Типовые конструкции металлообрабатывающих станков

Типовые конструкции металлообрабатывающих станков

§ 4. Типовые детали и механизмы металлорежущих станков

Ряд основных деталей и механизмов является типовым, так как встречается почти во всех типах металлорежущих станков. Рассмотрим эти типовые детали и механизмы на примере универсального токарного станка (рис. 10). На этом станке можно производить разнообразные работы — обтачивание наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, подрезание торцов и вытачивание наружных и внутренних канавок, изготовление цилиндрических и конических отверстий, нарезание наружной и внутренней резьбы и т. п.

Заготовка закрепляется в патроне 9, а в случае значительной длины может поджиматься центром задней бабки 3, а вместо патрона 9устанавливается центр. В четырехместном резцедержателе 10 устанавливаются и закрепляются необходимые резцы. Заготовка получает вращательное движение от шпинделя станка, на котором сидит патрон 9 резцу вместе с суппортом 6 сообщается поступательное перемещение (подача) ходовым винтом 7 или ходовым валом 8.

Рис. 10. Универсальный токарно-винторезный станок: 1 — станина; 2 — передняя бабка с коробкой скоростей; 3 — задняя бабка; 4 — коробка подач; 5 — фартук; 6 — суппорт; 7 — ходовой винт; 8 — ходовой вал; 9 — патрон; 10 — резцедержатель

Станина 1 (рис. 10) является одной из самых ответственных частей станка, на которой монтируют все его механизмы. Некоторые из них (передняя бабка 2, коробка подач 4 и др.) прикрепляют к станине наглухо, а другие (задняя бабка 3, фартук 5 с суппортом 6) перемещают по так называемым направляющим станины (тщательно обработанные плоскости или поверхности призматического профиля).

Для обеспечения длительной и высококачественной работы станка его станина должна обладать достаточной прочностью, жесткостью, виброустойчивостью и иметь высокую износостойкость направляющих. Наибольшее распространение имеют литые станины из высококачественного чугуна, но применяют и сварные стальные станины, а также чугунные с прикрепленными стальными направляющими. Для увеличения жесткости станины изготовляют коробчатой формы с внутренними ребрами жесткости, соединяющими продольные стенки станины.

Направляющие станины должны обеспечить прямолинейное перемещение суппорта и задней бабки, для чего они сами должны быть строго прямолинейны и параллельны. Это достигается предварительным строганием или фрезерованием направляющих с последующим окончательным шлифованием или шабрением.

Коробка скоростей токарного станка располагается в передней бабке 2 (рис. 10). Она предназначена для передачи вращательного движения от приводного электродвигателя к шпинделю станка, а также для регулирования его числа оборотов в определенных пределах.

Для ступенчатого регулирования чисел оборотов применяют главным образом два вида коробок скоростей: с передвижными (скользящими) блоками зубчатых колес и со сменными зубчатыми колесами.

Рис. 11. Коробки скоростей: а — со скользящими блоками зубчатых колес; б-со сменными зубчатыми колесами: 1 — кожух коробки; 2 и 4 — сменные зубчатые колеса; 3 и 5 — валы; 6 — гайка; 7 — шайба; 8 — шпонка

На рис. 11, а показана трехваловая коробка скоростей с передвижными блоками зубчатых колес. Валы четырехшлицевые, что обеспечивает хорошее центрирование и плавное скольжение передвижных блоков при переключении скоростей. На валах I и III все зубчатые колеса закреплены жестко. На валу II установлено три двухвенцовых передвижных блока, из которых два соединяются с колесами вала I. Таким образом при одном числе оборотов вала I вал III путем всех возможных сочетаний включений зубчатых колес будет иметь 4×2 = 8 различных чисел оборотов.

(все передаточные отношения минимальные);

(все передаточные отношения максимальные).

Диапазон регулирования данной коробки

Изменение чисел оборотов у таких коробок производится легко и быстро, чем объясняется их широкое применение в универсальных станках, где приходится часто изменять число оборотов шпинделя.

Более проста и компактна коробка скоростей со сменными зубчатыми колесами (рис. 11, б). К станку с такой коробкой скоростей прилагается набор сменных зубчатых колес, причем шпинделю станка можно обеспечить столько различных чисел оборотов, сколько сменных зубчатых колес имеется в наборе * . Изменение числа оборотов производится установкой колес с различными числами зубьев на валах 3 и 5.

* (Набор зубчатых колес подбирают таким образом, чтобы при их перестановке получился геометрический ряд чисел оборотов.)

Коробки со сменными зубчатыми колесами применяют в специализированных и специальных станках, где изменение чисел оборотов, а значит и установка соответствующей пары зубчатых колес производится очень редко — при первичной настройке станка на изготовление партии деталей.

Коробки подач предназначены для изменения величины подачи режущих инструментов в токарных, сверлильных и других станках или обрабатываемых заготовок на фрезерных, поперечно-строгальных и других станках. На рис. 12 показаны наиболее часто встречающиеся схемы коробок подач. Коробку подач с накидным зубчатым колесом (рис. 12, а) применяют в универсальных станках. На валу I закреплены шпонками зубчатые колеса 1-6. Колесо 10 вместе с обоймой 9, в которой на пальце 7 свободно вращается накидное колесо 8, может скользить вдоль вала II. Величину подачи или шаг нарезаемой резьбы изменяют при зацеплении накидного зубчатого колеса 8 с любым из ведущих колес 1-6 с помощью рукоятки 11, перемещаемой вдоль вала II и фиксируемой в одном из положений А-Е. Такая коробка подач при одной скорости вала I обеспечивает валу II шесть различных скоростей, а следовательно, суппорту станка — шесть различных подач.

Рис. 12. Схемы коробок подач: а — с накидным зубчатым колесом; б — со сменными зубчатыми колесами; в — с вытяжной шпонкой; I — ведущий вал; II — ведомый вал

Коробку подач со сменными зубчатыми колесами (рис. 12, б) применяют в специальных ив специализированных станках, а в универсальных станках ее используют в сочетании с коробкой с накидным зубчатым колесом. Такие коробки бывают одно-, двух- и трехпарные (по количеству пар сменных колес).

Изменение величины подачи производится установкой различных сменных зубчатых колес а, b, с, d. Подобрав нужные сменные зубчатые колеса, передвигают палец У, вместе с установленными на нем колесами b и с вдоль паза 2, в гитаре 3 и закрепляют в положении, когда колесо с войдет в зацепление с колесом d. Затем для зацепления колеса b с колесом а поворачивают гитару 3 вокруг оси вала II. В нужном положении гитара закрепляется болтом 4, который, находясь в пазу гитары 3, одновременно является направляющим пальцем. При подборе сменных зубчатых колес следует произвести проверку чисел зубьев по условию сцепляемости, которое имеет следующий вид:

Если условие сцепляемости не выдержано (например а + b
Рис. 14. Реверсирующий механизм с зубчатыми колесами: а — с цилиндрическими; б и в — с коническими: z₁ и z₃ — ведущие; z₂ и z₄ — ведомые; z_n — промежуточное зубчатое колесо

На рис. 14, а дана схема реверсирующего механизма с цилиндрическими зубчатыми колесами. При включении механизма, как показано на схеме, направления вращения ведущего I и ведомого II валов противоположны. При осевом смещении блока Б вправо ведущее зубчатое колесо z₃ передает движение ведомому колесу z₄ посредством промежуточного колеса z_n. В этом случае передаточное отношение Из приведенного уравнения видно, что промежуточное колесо не оказывает влияния на передаточное отношение, а только изменяет направление движения ведомого вала II.

Реверсирующие механизмы с коническими зубчатыми колесами применяют главным образом при передаче движения между взаимно перпендикулярными валами. Такие механизмы могут быть выполнены с передвижными зубчатыми колесами (рис. 14, б) или с переключающими муфтами -фрикционными или кулачковыми (рис. 14, в).

При одном направлении движения вала I вал II будет реверсироваться в зависимости от включения ведомых зубчатых колес z₂ или z₄. Из-за большей жесткости конструкции механизм с кулачковой муфтой имеет более широкое распространение. Реверсирующим является и храповой механизм (рис. 4): поворотом на 180° кнопки 5 и храповой собачки 2 реверсируется храповое колесо I.

Предохранительные механизмы предназначены для исключения аварий в слабых звеньях станка при внезапной перегрузке исполнительного органа. Роль предохранительного механизма заключается в размыкании кинематической цепи при перегрузке, причем ряд механизмов автоматически восстанавливает целостность цепи при снятии нагрузки или при снижении ее до нормальной допускаемой величины.

Рис. 15. Предохранительные и блокировочные механизмы: а — шариковая предохранительная муфта; б — муфта со штифтами; в — механизм блокировки ходового винта и ходового вала токарного станка

На рис. 15, а представлена шариковая предохранительная муфта. От зубчатого колеса 3 движение передается валу I шариками 4 и втулкой 5 с фланцем. Шарики 4 расположены в отверстиях колеса 3 и одновременно входят в отверстия фланца втулки 5. К фланцу шарики прижимаются пружинами 6, которые другим концом упираются в плунжеры 2. Натяжение пружин, а соответственно, и величина передаваемого крутящего момента регулируются поворотом гайки У, перемещающей плунжеры 2. В нужном положении гайка 1 стопорится винтом 7. При перегрузке шарики отжимаются кромками отверстий фланца втулки 5 (пружины 6 сжимаются) и муфта будет проскальзывать (вал I остановится). При восстановлении нормальной нагрузки муфта опять работает как соединительная.

Предохранительную муфту со штифтами, срезающимися при перегрузке (рис. 15, б), применяют в тех случаях, когда перегрузки случаются редко. В полумуфты 1 и 5 запрессованы закаленные стальные втулки 2 и 4 (несколько штук по окружности муфты). Во втулки вставляются штифты 3, срезающиеся при перегрузке. Если ведущей является полумуфта 5, то вал I остановится, а полумуфта 5 будет вращаться вхолостую. Для восстановления кинематической цепи необходимо остановить станок и заменить срезанные штифты новыми.

Блокировочные механизмы предназначены для исключения возможности включения двух или даже нескольких механизмов, совместная работа которых не предусмотрена, а также для обеспечения определенной последовательности включения механизмов станка. Например, если у станка для системы смазки его частей применяют насос с самостоятельным приводом, то блокируется включение насоса с включением станка, т. е. вначале должен быть включен насос, подающий масло, а затем станок (включение в обратной последовательности невозможно).

На рис. 15, в дана схема блокировочного механизма, исключающего возможность одновременного включения ходового винта и ходового вала токарно-винторезного станка. В показанном положении рукоятки Р подача суппорта выключена. Установкой рукоятки Р в положение А зубчатыми колесами z₁-z₄ включается ходовой вал III (зубчатое колесо z₁ смещается вправо). Установкой рукоятки Р в положение Б включается ходовой винт II.

В качестве предохранительных и блокировочных устройств в станках широко применяют различного рода электрические реле, гидравлические клапаны, а также комбинированные устройства (электромеханические, гидромеханические и др.).

Базовые детали металлорежущих станков.

Пространственное расположение инструмента и заготовки под воздействием сил резания, собственного веса узлов и температурных воздействий обеспечивается несущей системой станка.
Несущая система — это совокупность базовых деталей и узлов между инструментом и заготовкой.
К базовым деталям и узлам относят:

1. корпусные детали (станины, основания, стойки, колонны, корпуса шпиндельных бабок и т.д.);

2. каретки, суппорта;

Коробчатые базовые детали— шпиндельные бабки, коробки скоростей и подач. Они обеспечивают жесткость узлов станка за счёт увеличения жесткости их стенок путем установки бобышек и рёбер.
Кроме неподвижных базовых деталей в станках применяются узлы для перемещения инструмента и заготовки к ним относятся: шпиндельные и мехатронные узлы, суппорты, салазки, столы (прямоугольной или круглой формы): подвижные, неподвижные.
Большинство базовых деталей подвергаются деформациям на растяжение (сжатие), изгиб, кручение и под действием температур, поэтому они рассчитываются на жесткость и температурные деформации.Базовые детали (станины, колонны, основания) выполняют более жесткими за счет введения дополнительных ребер жесткости. Повышенную жесткость имеют и подвижные несущие элементы (суппорты, столы, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными ребрами. Базовые детали изготовляют литыми или сварными. Наметилась тенденция выполнять такие детали из полимерного бетона или синтетического гранита, что еще больше повышает жесткость и виброустойчивость.

Для улучшения условий эксплуатации при создании новых моделей станков с ЧПУ часто меняют традиционную компоновку, например токарные станки выполняют с вертикальной компоновкой, что обеспечивает удобный подход для загрузки-разгрузки промышленным роботам, хороший отвод стружки и т. д.

ТРЕБОВАНИЯ К БАЗОВЫМ ДЕТАЛЯМ

Базовые узлы станков должны иметь:

· ─ высокую точность изготовления всех ответственных поверхностей для обеспечения требуемой геометрической точности станка;

· ─ высокую жесткость, определяемую контактными деформациями подвижных и неподвижных стыков и деформациями самих базовых деталей;

· ─ высокие демпфирующие свойства, т.е. способность гасить колебания между инструментом и заготовкой от действия различных источников вибраций;

· ─ долговечность, которая выражается в стабильности формы базовых деталей и способности сохранять первоначальную точность в течение заданного срока эксплуатации.

Кроме того, базовые детали должны иметь малые температурные деформации, из-за которых могут произойти относительные смещения между инструментом и заготовкой.

При конструировании базовых деталей стремятся к созданию жестких конструкций, но имеющих малую массу; простых по конфигурации, но обеспечивающих высокую точность, дающих экономию металла, но учитывающих возможности литейной технологии и технологии сварных конструкций. Конструирование базовых деталей во многом опирается на богатый практический опыт, накопленный за долгие годы у нас в стране и за рубежом.

Корпусные детали
К корпусным деталям станков относят: станины 1, стойки 3, траверсы, проставочные плиты 2, корпуса силовых головок 4, ко­робок скоростей, подач, задних бабок, суппортов 5, столов, планшайб и др. (рис. 2.35). Основное требование, предъявляемое к кор­пусным деталям: возможность в процессе работы станка и в течение длительного времени сохранять неизменность относительных положе­ний базовых поверхностей, т.е. неизменность геометрической формы. Данные требования обеспечиваются высокой жесткостью и виброустой­чивостью конструкций, износостойкостью направляющих. Это достига­ется с помощью как конструктивных способов, так и технологически­ми методами.

Оценить работоспособность корпусных деталей можно на основе учета максимальных усилий, действующих в процессе работы станка. Поскольку корпусные детали и в первую очередь станины находятся под действием сложной системы переменных сил и имеют различную толщину стенок, ребра жесткости, перегородки, окна и т.п., то расчет деформаций таких деталей представляет определенные труд­ности. Для удобства расчета сложные формы корпусных деталей можно представить в виде ферм, балок упрощенной конструкции. Это дает возможность оценить различные варианты конструкций, напряжений и деформаций в них. Наиболее важное значение имеет проверка жест­кости станины, стоек, траверс на изгиб и кручение. Для провероч­ных расчетов составляют расчетную схему с указанием направления и значений действующих нагрузок, которые и являются исходными для расчета базовых узлов и механизмов станка. В качестве примера на рис. 2.36 показана схема сверлильно-фрезерно-расточного станка и эпюры изгибающих М_и и крутильных М _кмоментов, действующих в ста­нине.

Из всех приведенных корпусных деталей наиболее ответственной является станина, на базовых поверхностях которой располагаются различные подвижные и неподвижные узлы и механизмы станка: суп­порты, стойки, столы, приводы и т.п. В основе конструкции станин, несмотря на большое разнообразие их форм, лежат некоторые общие принципы, обусловленные конструктивными, технологическими и проч­ностными требованиями. Конструкция станины должна обеспечить воз­можность рационального расположения на ней всех необходимых узлов и механизмов, а также удобства их монтажа и разборки. Технологич­ность конструкции должна обеспечить возможность изготовления ста­нины с требуемой точностью геометрической формы и качеством базо­вых поверхностей при высокой производительности их обработки.
Наивыгоднейший профиль станин по конструктивным соображениям и прочностным характеристикам — сечение в форме полого прямоу­гольника или кольцевого профиля (рис. 2.37, а, б, в).

Такие профили наиболее характерны для вертикальных станин МС. Однако не всегда удается выдержать по всей длине станины замкнутый профиль, что связано с необходимостью обеспечить удобство удаления стружки, компактное расположение различных механизмов, узлов и агрегатов, сборку и демонтаж станка. Поэтому часто форма профиля станины имеет открытый вид, а для повышения ее жесткости применяют ребра жесткости, двойные стенки и т.п. (рис. 2.37, г, д, е). Жесткость ста­нины значительно повышается, если полая внутренняя часть выполне­на с перегородками (рис. 2.38).

Станины. Несущую систему станка образует совокупность его элементов, через которые замыкаются силы, возникающие между инструментом и заготовкой в процессе резания. К основным элементам несущей системы станка относятся станина и корпусные детали (поперечины, хоботы, ползуны, плиты, столы, суппорты и т.п.).

Станина служит для монтажа деталей и узлов станка, относительно нее ориентируются и перемещаются подвижные детали и узлы. Станина, как и другие элементы несущей системы, должна обеспечивать в течение срока службы станка возможность обработки заготовок с заданными режимами и точностью. Это достигается правильным выбором конструкции, материала станины и технологии ее изготовления для обеспечения необходимой жесткости, виброустойчивости и износостойкости направляющих.

Станины делят на горизонтальные и вертикальные (стойки). Форма сечения горизонтальных станин (рис. 2.1, а) определяется многими факторами: расположением направляющих, условиями удаления стружки и СОЖ, условиями размещения резервуаров для СОЖ и защитных устройств, необходимостью установки на ней подвижных и неподвижных узлов, требованиями к жесткости, удобством проведения ремонтных работ и т. п. Форма сечения вертикальных станин (рис. 2.1, б) определяется главным образом требованиями к жесткости. В целях повышения жесткости станины выполняют с двойными стенками или сплошного сечения, с замкнутым контуром, увеличенным числом перегородок и ребер; с этой же целью исключают люки и окна или уменьшают их размеры.

Основным материалом для изготовления служат чугун — для литых станин, сталь — для сварных. Для изготовления станин тяжелых станков иногда применяется железобетон. Для станин станков высокой точности применяется искусственный материал — синтегран, изготовляемый на основе крошки минеральных материалов и смолы. Этот материал характеризуется незначительными тепловыми деформациями.

Шпиндельные узлы

Шпиндельные узлы предназначены для передачи вращательного движения и крутящего момента от коробок скоростей к обрабатываемой детали или инструменту. В конструкцию шпиндельного узла входят опорные подшипники, собственно шпиндель и зубчатые колеса, сообщающие ему вращение. Валы осуществляют вращательное движение и передают крутящий момент шпинделям. Валы в процессе своей работы испытывают деформации кручения, изгиба, растяжения и сжатия. Валы в зависимости от конструкции могут быть гладкие, ступенчатые, шпоночные и шлицевые. В коробках скоростей чаще всего применяются шлицевые валы. Детали, монтируемые на валу, закрепляют при помощи шпонок. Для уменьшения массы и габаритных размеров сильно нагруженные валы станков изготовляют полыми. Полые валы необходимы по условиям конструкции, чтобы пропустить через них другой вал или деталь, например, шпиндели токарных, фрезерных и других станков. Шлицевые валы обеспечивают плавное перемещение зубчатых колес и муфт вдоль вала. Для монтажа подвижных зубчатых колес и зубчатых блоков обычно применяют шести- и четырехшлицевые валы.

Шпиндель станка служит для передачи вращения обрабатываемой детали или инструменту. Шпиндели сверлильных, расточных и некоторых других станков кроме вращательного движения осуществляют одновременно поступательное движение, а шпиндели хонинговальных станков одновременно осуществляют возвратно-поступательное движение. Шпиндель является весьма ответственной деталью станка. От точности вращения шпинделя зависит точность обработки деталей. Основные требования к шпинделям станков следующие.

Типовые конструкции металлообрабатывающих станков

Ременная передача осуществляется при помощи двух шкивов, закрепленных на валах, и надетого на эти шкивы с натяжением бесконечного ремня, имеющего прямоугольное, трапециевидное и реже круглое сечение (плоские, клиновые и круглые ремни).

Наибольшее распространение получили плоские ремни — кожаные, хлопчатобумажные, пропитанные резиной, или хлопчатобумажные тканые. В процессе работы плоские ремни растягиваются и происходит проскальзывание шкивов, а следовательно, число оборотов ведомого вала будет уменьшаться при неизменном числе оборотов ведущего вала. Проскальзывание приводит также к преждевременному износу ремня. Для создания и поддержания натяжения ремня в плоскоременной передаче применяют натяжной ролик, качающийся на рычаге около неподвижной оси и прижимаемый к ремню пружиной или грузом.

Клиноременные передачи обычно составляют из нескольких ремней.

Ременная передача имеет следующее преимущество по сравнению с зубчатой: а) может осуществлять вращение шкивов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга; б) эластичность привода, смягчающая колебания нагрузки и предохраняющая от значительных перегрузок вследствие скольжения; в) плавность хода и бесшумность работы передачи; г) незначительная стоимость, д) простота ухода и обслуживания.

Ременная передача имеет также и недостатки, к ним относятся: а) значительные размеры между осями при передаче особенно больших мощностей; б) непостоянство передаточного числа оборотов ведомому валу из-за скольжения ремня на шкивах; в) значительное давление на валы и опоры; г) низкий к. п. д.; д) малая долговечность ремней; е) невозможность использования во взрывоопасных помещениях ввиду электризации ремней.

Плоскоременные передачи могут быть использованы для передачи значительных мощностей от

0,75 до 1500 квт, а клиноременные — от

0,35 до 370 квт. Ременные передачи обычно работают при скорости v = 5 ÷ 60 м/сек, а скорость сверхбыстроходных плоских ременных передач достигает 100 м/сек. Большие скорости, передаваемые плоскоременной передачей, позволяют вращать шпиндели сверлильных, шлифовальных и других станков с числом оборотов п = 30 ООО об/мин и более. Размеры ремней регламентированы ГОСТом.

Применяемые в станках цепи по характеру выполняемой работы делятся на три основные группы: приводные, грузовые и тяговые. Приводные цепи в большинстве случаев осуществляют передачу от источника движения или какого-либо передаточного механизма к приемному узлу станка. Цепи могут работать с большими скоростями (до 30 м/сек), как при малых, так и при больших межцентровых расстояниях. Приводные цепи имеют ту особенность, что одной цепью можно соединить и приводить в движение одновременно несколько валов. К п. д. цепных передач η = 0,87 ÷ 0,98. Колеса в цепной передаче называются звездочками, зубья последних имеют форму, обеспечивающую плавное зацепление с цепью. Цепь состоит из наружных и внутренних звеньев.

Зубчатой передачей называется меха­низм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством зубчатых колес и реек.

Зубчатое колесо, сидящее на передающем вращение валу, называется веду­щим, а на получающем вращение — ведомым. Меньшее из двух колес со­пряженной пары называют шестерней; большее — колесом; тер­мин «зубчатое колесо» относится к обеим деталям передачи.

Зубчатые передачи представляют собой наиболее распространенный вид передач в современном машиностроении. Они очень надежны в работе, обеспечивают постоянство передаточного числа, компактны, имеют высо­кий КПД, просты в эксплуатации, долговечны и могут передавать любую мощность (до 36 тыс. кВт).

К недостаткам зубчатых передач следует отнести: необходимость высо­кой точности изготовления и монтажа, шум при работе со значительными скоростями, невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа.

В связи с разнообразием условий эксплуатации формы элементов зубча­тых зацеплений и конструкции передач весьма разнообразны.

Червячная передача — это механизм для передачи вращения ме­ жду валами посредством винта и сопряженного с ним червячного колеса.

Передача предназначена для существенного увеличения крутящего момента и, соответственно, уменьшения угловой скорости. Ведущим звеном является червяк. Червячная передача без смазки и вибрации обладает эффектом самоторможения и является необратимой: если приложить момент к ведомому звену (червячному колесу), из-за сил трения передача работать не будет. Передаточные отношения червячной передачи закладываются в пределах от 8 до 100, а в некоторых случаях — до 1000

Реечная передача состоит из рейки и зубчатого колеса или рейки и червяка. Эта передача преобразует вращение зубчатого колеса или червяка в поступательное движение рейки (или вала зубчатого колеса). Зубчатая рейка и зубчатое колесо могут выполнять роли как ведущего, так и ведомого элемента передачи. Реечная передача весьма проста в изготовлении и по своей конструкции, а поэтому надежна в эксплуатации. Кроме этого у реечной передачи достаточно высокий КПД (0,94 — 0,98). Составляющие реечной передачи изготавливаются из относительно недорогих углеродистых конструкционных или легированных сталей. К недостаткам реечной передачи можно отнести то, что ее передаточное число равно 1 и поэтому выигрыш в силе отсутствует.

Реечные передачи предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное движение или наоборот.

Винтовая передача состоит из винта и гайки. Она преобразует вращательное движение винта в поступательное движение гайки.

Винтовые передачи делятся на:передачи скольжения;передачи качения.

Фрикционные передачи нашли применение в приводах главного движения и приводах подачи универсальных станков. Фрикционные передачи обладают следующими достоинствами: а) простотой конструкций; б) равномерностью передачи движения и бесшумностью работы; в) удобством применения при необходимости регулирования передаточного отношения. Изменение скорости главного движения и подачи при использовании фрикционных передач можно производить во время работы станка без остановки его для переключения.

Недостатками фрикционной передачи являются: а) большие нагрузки на валы и подшипники; б) повреждение дисков при буксовании, что приводит к неравномерному их износу. На рисунке показаны наиболее широко используемые в станках схемы фрикционных вариаторов.

Планетарным зубчатым механизмом называется механизм, имеющий зубчатые колеса с движущимися геометрическими осями. Такие колеса называются планетарными или сателлитами. Система, которая несет оси сателлитов, называется водилом. Колеса с неподвижными осями, по которым обкатываются сателлиты, называются центральными. Неподвижные центральные колеса называются опорными. Эпициклические механизмы применяются для получения больших передаточных отношений и для цепей суммирования двух независимых движений в механизмах затыловочных, расточных, зуборезных, автоматических станков и в делительных головках фрезерных станков.

На рисунке показан планетарный механизм, носящий название дифференциала. Рассматриваемый дифференциал имеет две степени свободы, позволяющие суммировать на ведомом звене движения, получаемые от двух независимых источников. Дифференциал состоит из сателлитов z₂ и z₃ центральных колес z₁ и z₄ и водила 3. Зубчатое колесо z₁ вращается с основной скоростью, передаваемой вращающим валом 1, зубчатое колесо z₄ вращается с дополнительной скоростью, передаваемой валом 2 и червяком k₁ и червячным колесом z₅. Кинематический расчет рассматриваемой эпициклической передачи заключается в том, что по заданному числу оборотов ведущего звена определяют число оборотов ведомого звена.

Типовые механизмы металлорежущих станков;

Классификация металлорежущих станков.

Общие сведения о металлорежущих станках.

1. Металлообрабатывающими станками называют машины для формообразования деталей из металлов (реже из пластмасс, керамики, стекла, камня и других материалов) путем снятия стружки или без снятия стружки (обкатывание ро­ликами, нанесение рифлений и др.).

Металлообрабатывающие станки играют важнейшую роль в про­изводстве средств производства, в том числе и самих металлообра­батывающих станков, а также предметов потребления. Парк металло­обрабатывающих станков является основой машиностроения.

Качество станков, их технический уровень на длительное вре­мя определяют производительность труда, качество и себестои­мость продукции в машиностроении, поэтому во всех отраслях станкостроения непрерывно ведется работа по совершенствова­нию выпускаемого оборудования.

Особое внимание в последнее время уделяется выпуску станков с числовым программным управлением. Оборудование цехов эти­ми станками позволяет резко повысить производительность труда, качество продукции, коренным образом изменяет характер труда станочников, освобождая их от утомительной и требующей напря­женного внимания работы по установке лимбов, отсчетов по ним, переключения и реверсирования скоростей, смены инструментов, подводу и отводу исполнительных механизмов станков, примене­нию физических усилий. Вместе с тем работа на этих станках требу­ет от станочников-операторов высокой квалификации.

2. Металлорежущие станки, выпускаемые в бывшем СССР, классифици­руют по системе, разработанной Экспериментальным научно-исследовательским институтом металлорежу-щих станков (ЭНИМС). Согласно этой системе станки по виду обработки и применяемому режущему инструменту разбиваются на 10 групп (токарные, свер­лильные, фрезерные и др.). В свою очередь, каждая группа в зависимости от важнейших признаков подраз­деляется на 10 типов: по степени универсальности (уни­версальные, специализированные и специальные); степе­ни автоматизации (полуавтоматы, автоматы); точности обработки изделий (нормальной – Н, повышенной – П, высокой – В, особо высокой – А, особо точные стан­ки – С).

Иногда в название станков включаются конструктив­ные признаки, например расположение шпиндельного вала, горизонтально-фрезерный или вертикально-фре­зерный. Кроме того, в название станков входит число наиболее важных узлов: суппортов у токарных станков и количество шпинделей у сверлильных (многошпин­дельный горизонтально-сверлильный станок).

Каждый тип станков разбит на типоразмеры. В ос­нову этого деления положен один наиболее важный для эксплуатации размер (например, для токарных станков это высота центров станка, указывающая наибольший размер детали, обрабатываемой над станиной).

Станки нумеруют тремя или четырьмя цифрами (на­пример, 2135). Первая цифра (2) показывает группу станка (сверлильный), вторая (1) – тип станка (верти­кально-сверлильный), третья и четвертая (35) – важ­нейший размер для эксплуатации (максимально допус­тимый диаметр сверления 35 мм). Кроме того, между цифрами и в конце их ставят буквы, которые указывают на усовершенствование и изменение основной модели станка.

Например, 2Н135А означает, что станок 2135 модер­низирован (на это указывает буква Н) и может рабо­тать в автоматическом цикле (буква А).

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) имеют в обозначении букву Ф и цифру после нее, указывающую на систему управления: Ф1 – с циф­ровой индикацией и преднабором координат; Ф2 – с по­зиционными системами; Ф3 – с контурными системами; Ф4 – с универсальными системами для позиционной и контурной обработки (например, 2Н125Ф2).

3. Коробки скоростей и коробки подач станков представляют различные сочетания элементарных меха­низмов (множительные механизмы), которые позволяют изменять передаточные отношения кинематических це­пей. Наиболее часто применяют множительные меха­низмы с передвижными блоками зубчатых колес.

Рис. 45. Схемы механизмов:

а – со скользящими зубчатыми колесами; б – со скользящим и накидным зубчатыми колесами; в – с шестеренчатым конусом со скользящим и накидным зубчатыми колесами; г – с двойным шестеренчатым конусом и выдвижной шпонкой; д – с качающейся кулисой; е – храповой механизм; ж – ревер­сивный механизм с цилиндрическими зубчатыми колесами и кулачковой муф­той; з – реверсивный механизм с коническими зубчатыми колесами и кулач­ковой муфтой

Механизм со скользящими зубчатыми колесами (рис. 45, а) рассчитан на три скорости. Зубчатые коле­са z₁, z₃. z₅ с различным числом зубьев жестко закреплены на валу I (ведущем). Каждое из этих колес может входить в зацепление с одним зубчатым колесом трехвенцового блока при передвижении его по валу II: z₁ с z₂, z₃ с z₄, z₅ с z₆. Валу II при этом сообщаются три скорости с передаточными отношениями:

Передвижные блоки обычно имеют два или три зуб­чатых венца, четырехвенцовые блоки встречаются редко.

Рассмотренные зубчатые механизмы могут использо­ваться и в коробках подач. Однако для последних при­меняют специфические множительные зубчатые меха­низмы.

Механизм со скользящим и накидным зубчатым ко­лесами (рис. 45, б) используется в коробках подач. В конструкции этого механизма, кроме валов I и II, имеетсяпромежуточный вал с двумя двухвенцовыми блоками (z₁ и z₃, z₅ и z₆). На валу I зубчатые колеса z₁ и z₄ закреплены жестко и находятся в постоянном зацеплении z₁ с зубчатым венцом z₂ первого блока, а z₄ – с зубчатым венцом z₅ второго блока. Вал II имеет обойму с накидным z_н и скользящим z_c зубчатыми ко­лесами. При передвижении обоймы вдоль вала II на­кидное z_н зубчатое колесо может быть введено в зацеп­ление с зубчатыми колесами z₂, z₃, z₅ и z₆ промежуточ­ного вала. Движение с вала I на вал II передается через скользящее зубчатое колесо z_c четырьмя различными способами с передаточными отношениями:

Механизм с шестеренчатым конусом со скользящим и накидным зубчатыми колесами (рис. 45, в) используют также в коробках подач. На валу II этого механизма жестко закреплены зубчатые колеса z₁, z₂, z₃, z₄, z₅ и z₆, образующие шестеренчатый конус, а вал I имеет обой­му, в которой находятся в постоянном зацеплении на­кидное зубчатое колесо z_н и скользящее z_c.

При перемещении обоймы по валу I накидное зубча­тое колесо z_н может зацепляться с одним из зубчатых колес шестеренчатого конуса и передавать вращение скользящему зубчатому колесу z_c, а следовательно, и валу I, который получает шесть скоростей с передаточ­ными отношениями:

Механизм с двойным шестеренчатым конусом и вы­движной шпонкой (рис. 45, г) применяется в коробках подач. На валу I жестко закреплены зубчатые колеса z₁, z₃, z₅, z₇ и z₉ первого шестеренчатого конуса, и с ни­ми в постоянном зацеплении находятся зубчатые колеса z₂, z₄, z₆, z₈ и z₁₀ второго конуса, которые свободно сидят на валу II и имеют шпоночные канавки.

Вал II полый, и внутри его проходит тяга а, шарнирно связанная с выдвижной шпонкой, которая при движении тяги вдоль вала может входить в паз одного из зубчатых колес этого вала. При этом движение с вала I (если он веду­щий) на вал II передается через эту пару зубчатых колес.

В металлорежущих станках вращательное движение в поступательное преобразуется реечным механизмом, винтовой парой, качающейся кулисой, храповым меха­низмом.

Механизм с качающейся кулисой (рис. 45, д) преоб­разует вращательное движение в поступательное. Кули­са, закрепленная на оси 0, может качаться. Верхним концом она через шарнир 4 и гайку 5 связана с ползу­ном 6. Кулиса имеет прорезь 3, вдоль которой переме­щается кулисный камень 2, свободно сидящий на паль­це кулисного колеса 1. При вращении кулисного колеса палец перемещает кулисный камень вдоль прорези ку­лисы и качает ее, кулиса при движении перемещает ползун.

При повороте кулисного колеса на угол α ползун со­вершает медленное движение вперед (рабочий ход), а при повороте колеса на угол β происходит возвратное быстрое перемещение ползуна (холостой ход). Скорость рабочего хода υ_p будет во столько раз меньше скорости холостого хода υ_x, во сколько угол α больше угла β.

Храповой механизм (рис. 45, е) служит для преобра­зования вращательного движения в прерывистое посту­пательное и используется в приводах движения подачи. В этом механизме яри повороте диска А поворачивается эксцентрично закрепленный палец 1 и тянет за собой шатун 2, шарнирно соединенный с ним. Конец 3 шатуна 2 шарнирно соединен с планкой 4 и поворачивает ее. Планка имеет собачку 5, которая, западая во впадину между зубьями храпового колеса z_xp, поворачивает его и винт 6. Вследствие этого происходит перемещение гайки 7, жестко закрепленной на столе, и, следователь­но, перемещение стола станка. При повороте диска А далее (на половину окружности) шатун поворачивает планку в противоположном направлении и собачка 5 проскакивает зубья храпового колеса, не поворачивая его. Поворот храпового колеса регулируется значением эксцентричности закрепления пальца 1 на диске А. Чем меньше эксцентричность, тем меньше угол поворота храпового колеса и меньше перемещение гайки. Чем больше эксцентричность, тем больше угол поворота храпового колеса и перемещение гайки, а, следовательно, стола станка.

Реверсивный механизм с цилиндрическими зубчатыми колёсами кулачковой муфтой (рис. 45, ж) предназначен для изменения направления движения рабочих органов в металлорежущих станках. В этом механизме кулачковая муфта А может замыкать на валу II зубчатое колесо z₅. Так как движение передается с вала I через промежуточное (паразитное) z₄ зубчатое колесо, то вал II получает то же направление, что и вал I. При замыкании муфтой А зубчатого колеса z₂ вал II полу­чает противоположное вращение.

Реверсивный механизм с коническими колесами и ку­лачковой муфтой (рис. 45, з) имеет свободно сидящие на валу I колеса z₁ и z₂, которые поочередно приводятся в движение муфтой А. При этом колесо z₃ на валу II получает правое (с z₁) или левое (с z₂) вращение.