Кинематическая структура станка. Виды структур по количеству и сложности кинематических групп. Уравнение кинематического баланса.

Двухстоечный карусельный станок: область использования, основные узлы, виды движений, принцип работы. Конструктивные особенности. Кинематика станка.

Универсальные ТКС выполняются в одностоечном (наибольший диаметр обработки до 1 600мм) или двухстоечном (наибольший диаметр обработка свыше 2 500мм) конструктивном вариантах. Двухстоечные станки выполнены с неподвижным порталом, по стойкам которого перемещается поперечина с двумя вертикальными суппортами. По заказу двухстоечные станки могут комплектоваться одним или двумя горизонтальными суппортами. Станок имеет основные узлы: стол1, планшайбу2, стойка5и11, скрепленные между собой балкон 10. По вертикальным направляющим стоек с помощью вертикальных ходов винтов6и12 от отдельного направляющим могут перемещаться траверса8. По ее горизонтальным направляющим могут перемещаться два вертикальных револьверных супорта4и13. Преимущества двухстоечной компоновки является высокая жесткость несущей системы, позволяющая эффективно использовать два вертикальных суппорта.

 

 

Токарно-револьверные станки: типаж, область использования, основные параметры станков. Преимущества токорно-револьверных станков.

Универсальные токарно-револьверные станки (ТРС) применяются для обработки заготовок в виде прутков диаметром до 100 мм и штучных заготовок диаметром до 630 мм. ТРС классифицируются по роду обрабатываемых заготовок:- легкие – для обработки пруткового (круглого, многогранного) материала;- среднего размера – для обработка пруткового материала и штучных заготовок;- тяжелые станки – для обработки штучных заготовок в патроне. Типажом станков предусмотрены ТРС с наибольшим диаметром обрабатываемых прутков 10, 16, 18, 25, 40, 65 и 100 мм. Патронные обрабатывают заготовки диаметром от 160 до 630 мм. Специальные ТРС отличаются от базовых универсальных удлиненной или укороченной станиной, конструкцией и точностью исполнения шпиндельного узла, диапазонами частот вращения шпинделя, пределами рабочих подач, величинами и скоростью перемещений суппортов и револьверных головок, установочно-зажимными приспособлениями, наличием или отсутствием дополнительных устройств и оригинальных узлов и т.д. На станках кроме обтачивания и растачивания резцами удобно выполнять последовательные операции сверления, зенкерования, развертывания, нарезания резьбы с помощью инструментов, устанавливаемых в револьверной головке. Основной особенностью револьверных станков является наличие продольного суппорта, несущего многопозиционную револьверную головку, на которой закрепляют инструменты. Кроме того некоторые станки имеют и поперечный суппорт, на котором устанавливают инструменты для обработки наружных поверхностей.

Продольно-фрезерные станки: типаж, назначение, основные узлы, виды движений, кинематика станка, конструктивные особенности.

Продольно-фрезерные станки предназначены для обработки горизонтальных, вертикальных, наклонных и фасонных линейча­тых поверхностей разнообразных деталей, в основном крупнога­баритных, цилиндрическими, торцевыми и фасонными фрезами. Они выпускаются в одно- и двухстоечном исполнении с одной или четырьмя шпиндельными поворотными или неповоротными баб­ками. Главным движением в станке является вращение шпинделей. Продольно-фрезерные станки бывают одностоечными и двухстоечными На станине 1 этих станков смонтированы две вертикальные стойки 2 и 3, скрепленные в некоторых станках поперечной балкой. На вертикальных направляющих стоек расположены фрезерные головки 4 и 5 с горизонтальной осью шпинделя и траверса (поперечина) 6. На направляющих траверсы установлены две фрезерные головки 7 и 8 с вертикальной осью шпинделя.

Токарно-затыловочный станок

Станок предназначен для затылования зубьев червячных, фасонных и модульных фрез с прямыми и винтовыми канавками, а также метчиком. На станке можно, кроме этого, производить нарезание резьбы и шлифование затылованных инструментов.

Основные узлы станка: передняя бабка с коробкой скоростей; затыловочный суппорт; задняя бабка; станина станка; основание станка; фартук; привод затылования и деления; гитара подач и резьбы.

Движения в станке

Движение резания — вращение шпинделя с затылуемым инструментом. Продольная подача — прямолинейное поступательное движение суппорта с режущим инструментом вдоль оси шпинделя. Движение образования винтовой линии — также продольные перемещения суппорта с режущим инструментом, но кинематически увязанные с вращением шпинделя и определяемые шагом винтовой линии. Затыло-вочно-делительное движение — прямолинейное возвратно-поступательное перемещение суппорта в радиальном направленнии за время поворота затылуемого инструмента на один зуб. Вспомогательные движения — ручное продольное перемещение суппорта, ручное поперечное перемещение суппорта, ручное перемещение верхней части суппорта и ручное перемещение пиноли задней бабки.

 

Кинематическая структура станка. Виды структур по количеству и сложности кинематических групп. Уравнение кинематического баланса.

Кинематическая структура станка представляет собой совокуп­ность кинематических групп и их соединений. Группы между собой могут быть соединены разными способами и их соединение зависит от многих факторов. Главной и определяющей частью кинематической структуры лю­бого станка является его формообразующая часть, включающая все группы формообразования и их соединения. Положив в основу клас­сификации всего многообразия кинематических структур станков их общее число и характер групп формообразования, все структуры ме­таллорежущих станков можно разделить на три класса. 1. К классу простых структур (П) относятся станки с кинематиче­ской структурой, содержащей только простые группы формообразо­вания, т.е. имеющие лишь один исполнительный орган, например, группы Ф(В), Ф(П). 2. К классу сложных структур (С) относятся станки с кинема­тической структурой, содержащей только сложные группы формооб­разований, т.е. группы, имеющие по два и более исполнительных органов, например, создающие движения O(B₁B₁), Ф(В₁В₂П₃) и т.д. 3. К классу комбинированных структур (К) относятся станки с кинематической структурой, содержащие одновременно простые и сложные группы формообразования. Каждый класс содержит определенное число типовых кинема­тических структур, шифр которых можно условно записать буквой с последующими двумя цифрами. Буква указывает на класс структуры, первая цифра — на общее число формообразующих групп в структуре станка, вторая. Регулируемые звенья станков настраивают на основе уравнения кинематического баланса. Так, уравнение кинематического баланса привода главного движения станка имеет вид где n_шп и n_эл -- частоты вращения соответственно шпинделя и электродвигателя, об/мин; i_пост – передаточное отношение всех постоянных передач данной кинематической цепи; i_к.с.- передаточное отношение коробки скоростей; h – коэф-т проскальзования ременной передачи (0,970…0,985).

12. Кинематическая настройка станков. Методика расчета кинематической настройки. Формула настройки. Примеры.

Кинематическая настройка станка является составной частью его наладки, представляющей собой комплекс организационно-подгото­вительных работ, проводимых как вне станка, так и непосредственно на нем. Она проводится с целью подготовки станка для выполнения им конкретных технологических операций, обеспечивающих образова­ние на заготовке поверхностей заданных форм с требуемыми точно­стями их размеров. Непосредственно кинематическая настройка станка представля­ет собой программирование скоростей его рабочих органов на выпол­нение конкретной технологической операции и сводится она к настройке (программированию) кинематических цепей станка, участ­вующих в реализации требуемой операции. Формулу настройки конкретного органа настройки определяют из уравнения кинематического баланса цепи, которое составляют по кинематической схеме с учетом предварительно составленной записи необходимого условия кинематического согласования или соотноше­ния скоростей либо перемещений конечных звеньев цепи, при реали­зации которого будет обеспечено выполнение того или иного параметра обрабатываемого изделия или процесса его обработки. Для скоростной цепи условие согласования скоростей ее конеч­ных звеньев устанавливается из требования обеспечения одному ко­нечному звену цепи — шпинделю с заготовкой в соответствии с расчетной оптимальной скоростью нарезания конкретной резьбы не­обходимой частоты вращения n_з при заданном исходном значении частоты вращения n_м другого конечного звена цепи — ротора привод­ного электродвигателя. Исходя из этого, условие согласования скоро­стей конечных звеньев скоростной цепи можно сформулировать так: при заданной частоте вращения n_м приводного электродвигателя за­готовка должна иметь требуемую частоту вращения n_з/.Теперь с учетом составленного условия согласования (преобразо­вания) скоростей конечных звеньев скоростной цепи можно в общем виде составить уравнение ее кинематического баланса:n_мi₁ i₂...i_v...i_n = n_з, где i₁, i₂,..., i_n — передаточные отношения всех n постоянных передач в скоростной цепи, i_v — общее передаточное отношение коробки скоростей.

13. Основные узлы станка: несущая система, главный привод, привод подач, устройство управления

Главный привод. Привод с шестеренной коробкой скоростей является наиболее распространенным типом. Он встраивается в шпиндельную бабку и имеет преимущества: компактность, концентрация органов управления и некоторое упрощение изготовления. Недостатки: распространение вибраций на шпиндель, нагрев. Способ переключения передач определяется назначением станка, частотой переключений, длительностью рабочих ходов: коробки скоростей со сменными зубчатыми колесами при редком переналаживание в автоматах и специальных станках серийного и массового производства; коробки скоростей с передвижными колесами – преимущественно в универсальных станках; коробки скоростей с кулачковыми муфтами; коробки скоростей с фрикционными муфтами, позволяющими делать переключение скоростей на ходу.

14. Станины и направляющие станков. Назначение. Основные требования. Классификация направляющих.

Из всех приведенных корпусных деталей наиболее ответствен­ной является станина, на базовых поверхностях которой распола­гаются различные подвижные и неподвижные узлы и механизмы станка: суппорты, стойки, столы, приводы и т. п. В основе конструк­ции станин, несмотря на большое разнообразие их форм, лежат не­которые общие принципы, обусловленные конструктивными, техно­логическими и прочностными требованиями. Конструкция станины должна обеспечить возможность рационального расположения на ней всех необходимых узлов и механизмов, а также удобства их монтажа и разборки. Технологичность конструкции должна обес­печить возможность изготовления станины с требуемой точностью геометрической формы и качеством базовых поверхностей. В металлорежущих станках для прямолинейного и кругового перемещения узлов используют направляющие скольжения и ка­чения. Назначение и классификация направляющих. Направляющие должны обеспечивать прямолинейность и точность перемещений узлов и поэтому к ним предъявляют следу­ющие требования: низкий коэффициент трения, не зависящий су­щественно от скорости; высокая жесткость в направлении, перпен­дикулярном подаче; высокая способность демпфирования; высокая износостойкость. Точность направляющих достигается соответст­вующей технологией обработки, а длительное сохранение ее — правильным выбором металла, конструкции и условиями эксплуа­тации.

15. Назначение и конструкция шпиндельных узлов и опор металлорежущих станков. Требования, предъявляемые к шпиндельным узлам станков.

От шпинделя во многом зависит точность обработки. Поэтому к шпинделю предъявляется ряд повышенных требований: достаточная жесткость, точность движения, износостойкость трущихся поверхностей, виб­роустойчивость и др. Эти требования обеспечиваются соответству­ющим выбором материала и его термообработки, конструкцией, размерами и компоновкой шпинделя, качеством изготовления, сборки и регулировки. Шпиндельные узлы предназначены для осуществления точного вращения инструмента или обрабатываемой заготовки и должны обес­печивать: 1) воспринятие внешних сил, например, от массы заготовки, сил резания с малыми статическими, динамическими и термическими смещениями; 2) возможность изменения частот вращения в широких пределах; 3) зажим-отжим инструмента (или заготовки) и ориентацию шпинделя в заданном угловом положении при автоматической смене инструмента. Конструкция шпин­дельного узла зависит от типа и размера станка, класса его точности, предельных параметров процесса обработки (максимальной частоты вращения, мощности привода). Факторы, определяющие конструк­цию, перечислены ниже. Критериями работоспособности шпиндельного узла являются: точность, быстроходность, нагрузочная способность, статическая жесткость, динамические характеристики, энергетические потери, нагрев опор, статические, динамические и температурные смещения конца шпинделя, ресурс работы. Конструкцию шпинделя опре­деляют: а) требуемая жесткость, расстояние между опорами, наличие от­верстия (для пропуска материалов и для других целей); б) конструкция приводных деталей (зубчатые колеса, шкивы) и их расположение на шпин­деле; в) тип и количест­во подшипников и посадочные места под них и их крепление; г) способ регулирования радиаль­ного и осевого положений шпинделя; д) тип и размеры подшипников; е) метод крепления патрона для детали или инструмента (определяет конструкцию переднего конца шпинделя).

 

16. Бесступенчатая регулирование скоростей: электрические, гидравлические, с помощью механических вариаторов. Разновидности механических вариаторов и области использования в кинематической структуре. Достоинства и недостатки различных видов

Основные достоинства приводов с бесступенчатым регулированием – повышение производительности обработки за счет точной настройки на режимы резания, возможность плавного изменения скорости во время работы, простота автоматизации переключения скоростей. Для бесступенчатого регулирования скорости иногда применяют фрикционные вариаторы, чаще регулируемые двигатели. Электрическое бесступенчатое регулирование может осуществляться разными способами. Один из них - электромашинный усилитель. За счет изменения сопротивления R₁ (поз. 8) в обмотке 1ЭМУ можно менять величину и направление тока. На обмотку 2ЭМУ подается питание с тахогенератора Г_т, установленного на валу электродвигателя Д_п. Таким образом, в цепи создается напряжение пропорциональное разности потоков в обмотках возбуждения 1ЭМУ и 2ЭМУ. Это напряжение подается на обмотку возбуждения ОВГ генератора. ЭМУ обеспечивает возможность бесступенчатого изменения скорости движения рабочих органов станков в широком диапазоне (400 – 1 000). В гидравлическом приводе асинхронный электродвигатель переменного тока Д_э (поз. 9) соединен с гидравлическим насосом Н_р, который подает масло в гидравлический двигатель М_р, соединенный с рабочими органами станка. Бесступенчатое изменение скорости осуществляется за счет изменения количества масла как подаваемого насосом, так и потребляемого гидравлическим двигателем на каждый его оборот. Вариатор с раздвижными конусами. Этот тип вариатора (поз. 1) выполняется с различным видом связи С. В качестве связи С применяются стандартные или специальные клиновые ремни, специальная цепь или стальное кольцо трапециевидного сечения. Плавное изменение скорости выходного шкива Ш в диапазоне 4 – 8 достигается путем одновременного раздвигания одной и сближения другой пары конусов. При этом изменяются диаметры рабочей части ведущих Ш_к1 и ведомых Ш_к2 конусов. Вариатор с наружным и внутренним коническими шкивами, Торцеконический вариатор, Cфероконический вариатор, Сдвоенный торцовый вариатор, Тороидный вариатор

17. Элементы системы управления станком

Под управлением станком понимают совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающих выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления — устройство или совокупность устройств, реализующих эти воздействия.

Управление станком может быть ручным или автоматическим. Примером системы ручного управления является многорукояточное устройство, в котором для перемещения каждого блока зубчатых колес предусмотрена рукоятка. Ручное управление может быть селективным (избирательным), преселективным (с предварительным набором скоростей) и дистанционным (кнопочным).

Автоматическое управление подразделяется на: кулачковое; с помощью регулируемых упоров; программное и адаптивное.

По виду различают цикловое и числовое программное управление.

Цикловым программным управлением (ЦПУ) называют управление, при котором полностью или частично программируется цикл работы станка, режимы обработки и смена инструмента, а размерная информация (перемещения рабочих органов станка) задается с помощью путевых упоров, устанавливаемых на специальных линейках или барабанах.

В автоматическом оборудовании с ЦПУ цикл работы является замкнутым, то есть положения механизмов в начальной и конечной фазах цикла совпадают.

Числовым программным управлением (ЧПУ) называют управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе (УП), в которой данные представлены в цифровой форме. ЧПУ обеспечивает управление движениями рабочих органов станка, скоростью их перемещения при формообразовании, последовательностью обработки, режимами резания, а также различными вспомогательными функциями.

Система числового программного управления (СЧПУ) — это совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и программных средств, которые обеспечивают управление станком. Основой СЧПУ является устройство числового программного управления (УЧПУ), которое выдает управляющее воздействие на рабочие органы станка в реальном масштабе времени в соответствии с УП и информацией о состоянии управляемого объекта. Вся информация УП (размерная, технологическая и вспомогательная), необходимая для управления обработкой, вводится в память системы управления. УЧПУ преобразует эту информацию в управляющие команды для рабочих органов станка и контролирует их выполнение.

18. Реверсивные механизмы, используемые в металлорежущих станках: разновидности, достоинства и недостатки различных видов

Большинство рабочих органов станков в процессе их работы должны изменять направление своего движения. Для этой цели служат различные виды реверсивных механизмов (трензели ). Реверсирование электродвигателем. Если допускается реверсирование всей цепи привода, то изменение направления движения рабочего органа может быть осуществлено реверсированием вращения ротора электродвигателя. Реверс с двумя паразитными колесами. Этот реверс представляет собой механизм, состоящий из четырех цилиндрических колес, смонтированных в подвижной рамке Р, которая может находиться в трех положениях. В этом случае ведущее и ведомое колеса вращаются в одну и ту же сторону. Реверс с составным зубчатым колесом. В современных зуборезных станках для нарезания конических зубчатых колес с круговыми зубьями (модели 525,528 и др.) реверсирование обкатной люльки обеспечивается механизмом, имеющим составное зубчатое колесо z₅ (поз. 3).. Реверс с одним паразитным колесом. Этот механизм конструктивно выполняется в различных вариантах (поз. 4, 5, 6). Однако принцип его работы остается неизменным. В одном случае вращение от ведущего вала 1 к ведомому 111 передается зубчатыми колесами через паразитную шестерню и тогда направления вращения обоих валов совпадают или вращение передается непосредственно – без участия паразитного колеса и тогда направление вращения ведущего и ведомого валов будет различным. Реверс с одним паразитным колесом и двусторонней кулачковой муфтой характерен тем, что все его цилиндрические зубчатые колеса могут быть выполнены как с прямыми, косыми, так и с шевронными зубьями. Реверс с одним паразитным колесом и двойным подвижным блоком шестерен может быть выполнен только с цилиндрическими колесами, имеющими прямые зубья .. Реверс с одним широким паразитным колесом отличается от предыдущих механизмов тем, что имеет четыре колеса вместо пяти и что колеса z₁, z₂ и z₄ имеют. равные числа зубьев, чем обуславливается одинаковая скорость вращения ведомого вала 111 как в одну, так и в другую сторону. В этом механизме все колеса также должны иметь прямые зубья. Конические реверсы. Если в кинематической цепи привода от двигателя до рабочего органа имеются конические передачи под прямым углом, то бывает целесообразным применение конических реверсов. У конического реверса с подвижным блоком конических колес вал 1 имеет постоянное направление вращения. Конический реверс с двусторонней кулачковой муфтой М_к (поз. 8) работает по аналогичному принципу, только в этом механизме изменение направления вращения вала 11 достигается переключением муфты М_к. Реверс с колесом внутреннего зацепления. Принципиальным отличием этого механизма (поз. 9) является применение зубчатого колеса z₃ с внутренним зацеплением.

19. Механизмы для получения прерывистых движений: разновидности, достоинства и недостатки.

 

Механизм с наружным храповым колесом (поз. 1) находит применение в поперечно-строгальных станках.. При равномерном вращении кривошипа К, связанный с ним шатуном Ш_н рычаг Р_г получает непрерывное качательное движение относительно точки О₂. С рычагом Р_г связана собачка С, упирающаяся в зубья колеса z Механизм с внутренним храповым колесом (поз. 2) отличается от предыдущего только тем, что храповое колесо z выполнено с внутренним и зубьями, а вместо рычага внутри храпового колеса установлен диск Д. Механизм с торцовой храповой муфтой (поз. 3) применяется в приводе подач продольно-строгальных станков 7231А. При непрерывном и равномерном вращении вала 1 с кривошипом К зубчатое колесо z₁ и вал 11 получают через шатун-рейку Р_а возвратно-поступательное движение. Храповой механизм с поршневым приводом (поз. 4) применен в приводе радиальных подач круглошлифовального станка модели 3151. Мальтийские механизмы. состоящий из крестообразной основы с равномерно расположенными радиальными пазами, кривошипа с пальцем и неподвижного звена. При вращении кривошипа палец входит в паз креста, поворачивая его на угол, обусловленный заданной схемой. После выхода пальца из паза крест останавливается до тех пор, пока палец не войдет в следующий паз, тогда движение возобновляется. Наименьшее число пазов равно 3. Четырехпозиционный мальтийский механизм с одним кривошипом (поз. 5) используется для поворота шпиндельного блока в четырехшпиндельных токарных автоматах. При равномерном вращении кривошипа К закрепленный на нем ролик Р_к, в определенный момент входит в один из четырех пазов мальтийского креста Км и поворачивает его на 90^о. Шестипозиционный мальтийский механизм с одним или двумя роликами (поз. 6) используется для поворота револьверной головки одношпиндельного токарно-револьверного автомата модели 1А136. Установка второго ролика на кривошипном диске К позволяет в случае необходимости увеличить угол поворота мальтийского креста в два раза. Секторный механизм. Зубчатый сектор z_с (поз. 7), закрепленный на валу 1, периодически поворачивается только в течение того времени, когда его зубья находятся в зацеплении с зубьями колеса z, установленного на валу 11. Рабочий орган Р_о (поз. 8) в нужный момент получает периодический поворот на определенный угол от непрерывно вращающегося вала 1 через колеса z₁ – z₂, однооборотную муфту М_к и червячную передачу а – z₃. Ротор Р_р одного из шаговых электродвигателей (поз. 9) имеет ряд полюсов, а статор состоит из трех независимых секций С_с1, С_с2 и С_с3, которые расположены так, что если одна из них совпадает с полюсами ротора Р_р, то две другие секции оказываются смещенными относительно полюсов, причем в разные стороны.

20. Механизмы прямолинейного поступательного движения: разновидности, область использования достоинства и недостатки различных видов.

Тяговые устройства металлорежущих станков. В металлорежущих станках наиболее распространенными исполнительными ханизмами подач прямолинейного перемещения являются передачи винт-гайка. Передача винт-гайка качения и скольжения. В современных станках широкое применение находят передачи винт-гайка качения, которые могут работать в широком диапазоне температур и скоростей и обеспечивают хорошую равномерность движения, высокий КПД (0,9...0,95), удобны в эксплуатации и не требуют циркулярной системы смазки. Типовая передача винт—гайка качения (рис. 19) состоит из винта 1, гайки 2, комплекта шариков 3 и устройства 4, служащего для возврата (циркуляции) шариков. При вращении винта шарики катятся по впадинам канавок ходового винта и гайки, перемещаясь в направлении канала устройства 4, которое соединяет начало и конец витков резьбы гайки. Для устранения зазоров и повышения осевой жесткости в передачах винт-гайка качения создается предварительный натяг посредством сближения или раздвижения гаек. В универсальных станках широкое применение получила передача винт-гайка скольжения с трапецеидальным профилем резьбы, а для точных перемещений — с прямоугольным профилем. Трапецеидальный профиль более технологичен и обеспечивает удобство регулировки зазоров в передаче. Основные технические требования передач винт-гайка: точность резьбы соединяемых деталей; отсутствие зазора между поверхностями соприкосновения резьб; отсутствие осевых смещений винта и гайки во время работы передачи. Для обеспечения высокой износостойкости пару винт-гайка скольжения рассчитывают на допускаемое давление, которое для точных винтов равно 2...3 МПа, а для обычных — до 8...12 МПа. Кроме того, механизм винтовой передачи рассчитывается на прочность, жесткость и устойчивость ходового винта. Передача винт-гайка скольжения, обладая определенными достоинствами и, прежде всего простотой конструкции, имеет ряд существенных недостатков: невысокую точность позиционирования перемещаемых узлов из-за зазоров в паре; низкий КПД (0,2...0,4) вследствие значительного трения; малые скорости перемещения; невысокую износостойкость и др.