Механизмы прямолинейного движения, схемы кулачковых механизмов
Приводы для осуществления прямолинейного движения рабочих органов станков могут быть разбиты на механические, преобразующие вращательное движение в прямолинейное (рис 20, а—е), поршневые (рис 20, ж, з), магнитострикционные и термодинамические.
Механические приводы разделяются на реверсируемые и циклического действия. В реверсируемых приводах направление движения рабочего органа меняется при изменении направления вращения звена, преобразующего вращательное движение в прямолинейное, с помощью реверсивного привода вращательного движения.
Реверсируемые приводы состоят из привода вращательного движения I (рис 20, а) с механизмом реверса 2 и звена, преобразующего вращательное движение в прямолинейное перемещение рабочего органа 4. Для преобразования вращательного движения в прямолинейное могут быть использованы: винт 3 (рис 20, а), червяк 2 и червячная рейка (рис 20б), прямозубое, косозубое или шевронное реечное колесо 2 сцепляющееся с рейкой 1 (рис 20в), червяк или косозубое колесо 2, с осью расположенной под углом к направлению движения сцепляющееся с рейкой 1 (рис 20г) и гибкая передача 2 (рис 20д).
Рис. 20 Механизмы для прямолинейного движения
В зависимости от характера движения рабочего органа привод вращательного движения должен обеспечивать изменение скорости хода в соответствии с заданным режимом работы, изменение направления движения рабочего органа, получение быстрого хода в обоих или в одном направлении. В зависимости от требований, обусловленных характером движения рабочего органа, привод вращательного движения имеет более или менее сложную структуру механизмов для изменения скорости рабочих ходов, механизмов реверса и быстрых ходов, а также соответствующую систему механизмов переключения кинематических цепей и управления. Все это приводит к более или менее значительному усложнению конструкции приводов прямолинейного движения.
Важным достоинством реверсируемых приводов является возможность настройки длины хода и последовательности включения быстрых и рабочих ходов в соответствии с требованиями конкретной технологической операции, чем обусловливается применение этих приводов на универсальных и специализированных станках.
Следует заметить, что реверсируемые приводы пригодны при любой максимальной длине хода рабочего органа.
Плавность хода, точность перемещения, жесткость и к. п. д. реверсируемого привода в значительной мере зависят от формы передачи, применяемой для преобразования вращательного движения в прямолинейное.
На плавности хода и точности сказываются кинематическая точность и зазоры в передаче, преобразующей вращательное движение в прямолинейное.
Рассмотрим различные передачи, используемые для преобразования вращательного движения в прямолинейное в реверсивных приводах.
Передача винт—гайка (рис 20, а) может быть выполнена с особо высокой точностью. По нормали станкостроения для винтов нулевого класса допускаемые отклонения шага в пределах одного шага равны ±2 мк, а наибольшая накопленная ошибка шага на длине 300 мм равна 5 мк. Высокая точность изготовления обеспечивает при соответствующей конструкции привода высокую точность перемещений.
Так как передача винт—гайка позволяет получить низкую скорость прямолинейного движения при сравнительно большом числе оборотов винта, кинематические цепи приводов подачи и установочных перемещений при использовании этой передачи состоят из небольшого числа понижающих передач, что приводит к упрощению кинематики и конструкции привода и к уменьшению его приведенного момента инерции по сравнению с другими механическими приводами.
Так как жесткость передачи винт—гайка определяется деформациями растяжения или сжатия, а также (в меньшей степени) деформациями кручения, то при большой длине винта и малом диаметре жесткость передачи может оказаться недостаточной, что отрицательно сказывается на плавности и точности перемещений.
Существенным недостатком описываемой передачи является низкий к. п. д. Этот недостаток может быть устранен при использовании передачи винт—гайка с циркулирующими шариками в гайке. В этом случае трение скольжения заменяется трением качения, и к. п. д. возрастает до 0,9—0,98. Передачи этого типа находят все более широкое применение в станках и в первую очередь в различного рода следящих приводах.
Передачи винт—гайка широко используются в кинематических профилирующих цепях, приводах подачи и установочных перемещений, где при малой мощности приводов к. п. д. не имеет существенного значения, а положительные особенности данной передачи играют существенную роль.
В тех случаях, когда передача винт—гайка не может быть выполнена достаточно жесткой, применяют червячно-реечную передачу (рис 20б), рейка которой представляет собой как бы часть гайки большой длины. Так как длинный винт сравнительно небольшого диаметра заменен коротким червяком, то жесткость передачи оказывается значительно выше. Однако точность червячно-реечной передачи ниже передачи винт-гайка, так как червячная рейка может быть изготовлена только составной из отдельных кусков и не может быть выполнена с такой же высокой точностью как винт. К. п. д. этой передачи также ниже, так как диаметр червяка в силу конструктивных особенностей его размещения значительно больше диаметра винта, что приводит к снижению угла подъема и, следовательно, к. п. д. передачи.
Червячно-реечные передачи используются в тех случаях, когда для обеспечения плавности хода требуется высокая жесткость привода, а к точности перемещений предъявляются не столь жесткие требования: в механизмах подачи продольнофрезерных, расточных, карусельных и некоторых других видов станков.
Зубчато-реечная передача (рис 20, в) вследствие большей величины ошибок в шаге и зазоров по сравнению с передачей винт—гайка дает меньшую плавность хода и точность перемещения. Передача обладает высоким к. п. д. и сравнительно высокой жесткостью, применяется в приводах главного движения строгальных станков и в приводах подач токарных, револьверных, сверлильных, расточных и других станков.
В приводах главного движения строгальных станков реечная шестерня имеет большой диаметр, благодаря чему увеличивается коэффициент продолжительности зацепления и плавность хода. С этой же целью в приводах строгальных станков применяются косозубые и шевронные шестерни. Благодаря большому диаметру реечной шестерни в приводы приходится вводить большое число понижающих передач, что приводит к увеличению приведенного момента инерции привода.
В приводах подач реечная шестерня выполняется с малым числом зубцов 12—13. Для устранения подрезания зубьев применяют коррекцию.
В приводах продольнострогальных станков значительное распространение нашли реечные передачи, представленные на рис 20, г. Они выполняются с многозаходным червяком (косозубой шестерней с небольшим числом зубьев и большим углом наклона). Такие передачи имеют сравнительно высокий к. п. д., обеспечивают плавность хода и уменьшение числа понижающих передач в приводе.
В отдельных моделях станков для преобразования вращательного движения в прямолинейное применяются гибкие связи (рис 20д). К диску 1 прикреплена гибкая связь 2. В качестве гибкой связи может быть использована стальная лента, проволока, трос. С другой стороны связь прикреплена к поводку 3 рабочего органа 4. При повороте диска 1 рабочий орган перемещается прямолинейно. Гибкие связи в форме стальной ленты и проволоки обеспечивают при небольших нагрузках высокую точность перемещения и используются в механизмах обкатки различных зубообрабатывающих станков: зубошлифовальных, для строжки конических зубчатых колес и др.
В приводах циклического действия в отличие от реверсивных направление движения рабочего органа изменяется с помощью самого звена, преобразующего вращательное движение в прямолинейное, при этом направление вращения последнего звена остается неизменным.
К числу приводов циклического действия относятся кривошипные, кривошипно-кулисные и кулачковые' механизмы.
Кривошипные и кривошипно-кулисные приводы могут выполнять только некоторые из функций, которые возлагаются на привод прямолинейного движения.
Так, кривошипный привод выполняет только функции реверсивного механизма при изменении направления движения. Скорости прямого и обратного хода одинаковы и переменны по длине хода. Длина хода изменяется путем изменения радиуса кривошипа. При большой длине хода механизм становятся громоздким. Данный механизм находит ограниченное применение при малой длине хода 100—300 мм в приводах главного движения зубодолбежных и зубострогальных станков, где увеличение скорости обратного хода не дает заметного повышения производительности, в приводах подачи пазо- и шпоночнофрезерных станков. Кривошипно-кулисный механизм позволяет получить повышенную скорость обратного хода, которая является функцией рабочего хода и сравнительно незначительно превышает ее. Скорость по длине хода переменная. Механизмы этого типа с качающейся и вращающейся кулисой применяются в поперечнострогальных и долбежных станках при длине хода до 900—1000 мм.
Кулачковые механизмы (рис 20, ё) выполняют все функции привода прямолинейного движения за счет придания соответствующего профиля кулачку. Цилиндрический кулачок 1 с криволинейным пазом, в который входит ролик, прикрепленный к подвижному рабочему органу 2 на участке а имеет крутой подъем, соответствующий быстрому ходу вперед, на участке б — пологий подъем, соответствующий рабочему ходу, и на участке в — крутой спуск, соответствующий быстрому ходу назад. Таким образом, с помощью кулачкового механизма может быть легко осуществлена требующаяся последовательность движения рабочего органа с заданной скоростью и длиной хода, благодаря чему кулачковые механизмы находят широкое применение в станках-автоматах. Недостатком кулачковых механизмов является необходимость изготовления специальных кулачков применительно к конкретной технологической операции.
Поршневые приводы прямолинейного движения. При поршневых приводах (рис 20ж) рабочий орган 2 в большинстве случаев связывается непосредственно с подвижным поршнем 1 или цилиндром поршневого привода, что позволяет значительно упростить всю кинематику и конструкцию соответствующего узла станка. Лишь в отдельных случаях при осуществлении особо точных перемещениях и небольшой длине ходов рабочих органов вводятся промежуточные понижающие передачи от поршневого привода к рабочему органу (рис 20з).
Вследствие простоты конструкции поршневые приводы различного типа находят значительное распространение в станках.