Зубообрабатывающие станки

Рис. 1.3. (продолжение) Методы образования поверхностей: к, л– следа и следа (двойного следа); м- следа и касания; н – касания и следа; о – касания и касания (двойного касания)

Метод следа и касания применен, например, при шлифовании прямозубого цилиндрического колеса тарельчатыми кругами с параллельным расположением их рабочих поверхностей (рис. 1.3, м). Узкие периферийные рабочие полоски кругов (теоретически линии) проходят через концы касательных оа и ов к основной окружности зубчатого колеса и при быстром реверсируемом движении подачи Фs1(В2П3), включающем поворот заготовки и перемещение ее оси, соответствующих качению без скольжения касательных

14

по основной окружности, образуется методом следа эвольвентный профиль зуба. Направляющие прямые линии получаются методом касания при двух движениях формообразования – вращении кругов Фv(В1) и медленном возвратно-поступательном движении подачи Фs2(П4).

Примером образования поверхности методом касания и следа являются шлифование цилиндрического валика узким шлифовальным кругом (рис.1.3, н). Движениями Фv(В1) и Фs1(В2) образуется методом касания окружность, а направляющая прямая линия, получаемая на коротком участке, равном ширине круга, методом копирования, на всей длине образуется методом следа при движении Фs2(П3).

Метод «двойного касания» используется, например, при фрезеровании торцевой фрезой плоскости, ширина которой больше диаметра фрезы (рис.1.3, о). Производящими линиями являются две прямые линии, каждая из которых образуется методом касания при общем (совмещенном) вращении Фv(В1) и соответствующем движении подачи Фs1(П2) и Фs2(П3).

2.КИНЕМАТИКА СТАНКОВ

2.1.Движения в станках. Параметры движений

Движения формообразования являются основными движениями в станке, но не единственными. В зависимости от целевого назначения все встречающиеся в станках движения можно отнести к одному из следующих движений: формообразования (Ф), врезания (Вр), деления (Д), вспомогательные (Всп) и управления (Упр).

Движения врезания предназначены для установки инструмента относительно заготовки на глубину резания, без чего невозможен и сам процесс формообразования со снятием стружки. В одних случаях это движение возможно только одновременно с формообразующим движением скорости резания Фv, например, движение Вр(П2) при точении цилиндра широким резцом (см. рис. 1.3, а) или движение Вр(П4) при нарезании цилиндрического колеса зуборезным долбяком (см. рис. 1.3, д), в других – до начала процесса формообразования, например, движение Вр(П3) при нарезании резьбы профильным резцом (см. рис. 1.3, б) или движение Вр(П4) при нарезании зубьев цилиндрических колес червячной фрезой (см. рис.1.3, з).

Движение врезания может и отсутствовать, если глубина резания определяется конструктивным параметром инструмента, а процесс врезания реализуется самим инструментом при его участии в одном из формообразующих движений. Так, например, при протягивании врезание

15

осуществляется за счет разности высоты соседних зубьев режущей части протяжки, измеренной по нормали к обрабатываемой поверхности.

При сверлении (см. рис. 1.3, л) глубина резания, равная половине диаметра сверла, будет достигнута в движении Фs(П2) постепенным увеличением ширины стружки, срезаемой наклонной режущей кромкой сверла.

Движения деления необходимы для переноса процесса формообразования в новую зону на заготовке, когда на ней нужно образовать несколько одинаковых поверхностей. Так, например, при шлифовании цилиндрического колеса с числом зубьев Z дисковым профильным кругом (см. рис. 1.3, г) после шлифования одной межзубовой впадины необходимо осуществить делительное движение Д(В3) – поворот заготовки с требуемой точностью на 1/Z часть оборота, повторяя его после очередной впадины до завершения обработки всех зубьев колеса.

При нарезании такого колеса зуборезной гребенкой (см. рис. 1.3, е), имеющей, например, пять режущих зубьев, процесс деления при нарезании пяти впадин в движении обката Фs(П2В3) будет осуществлен самим инструментом, а движение деления Д(В4) будет заключаться в периодическом повороте заготовки на 5/ Zзаг частей оборота. Очевидно, при достаточном или неограниченном количестве режущих зубьев на инструменте делительный процесс может быть реализован инструментом в движении формообразования и без отдельного движения деления. Именно так он осуществляется при нарезании цилиндрического колеса зуборезным долбяком (см. рис. 1.3, д) в движении Фs(В2В3) или червячной фрезой (см. рис. 1.3, з) в движении Фv(В1В2), в котором, как уже отмечалось выше, вращением фрезы В1 имитируется перемещение рейки бесконечной длины.

Совмещение процесса деления с движением формообразования иногда называют совмещением движения деления с формообразующим движением, что, строго говоря, неправильно. Часто и сам процесс нарезания колес этими или подобными им инструментами называют нарезанием методом непрерывного деления, что также следует признать условным, поскольку непрерывно нарезание (обкат), а деление по своей сути является процессом периодическим.

Вспомогательные движения служат для выполнения действий, способствующих реализации движений формообразования, деления, врезания и обеспечивающих наиболее эффективную работу станка в целом. Такими движениями осуществляются ускоренные перемещения узлов, приводятся в

16

действие механизмы их быстрого отвода-подвода, зажимных устройств, поворотные и фиксирующие механизмы, удаляется стружка и т.п.

Движения управления предназначены для координации всех движений, включая и вспомогательные, и имеют место, главным образом, в станках с цикловым характером работы, в которых управление осуществляется с помощью кулачков, упоров и т.п., установленных на распределительных валах (токарные кулачковые автоматы) или управляющих барабанах (станки для обработки конических колес) и т.п., вращение которых и будет являться движением управления – Упр(В).

Определенность любого по назначению движения в станке достигается тогда, когда состав показателей или параметров, характеризующих движение, необходим и достаточен для его точного многократного воспроизведения. В общем случае таких параметров пять (табл. 2.1)

2.1. Параметры движения

Наиболее важным параметром является траектория, которая в простом поступательном или вращательном движении представляет собой прямую линию или окружность, а в сложном, чаще всего, формообразующем движении

– форму производящей линии, образуемой согласованием элементарных движений. При методе обката под траекторией понимается не форма

17

образуемой линии – взаимно огибаемой с контуром режущей кромки инструмента, а условие, при котором возможно ее получение, т.е. качение без проскальзывания двух воображаемых линий (центроид), связанных с инструментом и заготовкой.

Скорость сложного движения зависит от его скоростной характеристики (V или S) и соответствует скорости одного из элементарных движений, входящих в его состав. При этом скорости остальных элементарных движений, благодаря их согласованности, получатся автоматически.

Как будет показано ниже, количество параметров, характеризующих движение может быть и меньше пяти (см. табл. 2.3) в зависимости от характера движения (простое или сложное) и формы траектории движения (замкнутая или незамкнутая).

Кроме пяти параметров движения необходимо определенное расположение траектории данного движения относительно траекторий других движений, а всех траекторий вместе относительно выбранной системы координат. Эти два пространственных параметра определяются на стадии выбора компоновки данного станка и остаются неизменными в течение всего срока его эксплуатации.

2.2. Кинематическая группа и ее структура

Понятие кинематической группы является одной из важнейших в кинематике станков и включает в себя всю совокупность звеньев, создающих в станке движение определенного назначения, от которого получает и свое название – кинематическая группа формообразования (скорости резания или подачи), врезания, деления и т.д. В общем случае кинематическая группа состоит из исполнительных кинематических пар, подвижными звеньями которых являются рабочие органы (шпиндель, суппорт, стол и т.д.), внутренней связи, а также внешней связи и источника движения (электродвигатель, гидроцилиндр, пружина и т.д.).

Внутренняя связь кинематической группы – это совокупность звеньев, обеспечивающих траекторию движения. При простом движении она представляет собой одну кинематическую пару – вращательную (ВКП) или поступательную (ПКП) (рис. 2.1, а, б) и определяет траекторию движения подвижного звена в форме окружности или прямой линии. Эти траектории остаются неизменными в течение всего срока службы станка и поэтому в простых движениях не требуется органа настройки на этот параметр.

18

Рис. 2.1. Внутренние связи в простых (а, б) и сложной (в) кинематических группах

В сложном движении, например Фv(В1П2) при нарезании резьбы (см. рис. 1.3, б), участвуют две исполнительные кинематические пары (рис. 2.1, в) и внутренняя связь представляет собой кинематическую цепь (1-iх-Р-2), в которой и должен располагаться орган согласования элементарных движений для получения нужной траектории. В нашем примере он включает Р и iх для нарезания правой или левой резьбы с определенным шагом.

Внутренняя кинематическая цепь может целиком состоять из механических передач или реализована частично либо полностью средствами электрической, гидравлической, электронной или иной техники. Для наглядности и лучшего понимания основных положений кинематики станков в приводимых ниже структурных схемах применены механические кинематические цепи с использованием обозначений, приведенных в табл. 2.2.

В сложном движении с большим числом элементарных движений внутренняя связь кинематической группы будет состоять из нескольких кинематических цепей, число которых будет на единицу меньше числа элементарных движений и траектория такого сложного движения будет зависеть от каждого из органов настройки, расположенного в любой из этих цепей. Внутренняя связь дает лишь потенциальную возможность осуществить данное движение, и для ее реализации нужен источник движения и цепь, соединяющая его с внутренней связью.

Внешняя связь кинематической группы – это цепь от источника движения до внутренней связи. Звено, принадлежащее одновременно обеим связям, называют звеном или точкой присоединения связей.

19

2.2. Элементы структурных схем

Элементы Изображения

Орган настройки

Внешней связью в кинематических группах, представленных на рис. 2.2, является цепь 1- Р - iv –2, в которой точка 2 и будет точкой ее присоединения к внутренним связям, показанным ранее на рис. 2.1. Во внешней связи должны располагаться органы настройки всех, кроме траектории, параметров данного движения.

В общем случае их четыре и настраивают они на: направление, скорость, исходное положение или точку и путь. Однако, в зависимости от формы траектории, а также назначения движения отдельные параметры могут быть произвольными или постоянными и, следовательно, не требующими органов настройки.

20

Рис. 2.2. Кинематические группы: а, б – простые, в - сложные

Впростом движении с замкнутой траекторией, например Фv(В1) на рис. 1.3, в, исходную точку – угловое положение инструмента в момент начала вращения - и путь, равный длине окружности, который совершает и многократно повторяет каждая точка режущей кромки инструмента, настраивать не нужно, так как первый параметр может быть произвольный, а второй имеет постоянное значение. Таким образом, кинематическая группа этого движения должна иметь во внешней связи органы настройки на скорость (iv) и направление (Р), как показано на рис. 2.2, а.

Вдвижении же деления Д(В3) на рис. 1.3, г, имеющем траекторию в форме дуги окружности, настраивать необходимо как исходную точку – совмещение профиля шлифовального круга с ранее нарезанной межзубовой впадиной, так и путь – поворот заготовки с требуемой точностью на 1/Z часть оборота, а вот скорость и направление могут быть приняты постоянными.

Впростом поступательном движении, имеющем незамкнутую траекторию, также возможно сокращение органов настройки в тех случаях, когда отдельные параметры приняты неизменными. Так, во вспомогательных движениях ускоренных перемещений скорость, как правило, имеет постоянное

21

максимально допустимое значение, путь постоянен – в отдельных движениях отвода–подвода узлов, механизмах зажима-разжима, фиксации и др.

Параметры – исходная точка и путь - могут не настраиваться и в сложном движении, если оно состоит из элементарных вращательных движений с замкнутой траекторией, т.е. если подвижные звенья исполнительных кинематических пар, участвующих в сложном движении, совершают полный оборот. Так, например, при нарезании цилиндрического колеса зуборезным долбяком в движении Фs(В2В3) на рис. 1.3, д эти параметры настраивать не нужно, а вот в таком же движении при нарезании зубьев на части окружности (нарезание зубчатого сектора) настройка на исходную точку и путь необходимы. Сложные движения с полным оборотом элементарных вращений условно принято считать движениями с замкнутой траекторией.

Кроме того, если кинематическая группа (простая или сложная) имеет отдельный источник движения, регулируемый по скорости либо направлению, по обоим параметрам вместе, то внешняя связь такой группы будет иметь лишь орган настройки соответственно на направление или скорость либо не иметь этих органов вообще.

Теоретически необходимый и достаточный состав настраиваемых параметров движения, а следовательно, и органов настройки в кинематической группе любого назначения можно определить по табл. 2.3.

2.3. Состав настраиваемых параметров движений

2.3. Кинематические структуры станков и их классификация

Кинематическая структура станка – это совокупность кинематических групп разного назначения (формообразования, деления, врезания и т.д.) и межгрупповых связей.

22

Из всех групп только формообразующие группы будут присутствовать во всех структурах, тогда как остальные могут отсутствовать, даже если соответствующие им процессы и осуществляются на данном станке, как, например, процесс врезания при протягивании или процесс деления при нарезании зубьев зуборезным долбяком.

Кинематические структуры станков принято классифицировать по числу и характеру групп формообразования (табл. 2.4) с условной записью, состоящей из буквы Э, С или К, означающей класс структуры: элементарная (Э), сложная

(С) или комбинированная (К), и двух цифр, соответствующих числу групп формообразования в структуре станка и общему числу элементарных движений (исполнительных кинематических пар) в этих группах.

2.4. Классификация кинематических структур

К элементарным структурам относятся структуры, состоящие только из простых кинематических групп формообразования; к сложным – только из сложных групп и к комбинированным – структуры, состоящие из простых и сложных групп, то есть имеющие не менее двух групп формообразования.

Число групп формообразования в кинематической структуре станка может быть от одной до трех (см. табл. 1.1), а общее число элементарных движений теоретически не имеет ограничений, так как это зависит от сложности формы образуемых производящих линий. Поэтому только класс элементарных структур представлен в табл. 2.4 в завершенном виде, а в классах С и К остается вероятность появления не указанных в таблице структур за счет увеличения числа исполнительных кинематических пар в сложных группах.

Положительная сторона такой классификации состоит, прежде всего, в том, что она позволяет, с точки зрения кинематики, свести все многообразие станков к небольшому количеству типовых структур, на изучении которых и следует сосредоточить основное внимание.

23