Металлорежущие станки
Профессиональное образование

3.3. Приводы главного движения и движения подачи

Комплекс механизмов с источником движения, служащий для приведения в действие исполнительного органа станка с заданными характеристиками скорости и точности, называют приводом.

Металлорежущие станки оснащают индивидуальным приводом; на многих станках главное движение, движение подачи, вспомогательные движения осуществляются от отдельных источников — электродвигателей и гидравлических устройств. Изменение скорости может быть бесступенчатым и ступенчатым.

В качестве приводов металлорежущих станков используют электродвигатели постоянного и переменного тока, гидродвигатели и пневмодвигатели. Наибольшее распространение в качестве приводов станков получили электродвигатели. Там, где не требуется бесступенчатое регулирование частоты вращения вала, применяют асинхронные двигатели переменного тока (как наиболее дешевые и простые). Для бесступенчатого регулирования частоты вращения, особенно в механизмах подач, все большее применение находят электродвигатели постоянного тока с тиристорным регулированием.

К преимуществам применения электродвигателя в качестве привода относят: высокую скорость вращения, возможность автоматического и дистанционного управления, а также то, что их работа не зависит от температуры окружающей среды.

Среди передач движения от двигателя к рабочим органам станка наибольшее распространение получили механические передачи. По способу передачи движения от ведущего элемента к ведомому механические передачи подразделяются следующим образом:

  • передачи трением с непосредственным касанием (фрикционные) или с гибкой связью (ременные);
  • передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые, червячные, храповые, кулачковые) или с гибкой связью (цепные).

К передачам трением с гибкой связью относятся ременные передачи (рис. 3.14). В этих передачах шкивы ведущего А и ведомого Б валов охватывает ремень с определенной силой натяжения Т, обеспечивающей появление силы трения между ремнем и шкивами, необходимой для передачи усилия. Натяжение, ограничиваемое прочностью ремня, регулируется раздвиганием валов или специальным натяжным устройством.

Рис. 3.14. Схема ременной передачи (а) и передачи плоским ремнем (б), клиновым ремнем (в), поликлиновым ремнем (г), круглым ремнем (д), зубчатым ремнем (е):
1 — тянущий металлический трос зубчатого ремня; 2 — основа зубчатого ремня из пластмассы или резины; 3 — шкив; А — ведущий ролик; О1 и d1 — центр вращения и диаметр ведущего ролика соответственно; Б — ведомый ролик; О2 и d2 — центр вращения и диаметр ведомого ролика соответственно; Т — сила натяжения ремня; L — расстояние между центрами вращения ведущего и ведомого роликов

Ремни изготовляют из кожи, прорезиненной ткани, пластмассы, они имеют различную форму сечения. Ремни с плоским сечением (рис. 3.14, б) используют при передаче большой скорости (50 м/с и выше) с относительно небольшими усилиями. Большие мощности передаются несколькими клиновыми ремнями (рис. 3.14, в) или поликлиновым ремнем (рис. 3.14, г). Передачи ремнями с круглым сечением (рис. 3.14, д) используют при небольших относительных усилиях и в передачах между перекрестными валами. Широко применяют ремни с поликлиновым сечением (см. рис. 3.14, г) для увеличения силы трения (при том же натяжении, что и для плоских ремней).

В фрикционных и ременных передачах всегда происходит проскальзывание между трущимися поверхностями, поэтому реальное передаточное отношение для них

iр = i/(1 - λ),

где i — теоретическое передаточное отношение; λ = 0,01...0,02 — коэффициент проскальзывания.

Для исключения проскальзывания используют зубчатые ремни (рис. 3.14, е).

Цепные передачи (рис. 3.15) (для систем смазки и охлаждения), как и передача зубчатыми ремнями, более стабильно передают скорость вращения на ведомый вал и могут передавать большие мощности.

Рис. 3.15. Цепная передача:
z1 — ведущая звездочка; z2 — ведомая звездочка

Зубчатая передача (рис. 3.16) — самая распространенная передача, так как обеспечивает высокую стабильность скоростей вращения, способна передавать большие мощности и имеет относительно малые габаритные размеры. Зубчатые передачи применяют для передачи вращения между валами (параллельными, пересекающимися, перекрещивающимися), а также для преобразования вращательного движения в поступательное (или наоборот). Движение от одного вала к другому передается в результате взаимного зацепления зубчатых колес, образующих кинематическую пару. Зубья этих колес имеют особую форму. Чаще всего встречается зубчатое зацепление, в котором профиль зубьев очерчен по кривой, называемой эвольвентой окружности или просто эвольвентой, а само зацепление называется эвольвентным.

Рис. 3.16. Типы зубчатых передач для вращательных движений:
а и б — прямозубая цилиндрическая передача наружного и внутреннего зацепления соответственно; в — косозубая цилиндрическая передача наружного зацепления; г — прямозубая коническая передача; д — шевронное колесо; е — червячная передача

Привод с коробками зубчатых колес является наиболее распространенным приводом главного движения и движения подач в металлорежущих станках и называется соответственно коробкой скоростей и коробкой подач.

Коробки скоростей (рис. 3.17) различают по компоновке и по способу переключения скоростей. Компоновку коробки скоростей определяет назначение станка и его типоразмер.

Рис. 3.17. Кинематические схемы коробок скоростей:
а — с передвижными колесами: z1 z2,..., zl0 — зубчатые колеса; б — с кулачковыми муфтами: 0, I, II, III, IV — валы коробки скоростей; z1, z2, ..., z21 — зубчатые колеса; М — электродвигатель; Мф1, Мф2, МфЗ, Мф4 — фрикционные муфты; Мк — кулачковая муфта

Коробки скоростей со сменными колесами используют в станках при сравнительно редкой настройке привода. Коробку характеризует простота конструкции, малые габаритные размеры.

Коробки скоростей с передвижными колесами (рис. 3.17, а) получили широкое применение преимущественно в универсальных станках с ручным управлением.

Недостатками этих коробок являются: необходимость выключения привода перед переключением передач; возможность аварии при нарушении блокировки и одновременном включении между смежными валами двух передач одной группы; относительно большие размеры в осевом направлении.

Коробки скоростей с кулачковыми муфтами (рис. 3.17, б) характеризуются малыми осевыми перемещениями муфт при переключениях, возможностью применения косозубых и шевронных колес, малыми усилиями переключения. К недостаткам относят необходимость выключения и притормаживания привода при переключении скоростей.

Коробки скоростей с фрикционными муфтами в отличие от коробок с кулачковыми муфтами обеспечивают плавное переключение передач на ходу. Кроме недостатков, присущих коробкам с кулачковыми муфтами, они характеризуются также ограниченным передаваемым крутящим моментом, большими габаритными размерами, пониженным КПД и др. Несмотря на это, коробки применяют в станках токарной, сверлильной и фрезерной групп.

Коробки скоростей с электромагнитными и другими муфтами, позволяющими применять дистанционное управление, используют в различных автоматах и полуавтоматах, в том числе в станках с ЧПУ. Для унификации привода главного движения таких станков отечественное станкостроение выпускает унифицированные автоматические коробки скоростей (АКС) семи габаритных размеров, рассчитанные на мощность 1,5...55 кВт; число ступеней скорости — 4...18.

В зависимости от вида используемых механизмов с зубчатыми передачами, служащих для настройки подач, различают следующие коробки подач:

  • со сменными колесами при постоянном расстоянии между осями валов;
  • с передвижными блоками колес;
  • со встроенными ступенчатыми конусами (наборами) колес и вытяжными шпонками;
  • нортоновские (с накидной шестерней);
  • с гитарами сменных колес.

Для получения коробок подач с заданными характеристиками их часто конструируют, используя одновременно несколько перечисленных механизмов.

Нортоновские коробки применяют в приводах подач винторезных станков благодаря возможности точного осуществления заданных передаточных отношений Преимущества коробок этого типа — малое число зубчатых колес (число колес — на два больше числа передач), недостатки — низкие жесткость и точность сопряжения включенных колес, возможность засорения передач при наличии выреза в корпусе коробки.

Коробки подач с гитарами сменных колес (рис. 3.18) дают возможность производить настройку подачи с любой степенью точности. Особенности гитар со сменными колесами делают их удобными для применения в станках различных типов, особенно в станках для серийного и массового производства. Такие станки комплектуются соответствующими наборами сменных колес.

Рис. 3.18. Кинематическая схема (а) и конструкция (б и в) гитары сменных зубчатых колес:
1 — кулиса; 2 — гайка; 3 — винт; К, L, М, N — шестерни

Контрольные вопросы

  1. Дайте определение привода и расскажите о приводах, применяемых в станках.
  2. Какие основные элементы приводов станков вы знаете?
  3. Расскажите о разновидностях и конструкциях коробок скоростей.
  4. Какие конструкции коробок подач применяют в станках?

Рейтинг@Mail.ru