Металлорежущие станки
Профессиональное образование

3.1. Кинематика станков

Основоположником теории кинематики станков является профессор Г.М.Головин (1889—1949), разработавший теоретические основы анализа, настройки и расчета кинематических цепей станка.

Структура кинематической цепи, т. е. последовательность расположения в ней кинематических пар и звеньев, зависит от назначения станка (сверление, точение, фрезерование, шлифование и т.п.), требуемой точности передачи движения и конструктивных факторов.

Для изготовления детали рабочим органам станка необходимо сообщить определенные согласованные движения, при которых с заготовки снимается избыточный материал — припуск (см. гл. 2).

Все движения органов станка называют исполнительными. По целевому признаку их можно разделить на движения формообразования, установочные, делительные, управления и вспомогательные.

Согласованные относительные движения заготовки и режущего инструмента, которые непрерывно создают поверхность заданной формы, называют формообразующими, или рабочими, движениями. Они могут быть простыми и сложными. К простым движениям относятся вращательное и прямолинейное. Во всех изучаемых в данной книге станках — токарных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных — движение резания вращательное. К сложным движениям относятся те, которые образуются в результате согласования (сложения) двух и более вращательных и прямолинейных движений. При сложном формообразующем движении то из них, которое производится с наибольшей скоростью, называется главным движением или движением резания, а его скорость — скоростью резания. Остальные движения, происходящие с меньшей скоростью, называются движениями подачи.

В станках для лезвийной обработки резанием (токарных, фрезерных, сверлильных) скорость резания, м/мин, определяют по формуле

v = πdn/1000,

где d — диаметр обрабатываемой заготовки (инструмента), мм; n — частота вращения заготовки (инструмента), мин-1 (об/мин).

При абразивной обработке на шлифовальных станках скорость резания, м/с, определяют по формуле

vшл = πdkpnkp/(1000•60),

где dkp и nkp — соответственно диаметр и частота вращения шлифовального круга.

В токарных, фрезерных и сверлильных станках движение подачи — непрерывное, в шлифовальных плоско- и круглошлифовальных станках — прерывистое.

Основу любой машины, в том числе и станка, составляют механизмы. Под механизмом понимают систему связанных между собой путем соприкосновения твердых тел, совершающих под действием приложенных сил определенные целесообразные движения.

Система тел, состоящая из одного или нескольких твердых тел, соединенных между собой неподвижно, называется звеном механизма. Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой или просто парой. Поверхности, линии, точки, которыми звено может соприкасаться или соприкасается с другим звеном, называются элементами звена.

Система звеньев, соединенных между собой в определенной последовательности, образует кинематическую цепь. Кинематические цепи, в которые входят кинематические пары, их элементы и связи, изображают на чертеже в виде кинематической схемы с помощью условных графических знаков (табл. 3.1). Правила выполнения кинематических схем и обозначения их элементов установлены ГОСТ 2.770—68*. Для станков, имеющих наряду с механическими передачами гидравлические, электрические и пневматические устройства, составляют соответствующие схемы.

Таблица 3.1 Условные обозначения элементов кинематических




Среди передач движения от привода к рабочим органам станка наибольшее распространение получили механические передачи (рис. 3.1).

По способу передачи движения от ведущего элемента к ведомому механические передачи подразделяются следующим образом: передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые — рис. 3.1, а; червячные — рис. 3.1, б; храповые; кулачковые) или с гибкой связью (цепные); передачи трением с непосредственным касанием (фрикционные) или с гибкой связью (ременные — рис. 3.1, в).

Рис. 3.1. Передачи в станках:
а — зубчатая: I — ведущий вал; z1 — число зубьев шестерни; n1 — частота вращения ведущего вала; II — ведомый вал; z2 — число зубьев колеса; n2 — частота вращения ведомого вала; б — червячная: n1 и k — частота вращения и число заходов червяка соответственно; n2 и z — частота вращения и число зубьев колеса соответственно; в — ременная: n1, и d1 — частота вращения ведущего ролика и его диаметр соответственно; n2 и d2 — частота вращения ведомого ролика и его диаметр соответственно; г — винтовая: р — шаг винта; l — направление перемещения гайки; д — реечная: l — направление перемещения рейки; t — шаг зубьев рейки; z — число зубьев колеса; n — направление вращения колеса

Основным кинематическим параметром, характеризующим все виды механических передач вращательного движения, является передаточное число — отношение числа зубьев большего колеса к числу зубьев меньшего в зубчатой передаче, числа зубьев колеса к числу заходов червяка в червячной передаче, числа зубьев большой звездочки к числу зубьев малой в цепной передаче, а также диаметра большого шкива или катка к диаметру меньшего в ременной или фрикционной передаче. Передаточное число характеризует изменение частоты вращения в передаче

i = n1/n2,

где n1 и n2 — частота вращения ведущего I и ведомого II валов, мин-1 или с-1 (см. рис. 3.1, а, б и в).

Так, для зубчатых (см. рис. 3.1, a) и цепных передач

i = z2/z1

где z2 — число зубьев большего зубчатого колеса или звездочки; z1 — число зубьев мёньшего зубчатого колеса или звездочки.

Для червячной передачи (см. рис. 3.1,б)

i = z/K,

где z — число зубьев червячного колеса; К — число заходов червяка.

Для ременной передачи (рис. 3.1, в)

i = d2/d1

где d2 — диаметр ведомого (большего) шкива передачи, мм; d1 — диаметр ведущего (мёньшего) шкива передачи, мм.

Для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот используют реечную (рис. 3.1, г) или винтовую (рис. 3.1, д) передачи. В первом случае ось вращательного движения и направление поступательного движения перпендикулярны, а во втором — параллельны.

Передачи, преобразующие вращательное движение в поступательное, характеризуются расстоянием, на которое поступательно перемещается движущийся элемент за один оборот приводного.

В реечной передаче (см. рис. 3.1, г) перемещение рейки за один оборот зубчатого колеса (шестерни)

l = πmz

где z — число зубьев колеса; m — модуль зацепления.

Пара винт—гайка используется в механизмах подач почти всех станков. При повороте винта на один оборот гайка перемещается вправо или влево (в зависимости от направления резьбы) на один шаг. Существуют конструкции, в которых гайка неподвижна, а винт вращается и перемещается, а также конструкции с вращающейся и перемещающейся гайкой. Для передачи винт—гайка перемещение поступательно движущегося элемента

1 = рk,

где р — шаг винта, мм; k — число заходов винта.

При последовательном расположении нескольких передач их общее передаточное число равно произведению передаточных чисел отдельных передач

iобщ = i1,i2,i3...in,

где iобщ — общее передаточное число кинематической цепи; i1,i2,i3,...in передаточные числа всех элементов кинематической цепи.

Частота вращения последнего ведомого вала кинематической цепи nк равна частоте вращения ведущего вала nнач, деленной на общее передаточное число,

nк = nнач/iобщ

Скорость перемещения (мм/мин) конечного элемента (узла) кинематической цепи

vк = nначl/iобщ

где vнач — частота вращения ведущего вала начального элемента; l — перемещение поступательно движущегося элемента на один оборот ведущего вала, мм.

Математическое выражение связи движений ведущего и ведомого элементов (начального и конечного звеньев) кинематической цепи станка называется уравнением кинематического баланса. В него входят составляющие, характеризующие все элементы цепи от начального до- конечного звена, в том числе и преобразующие движение, например вращательное в поступательное. В этом случае в уравнение баланса входит единица измерения параметра (шаг ходового винта — при использовании передачи винт—гайка или модуль — при использовании передачи зубчатое колесо—рейка), определяющего условия этого преобразования, миллиметр. Этот параметр позволяет также согласовывать характеристики движения начального и конечного звеньев кинематической цепи. При передаче только вращательного движения в уравнение входят безразмерные составляющие (передаточные числа i механизмов и отдельных передач), в связи с чем единицы измерения параметров движения конечного и начального звеньев одинаковы.

Для станков с главным вращательным движением предельные значения частот вращения шпинделя nmin и nмах обеспечивают обработку заготовки с диаметром обрабатываемых поверхностей в диапазоне от dmax до dmin.

Диапазон регулирования частот вращения шпинделя характеризует эксплуатационные возможности станка и определяется отношением наибольшей частоты вращения шпинделя станка к наименьшей:

D = nmax/nmin.

Значения частот вращения от nmin до nmax образуют ряд. В станкостроении, как правило, применяют геометрический ряд, в котором смежные значения n различаются в φ раз (φ — знаменатель ряда: n1/n2 = n2/n3 = n3/n4 =...= nφ-i/nj = φ). Приняты и нормализованы следующие значения знаменателя φ: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,00. Эти значения φ положены в основу табличных рядов частот вращения шпинделя.

Контрольные вопросы

  1. Приведите формулы для определения скорости резания при главном вращательном движении.
  2. Как находят передаточные числа кинематических пар станков?
  3. Что такое диапазон регулирования?

Рейтинг@Mail.ru