Универсально-фрезерный станок

 

Рассмотрим кинематику универсально-фрезерного станка модели 6Н81 (рис. 6.4).

Для фрезерования поверхности заготовки инструменту сообщается вращение (движение резания), а заготовке – прямолинейное перемещение относительно инструмента (подача), которое может происходить горизонтально или вертикально.

Инструмент (фреза) устанавливается по горизонтальной оси либо непосредственно в шпинделе, либо (что чаще) на оправке, которая устанавливается в шпинделе и поддерживается серьгой Г хобота В. обрабатываемая деталь закрепляется в приспособлении на столе Д, вместе с которым может перемещаться горизонтально в продольном направлении (параллельно длинной стороне стола). Стол находится на поворотной плите Е, а плита – на поперечных салазках Ж, которые могут получать поперечное перемещение (параллельно оси шпинделя). Салазки находятся на консоли И, которая может перемещаться вертикально по направляющим станины Б, закреплённой на основании А. Стол вместе с поворотной плитой может быть повёрнут в горизонтальной плоскости и тогда возможно его перемещение не продольно, а под углом к продольному направлению.

 

3.4.2.1Привод главного движения (вращения шпинделя с инструментом)

 

Привод вращения шпинделя с инструментом представляет собой внешнюю кинематическую связь и берёт начало от электродвигателя мощности 5,5 кВт с частотой вращения n_дв.гл=1440 об/мин.

Расчётные перемещения конечных звеньев: n_дв.гл® n, где n – частота вращения шпинделя.

Привод является разделённым и движение от электродвигателя шпинделю передаётся через коробку скоростей (две группы передач и одиночная зубчатая передача) и перебор, связанные ременной передачей.

Уравнение кинематического баланса цепи:

, об/мин.

 

Две группы передач коробки и перебор являются настроечным органом привода, обеспечивающим 16 вариантов передаточных отношений, а значит и частот вращения шпинделя.

Для получения последовательно возрастающего ряда частот вращения шпинделя на этом станке необходимо переключать в первую очередь передачи в группе на четыре скорости, во вторую – в группе на две скорости и в третью – перебор.

Реверс шпинделя обеспечивается переключением электродвигателя.

Настроечная формула цепи выводится аналогично тому, как это показано в предыдущем пункте.

 

3.4.2.2Приводы подач (перемещений стола с заготовкой)

 

Приводы подач представляют собой внешние кинематические связи и обеспечиваются от отдельного электродвигателя мощности 1,5 кВт с частотой вращения n_{дв. под}=1440 об/мин через коробку подач с тремя группами передач, являющимися настроечным органом, одиночные зубчатые передачи, трензели и винтовые пары шага 6 мм. Включение подач осуществляется посредством сцепных муфт М3 (вертикальная подача), М4 (поперечная) и М5 (продольная).

Коробка подач обеспечивает 16 вариантов передаточных отношений.

Для получения последовательно возрастающего ряда подач необходимо переключать в первую очередь передачи в группе на четыре скорости, во вторую – в первой группе на две скорости и в третью – во второй группе на две скорости.

Расчётные перемещения конечных звеньев и уравнения кинематического баланса цепей подач будут следующими:

а) продольная подача – n_дв.под ®S и

б) поперечная подача – n_дв.под ®S_П и

в) вертикальная подача – n_дв.под ®S_В и

3.4.2.3Приводы быстрых перемещений стола

 

Быстрые перемещения происходят в направлении включённой подачи при срабатывании муфты М2.

Расчётные перемещения: n_дв.под ®v_б.

Уравнения кинематического баланса:

а) продольные перемещения: м/мин;

б) поперечные перемещения: м/мин;

в) вертикальные перемещения: м/мин.

Для предотвращения поломок в кинематической цепи, при включении быстрого перемещения одновременно с рабочим, в ступице червячного колеса 36 смонтирована муфта обгона МО.

 

Токарно-винторезный станок

 

В качестве примера рассмотрим кинематику токарно-винторезного станка модели 1К62 (рис. 3.11), являющегося классическим представителем станков этого типа и группы.

Обрабатываемое тело вращения устанавливается в приспособлении, закреплённом на шпинделе передней бабки Б, или в нём и в приспособлении, установленном в пиноли задней бабки В. Вращение заготовки является главным движением (движением резания), а перемещение инструмента вдоль оси вращения заготовки (продольное) или перпендикулярно к ней (поперечное) – подачей. Инструменты (резцы) устанавливаются в резцедержателе И верхних салазок К суппорта. В продольном направлении перемещается каретка Г суппорта с фартуком и всеми остальными частями суппорта, а в поперечном – поперечные салазки Д с поворотной частью Е, верхними салазками и резцедержателем. В привод подач входит ряд элементов, в том числе, коробка подач, от которой приводится во вращение ходовой вал или ходовой винт. При обработке цилиндрических и торцевых поверхностей суппорт с инструментом получает движение от ходового вала через передачи фартука, а при обработке винтовых поверхностей (нарезании резьб) – от ходового винта.

 

3.4.3.1Привод главного движения (вращения шпинделя с заготовкой)

 

Привод вращения шпинделя представляет собой внешнюю кинематическую связь.

Конечными звеньями привода главного движения являются электродвигатель, вал которого имеет частоту вращения n_дв= 1450 об/мин, и шпиндель с заготовкой, который должен вращаться с такой частотой n об/мин, какая обеспечит требуемую скорость резания.

Запись расчётных перемещений конечных звеньев цепи будет иметь вид:

n_дв®n

Вал электродвигателя связан с входным валом коробки скоростей клиноременной передачей. Далее движение может передаваться с помощью группы передач на две скорости (51:39; 56:34; ниже эта группа будет обозначена р_а; р_а=2), при этом шпинделю будет сообщаться правое ("прямое") вращение, или двух последовательных передач (50:24 и 36:38), и тогда шпиндель будет иметь левое ("обратное") вращение. Включение прямого или обратного вращения и отключение вращения шпинделя производится двухсторонней фрикционной многодисковой муфтой М1.

Следующему валу движение сообщается группой передач на три скорости (р_б; р_б=3), а с него движение может быть передано шпинделю либо сразу через передачу 65:43, либо через две группы передач (р_в=2, р_г=2) и шпиндельную передачу 27:54. Для этого блок-двойка 43-54, передающий через шлицевое соединение вращение шпинделю, устанавливается в соответствующее положение.

Таким образом, движение выходному валу передаётся по двум кинематическим цепям: короткой (включена передача 65:43), при этом обеспечивается передача высших скоростей, и длинной (через группы р_в, р_г), при этом обеспечивается передача низших скоростей.

Уравнение кинематического баланса привода имеет вид:

В кинематической цепи для низших скоростей (р_а·р_б·р_в·р_г) группы p_в и p_г совместно обеспечивают три различных передаточных отношения (i = 1/16; 1/4; 1), а не четыре, поэтому цепью передаётся шпинделю не 24 (2·3·2·2), а 18 разных частот вращения: 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630 об/мин.

Для переключения частот вращения шпинделя в порядке их возрастания необходимо переключать передачи сначала в группе р_а, затем в группе р_б и снова р_а, затем в группах p_в и p_г совместно (по возрастанию передаточных отношений) и снова в группах р_а и р_б.

Кинематическая цепь для высших скоростей обеспечивает передачу шпинделю 6 частот вращения: 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000 об/мин.

Для каждой из кинематических цепей (для низших скоростей и для высших) следует выводить отдельную настроечную формулу.

 

3.4.3.2 Приводы подач, осуществляемых при включении ходового вала

 

Конечными звеньями кинематических цепей подач, представляющих собой внутренние кинематические связи, являются шпиндель с заготовкой и суппорт (точнее – резцедержатель суппорта) с инструментом. Перемещение инструмента в продольном (S) или поперечном (S_п) направлениях увязывается с одним оборотом шпинделя с заготовкой и подача, таким образом, измеряется в мм/об – миллиметрах перемещения инструмента (суппорта) за 1 оборот заготовки (шпинделя).

Расчётные перемещения конечных звеньев цепей: 1об.шп.®S – для продольной подачи и 1об.шп.®S_п – для поперечной.

Уравнения кинематического баланса приводов:

- продольной подачи:

- поперечной подачи:

Как видно по кинематической схеме и уравнениям кинематического баланса, в приводы подач входит ряд передач и механизмов, расположенных между шпинделем и коробкой подач, в коробке подач и в фартуке суппорта. вращение от шпинделя передаётся через шестерни 60:60 (передаточное отношение равно 1), если блок 60-45 находится в крайнем левом положении. Если блок 60-45 находится в крайнем правом положении, то вращение передается через звено увеличения шага и подач (ЗУШ), которое составляют передача 54:27, две последние группы передач (p_г и p_в) коробки скоростей и передача 45:45 (i_зуш=2;8;32). Далее движение через группу с передачами 28:56 и 42:42 (i₁=1/2;1), являющуюся частью реверсивного механизма (в цепях продольных и поперечных подач используются только эти передачи) и гитару сменных шестерён с колёсами 42, 95, 50 передается на приёмный вал коробки подач.

В коробке подач включаются муфты М2 и М3, передвижные колёса 35 выводятся из зацепления с колесами 37 и 28. Вращение с валов, соединяемых муфтой М2, на валы, соединяемые муфтой М3, передаётся посредством механизма Нортона, обеспечивающего семь различных передаточных отношений. Далее через две группы передач (назовём их множительными), совместно обеспечивающими 4 передаточных отношения (i_мн=1/8;1/4;1/2;1), передачу 28:56 и муфту обгона МО передаётся вращение ходовому валу.

От ходового вала вращение через шестерни 27-20-28, предохранительную муфту Мп, червячную передачу 4:20 сообщается валу реверсивных механизмов, который посредством одной шестерни 40 связан с зубчатыми венцами 37 кулачковых муфт М7 и М9, а другой шестерни 40 через паразитное колесо 45 – с зубчатыми венцами 37 кулачковых муфт М6 и М8.

Продольная подача суппорта в том или ином направлении включается муфтами М6 или М7, при этом вращение с вала муфт через передачу 14:66 сообщается валу с шестерней, имеющей 10 зубьев модуля 3 мм и находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой, которая закреплена на станине под направляющими. Шестерня, перекатываясь по зубчатой рейке, перемещает суппорт.

Подача поперечных салазок суппорта в ту или иную сторону включается муфтами М8 и М9. При этой вращение через шестерни 40-61-20 передается ходовому винту поперечной подачи шага 5 мм, перемещающему вдоль своей оси гайку вместе с салазками, в которых она закреплена.

Для переключения подач в порядке их последовательного возрастания (или уменьшения) сначала в коробке подач переключают механизм Нортона, а уже затем – передачи множительных групп и снова механизм Нортона. Это обеспечивает получение основного ряда подач. Удлинение ряда обеспечивается при изменении i_зуш и i₁.

Если ЗУШ отключено (для упрощения записей будем отмечать это как i_зуш=1), что имеет место при включении частот вращения шпинделя 630-2000 об/мин и i₁=1, основной ряд продольных подач будет следующим (мм/об):

 

iзуш=1	i1=1	iмн=1/8	0,14	0,15	0,17	0,195	0,22	0,24	0,26
iзуш=1	i1=1	iмн=1/4	0,28	0,3	0,35	0,39	0,43	0,48	0,52
iзуш=1	i1=1	iмн=1/2	0,56	0,61	0,69	0,78	0,87	0,955	1,04
iзуш=1	i1=1	iмн=1	1,13	1,22	1,39	1,56	1,74	1,91	2,08

 

При i₁=1/2 и i_мн=1/8 добавляются ещё 7 значений в начало ряда:

 

iзуш=1

i1=1/2

iмн=1/8

0,07

0,075

0,085

0,1

0,11

0,12

0,13

 

При трёх других значениях i_мн повторяются значения подач 0,14-1,04.

При переключениях в коробке подач в случае других комбинациях включений i_зуш (а значит, при других n_шп) и i₁ добавляются новые подачи, а часть подач повторяется.

Так, при i_зуш=2 и диапазоне частот вращения шпинделя 200-630 об/мин обеспечиваются подачи 0,14-4,16, в том числе 7 новых:

 

iзуш=2

i1=1

iмн=1

2,26

2,44

2,78

3,12

3,48

3,82

4,16

 

При i_зуш=8 и диапазоне частот вращения шпинделя 50-160 об/мин обеспечиваются подачи 0,56-4,16 (формально – до 8,32, но такие большие подачи не применяются).

При i_зуш=32 и диапазоне частот вращения шпинделя 12,5-40 об/мин обеспечиваются подачи 2,26-4,16 (формально – гораздо выше, что не применяется).

 

При одной и той же настройке привода подач поперечные подачи имеют вдвое меньшую величину, чем продольные.

 

Приводы винторезных подач

 

Конечными звеньями этих цепей являются шпиндель с заготовкой и суппорт с резцом, перемещающийся за один оборот шпинделя в продольном направлении на величину, равную шагу нарезаемой резьбы Т.

расчётные перемещения конечных звеньев цепей: 1об.шп.®S_винт, и при этом винторезная подача S_винт =T.

в обеспечении винторезной подачи не участвует ходовой вал, а также передачи и реверсивные механизмы фартука; движение суппорту передаётся через винтовую передачу (ходовой винт – разъёмная гайка) шага 12 мм. Для этого в коробке подач расцепляется передача 28:56 и включается муфта М5, соединяющая ведомый вал множительных групп передач с ходовым винтом, а в фартуке включается разъёмная (маточная) гайка и реечное колесо привода продольной подачи выводится из зацепления с рейкой.

Изменение направления движения суппорта для нарезания правых или левых резьб производится посредством реверсивного механизма, находящегося в приводе перед сменными колёсами. Вращение на ведущий вал этого механизма сообщается, как и в приводах продольных и поперечных подач, от шпинделя через передачу 60:60, либо через звено увеличения шага.

Для настройки привода на получение резьб разных видов устанавливаются определённые сменные колёса, а механизм Нортона включается так, что ведущим валом в нём является либо тот, на котором закреплены шестерни зубчатого конуса 26, …, 48, либо тот, на котором находится скользящая шестерня 28. Рассмотрим это подробнее:

а) нарезание метрической резьбы

Метрические резьбы задаются шагом в мм и подача должна быть равна шагу нарезаемой резьбы. Зубчатый конус в механизме Нортона устанавливается ведущим, что обеспечивается включением муфт М2 и М3. Сменные колеса оставляются теми же, что и при подачах для точения: 42, 95, 50 (i_см1). Уравнение кинематического баланса цепи будет следующим:

Если будет отключено ЗУШ (i_зуш=1, частоты вращения шпинделя при этом – 630-2000 об/мин), а в реверсивном механизме и множительных группах будут включены передачи, обеспечивающие передаточные отношения 1:1 (т.е. ), то при снятии движения с разных шестерён конуса механизма Нортона будут обеспечиваться подачи:

 

Шестерня конуса
Подача, мм/об	6,5

 

При уменьшении i_мн и i_рев величины подач будут уменьшаться, при увеличении i_зуш – увеличиваться.

В последнем случае надо учитывать, что при включении ЗУШ изменяются частоты вращения шпинделя, а значит возможна ситуация, когда требуемая подача при другой частоте вращения шпинделя обеспечена не будет. В ряде случаев этого можно избежать, переключая соответственно i_мн и i_рев. К примеру, при включении i_зуш=2 (n_шп=200-630 об/мин) и при тех же передачах в других группах обеспечиваются подачи:

 

Шестерня конуса
Подача, мм/об

 

Если же необходино обеспечить подачи из ряда 6,5-12 мм/об при n_шп=200-630 об/мин (i_зуш=2), то следует включить i_мн=1/2 (или i_рев=1/2).

 

Примечание. задаются шагом в мм кроме метрических и другие резьбы (например, трапецеидальные, упорные). Настройка на их нарезание производится таким же образом;

 

б) нарезание модульной резьбы

Модульные резьбы – это червяки зубчатых червячных передач. Они задаются не шагом, а модулем в мм. Шаг резьбы Т больше модуля в π раз. Чтобы обеспечить получение шага, кратного π, надо произвести соответствующие изменения в кинематической цепи. Эти изменения заключаются в установке других сменных колёс – 64, 95, 97 (i_см2), передаточное отношение которых отличается в 0,785=π/4 раза от передаточного отношения колёс 42, 95, 50 (i_см1). Уравнение кинематического баланса цепи:

в) нарезание дюймовой резьбы

Дюймовые резьбы задаются не шагом, как метрические, а числом ниток (витков) на один дюйм (1"≈25,4 мм) длины резьбы, т.е. величиной, обратной шагу Т.

С целью обеспечения нарезания таких резьб конус механизма Нортона устанавливается ведомым, для чего в коробке подач отключаются муфты М2 и М3, сцепляются зубчатые пары 37:35 (колёсами 35, 37, 35 передаётся движение от сменных шестерён на вал скользящей шестерни 28) и 28:35 (колёсами 35, 28, 28, 35 передаётся движение от механизма Нортона на ведущий вал множительных групп передач); включённой должна быть также муфта М5.

Уравнение кинематического баланса цепи:

г) нарезание питчевой резьбы

Питчем задаются червяки в дюймовой системе измерений. Питч – это величина, обратная модулю, но выражаемая не в 1/мм, а в 1/дюйм. Шаг резьбы Т в мм и подача должны быть больше модуля в πּраз, а модуль определяется делением 25,4 на питч (или число питчей). При этой настройке коробка подач включается, как при нарезании дюймовых резьб, а сменные колёса устанавливаются такие же, как при нарезании модульных резьб:

д) нарезание точных или нестандартных резьб

При такой настройке коробку подач как настроечный орган не используют, цепь максимально укорачивают и включают ходовой винт "напрямую", соединяя его с помощью муфт М2, М4, М5 с выходным валом гитары сменных шестерён. В реверсивном механизме используются передачи с передаточным отношением 1:1. В гитаре сменных шестерён устанавливаются такие колёса А, Б, В, Г (i_см), какие обеспечат получение требуемого шага, а не те, какие показаны на схеме.

Уравнение кинематического баланса для этого случая:

Из уравнения с учётом отмеченного выводится настроечная формула:

.

 

3.4.3.4 Привод подачи для нарезания спиралей ( торцевой резьбы)

Нарезание архимедовых спиралей (торцевой резьбы) обеспечивается при поперечном перемещении резца, в связи с чем включается ходовой вал и передачи фартука, обеспечивающие поперечную подачу.

Для передачи вращения ходовому валу муфта М5 расцепляется, а колесо 28 соединяется с левым колесом 56, имеющим глухое соединение со своим валом, а не с правым, в ступице которого смонтирована муфта обгона МО. Муфта обгона исключается из цепи потому, что при возможной её пробуксовке нарушится жёсткость кинематической связи 1об.шп.®S_винт. С другой стороны, при многопроходном нарезании спиралей (как и других резьб) возврат резца в исходное положение производится при реверсе шпинделя, а муфта обгона МО является односторонней и её использование является невозможным.

При настройке привода на нарезание спиралей конус механизма Нортона обычно устанавливают ведомым и подбирают, при необходимости, такие сменные шестерни, которые бы обеспечили в совокупности с передачами коробки подач получение требуемого шага.