2. Механизмы подач металлорежущих станков

Привод подач станков должен обеспечивать заданный диапазон рабочих подач и ускоренных холостых и установочных перемещений. Основными проектными критериями привода подач являются жесткость, долговечность и динамические характеристики.

Основными элементами привода подач являются: двигатель (асинхронный электродвигатель, двигатель постоянного тока), передающий механизм (коробка передач), исполнительный механизм (зубчатое колесо-рейка, червяк-рейка, ходовой винт-гайка, кулачковый механизм, гидроцилиндр).

В современных станках с ЧПУ начали широко применять в приводах подач высокомоментные электродвигатели серии ПБВ, которые надежно обеспечивают бесступенчатое регулирование частоты вращения от десятых долей оборота в минуту до 120000 об/мин. Это позволило исключить из привода подач передающий механизм в виде коробок подач.

Передача зубчатое колесо-рейка

Передача выполняется с прямыми и косыми зубьями и служит для преобразования вращательного движения колеса в поступательное рейки (подача фартука токарных станков) или наоборот (перемещение шпинделя в сверлильных станках). Для увеличения плавности передачи зубчатые колеса выполняют большого диаметра. Передача несамотормозящаяся имеет высокий К.П.Д. Небольшие зубчатые колеса и рейки к ним изготавливают из сталей с поверхностной закалкой. Большие зубчатые колеса изготавливают из серого чугуна марок а рейки из стали 45.

Передача червяк-рейка

Червячно-реечная передача обеспечивает большую плавность при передаче движения, имеет высокую жесткость, широко применяется в приводах столов продольно-строгальных, тяжелых фрезерных и горизонтально-расточных станков.

Выполнение червяка под углом к рейке позволяет увеличить диаметр приводного зубчатого колеса, расположенного на оси червяка, что обеспечивает большую плавность подачи. При расположении червяка вдоль рейки контакт витков червяка с рейкой происходит по всей длине червяка, что повышает долговечность и нагрузочную способность передачи. Однако при этом диаметр ведущего зубчатого колеса не больше внутреннего диаметра червяка.

Червяки изготовляют из стали цементируют и закаливают, а рейки из антифрикционного чугуна.

Для приводов подач столов продольно-фрезерных станков с ЧПУ разработана передача червяк-рейка качения.

Передача ходовой винт-гайки скольжения.

Эта передача также как и реечная служит для преобразования вращательного движения винта в поступательное перемещение гайки.

Передача обеспечивает большой диапазон скоростей подачи. Передача самотормозящаяся, это обеспечивает надежную фиксацию подвижного узла при остановке.

Наиболее широкое применение получили ходовые винты и гайки со стандартной резьбой трапецеидального профиля с углом профиля Трапецеидальный профиль позволяет шлифовать резьбу и дает возможность легкого включения маточной гайки. К.П.Д. передачи 0,2-0,4.

Точность перемещений, создаваемых передачей, определяется точностью резьбы винта и гайки.

Отраслевой стандарт ОСТ2НЗЗ-2-4 устанавливает шесть классов точности: 0 - наиболее точный, 1, 2, 3, 4, 5. Ходовые винты и гайки О класса точности применяют для станков класса точности С и винтовые пары к ним. Ходовые винты и гайки 4 класса точности применяют для горизонтально-расточных, координатно-расточных, токарно-винторезных, токарно-карусельных, фрезерных и др. станков классов П и Н.

Материалы ходовых винтов и гаек.

Рекомендуется изготавливать винты класса точности 0, 1 и 2 из стали ХВГ, ХГ диаметром до 70 мм и их стали 7ХГ2В диаметром от 60 до 120 мм (HRC^3-55), применяют стали ЗОХЗВА, 40ХФА, 18ХГТ, (азотирование). Винты 3, 4, 5 классов изготавливают из стали 45, стали 50 с закалкой и средним отпуском.

Гайки классов точности 0, 1 и 2 изготавливают из оловянистых бронз ОЦС 6-6-3, ОЦС5-5-5, 0Ф10-0,5, из цинкового сплава ЦАМ10-5. Гайки классов точности 3, 4, 5 изготавливают из антифрикционных чугунов АСЧ-1 и АСЧ-2.

Ходовые винты хранить необходимо в подвеянном состоянии.

Расчет передачи

Основным проектным параметром передачи является средний диаметр винта Он определяется исходя из расчетов на: износостойкость, прочность, жесткость, устойчивость винта.

Расчет на износостойкость

Расчет проводят по среднему удельному давлению на рабочих поверхностях резания, которое определяется по выражению.

где - наибольшая тяговая сила;

- шаг винтовой линии резьбы;

- шаг резьбы винта

- рабочая высота профиля; -длина гайки;

- число заходов резьбы; - средний диаметр резьбы.

Введя обозначение и подставив (4.1) получим

откуда

Учитывая, что для стандартных трапецеидальных резьб из (4.3) получим

Для гаек X принимают в пределах 1,5-4, а для маточных гаек Допустимые удельные давления следующие: для стального винта с бронзовой гайкой, предназначенных для точных перемещений Мпа; для прочих ходовых винтов с бронзовыми гайками Мпа; для винтов с чугунными гайками

Полученный средний диаметр винта округляют до ближайшего большего стандартного значения.

Расчет винта на прочность

"Ходовой винт работает одновременно на растяжение (сжатие) и кручение и рассчитывается по формуле

где - площадь поперечного сечения стержня винта;

- внутренний диаметр резьбы;

крутящий момент, передаваемый винтом, согласно,

- момент сопротивления сечения при кручении. Окружная сила определяется по тяговой силе

где - угол подъема средней винтовой линии резьбы. Из развертки на плоскость винтовой линии одного витка шага рис. 4.16 находится угол

Подставляя значения в выражение (4.6), а затем в формулу

где °- угол трения в резьбе.

Допустимое напряжение назначают по пределу текучести материала винта

Если это условие не выдерживается, то увеличивают и этот расчет повторяют.

Расчет винта на жесткость

В результате сжатия или растяжения ходового винта тяговой силой шаг резьбы винта изменяется на величину

где - модуль продольной упругости материала винта.

В результате закручивания ходового винта моментом шаг резьбы винта также изменяется. Величину изменения шага винта найдем из развертки на плоскость винтовой линии одного витка (4.2). Изменение шага винта вследствие закручивания равно

Тангенс угла подъема винтовой линии найдем из рис. 4.2

Учитывая это, получим

Угол закручивания ходового винта на длине одного витка равен

Учитывая это, получим

где - модуль сдвига материала;

Рис. 4.1.

Рис. 4.2.

Рис. 4.3.

- полярный момент инерции сечения винта.

Анализ выражения и показывает, что , т.е. основную роль в искажении шага играет осевая деформация.

При конструировании винта искажение шага под нагрузкой не должно превышать 1/3 от допуска на точность изготовления см. ОСТ2 НЗЗ-2-94.если это усилие невыдерживается, то увеличивают и расчет повторяется.

Расчет винта на устойчивость

Если ходовой винт работает на сжатие и длина его во много раз больше диаметра , то он должен быть проверен на

устойчивость по формуле Эйлера как стержень, нагруженный центрально действующей сжимающей силой (наибольшей тяговой силой). Критическая тяговая сила определяется по формуле

где - наименьший момент инерции поперечного

сечения;

- приведенная длина;

- при обоих жестко заделанных концах;

- при одном жестко заделанном и одном шарнирном конце. Запас устойчивости равен