крестом и поворачиваемой им частью станка ввести передачу с изменяемым передаточным отношением (например, гитару сменных зубчатых колес, то можно регулировать угол поворота этой части при неизменном угле периодического поворота креста. На риса изображена схема мальтийского механизма, где ведущим звеном является вал I с кривошипом 1, а ведомый шестипазовый диск 2 (мальтийский крест, жесткозакрепленный навалу. При каждом обороте кривошипного вала I палец кривошипа 1 входит в один из пазов мальтийского креста и сообщает ему прерывистый поворот на угол z 360 2 , где z – число пазов креста. На рис. 2.2, б изображен мальтийский механизм, состоящий из кривошипа и креста, его передаточное отношение зависит от числа пазов креста, которых может быть от 3 до 8: В четырехпозиционном мальтийском механизме при равномерном вращении кривошипа 2 закрепленный на нем ролик 1 в определенный момент входит в один из четырех пазов мальтийского креста 4 и поворачивает его на 90 . За каждый последующий полный оборот кривошипа вал с мальтийским крестом сделает только 4 1 оборота. Диск 3, жестко связанный с кривошипом, служит для фиксации положения креста в каждой из его четырех позиций. Кривошип передачи конструктивно оформляется либо в виде рычага с цевкой (роликом или пальцем) на конце, либо в виде цевочного диска, вращается с постоянной угловой скоростью 30 n с, где n – частота вращения кривошипа вала. 25 Поворот мальтийского креста на угол 2 α между смежными пазами происходит за время поворота кривошипа на угол 2 . В течение остальной части поворота кривошипа на угол 2 ( – ) крест остается неподвижным. Если Т – время полного оборота кривошипа, д – время поворота деления) мальтийского креста ив д) – время выстоя (пребывание в неподвижности) креста, то при = const 1 2 ) ( 2 ; 2 в д T t T t Чтобы поворот креста происходил без жестких ударов, вначале ив конце поворота должны удовлетворяться условие 2 , z z 2 2 2 , где z , z – число пазов креста. Следовательно, z z T t T t z z T t 2 2 1 , 2 д в д , или, так как n T 60 , сто д, с 1 2 3 4 б 1 2 90° I II а ω = const Рис. 2.2. Мальтийские механизмы α β 26 n z z t 30 в, с. Коэффициент времени работы креста 2 в д z z t t k Необходимая частота вращения кривошипа в 2 t z z n мин -1 Число пазов в большинстве случаев принимают равным 4 6. Конструкция мальтийского механизма зависит от принятой схемы и от его допустимого габарита. Цевка имеет форму ролика (втулки, надетого на палец непосредственно или на иглах иногда цевкой служит шарикоподшипник подходящего диаметра, надетый на палец. В мальтийских механизмах станков применяют как одноопорные (консольные, таки двухопорные ролики. Предпочтительнее вторая, более жесткая конструкция. Ведомый элемент изготовляется в виде цельной детали в форме креста или диска. Иногда собирается из отдельных секторов или планок, прикрепленных к периодически поворачиваемой части станка так, что промежутки между ними образуют пазы креста. Материалом для изготовления роликов служит сталь ШХ15, закаленная до твердости HRC 59-63, или сталь Х, цементированная и закаленная до HRC 45-50. 27 3. РЕВЕРСИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 3.1. Требования к реверсирующим устройствам В станках большинства типов для обработки на них деталей необходимо менять направление некоторых движений. Реверсирование движений может быть осуществлено при помощи средств электротехники или гидравлики, применением одних лишь механических устройств либо комбинированием тех и других. Выбор варианта определяется требованиями, предъявляемыми к реверсирующему устройству, с одной стороны, и тем, в какой степени этим требованиям удовлетворяют возможные варианты реверсирования – с другой. При сравнении эксплуатационно равноценных вариантов решающую роль должны играть технологические и экономические факторы. К конструкциям реверсирующих устройств предъявляются следующие требования а) способность передавать крутящие моменты необходимой величины в обоих направлениях б) инерционные силы в процессе реверсирования не должны приводить к быстрому изнашиванию деталей устройства в) возможно малая потеря энергии на реверсирование г) наименьшие затраты времени на реверсирование д) малые силы на переключение реверсирующего устройства. Кроме этого, к реверсирующим устройствам предъявляются требования в отношении частоты реверсирования, времени, затрачиваемого на каждое реверсирование, и точности реверсирования повремени и месту. Электрические, гидравлические и механические устройства удовлетворяют этим требованиям в различной степени. Электрический реверс в настоящее время получил особенно широкое применение в приводах установочных движений, для перемещения тяжелых частей крупных станков (в том числе и тяжелых блоков зубчатых колес в механизмах управления уникальных станков, в механизированных устройствах для зажима различных частей станка. В подобных случаях перемещение вручную утомительно для рабочего время, расходуемое на реверсирование, не имеет большого значения установка производится нечасто, а требуемая окончательная точность установки, если она выше гарантируемой двигателем, достигается дополнительным устройством, например, толчковым управлением или перемещением вручную отдельной части станка. В других случаях нужно сопоставлять показатели различных вариантов реверсирующих устройств вместе сих управлением При этом нередко реверсивный электродвигатель может оказаться наиболее удобными экономичным. Если скорости прямого и обратного хода должны быть различны, применяют двух- или многоскоростные двигатели. При помощи гидравлического привода можно реверсировать с более высокими частотами и с такой большой быстротой, какая практически еще недостижима для привода от реверсивного электродвигателя. Это объясняется тем, что в процессе каждого реверсирования необходимо сначала поглотить кинетическую энергию массивного ротора, на долю которого приходится 80–95 % всей кинетической энергии ревер- сируемых масс, и затем разогнать его до такой же или другой (однако тоже высокой) угловой скорости в противоположном направлении. Одновременно тормозятся и разгоняются в обратную сторону также детали реверсируемого узла станка, например в продольно-строгальном станке – зубчатые колеса передач к рейке стола, их валы и стол с обрабатываемой заготовкой. Условия при гидравлическом реверсировании более благоприятны в гидросистеме нет возвратно-вращающихся деталей, обладающих большой кинетической энергией в момент начала реверсирования. Периодически реверсируются, кроме поршня, лишь малые по диаметру и легкие детали распределительного устройства – золотники, краны и т. д, притом из состояния покоя, вследствие чего на перемещение их требуется мало времени. По причине сравнительно малых инерционных сил точность реверса, достигаемая при гидравлическом реверсировании, очень высока и зависит в основном от инерции реверсируемых масс самого станка. Однако несмотря на большие достоинства, электрические и гидравлические устройства могут быть использованы для реверсирования не во всех станках. Ряд условий ограничивает применение реверсивных электродвигателей, а гидравлическое реверсирование удобно лишь в станках с гидроприводом основных движений. Частота реверсирования, возможная для механических устройств, может быть очень высокой и ограничивается лишь силами инерции ре- версируемых масс. Улучшение важнейших эксплуатационных показателей реверси- рующего устройства можно достигнуть его целесообразной конструкцией, предусматривая в нем, в частности, элементы для уничтожения зазоров и уменьшения сил инерции, действующих вовремя реверсирования. С этой целью детали, кинетическая энергия которых играет при |