Технологическое оборудование

Станины, стойки, столы

Станины. Основным требованием, предъявляемым к станине станка, является длительное обеспечение правильного взаимного положения узлов и частей, монтированных на ней при всех предусмотренных режимах работы станка. Неизменность формы станины станка достигается:

1)   Выбором материала станины технологию ее изготовления;

2)   Такой статической и динамической жесткостью станины, при которой ее деформация под действием наибольших сил во время работы станка не выходят за приделы сообразной с допусками на точность обработки;

3)   Достаточно высокой износостойкостью направляющих.

Форма станины определяется, прежде всего:

1)   Расположения на ней направляющих для различных узлов станка;

2)   Весом, размерами и длинами ходов основных узлов и частей станка;

3)   Необходимостью размещения внутри станины различных механизмов;

Рекомендуемые материалы

4)   Необходимостью устройства в стенках станины приемов, окон, для монтажа и демонтажа, для осмотра, регулирования и смазки механизма станка.

Материалы станин

В большинстве случаев станины станков отливают из серого чугуна СЧ21-40 до СЧ35-56. В современном станкостроении изготавливают станины из прокатной стали (низкоуглеродистой), как правило, это сварные конструкции. Направляющие привариваются или прикрепляются болтами к станине. В отношении виброустойчивости стальные станины обычно не уступают чугунам. Для прецизионных станков изготавливаются из сплава инвар (Ni+Fe), имеющего низкий коэффициент линейного и объемного расширения.

Стойки, столы и поперчены

Основные требования, предъявляемые к корпусным частям станков, касаются их жесткости и виброустойчивости. В качестве материалов для изготовления используются те же материалы, применяемые для изготовления станин. Необходимая жесткость достигается коробчатой формой сечения деталей, системой ребер, литых конструкций или косынок, укосов и т.д. Горизонтальные рабочие плоскости корпусных деталей окружают специальными емкостями для стока смазывающей и охлаждающей жидкостей. Рабочие поверхности столов снабжаются системой параллельных или взаимно перпендикулярных точно обработанных Т – образного профиля для установки и укрепления различного профиля приспособлений.

Направляющие

Основными характеристиками направляющих являются:

1)   Точность перемещения, которая зависит от точности изготовления направляющих и характеризуется в соответствии действительного перемещения узла станка, строго прямолинейному или круговому движению;

2)   Долговечность направляющих характеризуется их способностью сохранять первоначальную точность перемещения соответствующих узлов станка в течение всего срока его эксплуатации;

3)   Жесткость характеризуется упругими смещениями вследствие наличия контактов направляющих под действием нормальной нагрузки.

Конструкции направляющих скольжения

Прямолинейное движение узла станка обеспечивается тем, что направляющие ограничивают возможность свободного перемещения этого узла по всем остальным направлениям. Направляющие, которые оставляют подвижному узлу одну степень свободы называют закрытыми. Из всех линейчатых поверхностей наиболее целесообразна трехгранная призма с тремя направляющими поверхностями.

Плоские направляющие горизонтальные или вертикальные отличаются простотой изготовления и контроля правильности поверхности. Данный вид направляющих требует механизм для регулирования зазоров, они склонны к загрязнению и сравнительно плохо удерживают смазку.

Призматические треугольные направляющие сложнее в изготовлении, но обладают свойствами саморегулирования, т.е. зазоры под действием нагрузок всегда выбираются автоматически, они не склонны к загрязнению и поэтому редко снабжаются защитными устройствами. Их изготавливают симметричными при вертикальном расположении нагрузки, и несимметричными с более развитой плоскостью одной из граней, которая располагается перпендикулярно направлению внешней нагрузке.

Направляющие в форме ласточкина хвоста отличаются компактностью и относительной простотой регулирования зазора по средствам клина или планки.

Цилиндрические направляющие (штанговые), применяют в станках, несмотря на простату их простоту изготовления сравнительно редко, их основной недостаток малая жесткость вследствие того, что они связаны со станиной только по концам. Регулирование зазоров требует применение довольно сложных устройств. При окончательном выборе направляющих необходимо учитывать обеспечение максимальной жесткости под действием нагрузок характерных для станка данного типа.

Накладные направляющие. Эти направляющие выполняются в виде планок, закрепленных винтами к литой чугунной станине или привариваемые к стальной станине, при креплении винтами накладные планки снабжаются выступом, разгружающим винты от поперечных нагрузок и обеспечивающих значительное повышение жестокости направляющих, пластмассовые направляющие крепят обычно винтами, а иногда приклеивают к станине.

Гидростатические и аэростатические направляющие

Направляющие, предусматривающие подвод масла к сопряженным поверхностям под давлением, обеспечивающим создание масляной подушки по всей площади контакта, носят название гидростатических направляющих. По длине направляющей необходимо предусмотреть несколько карманов с независимым к ним подводом масла. Данный вид направляющих может быть осуществлен при любой исходной форме направляющих, в станках также иногда применяют аэростатические направляющие, предусматривающие создание воздушной подушки в зазоре между сопряженными поверхностями направляющих.

Направляющие качения

Основным достоинством направляющих качения является малое трение, практически независящее от скорости движения, это обеспечивает высокую чувствительность точных перемещений и равномерность медленных движений. К недостаткам относятся: более высокая цена, необходимость весьма точной обработки поверхностей и, наконец, отставание тел качения от передвижного узла. Данный вид направляющих находит широкое применение в группе токарных станков, фрезерных и расточных станков оснащенных системой ЧПУ, а также в универсальных заточных станках. Направляющие качения могут быть открытыми и закрытыми. Открытые направляющие качения с использованием шариков или роликов применяют обычно в тех случаях, когда основная нагрузка создается собственным весом и мало изменяется в процессе обработки. Закрытые направляющие качения предусматривают создание натяга и обеспечивают более высокую жесткость направляющих. Натяг в этих направляющих создается клиньями или регулируемыми планками. В целях устранения основного недостатка направляющих качения связанного с отставанием тел качения применяют конструкцию с возвратом шариков или роликов.

Круговые направляющие

Круговые направляющие применяют в различных станках, как для главного движения (карусельные), так и для движения подачи (зуборезных и плоскошлифовальных станках). С целью простоты изготовления и сборки чаще всего применяют плоский вид направляющих. Их применяют обычно в тех случаях, когда центральный подшипник фиксирует ось поворота стола. При отсутствии центрального подшипника применяют V-образные направляющие. При очень больших размерах круглого стола в тяжелых карусельных станках применяют две пары круговых направляющих. В быстроходных карусельных станках применяют те же круговые направляющие, но качения. Круговое движение ограничивает возможность использования роликов в направляющих, поэтому чаще в станках встречаются шариковые круговые направляющие.

Технические требования к коробкам скоростей

1)   Возможная простота конструкции, которая характеризуется в значительной степени общим количеством входящих в нее комплектующих узлов;

2)   Удобная механическая обработка деталей, особенно корпуса коробки;

3)   Уменьшение количества оригинальных деталей за счет увеличения количества нормализованных деталей;

4)   Желательны унификация конструкции и внедрение ранее освоенных заводом подузлов;

5)   Простота сборки при минимальном объеме пригоночной работы, желательно независимая сборка отдельных подузлов и всей коробки с последующим монтажом ее на станке;

6)   Конструкция стыка корпуса со станиной должна обеспечивать удобную выверку коробки скоростей или шпиндельной бабки, не должно быть зазоров в стыках и местах расположения крепежных болтов.

Типы коробок скоростей

На компоновку коробок скоростей распространяются, как общие условия компоновки всего станка, так и пространственные связи между коробкой скоростей и шпиндельной бабкой. В станкостроении находят применение следующие виды габаритных компоновок шпиндельных бабок со встроенными коробками скоростей:

1)   Шпиндельные бабки с уменьшением осевых габаритных размеров за счет развития радиальных габаритных размеров, компоновки этого вида применяются при перемещении шпиндельной бабки по направляющим перпендикулярной оси шпинделя, с целью уменьшить возможность вибраций вызванных консольным расположением двигателя и других вращающихся масс привода;

2)   Шпиндельные бабки с уменьшением радиальных габаритных размеров за счет осевых габаритных размеров. Применяются в тяжелых горизонтальных станках токарной группы для уменьшения поперечных размеров станка;

3)   Шпиндельные бабки с нормальным соотношением между осевыми и радиальными размерами применяются в большинстве на горизонтальных станках малых и средних размеров.

Коробки скоростей со сменными колесами

Числа оборотов настраивают путем сменой колес групповой передачи между смежными валами при неизменном расстоянии между их осями. Преимущество настройки сменными колесами:

1)   Малые осевые габариты, количество передач в группе конструктивно не ограничено, оно минимизируется только предельными передаточными отношениями;

2)   Если необходимый диапазон регулирования не превосходит указанных величин, то настройка чисел оборотов производится только одной группой передач;

3)   При сменных колесах возможность аварийных включений передач исключается без применения, каких-либо блокирующих устройств.

Недостаток сменных колес: сравнительно большая затрата времени на их смену для ускорения этой операции применяют посадку этих колес на шлицевых валиках, реже на конических шейках валов с врезными шпонками. В осевом направлении сменные колеса фиксируются на валу быстросъемными поворотными шлицевыми кольцами или быстросъемными шайбами с прорезями.

Коробки скоростей с передвижными (скользящими) колесами

Групповые передачи с передвижными блоками колес могут передавать большие крутящие моменты и мощность при относительно малых радиальных габаритах. В коробках этого типа колеса не участвующие в передачи мощности шпинделя не находятся в зацеплении и поэтому не изнашиваются. Вследствие указанных преимуществ переключение скоростей передвижными блоками колес получило широкое применение в коробках скоростей универсальных станков.

Недостатки:

1)   Для переключения передач необходимо выключить привод коробки, переключить скользящие блоки колес, затем растормозить привод и включить;

2)   Возможность аварий при переключении блоков колес на быстром ходу или при одновременном включении между смежными валами двух передач одной группы, поэтому необходимы блокирующие устройства;

3)   Данный вид коробок не позволяет применять более 4 передач в группе.

В приводах этих станков передвижные колеса и блоки колес являются основным видом групповых передач. В передвижные блоки колес монтируют на зубчатых (шлицевых) валах. Как правило, в них применяют прямозубые колеса.

Коробки скоростей с кулачковыми муфтами

В коробках скоростей современных станков кулачковые муфты часто выполняются в виде зубчатых муфт, не требующих ручной пригонки при изготовлении и дающих более равномерное распределение сил сцепления на больших рабочих поверхностях, чем у кулачковых муфт. Преимуществами переключения передач кулачковыми муфтами являются малые осевые перемещения, возможность передачи косозубыми и шевронными колесами, меньшие усилия для переключения, чем у передвижных блоков колес, что имеет значение для коробок скоростей тяжелых станков. Недостатки: возможность поломки кулачков или зубьев муфты при включении передач на ходу при большой разности скоростей вращения. Холостое вращение колес включенной зубчатой передачи вызывает потери от трения в зацеплениях и в опорах колес их валах.

Коробки скоростей с фрикционными муфтами

Возможность быстрого и плавного переключения передач на ходу делает фрикционные муфты эффективным средством для сокращения времени на управление станком. Ограниченная величина крутящего момента большие радиальные и осевые габариты, затрудняет применение более двух передач в группе, потери и износ при холостом вращении постоянно сцепленных передач, а также снижение КПД вследствие трения являются основными недостатками коробок скоростей с фрикционными муфтами. Иногда к этим недостаткам прибавляют эксплуатационные недостатки, то есть буксование и нагревание муфт, необходимость их частой регулировки и передача тепла от муфт шпиндельному узлу.

Коробки подач. Основные элементы механизма подач

Механизм подач состоит из следующих отдельных узлов:

1)   Привод механизма подач от отдельного электродвигателя или от шпинделя, посредством зубчатой, цепной и ременной передачи. Тип передачи зависит от максимальной скорости шпинделя, от наибольшего крутящего момента на шпинделе, его необходимой жесткости, кинематической связи между шпинделем и тяговым валом механических подач;

2)   Устройство для включения механических подач в виде кулачковых муфт, передвижных колес или фрикционной муфты. Располагаются вначале цепи подач и у начала ее разветвлений в рабочей зоне станка;

3)   Устройство для реверсирования подач располагается в рабочей зоне или управляется из нее;

4)   Предохранительное устройство от перегрузки механических подач располагается в той части цепи подач, где изменение крутящего момента определяется только возрастанием тяговой силы;

5)   Одиночные передачи цепи рабочих передач, служащие для редукции располагающихся между коробкой подач и тяговым устройством с целью уменьшения крутящих моментов на валах коробки подач;

6)   Цепь передач для быстрых ходов суппортов, стола и т.д. с приводом от отдельного электродвигателя, или от одного вала привода шпинделем;

7)   Коробка подач располагается вначале одиночных передач, служащих для редукции с целью уменьшения крутящих моментов. Коробку подач желательно размещать ближе к рабочей зоне, особенно при частой смене подач;

8)   Тяговое устройство механизма подач, структурные свойства его сильно влияют на структуру механизма подач.

Требования к коробкам подач

В зависимости от назначения станка коробки подач и ко всему механизму подач могут предъявляться различные требования в отношении: количества ступеней подач, диапазона подач, закономерности их ряда, характер и движения подачи, вид привода, необходимые точности настройки подач, допускаемого накопления погрешностей отдельных передач, нагрузки коробки подач, частоты переключения передач от настройки.

Типы коробок подач

1)   Коробки подач с передвижными колесами. Коробки этого типа приспособлены к частому переключения передач, поэтому широко применяются в универсальных станках. Возможность передавать большие крутящие моменты и работать с большими скоростями без холостого вращения зубчатых передач делают коробки этого типа удобным к применению. Недостатки коробок этого типа – практически невозможность применения косозубых колес для получения ряда точных передаточных отношений.

2)   Коробки подач со встречными ступенчатыми конусами колес и вытяжными шпонками. Компактность конструкций, возможность располагать в одной группе до 8-10 передач, возможность применения косозубых колес для получения ряда точных передаточных отношений, управлять переключением всех передач пары конусов одной рукояткой составляют основные достоинства коробок этого типа. Возможность перекоса вытяжной шпонки, недостаточная жесткость шпоночного вала, ослабленного шпоночным пазом, вращение колес с чрезмерно высокой скоростью, если шпоночный вал работает как ведущий, все эти недостатки не позволяют применение коробок данного типа для передачи больших крутящих моментов и при больших скоростях валов. Коробки подач данного типа находят применение в небольших, а иногда и в сверлильных и токарно-револьверных станках.

3)   Нортоновские коробки. Благодаря наличию накидного паразитного колеса передвижной колодки, выбор чисел зубьев колес Нортоновской коробки не связан условием постоянства суммы чисел зубьев. Это расширяет возможность точного осуществления требуемых передаточных отношений, что особенно важно для настройки подач винторезных станков. Преимуществом коробок этого типа является малое число зубчатых колес. К недостаткам данного типа коробок относятся недостаточно жесткое и точное сопряжение включенных колес ненадежная смазка и возможность засорения передач через вырезы в корпусе коробки. Поэтому в современных станках применяют Нортоновские коробки закрытого типа, и увеличивают жесткость каретки накидного колеса. Нортоновскую коробку целесообразно включать в цепь передач механических подач так, чтобы при нарезании метрической резьбы движение передавалось с конуса колес на вал каретки, а при нарезании дюймовых резьб в обратном направлении, тогда числа зубьев колес конуса будут прямо пропорциональны величинам шага метрической резьбы и числам ниток на дюйм резьбы дюймовой.

4)   Механизмы быстрых подач. В современных станках, особенно работающих в автоматическом режиме холостые хода рабочих узлов станка производятся с повышенной скоростью. Структура механизма быстрых подач определяется свойствами его основных элементов: Тягового устройства; Привода подач; Привода цепи быстрого хода. Для тяговых устройств с постоянным шагом (винт и гайка, шестерня и рейка). Для получения быстрых прямых и обратных ходов необходима цепь быстрого хода и устройство для ее реверсирования. Эта цепь приводится в движение или от быстроходного валика или от отдельного двигателя, если требование реверсивного сопряжения цепи рабочего и быстрого ходов производят в большинстве случаев при помощи односторонней либо двухсторонней обгонной муфты, что позволяет не включать привод цепи рабочих подач при включении быстрого хода. Подобными структурными свойствами обладает также дифференциал, приспособленный в большей мере чем муфты обгона к большим инерционным нагрузкам, возникающим при реверсировании быстрого хода больших масс в случае применения тяговых устройств с постоянным шагом в крупных станках.

Бесступенчатые приводы в станках

Бесступенчатый привод главного движения и движения подачи получил довольно широкое применение в современных металлорежущих станках. Основные преимущества: возможность настройки режима обработки с большей точностью, чем при ступенчатом приводе и что практически еще важнее возможность изменения скорости или подачи во время работы станка без остановки его для переключений. При обтачивании фасонных валиков, торцовых поверхностей и при отрезке бесступенчатое регулирование дает возможность сохранять постоянную скорость резания, путем изменения угловой скорости, в зависимости от поперечного перемещения суппорта. Возможность работы на рациональной скорости резания валика потому что при повышении скорости затраты времени на смену инструмента и средств на замену его возрастают, а при скорости резания ниже рациональной снижается производительность и некоторые твердосплавные инструменты быстрее выходят из строя. Легкость и плавность изменения скорости на ходу станка позволяют также выходить из области резонансных колебаний. Применять в станках фрикционные бесступенчатые передачи (вариаторы) работают значительно спокойнее и тише чем зубчатые и цепные передачи. Начиная со знаменателя φ=1,26 замена ступенчатого регулирования бесступенчатым дает ощутимый выигрыш в скорости резания (подачи), а следовательно в величине машинного времени.

Способы бесступенчатого регулирования скоростей резания и подач

Выбор способа регулирования зависит от многих факторов: назначение станка (станок общего назначения или специализированный для черновой и отделочной операции); требуемой мощности резания и вида механической характеристики необходимого диапазона регулирования. Каждый из возможных решений – электрическое, гидравлическое, механическое, комбинированное имеет свои специфические достоинства и недостатки и соответственно этому свою область применения. Электрическое регулирование производится изменением числа оборотов электродвигателя, который приводит в движение соотв. цепь станка. Двигатели постоянного тока применяют главным образом в крупных станках. Для тяжелых станков удобен привод по системе генератор-двигатель. Электроприводы с бесступенчатым регулированием позволяют автоматическое управление скоростями главного движения подач. Недостаток: относительно большие габариты и себестоимость.

Бесступенчатое регулирование при помощи гидравлического привода

В станках широко применяется гидропривод главным образом подач, но также и главного движения (в строгальных, долбежных и протяжных). Гидропривод имеет ряд существенных преимуществ: широкий диапазон регулирования, быстрое изменение величины и направления скорости, плавное реверсирование, удобство дистанционного управления и его автоматизации, автоматическое предохранение от перегрузок и самосмазывания. Недостаток: недостаточно жесткая характеристика вследствие утечек и влияние температуры на вязкость масла. При малых скоростях (12-15м/с) работа гидропривода становится неустойчивой. Для вращательного движения гидропривод применяют в станках очень редко в виду его высокой стоимости и снижении КПД при износе. Регулирование при помощи механических вариантов. Большинство механических вариантов применяемых в станках относятся к типу фрикционных, поэтому работа на них связана с потерями над трением. Различают следующие виды таких потерь:

1)   Вызванными неблагоприятными кинематическими условиями в зоне контакта и возникающие, поэтому разностью скоростей в сопряженных точках рабочих поверхностей. Кинематические потери на трение уменьшаются, если рабочие поверхности в зоне контакта приближаются по форме к двум цилиндрам;

2)   Вызванные деформацией рабочих поверхностей в зоне контакта. Эти потери не велики (2-3%) и уменьшаются при увеличении модуля упругости материала контактирующих тел, например при замене пластмассы сталью;

3)   Вызванные проскальзыванием рабочих тел вариатора аналогичным проскальзыванию временных передач. Эти потери увеличиваются при уменьшении запаса силы сцепления рабочих тел, вследствие непостоянства силы резания и влияния сил инерции при пуске и реверсировании привода.

Возможность регулирования скорости вращения ведомого вала на ходу является большим преимуществом вариаторов, но оно связано с невозможностью или затруднительностью установки скорости при остановленном вариаторе. Недостатки: не жесткая кинематическая характеристика фрикционных вариаторов и изменение максимальной передаваемой мощности при регулировании скорости у большинства вариаторов.

Механизмы прямолинейных движений

Прямолинейное движение в приводе станков может осуществляться следующими основными способами:

1)   Применение гидравлических устройств с парой поршень-цилиндр в качестве двигателя прямолинейных движений. Гидропривод этого типа обладает рядом достоинств, благодаря которым он получил широкое распространение в многих станках как в приводе главного движения, так и в приводах подач и в приводах вспомогательных перемещений;

2)   Применение электромагнитных устройств типа соленоидов. Ограниченная длинна хода этих устройств и работа с ударами позволяет применять их только в приводе систем управления в качестве вспомогательных устройств;

3)   Применение механизмов преобразующих вращательное движение в прямолинейное. Такие механизмы как пара зубчатое колесо-рейка, червяк-рейка, винт-гайка.

Зубчатое колесо и рейка

Следующие особенности этой пары являются более существенными для привода станков:

1)   Большое передаточное отношение, т.е. за один оборот зубчатого колеса (реечной шестерни) рейка перемещается на длину начальной окружности колеса, поэтому пару зубчатое колесо-рейка удобно использовать в приводе главного движения и в приводе различных вспомогательных перемещений;

2)   Неравномерность передаточного отношения, обусловленная большим влиянием ошибок зубчатого зацепления на скорость перемещения рейки;

3)   Высокий КПД этой пары дает возможность использовать ее в приводах передающих значительную мощность (как, например, в приводах главного движения продольно-строгальных и долбежных станков);

4)   Отсутствие самоторможения в паре зубчатое колесо-рейка затрудняет ее применение для вертикально-установочных перемещений. Благодаря отсутствию самоторможения эта пара может применяться параллельно с приводом другого вида с ходовым винтом;

5)   Большие реечные колеса и рейки, продольно строгальных станков изготовляют из серого чугуна марок СЧ 2140, СЧ 2848 или из СТАЛЬ 45. Рейки длинной до 1000-1200 мм фрезеруют на горизонтально фрезерном или рейка фрезерном станке. При большей длине рейки ее делают составной из отдельных секций. Рейку для подачи сверлильного шпинделя нарезают иногда непосредственно на шпиндельной втулке.

Червяк и рейка

Червячно-реечная передача позволяет осуществлять малые передаточные отношения, при этом плавность движения существенно повышается. Червячно-реечная передача сложнее в изготовлении, чем обычная реечная передача и имеет более низкий КПД сравнительно с КПД червячной пары. В связи с большим скольжением материалы червяка и рейки должны обладать хорошими антифрикционными свойствами. Обычно, червяк изготовляется из СТАЛЬ 15Х или 20Х, с последующей цементацией и закалкой, а рейку из антифрикционного чугуна. В наиболее ответственных случаях применяют биметаллическую рейку с зубьями, нарезанными в слое бронзы. Известны случаи применения бронзового червяка, что приводит к более интенсивному его износу. В станках получили применение следующие конструкции червячно-реечных передач:

1)   Пара червяк зубчатая рейка в этом случае имеет место точечный контакт зубьев червяка и рейки. Применяется чаще всего для вспомогательных движений;

2)   Червяк червячная рейка при расположении оси червяка под углом к оси рейки. Зубья рейки в этом случае подобны зубьям червячного колеса и характер зацепления соответствует обычной червячной паре;

3)   Червяк червячная рейка при параллельном расположении оси червяка и рейки. Характер зацепления соответствует винтовой паре, при коротком винте и гайке с неполным охватом. При таком конструктивном оформлении наружный диаметр зубчатого колеса в приводе червяка должен быть меньше внутреннего диаметра червяка. В силу этого обстоятельства иногда применяется червяк с нарезанными на нем зубьями колеса.

Ходовой винт и гайка

Пара винт-гайка получили широкое применение в приводах станков в связи со следующими особенностями:

1)   Малое передаточное отношение при однозаходной резьбе, что дает возможность осуществлять медленные движения в приводе подач;

2)   Высокая плавность и точность движения, обусловленные постоянством передаточного отношения. Степень точности и плавности движения определяется точностью изготовления ходового винта и гайки;

3)   Низкий КПД пары винт-гайка препятствует ее применению в приводе главного движения, но не является столь существенным недостатком для привода подач и для привода вспомогательного движения;

4)   Самоторможение в винтовых парах скольжения облегчает их использование для установочных движений и в случае вертикальных перемещений.

Материалы ходовых винтов и гаек

Для ходовых винтов нулевого класса точности, применяемых в прецизионных станках, используются, инструментально-углеродистые стали марок: У10 и У12. Для ходовых винтов первого класса точности с высокой поверхностной твердостью – стали: ХВГ и ХГ и СТАЛЬ 45Г. Для ходовых винтов 2,3 и 4-ого класса точности СТАЛЬ 45 и 50 нормального состава. Гайка скольжения ходовых винтов изготавливают обычно из оловянистых бронз.

Винтовые пары качения

В целях устранения вредного влияния скольжения в резьбе, и связанного с ним износа, для обеспечения точного перемещения в станках применяют винтовые пары качения. Достоинством винтовых пар, помимо малых потерь на трение и высокого КПД является то, что в них могут быть полностью устранены зазоры в резьбе за счет создания предварительного натяга. Зазоры в винтовой паре крайне не желательны при знакопеременных осевых нагрузках и при реверсивном точном движении. Замена скольжения качения в винтовой паре возможна за счет применения тел качения уложенных в резьбу между винтом и гайкой в специально предусмотренный канал возврата шариков. В шарико-винтовой паре обычно используют резьбу полукруглого или арочного (ажевального) профиля. В обоих случаях малая разница кривизны шариков и беговых дорожек увеличивает площадь контакта и уменьшает величину контактных напряжений. Как правило, в шариковых парах применяют устройство для выбора зазоров и создания гарантированного натяга.

Методика расчета станков

К числу основных критериев при расчете станков относят: статическая и усталостная прочность, износостойкость, жесткость, виброустойчивость и температурный режим. При составлении расчетной схемы необходимо учитывать:

1)   Движения силы привода, величины которых применяется при расчете по номинальной мощности или допускаемому двигателем моменту. Движение силы привода зависят от характеристики примененного в станке электрического, гидравлического или пневматического привода.

2)   Силы резания представляют в виде трех составляющих: P_x, P_y и P_z. В подавляющем большинстве случаев все действительные силы переменны и амплитудны, колебания их величин могут быть значительными. Это обстоятельство учитывается тем, что в выражение для соответствующих расчетов сил и моментов вводится динамический коэффициент. Поэтому ответственные детали и узлы станков рассчитываются на усталостную прочность.

3)   Силы трения, обычно, при расчете станков принимают пропорциональными нормальной нагрузке на трущихся поверхностях. При отсутствии смазки коэффициент трения φ = 0,2 – 0,3; в случае полужидкостного трения – 0,03 – 0,2; в условиях полного жидкостного трения – меньше или равно 0,002 – 0,05. Трение качения часто характеризуется отношением коэффициента трения качения к радиусу тела качения.

4)   Инерционные нагрузки учитываются только при переходных процессах. Обычно, достаточно учитывать массы двигателя и исполнительного узла станка, пренебрегая массами промежуточных передаточных механизмов.

5)   Реакции на опорных поверхностях определяются из уравнения равновесия, и в случае необходимости, при статически неопределимых задачах, составляются дополнительные уравнения деформации.

6)   Тепловые деформации определяют при рабочей температуре, предварительно найденной из уравнения теплового баланса.

Выбор предельных скоростей резания и подач

Выбор производится на основе анализа технологического процесса, т.е. предельные скорости резания и подач. Следует выявить для всех операций при работе различными инструментами. Анализ технического процесса имеет целью не только определение пределов изменения чисел оборота шпинделя и подач, но также выявления операций и режимов обработки, требующих наибольшей мощности привода, наибольший крутящий момент на шпинделе и наибольших тяговых сил подач. Для станка с вращательным главным движением предельные числа оборотов шпинделя могут n_max и n_min быть определены, если известны предельные диаметры резания: d_max и d_min, и найдены предельные скорости резания: V_max и V_min, применяемые при данных диаметрах резания.

1)   В приводах шпинделя станка часто применяют двух скоростные электродвигатели трех фазного тока, у которых отношение синхронных чисел оборотов равно двум.

2)   Ряды чисел согласно нормали машиностроения построены в виде геометрических прогрессий, знаменатели которых должны удовлетворять требованию: φ =

Стандартные ряды знаменателя φ соответствуют следующим значениям: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2.

Согласно нормам станкостроения допускается составление производственных рядов путем пропуска части чисел нормальных рядов. При ступенчатом регулировании для подавляющего большинства станков общего назначения достаточно хорошие эксплуатационные условия обеспечиваются при φ = 1,12; 1,26 и 1,41. Желательно, чтобы число ступеней скорости z представляло произведение множителей 2 и 3. Этому требованию удовлетворяют значения z равные: 2, 3, 4, 6, 8, 9, 12, 16, 18, 24, 27, 32, 36.

Определение мощности электродвигателя

Определение мощностей электродвигателей часто представляет большие трудности, вызванные следующими причинами:

1)   Закономерности, которым подчиняются силы резания и подач при различных процессах резания, особенно в периоды неустановившегося движения.

2)   Условия эксплуатации станков, особенно общего назначения.

3)   Потери на трение в приводе, особенно при высоких скоростях вращения.

Мощность привода главного движения определяют по полезной мощности, которую выполняют вычислением для предельных режимов резания. Она может быть получена из отношения. Величина КПД меняется в зависимости от полезной нагрузки, числа оборотов, кинематической схемы привода, конструкции его элементов и качества их изготовления.

Элементы систем управления станками

Системы управления станком представляют сочетание механических, электрических и электронных, гидравлических и пневматических устройств. Решающее значение принимают в станкостроении системы автоматического управления, централизованная (независимая или система временного контроля).

К системе управления станком предъявляются следующие требования:

1)   Безопасность управления. Для этого узлы управления должны быть сконцентрированы и расположены в удобных зонах управления, а при необходимости и сдублированы. При обработке радиоактивных и токсичных материалов необходимо применить дистанционное управление и специальные меры по технике безопасности.

2)   Легкость и удобства управления, которое зависит от размеров, формы и расположения узла управления.

3)   Быстрота управления. На операцию управления должно затрачиваться тем меньше времени, чем чаще она производиться.

4)   Точность системы управления. Точность перемещений может быть весьма различна, в каждом конкретном случае необходимую точность работы цепи управления следует определять исходя из ее назначения и управляемых ее функций.

Станки с программным управлением (ПУ).

Преимуществом станков с ПУ является возможность переналадки при переходе на обработку новой детали за короткое время.

В качестве программы-носителей в станках с ПУ служат перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и диски, а также штырьковые барабаны или гантели и магазины переключений.

Система ПУ содержит следующие элементы:

1)   Ввод программы (ВП). Элемент считывает с программы-носителя управляющие сигналы. ВП включает в себя считывающее и транспортирующее устройства, которые различают по способу считывания: контактные и бесконтактные, последовательные и переменные.

2)   Блок управления (БУ). Преобразует физические воздействия в электрические командные импульсы или потенциалы, он также расшифровывает информацию.

3)   Усилитель (У). Усиливает полученный сигнал до необходимого уровня.

4)   Исполнительный орган (ИО). Реализует командные импульсы подключением рабочего узла к источнику движения.

5)   Рабочий орган (РО). Выполняет заданные команды.

6)   Датчик перемещений (ДП). Регистрирует фактическое перемещение рабочего узла. ДП обобщает различные системы путевого контроля в системах ЧПУ в качестве устройства обратной связи.

Системы программного управления:

ЦПУ – цикловое ПУ, циклами перемещений по программе с заданием параметров.

NC – числовое программное управление, обработкой по программе заданной в алфавитно-цифровом коде.

HNC – разновидность ЧПУ с ручным заданием программы с пульта.

SNC - разновидность ЧПУ имеющая память для хранения программы.

CNC – автономное управление станком с ЧПУ.

DNC – управление группой станков от общей ЭВМ.

Разновидности структур устройств ЧПУ:

1)   Устройства ЧПУ с постоянной структурой. Ввод программы осуществляется на перфоленте.

2)   Устройства ЧПУ с переменной структурой, Эти устройства строятся на основе ЭВМ.

По виду движений механизмов станка ЧПУ делятся на: позиционные, контурные и комбинированные. Позиционные устройства применяют для сверлильных станков. Контурные прямоугольные устройства применяют для обработки деталей с прямоугольными контурами.

Контурные криволинейные устройства применяют в станках многих групп, они обеспечивают необходимые размеры при обработке. Комбинированные устройства применяют для управления многооперационными станками. В обозначении моделей станков в конце ставится буква F и цифра F1.

Разновидности станков:

F1 - цифровая идентификация с предварительным набором;

F2 - с числовым программным управлением;

F3 - с непрерывным программным управлением;

F4 - обрабатывающий центр с числовым позиционным программным управлением;

F5 - обрабатывающий центр с числовым непрерывным программным управлением;

Системы координат для станков с ЧПУ

В качестве единой системы координат принята правая система координат, при которой оси X, Y и Z указывают положительные направления перемещения инструмента относительно неподвижных систем станка.

Способ и начало отсчета координат

Используют абсолютный и относительный способ. Абсолютный способ отсчета координат – на программе-носителе записывают абсолютные значения координат, при выполнении такой программы станок отсчитывает координаты от начала координат. Относительный способ отсчета координат – за нулевую точку каждый раз принимается положение рабочего узла станка, которое он занимал перед перемещением к следующей опорной точке.

Токарные станки с ЧПУ

Технологические возможности станков с ЧПУ определяются различными факторами: конструкцией, классом точности, технической характеристикой СЧПУ. По компоновке все токарные станки с ЧПУ можно разделить на две группы: станки на базе универсальных станков и специализированные станки оригинальных компоновок, предназначены для обработки определенного класса заготовок. Все станки с ЧПУ подразделяются на станки с ручной сменой инструмента, с автоматическим поворотным резцедержателем, с револьверной головкой и с автоматической сменой инструмента из инструментального магазина. С учетом возможности обработки все детали разбиваются на четыре основные группы:

1)   детали типа дисков;

2)   детали типа втулок, коротких валов и пальцев;

3)   детали типа длинных валов и штанг;

4)   мелкие и простые детали крепежа, арматуры, детали из прутковой заготовки.

Токарные станки с ЧПУ можно разбить на 8 основных подгрупп:

1)   Токарные станки с ЧПУ с диаметром устанавливаемых заготовок 320-1000мм;

2)   Токарные патронно-центровые станки с диаметром обработки над суппортом 160-400мм;

3)   Токарные патронные полуавтоматы с диаметром обработки над станиной 200-630мм;

Люди также интересуются этой лекцией: 37 Образование Германской Империи.

4)   Токарно-револьверные прутково-патронные станки с диаметром обработки прутка 25 и 65мм;

5)   Токарно-револьверные прутковые автоматы с диаметром обработки прутка 16 и 50мм;

6)   Лоботокарные полуавтоматы с диаметром устанавливаемого изделия 1000-1250мм;

7)   Тяжелые токарные и вальцетокарные станки с диаметром обработки над суппортом 800-3000мм;

8)   Токарно-карусельные станки с диаметром устанавливаемого изделия 1250-8000мм.

Системы с ЧПУ с линейно-круговыми интерполяторами – эти системы позволяют производить обработки заготовок имеющие сложный контур.