книги / Металлорежущие станки Краткий курс
..pdf§2. СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТАНКОВ
СВРАЩАТЕЛЬНЫМ ГЛАВНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
Значения пределов пт\п и /гшах>диапазона D и количества сту пеней z регулирования зависят от типа и назначения станка, его универсальности, размеров обрабатываемых деталей. Если уШш и Ушах — минимальная и максимальная скорости резания(м/мин) dmin и ^гпах — наименьший и наибольший диаметры обработки (м), то пределы регулирования должны удовлетворять следу ющим равенствам:
V I |
V |
|
ttinln — г з |
Об/М11Н\ Ищах “ ТТЗ |
об^МЫН, |
я“ тах |
namin |
|
Наименьший и наибольший диаметры принимают в соотношении d
= 0,12 4-0,25.
“ max
Значение dinin для станков с вращательным главным движением надо понимать в том смысле, что при этом минимальном значении диаметра еще обеспечивается экономический режим резания с использованием полной мощности.
§ 3. СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТАНКОВ
СПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ГЛАВНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
Убольшинства станков этой группы перемещение рабочих органов происходит в двух взаимно противоположных направле ниях. Различают рабочий ход, когда происходит резание, и обрат ный или холостой ход, когда движущаяся часть станка возвра щается в исходное положение. Скорость обратного хода v0 прево сходит скорость рабочего хода vp. Обычно
^ = * = 1,5 -s-2,5.
VP
Рабочий и обратный ходы составляют двойной ход.
Пусть |
п — число двойных |
ходов |
в минуту; |
|
tp и tQ— время |
рабочего |
и обратного ходов в минуту; |
||
|
Т — время |
одного двойного хода в минуту; |
||
vp и uQ— скорости рабочего и |
обратного ходов в м/мин; |
|||
Время |
L — длина хода в м. |
|
||
одного двойного хода |
х+ 1 |
|||
|
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
отсюда число двойных ходов |
в минуту |
|||
|
|
1 |
VV |
X |
|
|
" = |
|
S+ Г |
У продольно-строгальных станков скорость рабочего хода постоянна, поэтому для них целесообразно устанавливать гео метрическую структуру ряда скоростей рабочего хода. У станков с кулисным или кривошипно-шатунным приводом постоянным является число двойных ходов, которое строится по геометриче скому ряду.
Пределы регулирования в этом случае определяют из равенств
^inln |
v]) min |
x |
|
^max |
x + 1 ’ |
||
|
|||
И-max |
^pmax |
x |
|
^min |
sT+Т’ |
||
|
Vpmin и max рассматривают как средние значения скорости на протяжении всего хода.
§ 4. МОЩНОСТЬ ПРИВОДА И К. П. Д. СТАНКА
Мощность привода является важным показателем: она характе ризует возможности станка преодолевать при заданных режимах резания силы, возникающие в процессе обработки. Общая мощность привода N3 слагается из полезной мощности N и мощности, за трачиваемой на работу сил трения в узлах и механизмах станка, Nn, т. е. Nd = N + Nn.
Полезная мощность N представляет собой мощность резания, потребляемую в приводах главного движения и подачи, а также
во вспомогательных меха |
||||
низмах. Мощность резания |
||||
определяют |
по |
формулам |
||
теории |
резания, |
а мощ |
||
ность, потребляемую вспо |
||||
могательными механизма |
||||
ми, — опытным |
путем. |
|||
Мощность, |
потребная |
на |
||
привод подач и вспомога |
||||
тельных |
механизмов, |
не |
||
значительна по сравнению с мощностью привода глав ного движения и состав
Рис. 4. Баланс мощности и к. п. д. станка |
ляет от 2 до 6% общей |
Мощность Nn, теряемая на трение, |
мощности. |
состоит из мощности N x |
холостого хода, постоянной для данного числа оборотов шпинделя и не зависящей от величины передаваемой нагрузки, и мощности No, расходуемой на преодоление работы сил трения, возникающих
под действием нагрузки. Чем больше Nd, тем больше потери от трения в опорах валов, зубчатых и других передачах.
На рис. 4, а приведен баланс мощности привода главного дви жения, полученный опытным путем.
К. п. д. станка *
NN
^~ N a - N + Nx + N a -
Так как найти мощность, теряемую на трение, расчетным путем трудно, к. п. д. определяют ориентировочно упрощенным спосо бом. Условный к. п. д. г|0, без учета потерь холостого хода,
Ло = ЛрПзЛ£» |
(И) |
где т\р, г),, т)п — средние значения к. п. д. ременных передач, зубчатых передач, подшипников (табл. 5);
а, Ь, с — количество соответственно ременных передач, зубчатых передач, подшипников.
|
Таблица 5 |
||
Элементы привода |
Средние значения к.п.д. |
||
Ременные передачи цр: |
|
|
|
с плоским ремнем . |
0,98 |
|
|
с клиновым ремнем |
0,97 |
|
|
Зубчатые передачи ц3: |
0,99 |
|
|
цилиндрическая с прямыми зубьями |
|
||
цилиндрическая с косыми зубьями |
0,98 |
|
|
коническая |
0,97 |
* |
|
червячная |
tgb |
||
tg (k + |
ф) |
||
|
|||
Подшипники г\п: |
0,995 |
||
качения . |
|||
скольжения |
0,98 |
||
* К — угол |
подъема витка червяка по делительному цилиНДРУ’ |
ср — угол |
трения. |
На этом основании
* С учетом равномерности вращения валов.
и мощность электродвигателя с учетом мощности холостого хода
—+ N 0 + N X = -^- + N x.
Величина условного к. п. д. по экспериментальным данным колеблется в пределах г)0 = 0,88 -г- 0,90, а общего к. п. д. для станков с вращательным главным движением т) = 0,70 -5- 0,85.
Величина к. п. д. зависит от нагрузки и скорости вращения валов. Это наглядно показано на рис. 4, б. Значение к. п. д., рассчитанное по формуле (И), соответствует полной нагрузке станка.
Мощность холостого хода, например для токарных станков, в зависимости от числа оборотов шпинделя составляет: на нижних ступенях N x = (0,05 0,1) Nd1на верхних N x = (0,12 0,3) NB. Она может быть подсчитана по экспериментальной формуле ЭНИМСа [1].
Глава III
МЕХАНИЗМЫ ПРИВОДА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Совокупность устройств, приводящих в действие рабочие ор ганы металлорежущих станков, называют приводом. Он состоит из двигателя, являющегося источником движения, и механизмов, передающих движения рабочим органам.
В качестве двигателей чаще всего применяют односкоростные асинхронные электродвигатели переменного тока с короткозамк нутым ротором. Обладая жесткой характеристикой, они обеспе чивают постоянство мощности на всем диапазоне скоростей и незначительное изменение числа оборотов вала под нагрузкой. Реже применяют двухскоростные и шаговые электродвигатели, а в приводах тяжелых и некоторых средних станков — электро двигатели постоянного тока. При осуществлении вспомогательных движений нередко используют электромагниты. Широкое распро странение в металлорежущих станках получил гидравлический привод.
Привод станка должен обеспечить заданный диапазон регули рования скоростей главного движения и подач, их количество и величину. От него требуется плавная безвибрационная пере дача мощности и крутящего момента, обеспечивающая заданные точность и шероховатость обработки.
В большинстве случаев практики вал электродвигателя и ве дущий вал привода связывают между собой соединительной муф той или одной из передач: ременной или зубчатой.
§1. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛОВ
Элементарные механизмы, позволяющие изменять передаточ ные отношения кинематических цепей, называют множительными. Будучи соединенными в определенной последовательности, они образуют кинематическую структуру, увеличивая (умножая) ко личество угловых скоростей ведомых валов.
Рассмотрим наиболее распространенные множительные меха-
1ИЗМЫ.
Для легких приводов применяют механизмы, состоящие из именных или ступенчатых шкивов (рис. 5, а, б). Диаметры шки вов или ступеней подбирают таким обра зом, чтобы получить заданный ряд чисел оборотов ведомого вала. Натяжение ремня при перестановке сменных шкивов или при переброске его с одной ступени на другую должно быть неизменным. Это требование
будет соблюдено, если
^1~Ь ^2 = + ^4= ^5“Ь ^в-
Достоинство ременных передач — про стота; недостаток — громоздкость при пере даче больших нагрузок и неудобство переключения.
На рис. 6 показаны звенья настройки, состоящие из сменных зубчатых колес (гитары). В однопарных звеньях настрой ки (рис. 6, а) колеса устанавливают на
консольной части валов. Межосевое расстояние здесь постоянно. Поэтому условия сцепляемости сменных колес при одинаковом модуле:
а+ 6 = const.
Вдвухпарных гитарах (рис. 6, б) в зацеплении находятся две пары сменных колес (а — б и с — d). Колеса б и с вместе со втул-
кой установлены на пальце II. Расстояние между пальцем и вала ми / или III может изменяться перемещением его вдоль паза приклона 1 и поворотом последнего вокруг вала III.
После сцепления колес палец и ириклон закрепляют. Условие сценляемости проверяют по формулам
а + Ь^>с+ 15; с + d > b-\-15.
Изменять скорость вращения валов с помощью сменных колес целесообразно при длительной работе станка без перенастройки, так как замена колес требует много времени.
Широкое распространение получили механизмы, состоящие из передвижных многовенцовых блоков зубчатых колес (рис. 7). Количество колес в блоке чаще всего два, три и реже четыре. При переключении колеса блока перемещаются на шлицах вдоль
Рис. 7. Механизмы с многовенцоиыми блоками зубчатых колес
оси вала и поочередно входят в зацепление с сопряженными коле сами. Если применить корригированное зацепление колес с разной суммой зубьев при одном межцентровом расстоянии, то в отдель ных случаях двухвенцовый блок (рис. 7, а) может быть заменен обычным колесом (рис. 7, б), зацепляющимся поочередно с коле сами 2 и 3. На рис. 7, в показан механизм с трехвенцовым блоком зубчатых колес. Для ввода в зацепление колес 1 и 2 или 3 и 4 необходимо, чтобы блок беспрепятственно перемещался мимо ко леса б, не зацепив за него колесом 3 или 1. Это возможно, если радиус окружности выступов колеса 3 и 1 будет меньше радиуса окружности впадин колеса 5. Данное условие без учета радиаль ного зазора можно записать так:
0,5m (z3 -| 2) <0,5m (z5-i-2).
Решая это неравенство, получим
h - z3 > 4 .
Практически эту разность допускают до 5. При z5—z3 > 5 конструкцию блока изменяют, увеличивая расстояние между ко лесами 3 и 5 (рис. 7, г). В некоторых случаях конструкцию блока с минимальными габаритами удается сохранить, если располо жить его на ведомом валу. Числа зубьев и их разность у колес ведомого вала всегда больше. Все сказанное относится к соседним зубчатым колесам четырехвенцового блока (рис. 7, д).
Основное достоинство механизмов с передвижными блоками — их простота. Колеса, не участвующие в передаче рабочих нагру зок, не изнашиваются. К числу недостатков следует отнести не
возможность |
переключения передачи на ходу и сравнительно |
|||||
|
|
|
большие |
осевые |
габарит |
|
|
|
|
ные размеры (см. рис. 7). |
|||
I — |
чо-_ |
I- |
Механизмы, у которых |
|||
зубчатые колеса находятся |
||||||
|
|
в постоянном |
зацеплении |
|||
Л— |
Е - |
(рис. 8, а), не имеют этих |
||||
недостатков. |
На |
одном |
||||
|
|
|
валу I закреплены колеса |
|||
2 |
а) |
6) |
1 и 5, на другом II наса |
|||
|
|
|
жены |
свободно |
колеса |
|
Рис. 8. Механизмы с муфтами |
2 и 4. Ту или иную пере |
|||||
|
|
|
дачу включают в работу |
|||
муфтой 5. Ее ведущий элемент связан с колесами 2 и 4, ведо мый — с валом II. Если муфта фрикционного типа, то возможно переключение на ходу. Передачи 1—2 и 3—4 могут быть косо зубыми.
На рис. 8, б показано переборное устройство (ступень возвра та). Вращение колеса 1 может быть передано валу I через перебор по цепи колес 1—2, 4—3 и непосредственно, если переместить колесо 3 влево, до сцепления торцовых кулачков полумуфт. Вал / / , колеса 2 и 4 называют переборными.
В приводах подач ряда станков применяют механизмы, у кото рых включение передач осуществляется при помощи накидных зубчатых колес. К числу таких механизмов относится механизм Нортона (рис. 9, а). Передвижное колесо 6 находится в зацепле нии с накидным зубчатым колесом 7, смонтированным в рамке 5. Поворачивая и перемещая рамку вдоль оси вала /, можно вво дить в зацепление колесо 7 с колесами 7, 2, 5, 4, образующими блок. Для удержания колес работающей передачи в зацеплении предусмотрен фиксатор, закрепляющий рамку 5 в нужном поло жении (на рисунке не показан). Количество колес блока чаще всего четыре — шесть и не более 12. Блок может быть как ведущим, так и ведомым звеном.
Достоинством данного механизма является большой диапазон регулирования подач, простота конструкции и компактность. Поэтому его успешно применяют в резьбонарезных цепях. Число зубьев колес блока в этом случае пропорционально шагам наре заемых резьб. Пусть блок будет ведущим звеном. На основании формул (8) и (10) можем написать уравнение кинематического баланса
lo 6 .inf kte= tH,
z 0
где z-x и zQ— число |
зубьев колеса |
блока |
на |
£-й ступени и пере |
движного колеса б; |
|
|
|
|
tn — шаг нарезаемой резьбы. |
|
|
||
Отсюда |
z ---------- б |
/ __ Ct |
|
|
|
и‘ |
|
||
|
1~“ 1об. |
м |
|
|
Недостатки рассмотренного механизма: малая жесткость сцеп |
||||
ления колес из-за слабой фиксации и за- |
^ |
|||
крепления рамки |
5, ненадежная |
смазка. |
1гн |
|
Рис. 9. Механизмы с накидными и передвижными зубчатыми колесами
Другая схема механизма (механизм Меандра), обладающая значительно большей жесткостью сцепления колес, приведена на рис. 9, б.
Здесь три группы |
колес: |
малые (zx = |
zb = 2Л1); средние (z3 = |
|
= z4 = z7 = zc) и |
большие |
(z2 = zc = z8 |
= zc). |
|
Передвижное |
колесо 8 |
непосредственно входит в контакт |
||
только с большими колесами 2, б, ..., |
вследствие чего количе |
|||
ство ступеней скорости уменьшается вдвое. |
||||
Если принять |
z.u |
z6 = |
1 ср — ряд передаточных отношений |
|
при перемещении |
колеса 8 вправо будет |
|
||
h
I
а_Ч__J_ |
|
ZR ф |
ф ; |
Jl_ Ч_ ' |
ч |
ч |
_ \ л 1 |
л |
|
Ч ‘ Ч ' |
Ч |
Z8 |
— |
1 — |
1 |
ф |
ф |
|
|||
Количество блоков, устанавливаемых на валах I и II, зависит от числа ступеней скорости вращения вала III и обычно не превышает семи-восьми. Знаменатель ряда ф чаще всего равен двум.
Механизм, изображенный на рис. 10, а, имеет группу колес, находящихся в постоянном зацеплении. На вал I (обычно ведущий) колеса установлены жестко, на вал II — свободно. Вытяжная шпонка 9 (рис. 10, б) смонтирована внутри полого вала II. Вы ступая из продольного окна а, она заходит в шпоночный паз од ного из колес 2, 4, 6, связывая его с валом. При перемещении шпонки вправо наклонная плоскость b встречает упорное кольцо 7, вследствие чего шпонка опускается, освобождая колесо 2. При дальнейшем движении шпонка займет положение под вращающим ся колесом 4. Когда шпоночный паз окажется против окна а,
пружина 10 введет шпонку в паз колеса 4. И так далее. Шпонку перемещают с помощью муфты 8 или каким-либо другим способом. Недостаток рассмотренного механизма — малая жесткость шпо ночного соединения и невозможность вследствие этого передавать большие нагрузки.
В станкостроении применяют механизмы и для бесступенча того регулирования скорости вращения валов. На рис. 11, а показан вариатор с раздвижными конусами и промежуточным гибким звеном. Конусы 1 и 2 могут перемещаться по шлицам валов I и II при помощи механизма, состоящего из винта 3 с левой и пра вой резьбой и тяг 4. При сближении конусов 1 и конусы 2 раз двигаются, изменяя радиус контакта ремня с конусами и, следо вательно, передаточное отношение передачи. На этом принципе регулирования основано устройство механизма, приведенного на рис. И, б. Здесь между конусами 1 и 2 установлено жесткое звено в виде кольца 3.
На рис. 11, в показана схема вариатора системы ЦНИИТМАШа. Между двумя чашками 1 и 2, установленными на ведущем и ведо мом валах, размещены в качестве промежуточного звена ролики 3.