Металлорежущие станки типовые механизмы и системы металлорежущих. 1. механизмы прямолинейного движения
 Скачать 5.97 Mb.
|
|
3.2. Конструкции реверсирующих устройств В качестве элементарных реверсирующих механизмов в станках используются цилиндрические и конические трензели, планетарные и червячные механизмы. Если возвратно-поступательное или возвратно-вращательное движение соответствующей части станка осуществляется при помощи кривошипно-шатунного, кулисного или кулачкового механизма, надобность в специальном реверсирующем устройстве отпадает. Для реверсирования вала параллельно ведущему широко используются механизмы, состоящие из цилиндрических зубчатых колес – цилиндрические трензели. Чаще всего применяют конструкции цилиндрических трензелей с передвижными зубчатыми колесами (см. риса, вили передвижными блоками (см. рис. 3.1, б с колесами, находящимися в постоянном зацеплении и включаемыми посредством сцепных муфт см. рис. 3.1, где. В механизмах подач токарных, карусельных, фрезерных станков для переключения трензеля служат обычно кулачковые, реже – зубчатые муфты. Для шпиндельных бабок таких станков, которые требуют частого реверсирования, находят применение конструкции реверси- рующего устройства с двумя фрикционными муфтами для правого иле- вого вращения, если для этой целине используется реверсивный электродвигатель. Для уменьшения нагрева и износа фрикционных поверхностей в результате буксования дисков муфты целесообразно предусмотреть подвод к ним масла изнутри. Конические трензели, составленные из конических зубчатых колес, используются в станках самых различных типов – в механизмах рабочих и быстрых подач, в механизмах обкатки и др. Основное преимущество конического трензеля – его универсальность в том отношении, что он одинаково применим при любом относительном положении ведущего и ведомого валов, недостатки – сравнительно большие габариты при передаче больших крутящих моментов и более сильный шум, чем при работе цилиндрических трензелей. Как видно из рис. 3.1, ж, вал I – ведущий, вал II – ведомый, причем первый вращается в неизменном направлении, а второй должен реверсироваться Переключение с правого вращения на левое и наоборот производится при помощи кулачковой или фрикционной муфты либо передвижением блоков конических колес. В станках для скоростной обработки с успехом применяются для этой цели электромагнитные муфты. В технологическом отношении конический трензель сложнее цилиндрического, поэтому целесообразно применять его там, где оси ведущего и реверсируемого валов перпендикулярны. z 1 z 2 z 3 z 0 I II а Рис. 3.1. Схемы реверсивных механизмов z 1 z 2 z 3 z 0 I II 0 z 1 z 2 z 3 z 01 I II в z 1 z 2 z 3 I II 0 z 02 z 01 z 02 z 1 z 2 z 3 z 0 I II беж г z 4 z 1 z 2 z 3 z 01 I II д z 02 z 4 I II 31 Планетарные реверсирующие механизмы позволяют не только ре- версировать вращение, но и осуществлять вместе стем любые передаточные отношения, поэтому в станках они применяются главным образом в целях подач, где требуется большое замедление для получения рабочих подачи реверсирование на быстрый обратный холостой ход. При сопоставлении варианта планетарного реверсирующего устройства с другими механизмами того же назначения необходимо принимать в расчет потери энергии в планетарном механизме, которые могут быть относительно велики при передаче больших мощностей, атак- же и то, что сборка планетарных механизмов довольно трудоемка. 32 4. МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТЕЙ 4.1. Коробки скоростей Коробкой скоростей называется механизм, предназначенный для ступенчатого изменения частоты (скорости) вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего путем изменения передаточного отношения. Изменение частоты вращения достигается включением различных зубчатых кинематических пар между валами. Коробки скоростей компактны, удобны в управлении и надежны в работе. К недостаткам коробок скоростей относится трудность или невозможность бесступенчатого регулирования частот вращения, возникновение вибрации и шума на некоторых частотах. Несмотря на большое число различных конструкций коробок скоростей, все они представляют собой сочетание отдельных типовых 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 ременной передачей. По способу переключения коробки скоростей бывают со сменными зубчатыми колесами между валами и неизменным межосевым расстоянием, с передвижными колесами или блоками колес, с непередви- гаемыми вдоль валов колесами и кулачковыми муфтами, с фрикционными муфтами и скомбинированным переключением. Коробки скоростей выполняются в закрытом 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 с передвижными блоками зубчатых колес могут передавать большие крутящие моменты при сравнительно небольших радиальных размерах зубчатых колес. В таких коробках в зацеплении находятся только те зубчатые колеса, которые передают поток мощности. Остальные колеса не подвергаются износу. Указанные преимущества позволяют широко применять для изменения частоты вращения шпинделя блоки зубчатых колес. В передвижных блоках используют только прямозубые колеса. К недостаткам этих коробок скоростей относятся невозможность переключения блоков на ходу необходимость блокировки, предупреждающей возможность одновременного включения в работу блоков зубчатых колес, совместная работа которых не предусмотрена относительно большие осевые размеры. 33 Коробки скоростей с кулачковыми муфтами отличаются тем, что имеют малые осевые размеры перемещения муфт и меньше силы для переключения, чему передвижных блоков колес. В коробках скоростей с кулачковыми муфтами могут использоваться косозубые и шевронные зубчатые колеса. Однако кулачковые муфты не позволяют переключать передачи на ходу, им присущи потери мощности на вращение неработающей пары колеси их изнашивание. Коробки скоростей с фрикционными муфтами позволяют быстро и плавно переключать передачи на ходу и под нагрузкой. Недостатками таких коробок скоростей являются потери мощности на вращение неработающей пары колеси их изнашивание большие осевые и радиальные размеры муфт при передаче больших крутящих моментов снижение КПД станка вследствие трения в выключенных муфтах нагревание муфт необходимость их частого регулирования передача тепла от муфт шпиндельному узлу. Комбинированные коробки скоростей содержат механизмы с передвижными блоками, кулачковыми муфтами, переборными устройствами. Схема двухваловой коробки со скользящим блоком зубчатых колеси, расположенными навалу со шлицами, показана на риса. Зубчатые колеса z 2 и z 4 установлены навалу неподвижно. Расстояние между колесами z 2 и z 4 должно быть немного больше длины ℓ подвижного блока колес, при этом зубчатые колеса z 1 , z 2 и колеса z 3 и z 4 выведены из зацепления. Вторая схема коробки скоростей на две частоты вращения см. рис. 4.1, б) содержит кулачковую муфту, скользящую по шпонке или в шлицах. Колеса z 1 и z 3 установлены навалу неподвижно и находятся в постоянном зацеплении с колесами z 2 и z 4 , которые имеют кулачки (зубчатые венцы) и сидят навалу свободно. Включение пар зубчатых колеси производят перемещением кулачковой муфты. Вместо кулачковой муфты могут быть использованы конусная или многодисковая фрикционные муфты. Конструкция коробки скоростей с подвижными блоками см. риса) получила большое распространение благодаря своей простоте и надежности в работе. Схема натри частоты вращения изображена на рис. 4.1, в. Схема на четыре частоты вращения показана на рис. 4.1, г. Навалу расположены два подвижных блока, состоящие, соответственно, из колеси и z 7 , навалу неподвижные зубчатые колеса z 2 , z 4 , z 6 , z 8 . Передвижение блоков обеспечивает зацепление зубчатых колес z 1 с z 2 ; z 3 с z 4 ; z 5 с z 6 ; z 7 с z 8 34 з и а б в где ж II z 1 z 2 z 3 z 4 I II z 1 z 2 z 3 z 4 I II z 1 z 2 z 3 z 4 I II z 6 z 5 z 3 z 4 А В z 1 z 2 z 5 z 6 z 8 z 7 I II z 3 z 4 z 1 z 2 z 5 z 6 z 8 z 7 z 9 III IV I II z 3 z 4 z 1 z 2 z 5 z 6 z 8 z 7 z 9 III IV z 10 I А II z 3 z 4 z 1 z 2 z 5 z 6 z 8 z 7 III I Рис 4.1. Основные схемы коробок скоростей Особенностью этой схемы является необходимость предусмотреть блокировку, которая исключила бы возможность одновременного включения двух пар колес. Вариант трехваловой коробки скоростей на четыре частоты вращения (см. рис. 4.1, д) состоит из двух последовательно расположенных элементарных коробок скоростей на две частоты вращения. Схемы более сложных четырех валовых коробок скоростей (см. рисе, ж) обеспечивают потри частоты вращения. В схеме коробки скоростей см. рис. 4.1, з) две верхних частоты вращения образуются присоединении валов II и IV сцепной муфтой 4 3 1 2 IV 2 1 1 1 IV , z z n n z z n n , а две нижних частоты – через одиночные передачи между валами II и III и валами III и IV: 8 7 6 5 4 3 1 4 IV 8 7 6 5 2 1 1 Ступенчатое регулирование можно также осуществить сменными зубчатыми колесами z 1 и z 2 при постоянном межцентровом расстоянии между валами I – II (см. рис. 4.1, и. Автоматическая коробка скоростей Для осуществления непрерывного процесса резания с постоянной мощностью и скоростью при изменении частоты вращения шпинделя во всех диапазонах (что наиболее актуально при торцевом точении) применяют коробки скоростей с автоматическим переключением ступеней (АКС) электромагнитными или гидравлическими муфтами. АКС выпускаются нескольких типоразмеров и используются в станках с ЧПУ. Унифицированные коробки скоростей АКС предназначены для использования в приводах главного движения и приводах подач металлорежущих станков токарной, сверлильной, расточной и фрезерной групп. Унифицированные коробки скоростей позволяют с помощью механической передачи производить все операции по управлению приводом пуск, торможение, реверсирование, регулирование скорости. Они обеспечивают высокую скорость переходных процессов, возможность переключения на ходу, защиту деталей привода от перегрузок и имеют ряд других преимуществ по сравнению с коробками передач с передвижными блоками зубчатых колес. В АКС применяются нормализованные электромагнитные муфты с магнитопроводящими дисками с бесконтактным токопроводом. Гамма АКС включает семь габаритов (0 6) мощностью от 1,5 до 55 кВт. Дистанционное управление приводом АКС осуществляется с помощью бесконтактной тиристорной системы управления. Кинематическая схема привода главного движения станка 16К20Ф3С4 с АКС приведена на рис. 4.2. Вращение шпинделя VI сообщается от двигателя М через клино- ременную передачу 182 126 , автоматическую коробку скоростей (АКС), вал III, клиноременную передачу 280 200 , зубчатую передачу 54 40 и передачу или 60 30 . Навалу АКС свободно установлены зубчатые колеса 36, 30, 24 и электромагнитные муфты ЭМ1, ЭМ2, ЭМ3, при включении которых зубчатые колеса передают крутящий момент навал. На этом валу жестко установлены зубчатые колеса 14, 36, 42, 30, 48, передающие вращение свободно установленным навалу зубчатым колесом 56, 42, 24 и далее через электромагнитные муфты ЭМ4, ЭМ5, ЭМ6 навала затем на шпиндель. Таким образом, АКС обеспечивает получение девяти автоматически переключаемых частот вращения. В шпиндельной бабке предусмотрено переключение вручную двух диапазонов частот вращения с отношением 1:3. Поскольку шесть частот в диапазоне регулирования совпадают по величине, шпиндель фактически имеет двенадцать частот вращения. Одновременным включением муфт ЭМ4 и ЭМ6 осуществляется торможение шпинделя (кинематический замок. Для расширения диапазона регулирования скоростей в сочетании с механической коробкой применяются асинхронные двухскоростные или регулируемые электродвигатели постоянного тока. Кинематический расчет коробок скоростей подробно изложен [3]. 37 I II III VI V IV VII АКС ЭМ1 М ЭМ2 ЭМ3 ЭМ4 ЭМ5 ЭМ6 ВЕ-51 z=60 z=60 z=56 z=42 z=30 z=24 z=48 z=24 z=42 z=30 z=36 z=43 z=30 d 1 =126 z=54 z=40 z=65 d 2 =182 d 4 =280 d 3 =200 Рис. 4.2. Кинематическая схема автоматической коробки скоростей (АКС) z=50 z=14 38 4.2. Коробки подач Коробки подач предназначены для изменения скорости и направления подач при обработке на станке различных деталей. Коробка подач в большинстве случаев получает движение от шпинделя станка или от отдельного электродвигателя. Значения подач должны обеспечивать требуемые параметры шероховатости поверхности, а также высокую стойкость инструмента и производительность станка. Подачу можно изменить различными способами с помощью механизмов с зубчатыми передачами и без применения зубчатых передач например, электрическим или гидравлическим путем, храповым или кулачково-рычажными механизмами и т. д. Ниже рассмотрены лишь коробки подач с зубчатыми передачами. Коробки подач с зубчатыми передачами бывают со сменными зубчатыми колесами с постоянными расстояниями между осями валов, с передвижными блоками зубчатых колес, со встречными ступенчатыми конусами колеси вытяжными шпонками, в форме гитар сменных зубчатых колес. Для получения большого числа значений подач используют комбинацию из вышеперечисленных механизмов. Коробки подач со сменными зубчатыми колесами (с постоянным расстоянием между осями валов) применяют в станках для крупносерийного производства при редкой наладке (см. рис. 4.1, и. Такие коробки преимущественно применяются в автоматах, полуавтоматах и специальных станках. Конструкции коробок подач, состоящих из одних только сменных зубчатых колес, просты и не отличаются от аналогичных коробок скоростей. Коробки подач с передвижными блоками зубчатых колес широко применяют в универсальных станках. Они позволяют передавать большие крутящие моменты и работать с большими скоростями. К недостатку коробок подач этого типа относится невозможность использования в них косозубых колес. По конструкции коробки подач с передвижными зубчатыми колесами аналогичны соответствующим коробкам скоростей. Представляет интерес применение корригированных зубчатых колес в блоке, зацепляющемся с одним зубчатым колесом см. риса. Путем изменения шага получают зубчатые колеса одинакового диаметра (по делительной окружности, нос разным числом зубьев z 2 , z 3 , изменяющимся в небольших пределах. Переключением блока получим два передаточных отношения. 39 Коробка подач со встречными ступенчатыми конусами колеси вытяжной шпонкой на четыре различных передаточных отношения число передач в таких коробках может достигать восьмидесяти водной группе кинематическая схема ее показана на рис. 4.3, в, а конструкция на рис. 4.3, б. Зубчатый конус на ведомом валу II жестко связывается с валом вытяжной шпонкой только с одним зубчатым колесом, через которое и передается движение с вала I; при этом остальные зубчатые колеса навалу вращаются вхолостую и снижают КПД механизма. На ведущем валу I жестко сидят зубчатые колеса z 1 , z 3 , z 5 , z 7 и вращают соответст- Рис. 4.3. Коробки подача с корригированными зубчатыми колесами б – с вытяжной шпонкой (конструкция в – с вытяжной шпонкой (кинематическая схема) 1 z 3 z 4 z 5 z 6 z 7 z 8 2 z 1 z 2 б z 2 z 3 z 1 а I II в 40 вующие им колеса z 2 , z 4 , z 6 , z 8 обратного зубчатого конуса, которые свободно сидят на полом валу 5, имеющем прорезь. Вращаясь, зубчатое колесо 1 перемещает тягу 2 с вытяжной шпонкой 3. Последняя под действием пружины заскакивает в шпоночный паз выбранного колеса и закрепляет его навалу. Для предотвращения одновременного включения двух ведомых зубчатых колес механизм снабжен специальными разделительными кольцами 4. Преимущество этого механизма в его компактности. К недостаткам относится возможность перекоса вытяжной шпонки, малая жесткость шпоночного валика, ослабленного продольным пазом. Коробки подач с вытяжными шпонками применяют в небольших, а иногда ив средних по размеру сверлильных и токарно-револьверных станках. Коробки с конусом зубчатых колеси накидным элементом риса, именуемые механизмами Нортона, благодаря нежесткой связи между валами обеспечивают свободный выбор числа зубьев колеси, следовательно, выполнение любых передаточных отношений. Коробки выполняют по закону арифметической прогрессии, а также по геометрическому ряду с малыми значениями знаменателя . Конус зубчатых колес в резьбонарезных цепях станков может быть ведущим или ведомым. Навалу в рамке на шпонке скользит зубчатое колесо z 1 , связанное с накидным паразитным колесом z 0 , навалу закреплен на шпонке конус зубчатых колес. Для переключения передачи рамку отводят и, переместив ее вдоль вала II к одному из колес зубчатого конуса, вновь подводят до зацепления (z 2 – z 8 ). z 1 z 2 z 3 z 4 z 5 z 6 z 7 z 8 z 0 z 1 z 2 z 5 z 0 z 1 z 2 z 3 z 4 z 5 z 6 z 7 z 8 z 0 z 9 z 1 4 z 1 5 z 1 0 z 1 1 z 1 2 z 1 3 а б Рис. 4.4. Коробки подача с накидным элементом б – с петлевым движением I II I II III 41 Паразитное колесо на передаточные отношения влияния не оказывает, поэтому 4 1 3 3 1 2 2 1 1 ; ; z z i z z i z z i и т. д. Допустимое число передач 6 11. Механизм имеет недостаточную жесткость и длительное время переключения. Коробка подач с механизмами типа меандр называется так по рисунку передаваемого движения (см. рис. 4.4, б, состоит из трех валов. Зубчатые колеса z 1 и z 9 закреплены навалу. Остальные колеса сидят свободно на валах I и II, но при этом каждое большое колесо соединяется с малым в блок z 7 c z 6 ; z 3 c z 2 ; z 10 c z 12 ; z 13 c z 15 ; z 11 c z 14 ; z 5 c z 4 . Зубчатое колесо в перемещается по шлицам вала III, а паразитное колесо z 0 может поворачиваться и накидываться на колеса z 7 , z 6, z 3 , z 2 , z 10 , z 12 , z 13 , z 15 . Число зубьев большого колеса в этих механизмах принимают в 2 раза больше числа зубьев меньшего колеса. Представленный механизм обеспечивает восемь частот вращения вала III, и следовательно восемь подач. Так как z 1 = z 3 = z 5 = z 7 = z 10 = z 11 = z 13 ; z 2 = z 4 = z 6 = z 8 = z 9 = z 12 = z 14 = z 15 , то 2 1 ,... 14 13 6 5 4 3 К недостаткам механизма с петлевым движением относятся не- жесткая конструкция накидного элемента, вращение всех блоков, снижающих КПД механизма, и потребность в большом числе колес. Механизм меандр применяют в сочетании с другими типами коробок подач в качестве множительного механизма, например, в то- карно-винторезных станках для увеличения основного ряда подач в 2, 4 и более раз. Методика расчета коробок подач различных типов подробно изложена. Беззазорные передачи используются в приводах подач станков с ЧПУ. Зазор в зубчатых передачах устраняется радиальным сближением прямозубых зубчатых колес, сидящих на двух валах (см. риса осевым сближением двух косозубых колес, сидящих на одном валуи сцепляющихся с широким колесом другого вала (см. рис. 4.5, били разворотом двух колес одного вала (см. рис. 4.5, в. В первом случае при регулировочных работах устранение зазора достигается разворотом эксцентриковой втулки 2 корпуса, в котором размещены опоры вала 3 сведущим зубчатым колесом 4, при повороте уменьшается межцентровое расстояние Аи зазор в зацеплении колеси (см. риса А 1 2 3 4 5 А 7 1 2 3 4 5 6 7 4 8 9 А-А а б в А Рис. 4.5. Беззазорные передачи 43 В конструкции на рис. 4.5, б спаренные косозубые зубчатые колеса и 8 соединены между собой винтами 5 и штифтами 3. Колесо 8 сидит на ступице колеса 6. При изменении толщины компенсаторных по- луколец 7 и 2 устраняется зазор в зацеплении колеси с широким зубчатым колесом 1. В конструкции (см. рис. 4.5, в) навалу на шпонке сидит зубчатое колесо 2. Колесо 3 сидит на ступице колеса 2 и скреплено с ним винтами 5. Колеса прямозубые, а устранение зазора в зацеплении достигается путем разворота колеса 3 относительно общей оси с колесом 2. Для облегчения регулировочных работ предусмотрены эксцентрики поворота 4 между колесами 2 и 3. Спаренные колеса работают одним (одно – левым, другое – правым) профилем зубчатого венца. |