Механизмы бесступенчатого регулирования частот вращения и подач в металлорежущих станках
Бесступенчатые приводы применяют для плавного и непрерывного изменения частоты вращения шпинделей или подачи. Οʜ позволяют получать оптимальные скорости резания и подачи при обработке различных деталей. Вместе с тем, они позволяют изменять скорость главного движения или подачу во время работы станка без его остановки. Вследствие этого применение в станках бесступенчатого привода способствует повышению производительности.
Электрическое регулированиепроизводится изменением частоты вращения электродвигателя, который приводит в движение соответствующую цепь станка.
Систему генератор–электродвигатель применяют в тяжелых и мощных металлорежущих станках при частом реверсировании электродвигателœей или при крайне важности получения бесступенчатого регулирования частоты вращения, скоростей или подач. Диапазон регулирования, обеспечиваемый системой, Rn = 10¸15. Существенными недостатками системы генератор–электродвигатель является низкий КПД (примерно 0,65), громоздкость и высокая стоимость.
В механизмах главного движения станков с ЧПУ в основном применяются электродвигатели постоянного тока благодаря своим исключительным регулировочным свойствам, а также возможности изменения частоты вращения в определœенном диапазоне с постоянством передаваемой мощности. Размеры электродвигателя главного движения влияют на компоновку станка. У новых серий электродвигателœей уменьшена высота оси вращения, что обеспечивает их лучшую встраиваемость в станки.
Регулирование с помощью механических вариаторов. Большинство механических вариаторов, применяемых в станках, – фрикционные. Фрикционные передачи – механизмы, передающие движения с помощью сил трения соприкасающихся поверхностей. Величина передаваемой силы фрикционной передачи зависит от коэффициента трения.Фрикционные передачи обладают простотой конструкции, равномерностью передачи движения и бесшумностью работы, простым и легким управлением (изменение скорости главного движения и подачи можно производить во время работы без останова станка, что позволяет получить оптимальные скорости при обработке заготовок). Возможность регулирования частоты вращения на ходу станка является важным преимуществом перед ступенчатым приводом с зубчатыми колесами, так как дает возможность поддерживать постоянную скорость резания путем непрерывного автоматического изменения частоты вращения шпинделя, что крайне важно, к примеру, при поперечном обтачивании и резании резцами, когда диаметр обрабатываемой детали в процессе резания значительно изменяется.
Недостатками фрикционной передачи являются: большие нагрузки на валы и подшипники; повреждение дисков при буксовании, что приводит к неравномерному их изнашиванию; сравнительно небольшой диапазон регулирования (обычно не выше 6) и значительное снижение частоты вращения под нагрузкой; потери на трение; нежесткая характеристика – изменение передаваемой мощности при регулировании частоты вращения.
Реверсивные механизмы.
Реверсивные механизмы используются для изменения направления движения исполнительных органов станка. Реверсирование движений может осуществляться посредством реверсирования электродвигателей, гидродвигателей и механических устройств. В станках с механическими связями используются, как правило, механические реверсивные механизмы. На рисунке приведены схемы наиболее распространенных реверсивных механизмов.
Реверсивные механизмы с цилиндрическими колесами основаны на передаче вращательного движения от входного вала к выходному или через зубчатую передачу или с использованием промежуточного колеса. При этом управление реверсированием может осуществляться посредством передвижной шестерни или посредством кулачковой или фрикционной муфты с ручным или электромагнитным управлением.
Работа реверсивных устройств с коническими колесами основана на том, что два конических колеса, установленных на выходном валу, находясь в зацеплении с колесом входного вала, вращаются в противоположные стороны. Управление реверсированием обеспечивается или перемещением блока конических колес, или с использованием переключающей муфты.
Основной недостаток рассмотренных реверсивных механизмов - потеря некоторого количества движения в период переключения направления вращения. Поэтому при использовании таких механизмов во внутренних связях необходимо при выводе формулы настройки в уравнение кинематической цепи ввести соответствующий эмпирический коэффициент.
Указанный недостаток устранен в реверсивном механизме с составным колесом. Он состоит из ведущего колеса 1 и ведомого колеса, составленного из двух концентрических секторов внутреннего 2 и наружного 3 зацепления, соединенных между собой зубчатыми секторами 4 внутреннего зацепления. Все секторы составного колеса закреплены на торце колесе 5. Центр колеса 1 при зацеплении его с зубчатыми секторами 2 и 3 меняет положение от кулачка 6 через систему рычагов 7. Колесо 1 вращается с постоянной частотой в неизменном направлении, а колесо 5 изменяет направление вращения при неизменном зацеплении колеса 1 с зубчатыми секторами 2 и 3.
Реверсивный механизм с составным колесом используется во внутренних связях современных зубообрабатывающих станков для обработки конических зубчатых колес с прямыми и с круговыми зубьями