Загальні відомості про металорізальні верстати

Коробки подач та їх класифікація

Коробки швидкостей і подач:
Регулює швидкість головного руху здійснюється за допомогою коробок швидкостей. Їх конструюють у вигляді самостійних вузлів або вбудованими в корпусні деталі, наприклад в станини, в шпиндельні бабки. Коробки швидкостей сучасних, зокрема універсальних верстатів, мають велике число ступенів і великий діапазон регулювання швидкостей. Вони повинні бути простими і компактними, мати малу вагу, мінімальне число валів, передач, високий ККД, низький рівень шуму. Конструкція коробок повинна бути технологічною, надійною в експлуатації, зручною у ремонті і в обслуговуванні.
Закономірність геометричного ряду частот обертання шпинделя дозволяє проектувати коробки швидкостей найбільш простий структури, що складається з елементарних двухвалових механізмів, послідовно з'єднаних між собою в одну або кілька кінематичних ланцюгів. Така структура називається розмножувальної, так як кінематичні умови настройки цих приводів визначаються властивостями розмножувальних груп передачі, а загальне число швидкостей виходить перемножением чисел швидкостей елементарних двухвалових передач.
Розглянемо пристрій шестиступінчастою коробки швидкостей (рис. 1). Для передачі обертання від валу I до валу Il служить розмножувальний механізм з трехвенцовим блоком, а від валу Il до валу Ill - з двухвенцовим блоком. У результаті послідовного з'єднання, цих елементарних механізмів при одній швидкості ведучого вала I ведений вал III (або шпиндель) може мати шість різних швидкостей.

1 ^ Коробка швидкостей призначена для зміни частоти обертання шпинделя і передачі руху на коробку подач.
Коробки швидкостей можуть складатися з наступних механізмів:
Механізм пересувних блоків шестерень - призначений для зміни частоти обертання шпинделя.
Механізм перебору - призначений для зміни діапазону частоти обертання шпинделя.

1.
Механізм реверсу - призначений для нарізування правих і лівих різьблень (зміни обертання ходового гвинта).

2.
Механізм збільшення кроку нарізати різьблення - призначений для нарізування різьблення з кроком більше, ніж крок ходового гвинта.
Коробки подач призначені для зміни частоти обертання ходового гвинта і ходового вала. Можуть складатися з наступних механізмів:

 

1.
Механізм коригувати коліс.

2.
Розмножувальний механізм.
Основні типи коробок швидкостей і подач:

• 
  Побудовані на основі розмножувальних передач.
• 
  Передачі з складовою структурою.
• 
  Коробки швидкостей з перебором.
• 
  Привід з багатошвидкісними електродвигунами.
• 
  Автоматичні коробки швидкостей.
• 
  Передачі з безступінчатим регулюванням.

 

Механізми для ступінчатого регулювання і швидкостей і подач.
Для цієї мети застосовують коробки швидкостей і подач (універсальні верстати), гітари змінних шестерень (спеціалізовані верстати). Не дивлячись на велику кількість різних конструкцій, всі вони складені з обмеженого числа типових механізмів - це:

 

1.
Механізм шестерень з кулачковими муфтами.

2.
Механізм шестерень з фрикційними муфтами.

3.
Механізм з пересувними блоками коліс.

4.
Конус Нортона з відкидним колесом (механізм порталу).

5.
Механізм шестерень з витяжною шпонкою.

6.
Механізм шестерень зі ступенями повернення.

7.
Механізм коригувати коліс.

8.
1) Механізм шестерень з кулачковими муфтами.

1) число оборотів 2го валу.

2)

Механізм оборотний за різних включеннях напівмуфти.

3) - Частота вала II.

Переваги механізму:

 

1.
Малі осьові габарити.

2.
Малі зусилля і переміщення при перемиканні муфти.

3.
Може передавати великий крутний момент.

Недоліки механізму:

 

1.
Низький ККД, т.к. при включенні обертаються всі шестерні.

2.
Механізм не можна включати на ходу, інакше може зуб потрапити на зуб і напівмуфта не увімкнеться.

Загальні відомості про металорізальні верстати

Металорізальним верстатом – називається машина, призначена для обробки заготівки певної форми відповідно до робочого креслення деталі шляхом зняття стружки. Металорізальні верстати класифікують за різними ознаками.
По ступеню спеціалізації розрізняють верстати:
1) універсальні, які використовуються для операцій на заготовках широкої номенклатури;
2) спеціалізовані—обробки однотипних заготівок, схожих по конфігурації, але мають різні розміри;
3) спеціальні—обробки заготівок одного типорозміру.
Спеціалізовані і спеціальні верстати використовують у багатосерійному і масовому виробництві, а універсальні, як правило, — в одиничному і дрібносерійному. По ступеню точності верстати розділені на класи:
– нормальній точності (клас Н),
– підвищеній (клас П),
– високій (клас В),
– особливо високій точності (клас А),
– особливо точні або майстер-верстати (клас С).
Верстати класу П будують з підвищеними вимогами до точності виготовлення і збірки. Точність верстатів класів В, А, С досягається за рахунок особливостей конструкції, високій точності виготовлення і спеціальних умов збірки і експлуатації в приміщеннях з нормальною температурою і вологістю.
По масі верстати ділять на:
– легкі — масою до 1 т,
– середні, — до 10 т,
– важкі — понад 10 т.
Важкі верстати, у свою чергу, підрозділяють на великі — від 10 до 30 т, власне важкі — від 30 до 100 т, особливо важкі, — масою більше 100 т.
По вигляду виконуваних робіт і вживаних ріжучих інструментів всі верстати, що серійно випускаються, ділять на дев’ять груп, кожна група розділена на дев’ять типів верстатів. Класифікаційна таблиця (табл. 1) розроблена ЕНІМСом.
Позначення моделі, верстатів, що серійно випускаються, складається з поєднання трьох або чотирьох цифр, іноді з додаванням букв.
Перша цифра позначає номер групи по класифікаційній таблиці, друга цифра указує тип верстата. Третя, а іноді і четверта цифри характеризують основні параметри верстата, різні для верстатів різних груп. Так, для фрезерних верстатів — це типоразмер столу, для поперечно-стругальних і довбальних — максимальний хід повзуна і т.д. Буква, якщо вона знаходиться між цифрами, указує на модернізацію базової моделі верстата. Буква після цифр позначає модифікацію або клас точності верстата.
Наприклад, вертикально-свердлувальний верстат моделі 2Н150: тут 2 — свердлувальний, Н — модернізація, 1— вертикальний, 50 — найбільший умовний діаметр свердлення.
У моделях верстатів з програмним управлінням для позначення ступеня автоматизації додається буква Ф з цифрою: Ф1 — верстати з цифровою індикацією і переднабором координат, Ф2 — верстати з позиційними і прямокутними системами числового програмного управління (ЧПУ); ФЗ — верстати з контурними системами ЧПУ і Ф4 — верстати з універсальною системою ЧПУ для позиційної і контурної обробки. Наприклад, верстат 6Р11ФЗ — вертикально-фрезерний консольний з контурною системою ЧПУ з першим типоразміром столу. Для верстатів з цикловими системами програмного управління введений індекс Ц, з оперативними системами — індекс Т (наприклад, 16К20Т1).
Для отримання на оброблюваній заготівці заданої кресленням поверхні руху інструменту і заготівки повинні бути узгоджені між собою.
Зняття стружки на верстатах здійснюється робочими (або основними) рухами, до яких відноситься головний рух і рух подачі. Рух, який визначає швидкість різання, називається головним рухом, а рух, за швидкістю якого визначається величина подачі, називається рухом подачі.
Головний рух може бути обертальним (у токарних, свердлильних, фрезерних і інших верстатах) і зворотньо-поступальним (у строгальных, довбальних, протягувальних і інших верстатах). Головний рух повідомляється або інструменту (наприклад, у фрезерних, свердлильнихі, поперечно-стругальних верстатах), або заготівці (у токарних, повздовжьно-стругальних верстатах). Рух подачі має або інструмент — в токарних, свердлильнихі і повздовжьно-стругальних верстатах, або заготівка — в шліфувальних, фрезерних і поперечно-стругальних верстатах.
Крім робочих рухів, в кожному верстаті є допоміжні рухи. До них відносяться рухи: транспортування і закріплення заготівки, підведення і відведення інструменту, включення, виключення, перемикання швидкостей і подач і т.д. Якщо робочі рухи зазвичай автоматизовані, то допоміжні рухи можна здійснювати як автоматично, так і уручну.
У деяких верстатах для отримання заданої конфігурації поверхні деталі використовують додаткові рухи, кінематично пов’язані з робочими рухами. До додаткових рухів відноситься, наприклад, рух обкатки і ділення в зубообробдюючих верстатах для нарізування зубчатих коліс, черв’яків і шліцьових валів.

Приводи.кінематична структура.вузли.механізми.системи металообробних верстатів

Відомий привод верстата, що містить джерела руху через кінематичні ланцюги, кількість яких дорівнює кількості елементарних складових руху формоутворення, пов'язані з виконавчими органами (11.

 

Недоліком відомого приводу верстата є те, що він не дозволяє змінювати навантаження в межах заданих режимів про- (p робки і створювати оптимальних умов функціонування виконавчих органів і приводу, що визначають вихідні характеристики, не дозволяє сов�в і механізмів приводу верстата, Все це обмежує технологічні можливості верстата і знижує їх ефективність. 20

 

Метою винаходу є поліпшення умов функціонування приводів і механізмів, що визначають вихідні характеристики верстата і розширення технологічних можливостей верстата. 25

Поставлена мета досягається тим, що в одній із зазначених кінематичних ланцюгів встановлений диференціальний механізм, виходи якого з'єднані з виконавчими органами. зо

Схема приводу верстата зображена на кресленні.

Привід містить електродвигуни 1, 2, 3, які через ланки налаштування 4, 5, 6 кінематично з'єднані з виконавчими органами 7, 8, 9, забезпечують процес обробки верстата. Крім того, зазначені кінематичні ланцюги додатково з'єднані через диференціальний механізм 10.

Диференціальний механізм 10 встановлено послідовно в одній з кінематичних ланцюгів і кінематично з'єднаний з виконавчими органами 7, 8, 9 кінематичних ланцюгів, що забезпечують процес обробки. Він має на виході число ступенів свободи за кількістю кінематичних ланцюгів, що забезпечують процес обробки і уразом.

При включенні електродвигунів 1, 2, 3 по кинематическим ланцюгах зв'язку через ланки налаштування 4, 5, 6 рух підведено до виконавчих органів 7, 8, 9, на які привід надає відповідне вздействие. Одночасно рух підведено і до диференціального механізму

парної передачі, що має на виході число ступенів свободи за кількістю кінематичних ланцюгів, що беруть участь в отриманні складного руху формоутворення. В результаті на виконавчий орган 8 верстата робить силову дію вже не одна, а дві кінематичні ланцюги приводу, і які сприймають його технологічну навантаження. Кінематичний ланцюг подачі на виконавчий орган 8 впливає силою Р„а диффер�ивления переміщення виконавчого органу, механізм за - 15 дачі сприймає лише частину навантаження.

Величина цієї навантаження визначається параметрами диференціального механізму

10 і може бути будь-який наперед заданої, тобто відповідної оптимального значення - 20 нію для умов функціонування приводу.

Аналогічна картина і з іншими виконавчими органами верстата. Таким чином при заданих режимах процесу обробки співвідношення навантаження кінематичних ланцюгів може бути перерозподілено в будь-якому наперед заданому співвідношенні. Це дозволяє створити умови оптимального функціонування кинематиче - 30 ських ланцюгів та механізмів, в значній мірі визначають вихідні характеристики верстата, поєднати умови їх оптимальної роботи з оптимальними параметрами процесу обробки.

Одночасно відбувається і збільшення навантаження, наприклад приводу головного дви>кенія. Однак, так як привід, що розвантажує інші (в даному випадку привід головного руху), має відносно менші втрати при передачі потужності, загальні втрати у верстаті знижуються.

Привід верстата, що містить джерела руху через кінематичні ланцюги, кількість�ельними органами, відрізняються ющійся тим, що, з метою розширення технологічних можливостей верстата і поліпшення його вихідних характеристик, в одній із зазначених кінематичних ланцюгів встановлений диференціальний механізм, виходи якого з'єднані з виконавчими органами.

станити і направляючі шпинделів та їх опори

Шпиндельний вузол - головний вузол верстата від якого залежить точність обробки тому до нього пред'являються особливі вимоги.
^ Точність обертання встановлюється відповідними ГОСТами залежно від типу і призначення верстата. Регламентуються наступні параметри: радіальне биття центрирующей шийки шпинделя, конічного отвору, осьове биття шпинделя, торцеве биття опорного буртика шпинделя.
Жорсткість ГОСТами не регламентована. Жорсткість шпинделя встановлюється виходячи з балансу жорсткості верстата (система СНІД). І ці норми регламентовані ГОСТами. Найбільше вляніе на жорсткість надає діаметр шпинделя. Межопорное відстань впливає на деформацію шпинделя. При проектуванні слід прагнути з одного боку до збільшення жорсткості (збільшення діаметра), з іншого боку при цьому падає швидкохідність. Результатом розрахунку на жорсткість є величина прогину кінця шпинделя яка повинна бути на радіальне биття шпинделя. А максимальний прогин між опорами не більш 0,0002 від відстані між опорами.
Вібростійкість визначається динамічними властивостями - амплітудою коливань переднього кінця шпинделя і частотою власних коливань. Вібростійкість верстата на 40-50% визначається параметрами шпиндельного вузла. Чим вище власна частота і менше резонансна амплітуда тим кращими динамічними показниками володіє шпиндельний вузол.
^ Швидкохідність шпинделя d)Äвизначається конструктивними і технологічними особливостями верстата. Швидкохідність оцінюється за твором частоти обертання шпинделя і діаметра передлнего підшипника. (N

Установка кожного додаткового підшипника знижує швидкохідність на 25%, застосування керамічних підшипників підвищує швидкохідність до 2х разів.
^ Несуча здатність шпинделя
Для більшості шпиндельних опор несуча здатність і обрана за критеріями жорсткість гранично допустиме статичне навантаження підшипника відповідає пропонованим до шпиндельним опорам вимоги, застосовуються опори з високою несучою здатністю.
Довговічність шпиндельних опор ГОСТами не регламентується. У паспорті встановлюється термін служби. Нижче термін служби у розточувальних і шліфувальних верстатів.
Теплостійкість. Допустимий нагрів підшипників шпиндельних опор залежить від точності верстата. ГОСТами встановлюється 50 ^про плюс кімнатна температура. Практикою встановлено наступні значення для верстатів Н 60-70 ^о, П 50-55 ^0, В 40-45 ^0, А 35-40 ^0, З 28-30 ⁰ Нагрівання опор призводить до зміни натягу в підшипниках, знижується несуча здатність, зменшується жорсткість.
Швидкість і точність закріплення інструменту або заготовки в шпинделі, можливість автоматизації.
^ Мінімальні витрати на виготовлення, складання, експлуатацію шпиндельного вузла.
Преречісленние вимоги можуть бути обеспечети правильним вибором: матеріалу і т / о, конструкції опор, допуску на розміри, технологічні умови складання та регулювання, правильна експлуатація, своєчасна (постійна) мастило.
^ 27 Конструкція шпинделя залежить від типу, розміру, класу точності та інших характеристик верстата.
3 різновиди шпиндельних вузлів:
а) шпинделі з наскрізним отвором і зовнішнім або внутрішнім посадковим отвором під ТО;
б) шпинделі з некрізним отвором і внутрішнім посадковим отвором під ТО (свердлильно-розточна група);

в) Шпинделі не мають наскрізного отвору (шліфувальні).

^ Технічні вимоги:

1) точність розмірів

2) точність форми поверхні

3) точність розташування поверхонь

4) якість поверхонь

5) для високошвидкісних шпинделів - допустимий дисбаланс

Опори кочення шпинделів

По виду застосовуваних опор шпинделі ділять на 2 гр:
-Опори кочення
-Опори ковзання (гідростатичні, гідродинамічні, аеростатичні)
Типи опор шпинделя визначають форму посадочних місць, вибираються на підставі вимог точності і швидкохідності.
Залежно від швидкохідності шпинделя застосовують такі методи мастила: занурення; розбризкування; циркуляційний; крапельне; масляний туман; під тиском.
Занурення - для шпиндельних вузлів практично не застосовується через втрати в опорах, через забруднене масла.
Циркуляційне - крім мастила здійснює тепловідведення від опор, найчастіше система спільна для шпинделя і коробки.
Крапельний метод - індивідуально для кожної опори. Витрата масла 1-100 гр / год.
Масляний туман - при обертанні з.к., занурених у масляну ванну і мають v> 2 м / с (<12) всередині коробки, в яку входить шпиндельний вузол утворюється суспензія масла у всьому обсязі, в якому змащується все. Масляний туман м.б. створений спеціальними форсунками (масло розпилювачі).
Під тиском (або проточное) для опор, що працюють в особливо напружених умовах (підвищені частоти обертання). Масло через спеціальні дозатори періодично або поступово впорскується м / у сепаратором і кільцем підшипника, долаючи повітряний бар'єр, створюваний тілами кочення при високих частотах обертання.
Тверді мастильні матеріали (мастило) застосовуються в шпиндельних вузлах при низьких частотах обертання. А також для вузлів, розташованих вертикально і під кутом.
Надлишок мастильного матеріалу в опорі веде до збільшення тертя, підвищення температури і витіканню мастильного матеріалу.
Ущільнення шпиндельних вузлів: для захисту підшипників в шпинделі від проникнення бруду, пилу, охолоджуючої рідини, а також перешкоджають витіканню мастильного матеріалу з підшипника. Найчастіше і краще застосовують безконтактні лабіринтові ущільнення для зменшення тертя у вузлі і зношування ущільнення. Для надійної роботи потрібно, щоб радіальні зазори в них були не більше 0,2-0,3 мм. При роботі в умовах важкої забрудненості лабіри. Заповнюють твердим мастильним матеріалом. Іноді застосовують продування повітрям через ущільнення (зсередини). У ущільненнях розміщують порожнини (канали для відведення мастильного матеріалу в підшипниках).
Конструктивні різновиди шпиндельних вузлів: 1 з головних ознак шпиндельного вузла є тип опор, найбільшого поширення набули підшипники кочення: прецизійні конічні й циліндричні роликопідшипники, наполегливо-радіальні шарикопідшипники і радіально наполегливі шарикопідшипники. Переважна більшість шпиндельних вузлів створюється на базі типових конструктивних схем.
Для закріплення внутрішнього кільця підшипника в шпиндельних вузлах верстатів Н і П точності застосовують корончату гайку з пелюстковій шайбою або 2е корончаті гайки.
У шпиндельних вузлах прецизійних верстатів використовують спеціальні конструкції гайок, мають проміжний самоустановочний елемент. Для забезпечення осьового переміщення інструменту шпиндельний вузол монтується в спеціальній гільзі (піноль). Привід осьового переміщення гільзи зі шпинделем м.б. ручним або механічним.
^ 30.Гідродінаміческіе і гідростатичні опори шпинделів, опори з повітряним мастилом, особливості конструкції та критерії їх розрахунку.Електромагнітні опори шпинделів.
Гідродинамічні опори коли потрібна висока і постійна Vрез (шліфувальні верстати). У верстатах застосовують многокліновие підшипники різної конструкції. Застосовують з фасонної розточкою втулок, упругодеформірованному втулки і самоустановлювальні сигм. Завзяті гідродинамічні виконуються многокліновимі зі спеціальними скосами, робоча ж-ть Н5А,..., Н20А. Робочий зазор 0,002 D.
Недоліки:
-Нестабільність положення осі шпинделя при зміні швидкості обертання.
-Підвищений знос у момент пуску і зупинки.
-Обмеження ж-ти.
-Створення систем для підкачування масла і утримування його в опорі.
-Складність виготовлення, монтажу, експлуатації.