Металлорежущие станки типовые механизмы и системы металлорежущих. 1. механизмы прямолинейного движения
 Скачать 5.97 Mb.
|
|
5. МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СКОРОСТЕЙ Управление станком любой группы сводится к пуску, останову и реверсированию движения в станке, переключению скоростей и подач, смене инструмента и другим вспомогательным движениям, обеспечивающим нормальную работу станка. Все это осуществляется путем простых переключений блоков зубчатых колес, вытяжных шпонок, кулачковых и фрикционных муфт. Переключения возможны с помощью механических, электрических, гидравлических и реже пневматических устройств. В общем случае устройство ручного управления состоит из трех основных частей 1) органа управления, представляющего собой рукоятку, штурвал, педаль, кнопку и т. д, получающего сигнал (движение) от руки (или ноги педаль) оператора 2) собственно устройства (механического, электрического, гидравлического и др, передающего сигнал (движение) от органа управления к переключаемым органам привода главного движения и привода подач – передвижным блокам зубчатых колес, кулачковыми фрикционным муфтами другим органам станка 3) исполнительного элемента в виде вилки, рычага, рейки, ползуна и т. д, осуществляющего непосредственное перемещение (переключение) управляемых органов станка. К любому устройству ручного управления станком предъявляется требование – быстрота действия при наименьшем физическом напряжении рабочего оператора. Для выполнения этого требования необходимо иметь 1) удобную конструкцию органов управления 2) рациональное расположение и концентрацию органов управления на станке 3) минимум движений, необходимых для переключения 4) соответствие между направлением движения органа управления и направлением движения перемещаемой части станка (стола, суппорта и т. д, те. мнемоническое управление 5) рациональную систему указателей требуемых переключений. При наличии большого числа управляемых элементов в современных станках используют системы селективного и преселективного управления. Преселективное управление позволяет настраивать необходимую скорость или подачу для следующей операции вовремя предыдущей. Механизмами преселективного управления оснащены консольно- фрезерные станки, например Н, РТ и др. 45 Основные механизмы для перемещения подвижных элементов кинематических цепей показаны на рис. 5.1. A A А Б-Б Б Баб в где Рис. 5.1. Механизмы перемещения подвижных элементов кинематических цепей а – простой рычаг с сухарем б – подвижная вилка, входящая в паз в – подвижная вилка с захватом за зубчатое колесо г – вилка с приводом от цилиндрического кулачка д – вилка с приводом от гидро- или пневмоцилиндра; е – рычаг с приводом от плоского кулачка 46 6. МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ БЕССТУПЕНЧАТОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТЕЙ Бесступенчатые приводы применяют для плавного и непрерывного изменения частоты вращения шпинделей или подачи. Они позволяют получать оптимальные скорости резания и подачи при обработке различных деталей. Кроме того, они позволяют изменять скорость главного движения или подачу вовремя работы станка без его остановки. Вследствие этого применение в станках бесступенчатого привода способствует повышению производительности. В станках применяют различные способы бесступенчатого регулирования скоростей движений. Выбор способа зависит от многих факторов (станок универсальный, специализированный, специальный для черновой, чистовой, отделочной обработки требуемой мощности резания и вида механической характеристики необходимого диапазона регулирования и др. Каждое из возможных решений – электрическое, гидравлическое, механическое, комбинированное регулирование – имеет свои специфические эксплуатационные достоинства и недостатки и соответственно этому свою область применения. Электрическое регулирование производится изменением частоты вращения электродвигателя, который приводит в движение соответствующую цепь станка. Систему генератор–электродвигатель применяют в тяжелых и мощных металлорежущих станках при частом реверсировании электродвигателей или при необходимости получения бесступенчатого регулирования частоты вращения, скоростей или подач. Диапазон регулирования, обеспечиваемый системой, R n = 10 15. Существенными недостатками системы генератор–электродвигатель являются низкий КПД примерно 0,65), громоздкость и высокая стоимость. В механизмах главного движения станков с ЧПУ в основном применяются электродвигатели постоянного тока благодаря своим исключительным регулировочным свойствам, а также возможности изменения частоты вращения в определенном диапазоне с постоянством предельной мощности. Размеры электродвигателя главного движения влияют на компоновку станка. У новых серий электродвигателей уменьшена высота оси вращения, что обеспечивает их лучшую встраиваемость в станки. Применение широкорегулируемых электродвигателей постоянного тока и постоянной мощности в механизмах главного движения станков значительно упрощает механическую часть привода, исключает полностью или сводит до минимума число ступеней коробки скоростей, обусловливает увеличение производительности и повышает КПД электропривода. Комплектные электроприводы постоянного тока серий ЭТЗ, ЭТДР с тиристорными преобразователями используются в качестве регулируемых электроприводов главного движения металлорежущих станков и других механизмов. Электропривод серии ЭТЗ имеет электродвигатель мощностью 1,1 22 кВт. Минимальная частота вращения электродвигателя мин -1 Электропривод серии ЭТЗ с электродвигателем 2ПФ160Г мощностью кВт с номинальным напряжением 220 В, номинальной частотой вращения 1500 мин обеспечивает регулирование частоты вращения в диапазоне 600 3300 мин. Кроме этого, возможно обеспечение ползучей скорости 25 мин -1 Электроприводы серии ЭТДР имеют мощность двигателя 1,5 30 кВт, диапазон регулирования частоты вращения R n до 10. В приводах подач (реже в приводах главного движения) применяют высокомоментные электродвигатели с тиристорными преобразователями, которые позволяют получать высокие диапазоны бесступенчатого регулирования без применения коробок подача иногда и коробок скоростей. При номинальной частоте вращения, например 3000 мин, диапазон регулирования может быть доведен до 30000. К недостаткам электродвигателей высоких моментов относится большая стоимость магнитов высоких энергий с применением редкоземельных элементов. Серийно выпускаются комплектные высокомоментные электродвигатели типа ПБВ для приводов подачи станков с ЧПУ мощностью 0,75 5,5 кВт. Применение следящего привода подач с высокомоментными электродвигателями в станках с ЧПУ позволяет получить высокую точность обработки при малых дискретах (1 2 мкм) и высоких скоростях холостых ходов (10 12 м/мин). Перспективным является использование в приводах станков бес- коллекторных (вентильных) регулируемых электродвигателей переменного тока. Для бесступенчатого регулирования скоростей прямолинейных движений в станках широко используют гидравлический привод, главным образом подач, но также и главного движения (в строгальных, долбежных, протяжных станках. Для бесступенчатого регулирования скорости гидравлический привод имеет ряд существенных преимуществ широкий диапазон регулирования, быстрое изменение величины и направления скорости, плавное реверсирование, удобство дистанционного управления и его автоматизации, автоматическое предохранение от перегрузок, самосма- зываемость. Недостаток гидравлического привода – недостаточно жесткая характеристика вследствие утечек и влияния температуры на вязкость масла. При малых скоростях (V =12 15 мм/мин) работа гидравлического привода становится неустойчивой. Для вращательного движения гидравлический привод применяют в станках редко ввиду высокой его стоимости и снижения КПД при износе. Вопросы гидравлического регулирования скоростей движений в станках подробно рассматриваются в курсе Гидравлика и гидропнев- мопривод». Регулирование с помощью механических вариаторов. Большинство механических вариаторов, применяемых в станках, – фрикционные. Фрикционные передачи – это механизмы, передающие движения с помощью сил трения соприкасающихся поверхностей. Величина передаваемой силы фрикционной передачи зависит от коэффициента трения. Для неметаллических материалов (текстолита, феродо) коэффициент трения значительно выше, чем для стали. Однако применение стальных поверхностей, особенно закаленных, сокращает габаритно-массовые характеристики передач вследствие применения высоких сил прижима поверхностей. Фрикционные передачи обладают простотой конструкции, равномерностью передачи движения и бесшумностью работы, простыми легким управлением (изменение скорости главного движения и подачи можно производить вовремя работы без останова станка, что позволяет получить оптимальные скорости при обработке заготовок. Возможность регулирования частоты вращения на ходу станка является важным преимуществом перед ступенчатым приводом с зубчатыми колесами, так как дает возможность поддерживать постоянную скорость резания путем непрерывного автоматического изменения частоты вращения шпинделя, что необходимо, например, при поперечном обтачивании и резании резцами, когда диаметр обрабатываемой детали в процессе резания значительно изменяется. Недостатками фрикционной передачи являются большие нагрузки на валы и подшипники повреждение дисков при буксовании, что приводит к неравномерному их изнашиванию сравнительно небольшой диапазон регулирования (обычно не выше 6) и значительное снижение частоты вращения под нагрузкой потери на трение нежесткая характеристика изменение передаваемой мощности при регулировании частоты вращения. Существует большое разнообразие конструкций и типов фрикционных передач, которые нашли применение в приводах станков. На рис. 6.1 изображен привод с раздвижными конусами, который работает следующим образом. От шкива 8 навалу вращаются два ведущих конуса 1. Навалу находятся два таких же ведомых конуса 5. Передача между валами осуществляется клиновидным ремнем 2 с деревянными накладками 3 с внутренней стороны или широким ремнем соответствующего профиля. Для изменения частоты вращения вала II рычагами, поворачивающимися вокруг осей О и О, сближаются или раздвигаются конусы навалу и соответственно раздвигаются или сближаются конусы навалу. При повороте маховика 7 через винт 6 с правой и левой резьбой поворачиваются рычаги 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 I II Рис. 6.1. Привод с раздвижными конусами 4 O 1 O 50 Передаточное отношение фрикционного вариатора 2 1 2 1 r r n n i , где r 1 – радиус контакта фрикционного элемента сведущей поверхностью, мм r 2 – радиус контакта ведомого элемента, мм n 1 , n 2 – частоты вращения валов, мин -1 У торового вариатора (см. рис. 6.2) передаточное отношение зависит от наклона роликов, при повороте которых изменяются радиусы контакта роликов сведущими ведомым торовым шкивом. В многоцелевых станках используется комбинированное регулирование скоростей. В приводах главного движения применяют двигатели постоянного тока с тиристорным управлением с двумя–тремя механическими ступенями. Для малых и средних типоразмеров станков применяют приводы с асинхронными электродвигателями и коробками скоростей с механическими вариаторами. Рис. 6.2. Торовый вариатор n 1 = const n 1 = const n 1 = const n 2 <n 1 n 2 =n 1 n 2 >n 1 51 7. МУФТЫ Муфты служат для постоянного или периодического соединения двух соосных валов или вала с другими звеньями привода (зубчатым колесом, шкивом, для передачи вращения между ними. Различают муфты следующих типов постоянные, сцепные, предохранительные, обгонные. Постоянные муфты служат для соединения валов, которые не надо разъединять. Жесткие муфты соединяют соосные валы. Наиболее проста муфта в виде общей втулки (см. риса. Большой крутящий момент способна передавать муфта из двух фланцев, стянутых болтами см. рис. 7.1, б. Упругие муфты (см. рис. 7.1, в) позволяют соединять валы сне- большим отклонением от соосности и сглаживают динамические нагрузки в приводе. Для этого полумуфты соединяют с помощью резиновых колец, втулок, звездочек. Подвижные муфты соединяют валы с большим смещением. Например, крестовая (плавающая) муфта (см. рис. 7.1, г) соединяет несоосные параллельные валы. Сцепные муфты необходимы для периодического соединения звеньев привода, например, зубчатого колеса и вала в коробке передач. Кулачковая муфта (см. рис. 7.1, д) передает крутящий момент торцевыми кулачками, проста по конструкции, надежна, имеет небольшой осевой ход для включения, ноне может включаться при значительной угловой скорости. Наибольший крутящий момент, передаваемый муфтой из условия прочности по контактным напряжениям, ] [ 8 , 0 2 max кр, Нм, (7.1) где d – диаметр валам допускаемое напряжение, [τ] = 49 МПа. Зубчатая муфта (см. рисе) состоит из колеса с наружными зубьями, передвигаемого вдоль оси, и внутреннего венца с таким же числом зубьев. Эта муфта более работоспособна и технологична, чем кулачковая. Фрикционные сцепные муфты имеют тоже назначение, что и кулачковые, но свободны от недостатка, присущего кулачковым муфтам, те. фрикционные муфты можно включать при любых разностях скоростей вращения элементов муфты. 52 а б в где ж из Рис. 7.1. Муфты 1 2 3 4 5 6 1 1 1 53 У фрикционных муфт при перегрузках ведомое звено может проскальзывать и тем самым предотвращать поломку. Наличие нескольких поверхностей трения позволяет передавать значительные крутящие моменты при относительно малых величинах давления на поверхностях трения дисков. Фрикционные муфты бывают конусные и дисковые. На рис. 7.1, ж показана фрикционная многодисковая муфта, которую применяют в приводах главного движения и подачи металлорежущих станков. При перемещении гильзы 1 влево, шарики 6, находящиеся между коническими поверхностями гильзы 1 и неподвижной втулкой 5, давят на диск 2, который, в свою очередь, через упругую шайбу 3 сцепляет подвижные ведущие диски с ведомыми. Для выключения муфты гильзу 1 отводят вправо и пружины 4 отжимают диск 2 в исходное положение. Общий вид фрикционной многодисковой контактной электромагнитной муфты показан на риса. А–А 1 2 3 4 11 12 13 а б 14 А А 5 6 7 8 9 10 В–В в В В Рис. 7.2. Фрикционная многодисковая электромагнитная бесконтактная муфта 54 Муфта имеет катушку 4 электромагнита, в которую подается постоянный электрический ток через контактные щетки, прижимаемые щеткодержателями к токопроводящим кольцам 2, расположенным во втулке 3. Если кольцо одно, то один вывод катушки припаивается к нему, а второй – к корпусу 1 муфты. Ток замыкается через детали муфты и механизмы станка. При наличии двух колец оба вывода катушки припаивают к кольцам. Когда в катушку 4 подается электрический ток, якорь 5 перемещается влево, притягивается к корпусу 1 и с помощью тяг, проходящих через наружные пазы втулки 13, перемещает влево нажимной диск 9. Диск 9 сжимает пакет фрикционных дисков 7 и 8, прижимает их к регулировочной гайке 6, которая стопорится винтом Внутренние диски (см. рис. 7.2, б) на обоих торцах имеют фрикционные накладки из порошковых материалов, а также спиральные канавки одного направления для циркуляции масла. Диски насажены на шлицевую втулку 13 (см. риса) и свободно вращаются относительно обоймы 10. Наружные диски (см. рис. 7.2, в) сцепляются с обоймой 10 (см. риса, цилиндрический обод которой имеет пазы и находится в свободном положении относительно наружной поверхности шлицев втулки 13. Подвижные штифты 12 с пружинами 11 служат для отвода вправо нажимного диска 9 и якоря 5 при отключении муфты. Фрикционная многодисковая электромагнитная бесконтактная муфта (рис. 7.3) отличается от контактной муфты в основном отсутствием скользящих контактов. Катушка смонтирована в катушко- держателе 4, который центрируют и закрепляют отдельно. На втулке 5 закрепляют сварной корпус 1, который состоит из внешнего и внутреннего колес, соединенных между собой диском 3 из немагнитной стали. 2 1 5 3 4 Рис. 7.3. Фрикционная многодисковая электромагнитная бесконтактная муфта 55 Допускаемый крутящий момент на муфте из условия трения на дисках m V K K f i r r R M ср 2 кр, Нм, (7.2) где R – наружный радиус поверхностей трениям внутренний радиус поверхностей трениям 2 ср r R r – средний радиус поверхностей трениям число поверхностей трения f – коэффициент трения K V – коэффициент скорости K m – поправочный коэффициент, учитывающий число наружных дисков – коэффициент запаса сцепления (обычно 1,3 1,5). Значения коэффициентов см. [1]. Необходимое усилие сжатия дисков f i r M S ср кр, Н. (7.3) Давление на трущихся поверхностях ) ( 2 2 r R S p , Па. (7.4) Допускаемое давление для масляных муфт – [p] = (4–8)×10 4 , Па для сухих муфт – [p] = (2–3)×10 4 , Па. Предохранительные муфты предназначены для предохранения механизмов станка от поломок при перегрузках. У муфт, представленных на рис. 7.1, з, и, предохраняющим звеном является штифт 1, сечение которого рассчитывают в зависимости от передаваемого крутящего момента. При перегрузках этот штифт срезается, происходит разрыв соответствующей кинематической цепи и тем самым предотвращается повреждение деталей станка. Предельный крутящий момент, при котором происходит срез штифта, 56 4 ср 2 кр r d M , Нм, (7.5) где d – диаметр предохранительного штифтам радиус расположения поверхностей срезам ср – расчетный предел прочности на срез штифта, Па ср = кв, в – временное сопротивление разрыву ( в зависимости от марки стали штифта, Пак коэффициент пропорциональности в зависимости от материала штифта колеблется от 0,68 до 0,81. Муфты обгона (односторонние) предназначены для передачи крутящего момента лишь при одном направлении вращения. Это свойство используют для ускоренного вращения ведомого звена от дополнительной кинематической цепи без выключения основной тихоходной цепи. Примером может служить привод ускоренного перемещения суппорта в токарно-винторезном станке К, многорезцовом полуавтомате Аи др. В качестве муфт обгона можно использовать храповые механизмы риса. Вал 2 вращается отвала через конические колеса 4 3 z z и храповый механизм (колесо z 4 свободно посажено навалу. Если одновременно включить цепь быстрого хода через передачу 2 1 z z , то вал 2 вместе с храповым колесом 4 будет вращаться быстрее зубчатого колеса z 4 и собачка 3 будет скользить по зубьям храпового колеса. Наибольшее применение нашли роликовые обгонные муфты рис. 7.4, б. Если кольцо 2 (это может быть ступица зубчатого колеса, шкива, охватывающее диск 1, вращается по направлению стрелки, то соприкасающиеся с кольцом ролики 3, благодаря трению, перемещаются в узкую часть вырезов диска и заклиниваются там. Вращение передается от кольца через ролики диску и далее валуна рис. 7.4, б вал не показан. Если при неподвижном кольце вращать диск в том же направлении от другой цепи, то отстающее кольцо выводит ролики из узкой части вырезав более широкую и разъединяет с диском. Такой же результат будет при медленном вращении кольца и быстром (обгоняющем) – диска с валом. Каждый ролик отжимается од- ним-тремя, в зависимости от длины ролика, штифтами 4 с пружинами в направлении к узкой части выемки между деталями 1 и 2. 57 Рис. 7.4. Муфты обгона а – храпового типа б – роликового типа 3 4 z 1 б а 5 4 3 2 1 1 2 z 3 z 2 z 4 3 4 |