Кинематическая схема станка это

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

Ознакомиться с кинематическими схемами металлорежущих станков, их классификацией и маркировкой.

Изучить отдельные элементы, составить общее уравнение и рассчитать основные параметры кинематической цепи станка. Расшифровать цифровой индекс заданной модели станка.

  1. Основные положения

В основу классификации металлорежущих , станков принятой у нас в стране, положен технологический принцип обработки – назначение станка, характер обрабатываемых поверхностей, схема обработки и др. Эта классификация построена по десятичной системе. Все станки (за исключением специальных) подразделяются на десять групп, каждая группа на десять типов и каждый тип на десять типоразмеров. В группы объединяются станки по общности технологического метода обработки или близкие по назначению.

Основные признаки деления станков на типы: вид обработки, применяемый инструмент, степень автоматизации, число важнейших рабочих органов станка и их расположение, технологические, конструктивные, эксплуатационные характеристики и прочее.

Все группы и типы станков можно представить в виде таблицы 1 (классификатор станков).

Система нумерации (условного обозначения) станков отечественного производства основана на присвоении каждой модели станка определённого номера. Обозначение модели станка состоит из трёх (или четырёх) цифр, иногда с добавлением прописных букв, обозначающих дополнительную характеристику станка. Первая цифра индекса определяет группу станка (см. табл. 1); вторая указывает на тип станка в пределах данной группы; третья (а при четырёхцифровом обозначении – третья и четвёртая) условно характеризует основную техническую характеристику станка (например, высоту центров для токарно-винторезных станков, наибольший диаметр сверления для сверлильных станков, условный размер стола для фрезерных и строгальных станков и т. д.).

Например, индекс 162 означает токарно-винторезный станок с высотой оси шпинделя над станиной 200 мм, что позволяет обрабатывать детали максимальным диаметром 400 мм.

1336 – токарно-револьверный станок с максимальным диаметром обрабатываемого прутка 36 мм.

Классификация металлорежущих станков

Группа станков

Шифр

группы

Шифр типа

Резервные

Токарные

Специализированные

Автоматы и полуавтоматы

Револьверные

Сверлильно-отрезные

Одношпиндельные

Многошпиндельные

Сверлильные и расточные

Вертикально-сверлильные

Полуавтоматы

Координатно-расточные

Одношпиндельные

Многошпиндельные

Шлифовальные и доводочные

Круглошлифовальные

Внутришлифовальные

Обдирочно-шлифовальные и торцово-шлифовальные

Специализированные шлифовальные

Для электрофизической и электрохимической обработки; комбинированные

Универсальные

Полуавтоматы

Автоматы

Электрохимические

Зубо- и резьбо-обрабатывающие

Резьбонарезные

Зубодолбёжные для цилиндрических колёс

Зуборезные для конических колёс

Зубофрезерные для цилиндрических колёс и шлицевых валов

Зубофрезерные для нарезания червячных пар

Фрезерные

Вертикальные консольные

Непрерывного действия

Копировальные и гравировальные

Строгальные, долбёжные и протяжные

Продольные

Поперечно-строгальные

Долбёжные

Одностоечные

Двухстоечные

Разрезные

Разрезные, работающие

Правильно-отрезные

Резцом

Абразивным кругом

Гладким диском

Разные

Опиловочные

Пилонасекательные

Правильно- и бесцентрово-обдирочные

Балансировочные

Продолжение табл. 1

Группа станков

Шифр группы

Шифр типа

Резервные

Токарные

Карусельные

Токарные, токарно-винторезные и лобовые

Многорезцовые

Специализированные

Разные токарные

Сверлильные и расточные

Радиально-сверлильные

Горизонтально-расточные

Алмазно-расточные

Горизонтально-сверлильные и центровальные

Разные сверлильные и расточные

Шлифовальные и расточные

Заточные

Плоскошлифовальные

Притирочные, полировочные, хонинговальные

Разные, работающие абразивным инструментом

Для электрофизической и электрохимической обработки; комбинированные

Электроискровые

Электроэрозионные, ультразвуковые

Анодно-механические

Зубо- и рзьбо-обрабатывающие

Для обработки торцов зубьев

Резьбофрезерные

Зубоотделочные и проверочные

Зубо- и резьбошлифовальные

Разные зубо- и резьбо-обрабатывающие

Фрезерные

Вертикальные бесконсольные

Продольные

Консольные широкоуниверсальные

Горизонтальные консольные

Разные фрезерные

Строгальные, долбёжные и протяжные

Протяжные горизонтальные

Протяжные вертикальные

Разные строгальные

Для внутреннего протягивания

Для наружного протягивания

Разрезные

Ленточные

Дисковые

Ножовочные

Разные

Для испытания свёрл и шлифовальных кругов

Делительные

612 – фрезерный, вертикально-консольный, стол номер 2 (размер стола 320?1250 мм).

2135 – вертикально-сверлильный станок с наибольшим диаметром сверления 35 мм.

Для отличия новой модели станка, от выпускавшейся ранее, к цифровому индексу добавляют букву. Буква за первой или второй цифрами указывает на изменение технической характеристики (модернизацию), например, токарный станок модели 1А62 имеет максимальную частоту вращения шпинделя 1200 об/мин и электродвигатель мощностью 7 кВт, а станок модели 1К62 соответственно 2000 об/мин и 10 кВт.

Буква в конце цифрового индекса определяет модификацию (видоизменение основной модели) и точность станка.

Различают станки нормальной точности – класс Н (в большинстве случаев не указывается), повышенной точности – класс П, высокой точности (прецизионные) – класс В, особо высокой точности – класс А, и особо точные (мастер станки) – класс С. Для обеспечения надёжной работы станков классов А, В, С их необходимо устанавливать в помещении с постоянной температурой окружающего воздуха.

По степени универсальности и специализации станки делят на универсальные, широкого назначения, специализированные и специальные.

Читайте также:  Консистентная смазка литол 24

Универсальные станки предназначены для выполнения самых различных работ при обработке деталей многих наименований (токарно-винторезные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные и т. д.).

Станки широкого назначения – для выполнения определённых видов работ на заготовках многих наименований (сверлильно-отрезные, фрезерно-центровочные, центровочные и т. д.).

Специализированные станки предназначены для обработки деталей одного наименования или немногих наименований, сходных по конфигурации, но имеющих различные размеры, например, ступенчатых валиков, колец подшипников качения, коленчатых валов и т. п.

Специальные станки служат для обработки одной определённой детали (или деталей одного типоразмера), например, лопаток газовых турбин.

По массе станки разделяют на лёгкие (до 1 т.), средние (до 10 т.), тяжёлые (до 100 т.) и уникальные (свыше 100 т.).

По степени автоматизации подразделяют на станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы и станки с програмным управлением.

Для анализа движений различных органов станков применяются упрощённые, условные графические схемы механизмов, дающие наглядное представление о кинематике станков и в некоторой степени представление об их конструкции. Такие схемы называются кинематическими, и для их вычерчивания применяют условные обозначения (согласно ГОСТ 2.770–68).

Кинематическая схема станка состоит из отдельных кинематических цепей. Под кинематической цепью станка понимают совокупность ряда передач, обеспечивающих передачу движений от начального звена к конечному, например, от электродвигателя к шпинделю. Кинематические цепи состоят из отдельных элементов, называемых звеньями. Два взаимодействующих между собой звена составляют кинематическую пару или передачу. Передачи передают движение от одного звена к другому или преобразуют одно движение в другое, например, вращательное в поступательное.

В передаче элемент, передающий движение, называется ведущим, а получающий движение – ведомым. Основным параметром передачи является передаточное отношение ( i ) , которое показывает во сколько раз частота вращения ведомого элемента ( n2 ) больше или меньше частоты вращения ведущего элемента ( n1 ):

Передаточное отношение кинематической цепи равно произведению передаточных отношений всех последовательно соединённых передач, составляющих данную цепь :

Наиболее часто применяются шесть типов передач, комбинации которых позволяют создать самые разнообразные машины и механизмы – ремённые, цепные, зубчатые с цилиндрическими (оси параллельны) и коническими (оси перпендикулярны) колесами, червячные, реечные и винтовые (рис. 1).

Рис 1. Основные типы передач металлорежущих станков : а – ременная; б – цепная;
в, г – зубчатые; д – червячная; е – реечная; ж – винтовая

Ременная передача (рис. 1, а) осуществляется клиновидными, плоскими или круглыми ремнями. Передаточное отношение ременной передачи определяется:

где h = 0,98 – коэффициент, учитывающий проскальзывание ремня;
d1 – диаметр ведущего шкива;
d2 – диаметр ведомого шкива;
n1 и n2 – частоты вращения ведущего и ведомого валов.

Цепная передача (рис. 1, б) осуществляется двумя звёздочками и соединяющей их роликовой цепью. Передаточное отношение цепной передачи равно:

где z1, z2 – количество зубьев ведущей и ведомой звёздочек;
n1, n2 – частоты вращения ведущего и ведомого валов.

Зубчатая передача (рис. 1, в, г) состоит из пары цилиндрических или конических зубчатых колёс. Предаточное отношение зубчатой передачи равно:

где z 1, z2 – количество зубьев ведущего и ведомого зубчатых колёс;
n1, n2 – частоты вращения ведущего и ведомого валов.

Червячная передача (рис. 1, д) состоит из червячного колеса и червяка и применяется для резкого снижения частоты вращения. Червяк всегда является ведущим, а червячное колесо ведомым элементом.

Если число заходов червяка равно К, а червячное колесо имеет z зубьев, то передаточное отношение равно:

Реечная передача (рис. 1, е) состоит из рейки и зубчатого колеса и служит для преобразования вращательного движения зубчатого колеса в поступательное движение рейки. Если число зубьев на колесе равно z , а модуль (величина зуба) и шаг (расстояние между вершинами соседних зубьев) рейки соответственно m и t , то при n оборотах шестерни рейка пройдёт путь S ( в мм):

Винтовая передача (рис 1, ж) состоит из винта и гайки. Она преобразует вращательное движение винта в поступательное движение гайки. Если шаг винта (расстояние между вершинами соседних витков) t, то путь гайки S (в мм) за n оборотов винта равен:

Для обеспечения регулирования частоты вращения шпинделя в кинематических цепях металлорежущих станков используются следующие механизмы (рис. 2):

1. Паросменные колёса (рис. 2, а), устанавливающиеся с помощью шпоночных или шлицевых соединений на ведущем 1 и ведомом 2 валах. Для изменения частоты вращения ведомого вала колёса снимают с валов и меняют местами или устанавливают другую пару колёс.

Рис. 2. Механизмы металлорежущих станков:
а – паросменные колёса; б – блок подвижных колёс;
в – механизм перебора; г, д – реверсивные механизмы

Читайте также:  Аппарат для склеивания пластиковых труб

2. Блоки подвижных зубчатых колёс (рис. 2, б) обеспечивают быстрое переключение скоростей. Колёса z 1, z3, z5 жёстко насажены на вал 1. Блок,, объединяющий колёса z 2 , z4 , z6 , перемещаясь по валу 2, обеспечивает три передаточных отношения:

Используются подвижные блоки с двумя, тремя и, реже, с четырьмя колёсами.

3. Механизм перебора (рис. 2, в) обеспечивает передачу вращения от ведущего шкива прямо на шпиндель 1 (муфта М включена i 1 = 1) либо через шестерни перебора и вал 2 на шпиндель (муфта М выключена):

Перебор позволяет резко снизить частоту вращения шпинделя, например, при нарезании резьбы.

4. Реверсивный механизм из цилиндрических зубчатых колёс (рис. 2, г) обеспечивает вращение ведомого вала 2 в прямом и обратном направлении. С помощью кулачковой муфты М вращение от вала 1 к валу 2 передаётся либо через колёса z1, zn, z2 , тогда направление вращения вала 2 совпадает с направлением вращения вала 1, либо через колёса z 3, z4 , тогда направление вращения вала 2 не совпадает с направлением вращения вала 1.

5. Реверсивный механизм с коническими зубчатыми колёсами (рис.2, д) применяется в тех случаях, когда ведомый и ведущий валы перпендикулярны друг другу. Вращение от ведущего вала 1, через коническое колесо z 1 , передаётся на ведомые колёса z 3 и z 2 , которые свободно вращаются на ведомом валу 2 навстречу друг другу. Муфта М, входя в зацепление с коническими колёсами z 2 или z 3 , обеспечивает вращение вала 2 в прямом или обратном направлении.

В металлорежущих станках (со ступенчатым регулированием) частоты вращения шпинделя назначаются по закону геометрического ряда, т. е.

где j – знаменатель геометрической прогрессии.

Отношение наибольшей частоты вращения шпинделя станка к наименьшей называется диапазоном регулирования станка R:

Величина R показывает универсальность станка. Если число частот вращения шпинделя равно z, то n max = nmin . j z -1 , а величина знаменателя геометрического ряда определяется:

.

Относительное изменение частоты вращения ?n между двумя соседними частотами вращения n 1 и n2 , выраженное в %, представляет собой перепад скоростей А:

А = (n 2 – n1) / n2 ·100% = ( j – 1) / j ·100% = const.

Значения знаменателей геометрического ряда частот вращения и перепады скоростей металлорежущих станков стандартизированы и приведены в табл. 1.

Стандартные значения знаменателей геометрического ряда
и перепадов скоростей металлорежущих станков

Несмотря на большое разнообразие конструкций токарных станков, в их механизмах и агрегатах есть много общего и сходного. Поэтому применяют упрощенные, условные обозначения механизмов и их элементов (рис.2.12), дающие наглядное представление о кинематике станков и, в некоторой степени, представление об их конструкции.

Рис. 2.12. Условные обозначения основных элементов на кинематических схемах станков:

I – ременные передачи: 1-плоская, 2-перекрестная, 3-клиновая, 4 – цепная передача;

II – зубчатые передачи: 5-цилиндрическая, 6-коническая, 7-винтовая, 8-червячная,9- реечная;

III- передача ходовым винтом с неразъемной 10 и разъемной 11 гайками;

IV – муфты: 12-кулачковая односторонняя, 13-кулачковая двусторонняя, 14- конусная, 15-дисковая односторонняя, 16-дисковая двусторонняя, 17-обгонная односторонняя, 18-обгонная двусторонняя; V – тормоза: 19-конусный, 20-колодочный, 21-ленточный, 22-дисковый; 23- патронный конец шпинделя

Схемы устройства станков, вычерченные с применением условных обозначений, называют кинематическими. На них дополнительно к условному изображению указывают диаметры шкивов, число зубьев и модуль зубчатых и червячных колес, число заходов червяка, шаг ходового винта, мощность и частоту вращения электродвигателя, опоры рычагов, порядковую нумерацию валов, рукоятки и маховички для ручного перемещения сборочных единиц (узлов) и др.

Упрощенная кинематическая схема токарно-винторезного станка представлена на рис.2.13. Обрабатываемая заготовка установлена в центрах. Вращение заготовке передается от шпинделя станка через поводковый патрон и хомутик, закрепленный на заготовке (детали). Обработка заготовки производится резцом, который перемещается (с подачей 5) суппортом, связанным с ходовым винтом, имеющим шаг Рхв. Движение от шпинделя передается к ходовому винту через трензель, гитару сменных колес z и z2, Z3 и z4) и коробку подач.

Частота вращения шпинделя рассчитывается по формуле п = 1000и/л 2 ; п4=Пзф=П|ф 3 и т.д. В практике станкостроения применяют ф =1,26; 1,41; 1,58.

Рис. 2.13. Упрощенная кинематическая схема токарного станка.

Быстрое изменение частоты вращения шпинделя в процессе обработки детали, производится с помощью коробки скоростей. Кинематическая цепь коробки скоростей обеспечивает частоту вращения шпинделя по геометрическому ряду с выбранным знаменателем ф.

Структурная формула коробки скоростей зависит от числа ступеней частоты вращения шпинделя: г=р-р2-ру. -рк, где рк – число ступеней в каждой группе передач между валами. Структурная формула (z= 12=2-3-2) коробки скоростей, кинематическая схема которой приведена на рис. 2.14, указывает на то, что коробка включает в себя три группы передач (рi =2; р2=3 и /?з=2). Цифрами обозначены числа зубьев колес, расположенных на 1, 11, III, IV валах коробки скоростей.

Читайте также:  Накатка токо держало своими руками

Рис. 2.14. Кинематическая схема коробки скоростей

Рис. 2.15. График изменения частоты вращения валов коробки скоростей

График изменения частоты вращения валов коробки скоростей (см. рис.2.14) приведен на рис.2.15. Число вертикальных линий графика соответствует числу валов коробки скоростей, число горизонтальных линий – числу ступеней частоты вращения шпинделя. Частота вращения шпинделя изменяется от щ=25 об/мин до п12=1095 об/мин (см. рис.2.15) по геометрическому ряду с Ф= 1,41. Луч, соединяющий на графике две точки соседних валов, обозначает передачу с передаточным отношением

и=ф"’, где т – число интервалов, равных ф и перекрываемых этим лучом. Если луч отклоняется вниз, то передача понижающая <т 0). Если луч горизонтальный, то передаточное отношение равно единице (т=0).

Кинематической схемой токарного станка называют условное изображение совокупности всех механизмов, посредством которых осуществляется движение элементов станка; она показывает взаимосвязь отдельных элементов и механизмов, участвующих в передаче движения различных органов станка.

В токарном станке имеются две кинематические цепи: электродвигатель — шпиндель (цепь главного движения) и шпиндель — суппорт (цепь подач), которые изображают в двух вариантах — для продольной (при нарезании резьбы и точении) и поперечной подачи резца.

Кинематическая цепь токарного станка может состоять из ряда кинематических пар зубчатых колес или шкивов, червячных и винтовых передач. Последовательность кинематических пар в цепи представлена цифрами, указывающими число зубьев в зубчатых колесах или диаметры шкивов. Для элементов кинематических пар, закрепленных на одном валу, цифры записывают через тире, а закрепленных на различных валах — через знак деления.

На рис. 9 приведена кинематическая схема токарно-винторезного станка. Проследим по ней кинематическую цепь главного движения: электродвигатель — шпиндель. Эта цепь связывает вал двигателя (диаметр шкива d1 = 142 мм) через клиноременную передачу со шкивом вала I (диаметр шкива d2 = 254 мм) коробки скоростей токарного станка, на котором свободно укреплен блок зубчатых колес 5651 и зубчатое колесо 50. На валу находится также фрикционная пластинчатая муфта М1 для сообщения шпинделю прямого (при включении влево) или обратного (при включении вправо) вращения. При включении муфты М1 влево вращение с вала I передается на вал II. На нем помещается подвижной блок зубчатых колес Б1 (3439), который, поочередно соединяясь с зубчатыми колесами блока 5651, обеспечивает передачу различного числа оборотов валу II. Затем с этого вала при помощи подвижного блока Б2 (475538) на валу VII и подвижного блока Б5 (4354) на валу VII вращение передается на шпиндель (шесть чисел оборотов).

При включении перебора (валы IIVV) движение с вала III передается валу IIV, который с помощью подвижных блоков Б3(8845) и Б4(2245) передает его на вал V и затем через колеса 27 —54 на шпиндель (вал VII)’, дополнительно получаем три передаточных отношения. Структурная формула кинематической цепи имеет вид (об/мин):

[6]

где пшп и nдв — числа оборотов шпинделя и электродвигателя в минуту; iк с — переменное передаточное отношение коробки скоростей (с учетом передаточного отношения перебора); — коэффициент проскальзывания ремня ( = 0,98).

При положении зубчатых колес, изображенных на рис. 9, число оборотов шпинделя при прямом ходе

обIмин.

Токарно-винторезный станок 1К62 имеет 24 числа оборотов шпинделя (от 12,5 до 2000 об/мин).

Аналогично можно установить кинематическую цепь суппорта при продольной и поперечной подачах, а также при нарезании резьбы. Например, структурная формула для продольной подачи (мм/об):

где iк п — передаточное отношение коробки подач (с учетом передаточных отношений от шпинделя к реверсу, самого реверса, сменных зубчатых колес гитары и механизма фартука); т — модуль реечного зацепления, мм; г — число зубьев реечного колеса.

При положении зубчатых колес, изображенных на рис. 9, продольная подача

Всего станок имеет 48 продольных подач (от 0,075 до 4, 46 мм/об) и столько же поперечных (от 0,038 до 2,23 мм/об).

Анализируя кинематическую схему токарного станка и ее кинематические цепи, можно подобрать необходимую структурную формулу настройки станка для выполнения конкретной задачи.