Шахаев Ж.А. Металлорежущие станки и инструмент by Volodko Sergey

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Ж.А.ШАХАЕВ

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ И ИНСТРУМЕНТ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ «ТИПОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПРИВОДОВ СТАНКОВ»

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Оренбург 2003

ББК 34.65-5Я73 Ш-31 УДК 621.941 (075)

Рецензент кандидат технических наук, профессор В.П. Апсин

Шахаев Ж.А. Металлорежущие станки и инструмент: Методические указания к лабораторной работе «Типовые механизмы приводов станков». – Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2003 – 28с.

Ш-31

Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по дисциплине: «Металлорежущие станки и инструмент» для студентов специальностей 150200 и 230100.

2702000000 6ЛЛ-03

ББК 34.63-5Я73 © Шахаев Ж.А., 2003 © ГОУ ВПО ОГУ, 2003

1 Цель работы

Изучение назначения, конструкции и принципов действия основных типовых механизмов приводов станков. Приобретение навыков чтения кинематических схем станков. 2 Общие положения Основоположником кинематики станков является профессор Г.М. Головин, который разработал теоретические основы анализа, настройки и расчета кинематических цепей станков. Кинематическая цепь – это совокупность ряда передач: зубчатых, винтовых, реечных, ременных, храповых и др., осуществляющих передачу движений от начального звена к конечному, например, от двигателя к шпинделю. Условные обозначения передаточных пар и механизмов металлорежущих станков, предусмотрены ГОСТ 2770-74, приведены в таблице 1. Таблица 1 – Условные обозначения, применяемые на кинематических схемах станков Название Вал Соединение валов: а) глухое б) глухое с предохранением от перегрузки в) эластичное г) шарнирное д) телескопическое е) плавающей муфтой ж) зубчатой муфтой з) предохранительной муфтой

Обозначение

Название

Обозначение

Соединение детали с валом: а) свободное при вращении б) подвижное без вращения в) при помощи вытяжной шпонки г) глухое Подшипники скольжения: а) радиальный б) радиальноупор-ный односторонний в) радиальноупор-ный двусторонний Подшипники качения: а) радиальный (общее обозначение) б) радиальноупор-ный односторонний 3

Продолжение таблицы 1 Название

Обозначение

Название

в) радиальноупор-ный двусторонний

Муфты сцепления кулачковые: а) односторонняя

Передача плоским ремнем

б) двусторонняя Муфты сцепления фрикционные: а) односторонняя

Передача клиновидным ремнем

б) двусторонняя Передача круглым ремнем Передача цепью

Передача цилиндрическими зубчатыми колесами Передача коническими зубчатыми колесами

в) односторонняя электромагнитная г) односторонняя гидравлическая или пневматическая д) конусная односторонняя е) конусная двусторонняя ж) дисковая односторонняя з) дисковая двусторонняя

Червячная передача Муфта обгона односторонняя Реечная передача Винтовая передача: а) гайка неразъемная б) шариковая винтовая передача в) гайка разъемная

Тормоза: а) конусные

б) колодочные

в) ленточные

Обозначение

Продолжение таблицы 1 Название г) дисковые Кулачки плоские: а) продольного перемещения б) дисковые Кулачки барабанные цилиндрические

Обозначение

Название

Обозначение

Храповой зубчатый механизм Мальтийский механизм наружного зацепления Неподвижное закрепление оси

2.1 Определение передаточных отношений и перемещений в различных видах передач

Отношение частоты вращения (угловой скорости) n2 ведомого вала к частоте вращения n1 ведущего вала называют передаточным отношением: i = n2 n1 . Ременная передача. Передаточное ремня (Рисунок 1а)

(1)

отношение без учета скольжения

i = n2 n1 = d1 d 2 ,

(2)

n2 = n1 ⋅ d1 d 2 ,

(3)

n1 = n2 ⋅ d 2 d1 ,

(4)

откуда

или

где d1 и d 2 – диаметры соответственно ведущего и ведомого шкивов. Скольжение ремня учитывают, введя поправочный коэффициент, равный 0,97 – 0,985.

Рисунок 1 – Передачи в станках Цепная передача. Передаточное отношение (Рисунок 1б) i = n2 n1 = z1 z 2 ,

(5)

n2 = n1 ⋅ z1 z 2 ,

(6)

откуда

где z1 и z 2 – числа зубьев соответственно ведущей и ведомой звездочек. Зубчатая передача (Рисунок 1в), осуществляемая цилиндрическими или коническими колесами. Передаточное отношение: i = n2 n1 = z1 z 2 ,

(7)

n2 = n1 ⋅ z1 z 2 ,

(8)

откуда

где z1 и z 2 – числа зубьев соответственно ведущего и ведомого зубчатых колес. 6

Червячная передача. Передаточное отношение i, определяется по формуле (Рисунок 1г): i = n 2 n1 = Z z К ,

(9)

n 2 = n1 ⋅ Z z K ,

(10)

откуда

где Z – число заходов червяка; z K – число зубьев червячного колеса. Реечная передача. Длина прямолинейного перемещения рейки за один оборот реечного зубчатого колеса l, мм, определяется по формуле (Рисунок 1д):

l = z ⋅ p = z ⋅ π ⋅ m,

(11)

где p – шаг зуба рейки, мм; z – число зубьев реечного зубчатого колеса; m – модуль зубьев реечного зубчатого колеса, мм. Шаг зуба рейки p, мм, определяется по формуле: p =π ⋅m.

(12)

Винт и гайка. Перемещение гайки за один оборот винта l, мм, определяется по формуле (Рисунок 1е): l = Z ⋅ pB ,

(13)

где Z – число заходов винта; p B – шаг винта, мм. 2.2 Передаточные отношения кинематических цепей, расчет частоты вращения и крутящих моментов

Для определения общего передаточного отношения кинематической цепи (Рисунок 1ж) необходимо перемножить между собой передаточные отношения отдельных передач, входящих в эту кинематическую цепь: iОБЩ =

32 23 23 30 28 23 26 1 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = , 64 46 46 30 28 23 52 16

(14)

Частота вращения последнего ведомого вала равна частоте вращения ведущего вала, умноженной на общее передаточное отношение кинематической 7

цепи:

n = 950 ⋅ iОБЩ ,

т.е. n = 950 ⋅

(15)

1 ≈ 59,4 мин –1. 16

Крутящий момент на шпинделе M ШП зависит от передаточного отношения кинематической цепи от электродвигателя к шпинделю. Если электродвигатель развивает момент М ДВ , то М ШП = М ДВ ⋅ η iОБЩ ,

(16)

М ШП = 9560 N ДВ ⋅ η iОБЩ ⋅ n ДВ ,

(17)

или

где iОБЩ – передаточное отношение кинематической цепи от электродвигателя к шпинделю; N ДВ и n ДВ – соответственно мощность (кВт) и частота вращения (мин–1) вала электродвигателя; η – КПД кинематической цепи от электродвигателя к шпинделю. 3 Типовые механизмы приводов станков

Привод – устройство, служащие для приведения в действие исполнительных звеньев станка. В привод входит также источник движения. Привод должен обеспечивать возможность регулирования скорости движения исполнительных звеньев станка. Приводы станков подразделяют на ступенчатые и бесступенчатые. К ступенчатым относят приводы со ступенчатыми шкивами, с шестеренными коробками скоростей и приводы в виде многоскоростных асинхронных электродвигателей. Возможны также ступенчатые приводы, являющиеся комбинацией у помянутых выше механизмов. 3.1 Механизмы с подвижными блоками зубчатых колес, фрикционными и электромагнитными муфтами

Привод с шестеренной коробкой скоростей является наиболее распространенным типом привода главного движения в металлорежущих станках. Его достоинством являются компактность, удобство в управлении и надежность в работе. Но приводы с шестеренными коробками скоростей не имеют бесступенчатого регулирования скорости, у них сравнительно низкий КПД на высоких частотах вращения при широком диапазоне регулирования. 8

Существует много различных конструкций коробок скоростей (Рисунок 2), однако все они представляют собой сочетание отдельных типов механизмов. Применение того или иного способа переключения в коробках скоростей зависит от назначения станка, от частоты переключений и продолжительности рабочих ходов. Передачи с передвижными блоками колес могут передавать большие крутящие моменты при сравнительно небольших размерах зубчатых колес. Кроме того, в таких коробках в зацеплении находится только те зубчатые колеса, которые передают вращение шпинделю. Значит, остальные колеса в это время не изнашиваются: Указанные преимущества позволяют широко применять для изменения частоты вращения шпинделя передвижные блоки зубчатых колес в коробках скоростей главным образом универсальных станков. В передвижных блоках используют прямозубые колеса.

а – двухскоростных; б – трехскоростных; в – четырехскоростных Рисунок 2 – Элементарные механизмы коробок скоростей Недостатки этих коробок скоростей: невозможность переключения передач на ходу; необходимость блокировки, предотвращающей одновременное 9

включение в работу блоков зубчатых колес, совместная работа которых не предусмотрена; относительно большие размеры по длине. Использование фрикционных и электромагнитных муфт в коробках скоростей дает возможность быстрого и плавного переключения передач на ходу. Недостатками таких коробок являются потери мощности на вращение неработающей пары колес и изнашивание; большие радиальные и осевые размеры при передаче больших крутящих моментов; снижение КПД станка вследствие трения в выключенных муфтах; нагревание муфт; необходимость их частого регулирования; передача теплоты от муфт шпиндельному узлу.

3.2 Механизмы с встречными конусами зубчатых колес и вытяжной шпонкой

Механизм на четыре различных передаточных отношения (вообще число передач в таких механизмах может достигать восьми-десяти в одной группе) показан на рисунке 3, где приведена ее кинематическая схема (Рисунок 3а). Передача движения в ней осуществляется через пару зубчатых колес z5 z6 .

Рисунок 3 – Механизм с встречными конусами зубчатых колес и вытяжной шпонкой Механизмы с вытяжными шпонками обычно используют в качестве основной группы передач коробки подач. В механизме с вытяжной шпонкой (см. конструктивное исполнение на рисунке 3б) на верхнем валу жестко закреплены 10

на шпонке зубчатые колеса z1 , z 3 , z 5 , и z7 , которые находятся в постоянном зацеплении соответственно с зубчатыми колесами z 2 , z 4 , z6 и z8 . Одно из зубчатых колес, расположенных на ведомом валу, вытяжной шпонкой может быть жестко связано с валом, и тогда вращение валу передается через это колесо. При этом остальные зубчатые колеса вращаются вхолостую. Для предотвращения одновременного включения двух ведомых зубчатых колес механизм имеет специальные разделительные кольца 1. Недостатком этого механизма является то, что зубчатые колеса ведомого вала независимо от того, передают они крутящий момент или нет, постоянно вращаются, что ускоряет их изнашивание и требует дополнительной затраты мощностей. К недостаткам относится также возможность перекоса вытяжной шпонки, малая жесткость шпоночного валика, ослабленного продольным пазом, вращение колес с чрезмерно большой скоростью, если шпоночный валик работает как ведущий, и др. Коробки подач с вытяжными шпонками применяют в небольших, а иногда и в средних по размеру сверлильных и токарноревольверных станках. 3.3 Механизмы передач в форме сменных зубчатых колес

Эти механизмы нашли применение в цепях скоростей и подач специализированных и специальных станков, в цепях формообразования винтовых поверхностей токарно-винторезных, резьботокарных, резьбофрезерных и других станков. Изменить скорость вращения с помощью гитар сменных станков целесообразно при длительной работе станка без перенастройки или точной настройки цепи. В однопарных гитарах (Рисунок 4а) межосевое расстояние постоянно, поэтому условие сцепляемости сменных колес при одинаковом модуле: A + B = Const ,

(18)

где A, B – число зубьев сменных.

Рисунок 4 – Механизмы передач в форме сменных зубчатых колес. На рисунке показана схема двухпарной гитары. Расстояние L между ведущим 1 (колеса А) и ведомым 2 (колеса D) валами неизменно. На ведомом валу свободно посажен «приклон» 3 гитары. В приклоне имеются радиальный и дуговой пазы. В радиальном пазу закреплена ось 4 колес В и С. Перемещая ось вдоль паза, можно менять расстояние L2 между колесами С и D. Дуговой паз в приклоне позволяет изменить расстояние L1 между колесами a и b при повороте приклона на валу 2. В требуемом положении приклон закрепляют болтом 5. Условие сцепляемости двухпарной гитары проверяют по формулам: A + B > C+15, C+D > B+15

(19)

3.4 Реверсивные механизмы

Направление движения в механизмах станков можно изменять с помощью различных механических, электрических и гидравлических устройств. Наиболее часто применяют реверсивные механизмы с цилиндрическими и коническими колесами. На рисунке 5 а, б, в показаны схемы реверсивных механизмов с передвижными зубчатыми колесами, а на рисунке 5 г, д, е – с неподвижными колесами и муфтами. В механизме с коническими зубчатыми колесами (Рисунок 5ж) реверсирование производится двусторонней кулачковой муфтой. Направления вращения на рисунке показаны стрелками.

Рисунок 5 – Реверсивные механизмы В некоторых моделях зубообрабатывающих станков применяют реверсивные механизмы, показанные на рисунке 5з. При неизменном направлении вращения зубчатого колеса z составное колесо получает возвратно-вращательное движение. Гидравлическое реверсирование осуществляется изменением направления потока масла в рабочий цилиндр, чаще всего с помощью направляющих гидрораспылителей, электрическое реверсирование путем изменения направления вращения электродвигателя привода. 3.5 Механизмы прямолинейного движения

В металлорежущих станках для осуществления прямолинейных движений преимущественно используют следующие механизмы: зубчатое колесорейка, червяк-рейка, ходовой винт-гайка, кулачковые механизмы. Механизм зубчатое колесо-рейка применяют в приводе главного движения и движения подачи, а также в приводе различных вспомогательных перемещений. Механизм червяк-рейка. Применяют два типа этих механизмов: с расположением червяка под углом к рейке, что позволяет (для большей плавности хода передачи) увеличить диаметр колеса, ведущего червяк, и с параллельным расположением в одной плоскости осей червяка и рейки, когда рейка служит 13

как бы длинной гайкой с неполным углом охвата винта-червяка. Условия работы этой передачи благоприятнее условий работы передачи зубчатое колесорейка. Механизм ходовой винт-гайка бывает в виде пар скольжения и качения. Применяют его для осуществления прямолинейного движения. Винтовые пары скольжения из-за больших потерь при скольжении в резьбе и связанного с ним изнашивания заменяют винтовыми парами качения. Они имеют малые потери на трение, высокий КПД, кроме того, в них могут быть полностью устранены зазоры в резьбе в результате создания предварительного натяга. Замена трения скольжения трением качения в винтовой паре возможно либо при использовании вместо гайки роликов, свободно вращающихся на своих осях, либо при применении тел качения (шариков, а иногда роликов). На рисунке 6 показана шариковая пара, у которой в резьбе между винтом 3 и гайкой 2 помещены шарики 4. Шарики катятся по канавкам ходового винта и гайки. При вращении винта шарики, перекатываясь по канавке, попадают в отверстие гайки и проходя по желобу 1, через второе отверстие снова возвращаются в винтовую канавку. Таким образом, шарики постоянно циркулируют в процессе работы передачи. Как правило, в шариковых парах применяют устройства для выборки зазоров и создания предварительного натяга.

а – схема передачи; б – шариковая винтовая передача (ШВП) с каналом возврата; в – шариковая винтовая передача с каналом возврата, выполненным в конце гайки; 1 – канал возврата шариков; 2 – корпус гайки; 3 – винт; 4 – шарик Рисунок 6 – Шариковая винтовая пара Кулачковые механизмы, преобразующие вращательное движение в прямолинейное поступательное, применяют главным образом на автоматах. Различают кулачковые механизмы с плоскими и цилиндрическими кулачками (Рисунок 7). При вращении кулачка 1 (Рисунок 7а) через ролик 2, рычажную передачу, зубчатый сектор и рейку движение передается суппорту, который совершает возвратно-поступательное движение в соответствии с профилем кулачка. На рисунке 7б показан принцип работы цилиндрических кулачков.

а – кулачковый механизм с плоским кулачком; б – кулачковый механизм с цилиндрическим кулачком Рисунок 7 – Кулачковые механизмы 3.6 Храповые и мальтийские механизмы

Храповые и мальтийские механизмы относятся к числу механизмов для преобразования непрерывного вращательного движения в прерывистое. Храповые механизмы могут быть с наружным и внутренним зацеплением. В механизме с наружным зацеплением (Рисунок 8а), собачке 1 сообщается качательное движение. При движении справа на лево собачка через зубья храпового колеса 2 поворачивает на некоторый угол. При обратном ходе собачка проскальзывает по зубьям храпового колеса не вращая его. В храповом механизме с внутренним зацеплением (Рисунок 86) вал с жестко посаженным на нем 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 рисунке 8в, показана схема привода храпового механизма. Качательное движение собачка 1 получает через шатун от ведущего кривошипного диска 5 с пальцем 4. Изменение положения пальца в пазу 4 в пазу (т.е. изменение радиуса R) позволяет регулировать угол поворота α собачки 1 и тем самым угол поворота храпового колеса 2 за один оборот ведущего диска 5. Движение храпового колеса реверсируется переводом собачки 1 в положение, показанное тонкими линиями. Изменить угол поворота храпового колеса при неизменном положении кривошипного пальца 4 можно щитком 3, который закрывает часть зубьев храпового колеса, и собачка в начальный период движения скользит по его поверхности, а затем, сходя с него, захватывает зубья храпового колеса и поворачивает его. Щиток в выбраном положении удерживает фиксатор 6.

Рисунок 8 – Храповые механизмы Мальтийские механизмы чаще всего применяют для периодического поворота на постоянный угол револьверных головок, шпиндельных блоков, столов многошпиндельных автоматов и т.д. Мальтийские механизмы бывают правильные и неправильные. У правильных механизмов крест имеет пазы с равномерным шагом; у неправильных углы между смежными пазами креста различные. В станках применяют, как правило, правильные мальтийские механизмы с внешним зацеплением и радиальными пазами. В мальтийском механизме (Рисунок 9) при вращении кривошипа палец или ролик заходит в паз креста и за 1 каждый оборот поварачивает его на часть (z – число пазов), т.е. передаточное z 1 отношение мальтийского механизма i = ; обычно z = 3...8. z Основные соотношения параметров мальтийского механизма: 2 β = 2π z ; α + β = π 2 ,

(20)

где α – половина центрального угла кривошипа за период поворота креста на угол β; β – половина угла между соседними пазами креста. 17

1 – кривошипный диск; 2 – мальтийский крест; 3 – кривошипный палец (цевка) Рисунок 9 – Мальтийский механизм Если решить эти уравнения относительно 2α, то центральный угол рабочего поворота кривошипа 2α = π − 2 β = π − 2π z = π ⋅ ( z − 2) / z ; отсюда определяем значение центрального угла холостого хода кривошипа: 2γ = 2π − 2α = 2π −

π ⋅ ( z − 2) z

π ⋅ ( z + 2) z

(21)

Время полного цикла T = t p + tx ,

(22)

1 = t p T + tx T ,

(23)

откуда

где t р – время поворота креста; t x – время пребывания креста в покое. 18

При равномерном движении кривошипа (углы α, β и γ выражены в радианах):

tp T

t 2γ z + 2 2α z − 2 = и x = = 2π 2z T 2π 2z

(24)

Правильное соотношение между размерами мальтийского механизма выражается следующей зависимостью: R = l sin β = l sin

π z

(25)

Для того чтобы в начале поворота, когда палец входит в зацепление, не было жесткого удара, начальная угловая скорость креста должна быть равна нулю. Иначе необходимо, чтобы β + α = 90°, т.е. палец должен входить в паз креста в радиальном направлении. 3.7 Кривошипно-кулисные механизмы

Кривошипно-кулисные механизмы применяют для преобразования вращательного движения в прямолинейное возвратно-поступательное. Кривошипный привод (Рисунок 10а) работает следующим образом. От вращающегося кривошипного диска 1 с радиально-подвижным пальцем 2 движение через раздвижной шатун 3, качающийся рычаг 4 с зубчатым сектором передается круглой рейке 5, закрепленной на шпинделе 6. За счет радиального перемещения пальца 2 можно регулировать ход шпинделя 6, а за счет изменения длины шатуна 3-крайние положения инструмента, закрепленного в шпинделе. Кривошипный привод применяют, например, в зубодолбежных станках.

а – кривошипный; б – кулисный Рисунок 10 – Кривошипно-кулисные механизмы 19

Кулисный привод (Рисунок 106). Кривошипное зубчатое колесо 1 получает вращение и через палец 2 сообщает качательное движение рычагу 3, который шарнирно связан с ползуном 4, совершающим возвратно-поступательное движение. Ход ползуна 4 регулируют изменением положения пальца 2 на зубчатом колесе 1. Кулисный привод находит широкое применение в долбежных и поперечно-строгальных станках. Он обеспечивает хорошую плавность движения рабочего органа станка, однако имеет неравномерную скорость рабочего хода и постоянное соотношение между временем рабочего и вспомогательного ходов. 3.8 Суммирующие механизмы

Суммирующие механизмы (Рисунок 11) применяются в станках для суммирования движений на одном звене от разных кинематических цепей. На рисунке 11а приведена схема планетарного механизма. На валах I и III закреплены зубчатые колеса 1 и 4. Полый вал II с колесом 5 имеет водило 6, в котором вмонтирован сателлитный вал 7 с колесами 2 и 3. Движение от валов I и II суммируются на валу III. Это движение можно представить себе состоящим из двух движений: первое он получает от вала I при неподвижном вале II и второе - от вращения вала II при неподвижном вале I. На рисунке 11в представлен планетарный механизм, отличающийся от предыдущего формой водила 6. Вместо блока сателлитных колес здесь установлено удлиненное колесо 3 и промежуточное колесо 2.

а, в – планетарные; б, г – дифференциалы Рисунок 11 – Суммирующие механизмы Большое распространение в станках получили дифференциалы, состоя20

щие из конических зубчатых колес (Рисунок 11б,г). В случае неподвижного зубчатого колеса 3 (Рисунок 11б) и вращения колеса 1 сателлиты 2, обкатываясь вокруг колеса 3, будут вращать Т-образный вал. В случае неподвижного колеса 1 и вращения колеса 3 от червячной передачи 4-5 Т-образный вал будет получать вращение. Сообщая одновременно вращение колесу 1 и колесу 3, Тобразный вал будет получать суммарное (алгебраическая сумма) вращение. В дифференциале, изображенном на рисунке 11г, водилом является корпус дифференциала. Сателлиты 2 смонтированы на водиле 6. 3.9 Механизмы обгона

Механизмы обгона (Рисунок 12) применяют в тех случаях, когда требуется сообщить валу, имеющему медленное (рабочее) вращение, быстрое вращение (холостой ход). Чаще всего для этих целей применяют муфты обгона или храповые механизмы. На рисунке 12а представлена схема роликовой муфты обгона. Навалу 1 закреплен диск 2, имеющий три выреза, в которых размещены ролики 3, поджимаемые пружинами 4. Если сообщить колесу 5 вращение по стрелке, то ролики 3, заклиниваясь между поверхностями диска 2 и колеса 5, будут вращать диск 2 и вал 1. Если сообщить валу более быстрое вращение в том же направлении от другой кинематической цепи, то диск 2 будет обгонять колесо 5, заклинивание роликов не происходит и будет осуществляться холостой ход. После отключения быстрого вращения вала снова произойдет заклинивание роликов и будет осуществляться рабочий ход.

а – муфта обгона; б – храповой механизм. Рисунок 12 – Механизмы обгона На рисунке 12б приведена схема храпового механизма, применяемого в качестве механизма обгона. Храповое колесо 1 закреплено на валу 2. Защелка 3 связана с диском 4, свободно посаженным навалу 2 и получающем вращение от колеса 5. Сообщая диску 4 вращение в направлении стрелки, защелка 3 будет 21

вращать храповое колесо 1 и вал 2 в том же направлении. Если сообщить валу 2 с храповым колесом 1 большую скорость вращения в том же направлении от другой кинематической цепи, то он будет обгонять диск 4. 3.10 Бесступенчатые приводы

Бесступенчатые приводы применяют для плавного и непрерывного изменения частоты вращения шпинделя или подачи. Они позволяют получать наивыгоднейшие скорости резания и подачи при обработке различных деталей. Кроме того, они дают возможность изменять скорость главного движения или подачу во время работы станка без его остановки. В станках применяют следующие способы бесступенчатого регулирования скоростей главного движения и движения подачи. Электрическое регулирование производится изменением частоты вращения электродвигателя, который приводит в движение соответствующую цепь станка. Гидравлическое регулирование применяют главным образом для регулирования скоростей прямолинейных движений (в строгальных, долбежных, протяжных станках). Регулирование с помощью механических вариаторов. Большинство механических вариаторов, применяемых в станках, – фрикционные.

Рисунок 13 – Привод с раздвижными конусами Привод с раздвижными конусами (Рисунок 13) работает следующим образом. От шкива 8 на валу I вращаются два ведущих конуса 1. На валу II находятся два таких же ведомых конуса 5. Передача между валами осуществляется 22

клиновидным ремнем 2 с деревянными накладками 3 с внутренней стороны или широким ремнем соответствующего профиля. Для изменения частоты вращения вала II рычагами 4, поворачивающимися вокруг осей О и О1, сближаются или раздвигаются конусы на валу I и соответственно раздвигаются или сближаются конусы на валу II. Поворачивая маховик 7, через винт 6 с правой и левой резьбой поворачивают рычаги 4. У торового вариатора (Рисунок 14) передаточное отношение зависит от наклона роликов, при повороте которых изменяются радиусы контакта роликов с ведущей и ведомой фрикционными чашками.

Рисунок 14 – Торовый вариатор 3.11 Элементы систем управления станками

Эксплуатационные качества станка (производительность, удобство и простота обслуживания и надежность работы ) во многом зависят от того, как удачно разработана система управления. В системах управления станком применяют механические, электрические, электронные, гидравлические и пневматические устройства, а также их комбинации. У станков с программным управлением цикл работы станка осуществляется по определенному закону посредством сменного элемента или элемента, задающего этот закон. К системам управления предъявляют требования безопасности, легкости и удобства манипулирования, быстроты, мнемоничности (т.е. согласованности направления движения руки с направлением движения управляемой части станка), точности (для различных механизмов станка требуется разная точность перемещений), автоматизации. Число органов управления станком можно значительно сократить путем сообщения, например, одной рукоятке или маховику функций управления несколькими различными или однотипными механизмами. Обычно системы управления механизмами станка состоят из: управляющего органа, действующего от руки или ноги оператора, от упора, кулачка или копира (рукоятка, кнопка, конечный переключатель и т.п.); передающего 23

органа в виде механической, электрической, электронной, гидравлической или пневматической передач; исполнительного механизма (вилки, рейки, рычага и др.). В современных станках системы управления весьма разнообразны. Рассмотрим некоторые из них. На рисунке 15а показана многорукояточная (многорычажная) система у правления, у которой рукоятки расположены на одной оси. Блоками зубчатых колес 6, 7, и 8 управляют соответственно через рукоятки 3, 2 и 1, которые связаны с зубчатыми сегментами 4. Сегменты находятся в зацеплении с рейками 5. Многорычажные системы управления неудобны в эксплуатации тем, что каждый механизм управляется отдельной рукояткой, а это утомительно для рабочего и требует больше времени на переключения. Однорукояточные (однорычажные) системы в этом отношении более удобны. С помощью такой системы (рисунок 15б) управления можно управлять сразу двумя блоками зубчатых колес. Если рукоятку 3 поворачивать в горизонтальной плоскости в ту или другую сторону, то через валик 4 широкое колесо 10 будет перемещать рейку 11, а следовательно, и тройной блок зубчатых колес 12 вдоль валика 9 в одно из трех возможных положений. При повороте рукоятки 3 в вертикальной плоскости вокруг пальца 1 перемещается валик 4 в осевом направлении вверх или вниз. Круглая рейка 8 вращает зубчатое колесо 7 на валике 6 и с помощью вилки 14 перемещает вдоль валика 5 двойной блок 13 в одно из двух положений. Если рукоятка 3 не входит в вертикальные вырезы в планке 2, то оба блока зубчатых колес находятся в нейтральном положении. Для того чтобы сократить затраты времени на переключения, т.е. уменьшить вспомогательное время, на станках применяют так называемые преселективные системы управления. Эти системы позволяют предварительно выбирать необходимую скорость главного движения (или подачи) для следующего перехода еще во время выполнения предыдущего. После окончания перехода набранная скорость (или подача) включается одним движением рукоятки или нажатием кнопки. Принцип работы такой системы показан на рисунке 15в. Во время выполнения перехода, т.е. при работающем станке, устанавливают поворотный диск 1 с указателем скоростей в положение, соответствующее скорости последующего перехода. При этом торцовые кулачки 5, сидящие на шлицевом валике 6, поворачиваются и занимают необходимое положение. По окончании операции скорость изменяется поворотом рукоятки 2, которая через зубчатые передачи и круглые рейки 8 сдвигает кулачки 5, а они своими торцовыми выступами поворачивают рычаги 3 (на рисунке указан только один), переключающие фрикционные муфты 4. Каждой скорости соответствует определенное положение торцовых кулачков 5. В момент предварительной установки скорости кулачки 5 не задевают за рычаги, так как они разведены пружиной 7. В станках широко применяют дистанционное управление, когда пульт управления станком расположен на расстоянии от управляемых механизмов. Системы дистанционного управления могут быть электромеханическими, электрогидравлическими и др. 24

Рисунок 15 – Механизмы управления 4 Порядок выполнения работы

4.1 Изучить условные графические изображения, применяемых в кинематических схемах металлорежущих станков (Таблица 1). 4.2 Изучить различные виды передач в станках и определение передаточных отношений (Раздел 2.1). 4.3 Ознакомиться с расчетом частоты вращения и крутящих моментов (Раздел 2.2). 4.4 Изучить типовые механизмы приводов станков (Раздел 3). 4.4.1 Механизмы с подвижными блоками зубчатых колес, фрикционными и электромагнитными муфтами (Раздел 3.1). 4.4.2 Механизмы с встречными конусами зубчатых колес и вытяжной шпонкой (Раздел 3.2). 4.4.3 Механизмы передач в форме сменных зубчатых колес (Раздел 3.3). 4.4.4 Реверсивные механизмы (Раздел 3.4). 4.4.5 Механизмы прямолинейного действия (Раздел 3.5). 4.4.6 Храповые и мальтийские механизмы (Раздел 3.6). 4.4.7 Кривошипно-кулисные механизмы (Раздел 3.7). 4.4.8 Суммирующие механизмы (Раздел 3.8). 4.4.9 Механизмы обгона (Раздел 3.9). 25

4.4.10 Бесступенчатые приводы (Раздел 3.10). Элементы систем управления станками (Раздел 3.11). 5 Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать: 1) наименование лабораторной работы; 2) схемы передач в станках и их передаточные отношения; 3) расчет частоты вращения и крутящий момент для заданной частоты вращения и мощности вала электродвигателя; 4) схемы элементарных механизмов коробок скоростей с определением количества скоростей на пш ; 5) схему механизма с встречными конусами зубчатых колес и вытяжной шпонкой с определением частоты вращения на втором вале п1 ; 6) схему механизмов передач в форме сменных зубчатых колес, условие сцепляемости; 7) схемы реверсивных механизмов и их назначение; 8) схему механизма прямолинейного движения, шариковая винтовая пара и ее применение; 9) схемы кулачкового механизма с плоскими и цилиндрическими кулачками и их применение; 10) схемы храпового механизма и мальтийского механизма, их применение; 11) схемы кривошипного и кулисного механизмов и их применение; 12) схемы суммирующих механизмов и их применение; 13) схемы механизмов обгона их назначение; 14) применение бесступенчатых приводов и их схемы; 15) элементы систем управления станками, схемы механизмов управления; 6 Контрольные вопросы

6.1 По условному обозначению указанному в таблице 1 дать название. 6.2 Что называется передаточным отношением? 6.3 Передаточные отношения ременной передачи, частота вращения ведомого вала. 6.4 Передаточные отношения цепной передачи, частота вращения ведомого вала. 6.5 Передаточные отношения зубчатой передачи, частота вращения ведомого вала. 6.6 Передаточное отношение зубчатой передачи, частота вращения ведомого вала. 6.7 Длина прямолинейного перемещения рейки за один оборот колеса. 6.8 Перемещение гайки за один оборот винта. 6.9 Частота вращения ведомого вала. 26

6.10 Крутящий момент на шпинделе. 6.11 Назначение механизмов передач с подвижными блоками, фрикционными и электромагнитными муфтами. Элементарные механизмы. 6.12 Достоинства и недостатки механизмов передач в форме зубчатых колес. 6.13 Почему механизмы с встречными конусами зубчатых колес и вытяжной шпонкой не применяются в приводах главного движения. 6.14 Область применения механизмов передач в форме сменных зубчатых колес. 6.15 Условие сцепляемости двухпарной гитары. 6.16 В каких целях и для чего предназначены реверсивные механизмы. 6.17 Область применения механизма ходовой винт-гайка. 6.18 Область применения кулачкового механизма, его виды. 6.19 Назначения и применение храповых механизмов и мальтийского механизма. 6.20 Область применения кривошипно-шатунных механизмов. 6.21 Объяснить работу планетарного механизма. 6.22 Объяснить работу дифференциала. 6.23 Назначение и применение механизмов обгона их виды. 6.24 Способы бесступенчатого регулирования их виды и применение. 6.25 Принцип работы системы управления у которых рукоятки расположены на одной оси. 6.26 Принцип работы одной рукой системы управления. Принцип работы преселективной системы управления.

Список использованных источников

1 Металлорежущие станки и автоматы: Учебник для машиностроительных вузов/ Под ред. А.С. Проникова.– М: Машиностроение. 1981. – 479 с. 2 Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных вузов/ Под ред. В.Э. Пуше. – М.: Машиностроение. 1985. – 256 с. 3 Резание конструкционных материалов. Режущие инструменты и станки./ Под ред. П.Г. Петрухи. – М.:Машиностроение. 1974. – 616 с. 4 Чернов Н.Н. Металлорежущие станки. – М.: Машиностроение. 1988. – 416с.