Кинематическая настройка станков

Под кинематической настройкой станка понимают настройку его цепей, обеспечивающую требуемые скорости движений исполнительных органов станка, а также, при необходимости, условия кинематического согласования перемещений или скоростей исполнительных органов между собой. Цель таких согласований – образование поверхности с заданными формой, размерами, точностью и шероховатостью. Кинематическая настройка является составной частью наладки станка.

В большинстве металлорежущих станков с механическими связями для настройки кинематических цепей применяют органы кинематической настройки в виде гитар сменных зубчатых колес, а также ременных передач, вариаторов, регулируемых электродвигателей, коробок скоростей и подач, характеристикой которых является общее передаточное отношение i органа.

Значение передаточного отношения органа настройки определяют по формуле настройки. Для вывода формулы настройки любого органа кинематической настройки необходимо по кинематической схеме станка наметить такую цепь передач, в которой расположен данный орган и известны перемещения или скорости конечных звеньев этой цепи, связанные функциональной или требуемой зависимостью. Желательно, чтобы такая цепь передач, называемая в дальнейшем цепью согласования, включала в себя только один орган настройки, для которого выводят формулу.

1410 об.эл.дв. ® 80 об.шп.

Для выбранной цепи согласования составляют условие кинематического согласования перемещений ее конечных звеньев, совершающихся в течение определенного промежутка времени, или их скоростей. Эти перемещения могут быть угловыми, линейно-угловыми и линейными. С учетом условия согласования перемещений или скоростей составляют уравнение кинематического баланса цепи согласования, в котором неизвестным является передаточное отношение i органа настройки. Уравнение баланса можно записывать от любого конца цепи согласования. Решение уравнения баланса относительно передаточного отношения органа настройки представляет собой формулу настройки.

Рассмотрим методику анализа кинематической структуры станка и его кинематическую настройку на примере зубошлифовального станка для обработки прямозубых цилиндрических колес. На данном станке производится шлифование боковых поверхностей зубьев прямозубых цилиндрических колес дисковым обкатным кругом. В процессе формообразования оси обрабатываемого колеса и шлифовального круга взаимно перпендикулярны. Боковые поверхности зубьев обрабатываемого колеса в поперечном сечении характеризуется эвольвентой, а в продольном – прямой линией.

Для формирования боковой поверхности зубьев колеса в продольном направлении используют метод касания, который в данном случае реализуется двумя движениями формообразования – вращением шлифовального круга Ф_V (В_Ш.КР) и возвратно-поступательным движением ползуна Ф_S1 (П_Ш.КР) вдоль зуба колеса.

Профиль шлифовального круга имеет очертание профиля зуба прямозубой рейки, поэтому боковая поверхность зубьев колеса в поперечном направлении образуется методом обката, для чего необходимо одно сложное движение качения Ф_S2 (П_ЗАГ. В_ЗАГ.). так как шлифовальный круг имеет вид диска, шлифование боковых поверхностей зубьев колеса ведется последовательно от одной впадины к другой. Поэтому в станке должно быть движение деления Д (В_ДЕЛ), реализуемое поворотом колеса на определенный угол.

Таким образом, кинематическая структура анализируемого станка должна содержать три группы формообразования и одну группу деления, причем три из них простые и одна – сложная.

Группа движения Ф_V (В_Ш.КР)

Исполнительный орган – шпиндель шлифовального круга. Внутренняя кинематическая связь группы осуществляется через связь вращательной кинематической пары, подвижным звеном которой является шпиндель круга, а неподвижным – опоры шпинделя. Внешняя кинематическая связь группы состоит из ременной передачи, соединяющей электродвигатель со шпинделем шлифовального круга.

Группа движения Ф_S1 (П_Ш.КР)

Исполнительный орган – ползун с установленным шлифовальным кругом. Внутренняя кинематическая связь группы осуществляется через поступательную кинематическую пару ползун – направляющие стойки. Внешняя кинематическая связь представляет собой цепь между электродвигателем Д₂ и ползуном.

Формула настройки выводится так:

n эл. дв. ® к дв. х. полз.

к – число дв. ходов ползуна

® - соответствует.

Группа движения Ф_S2 (П_ЗАГ. В_ЗАГ.)

Эта кинематическая группа сложная. Группа имеет два исполнительных органа: шпиндель стола с заготовкой и каретка, на которой смонтирован поворотный стол. Поворотный стол вращается (В_ЗАГ.), а каретка движется поступательно (П_ЗАГ.).

Внутренняя кинематическая связь группы осуществляется через функциональную цепь между кареткой и столом.

Внешняя кинематическая связь группы представляет собой цепь между электродвигателем Д₃ и звеном присоединения к внутренней связи группы.

Формула настройки:

1 об. заг. ® pmz (1 об. заг.=pD, где D=mz);

1 об. заг. ;

;

Здесь - передаточное отношение дифференциала в цепи обкатки.

Группа движения Д (В_ДЕЛ.) (группа деления)

Исполнительный орган – шпиндель поворотного стола. Внутренняя кинематическая связь группы обеспечивается связью вращательной кинематической пары поворотный стол – каретка. Внешняя кинематическая связь группы представляет собой кинематическую цепь от электродвигателя Д₃ до шпинделя стола.

В цепи деления применен двухдисковый делительный механизм. В нем n_{об. левого дискa}®n+1_{об. правого диска} отсюда n = 4 об.

Значит 4 об. левого диска®1/z об. заг.

; ; Здесь - передаточное отношение дифференциала в цепи деления.

Механической передачей

называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Необходимость применения таких устройств обусловлена нецелесообразностью, а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя. Механизмы вращательного движения позволяют осуществить непрерывное и равномерное движение с наименьшими потерями энергии на преодоление трения и наименьшими инерционными нагрузками.

Механические передачи вращательного движения делятся:

- по способу передачи движения от ведущего звена к ведомому на передачи трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные);

- по соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев на замедляющие (редукторы) и ускоряющие (мультипликаторы);

- по взаимному расположению осей ведущего и ведомого валов на передачи с параллельными, пресекающимися и перекрещивающимися осями валов.

Кинематического баланса.

Начальные звенья кинематической цепи в большинстве случаев имеют вращательное движение, конечные звенья получают как вращательное, так и прямолинейное движение.

Если начальное и конечное звенья оба вращаются, то уравнение кинематического баланса может быть представлено в следующем виде:

n_к = n_н Ч i,

где n_к – частота вращения конечного звена (например, шпинделя), об/мин; n_н – частота вращения начального звена (например, вала электродвигателя), об/мин; i – передаточное отношение кинематической цепи.

i = i₁ Ч i₂ Ч i ₃ Ч ...Ч i_n,

где i₁, i ₂, i₃, ..., i_n – передаточные отношения отдельных кинематических пар цепи.

Если начальное звено имеет вращательное движение, а конечное – прямолинейное (что зачастую имеет место в цепях подачи МРС), то при минутной подаче S_мконечного звена (задаваемой в мм/мин) уравнение кинематического баланса имеет вид

S _м = n_н Ч i Ч H,

где H – ход кинематической пары (винтовой или реечной), преобразующей вращательное движение в прямолинейное.

Когда подача конечного звена S_о задается в миллиметрах на один оборот начального звена (единицы измерения мм/об), уравнение кинематического баланса имеет вид

S_о = 1об Ч i Ч H.

Это были уравнения кинематического баланса цепей в общем виде . Для того, чтобы написать уравнение кинематического баланса какой-либо цепи в развернутом виде, необходимо согласно кинематической схеме подробно расписать произведения i, H, и подставить значение n_н.

Фрезерные станки

На фрезерных станках обрабатываются плоскости, фасонные поверхности, канавки, нарезаются наружные и внутренние резьбы, зубчатые колёса и многолезвийные инструменты с прямыми и винтовыми зубьями (фрезы, развёртки и др.) Фрезерные станки общего назначения бывают:

1. Консольные (с консольным столом), в том числе а) вертикальные;

б) горизонтальные; в) широкоуниверсальные.

2. Бесконсольные (или иначе с крестовым столом). Они чаще вертикальные, но есть и горизонтальные.

3. Продольно-фрезерные. Они бывают одностоечные и двухстоечные.

4. Специализированные (например, карусельно-фрезерные)

Основным размером фрезерных станков являются ширина стола, которая у консольных станков бывает от 100 до 500 мм; у бесконсольных – от 320 до 1000 мм, у ПФС – от 320 до 5000 мм.

Главное движение резания у всех фрезерных станков – вращение фрезы. Характерной особенностью фрезерных станков является независимость подач от главного движения резания. Размерность подач – мм/мин.

У консольных фрезерных станков стол имеет продольную и поперечную подачи и вместе с консолью перемещается вертикально по направляющим стойки. У бесконсольных станков стол также имеет продольную и поперечную подачи, но расположен на станине, а вертикальное перемещение передано шпиндельной бабке.

У продольно-фрезерных станков столу с тяжёлыми заготовками оставлено только продольное перемещение, а остальные движения подач переданы фрезерным бабкам, т.к. заготовки на этих станках имеют вес от нескольких тонн, до нескольких сотен тонн.

Консольный вертикально-фрезерный станок мод. 6Н12ПБ (рис. 24), например, имеет две кинематические группы приводов шпинделя и подач, а также ручное перемещение шпинделя.

Муфтами М_s и М_б включается рабочая подача или быстрое перемещение движения, включённого одной из трёх муфт М. Реверсирование подач выполняется электродвигателем Д_s.

Бесконсольный вертикально-фрезерный станок мод. 654 имеет тоже две кинематические группы (рис. 25).

Регулировка подач бесступенчатая ( ) электродвигателем постоянного тока Д_s, а для расширения диапазона регулирования имеется перебор . Быстрые перемещения получаются включением двигателя Д_s на максимальные 3000 об/мин. Управление подачами, благодаря использованию электромагнитных муфт, дистанционное, с подвесного пульта.

Отсчёт продольных и поперечных перемещений стола ведётся по линейкам с нониусом, а вертикального перемещения бабки – по лимбу, получающего вращение при перемещении шпиндельной бабки.

Для установочного перемещения фрезы с пинолью вдоль их оси служит кинематическая цепь с ручным приводом. Для возможности фрезерования наклонных плоскостей шпинделя бабка может поворачиваться вокруг горизонтальной оси вручную на угол ± 35º. Размеры стола у этого станка 630×1600 мм. Принадлежностью горизонтально-фрезерных станков часто является делительная головка, а у ВФС – делительный круглый стол.

Делительные головки

Применяют при работе на консольно-фрезерных станках для установки обрабатываемой детали под требуемым углом относительно стола, станка, для поворота детали на определённый угол, для деления окружности на нужное число частей, а так же для непрерывного вращения обрабатываемой детали при фрезеровании винтовых канавок большого шага.

Различают делительные головки для непосредственного деления (делительные приспособления), оптические делительные головки и универсальные делительные головки. Универсальные делительные головки делятся на лимбовые и безлимбовые. Наиболее распространённые лимбовые головки. Рукоятка поворачивается на нужный угол с помощью лимба, который имеет несколько рядов отверстий, равномерно расположенных на концентричных окружностях. Фиксатор (рукоятку) можно вставлять в любое их этих отверстий.

Способ простого деления заключается в том, что вращением рукоятки поворачивают шпиндель не заданный угол. При простом делении делительный диск остаётся неподвижным.

Способ дифференциального деления применяют в тех случаях, когда простое деление осуществить невозможно, т.е. когда нельзя подобрать диск с нужным для простого деления числом отверстий. Он заключается в следующем. Требуемый поворот шпинделя делительной головки получается как совокупность двух поворотов: поворота рукоятки относительно делительного диска и поворота самого делительного диска, которому это движение сообщается принудительно от шпинделя делительной головки через сменный зубчатые колёса гитары.