ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ                                                                     ХРЕНОВСКОЙ ЛЕСНОЙ КОЛЛЕДЖ ИМ. Г. Ф. МОРОЗОВА

ОП.07 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Учебное пособие

                                                             с.Слобода

2021 г.

Баталин А.Н. Технологическое оборудование  [ Текст ]: учебное пособие / А.Н. Баталин; для средних профессиональных учебных заведений. –  с. Слобода. 2021 г. 192 с.

Учебное пособие содержит краткие сведения о различных аспектах работы структурных подразделений в области машиностроения, регулированию трудовых отношений в процессе осуществления производственной деятельности.

Учебное пособие предназначено для обучающихся  по специальности 15.02.08  «Технология машиностроения», разработанное в соответствии с ФГОС по специальности 15.02.08  «Технология машиностроения».

Табл. Прил. Библиограф.:   наим.

Рецензент

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Учебная дисциплина «Технологическое оборудование» является специальной 

дисциплиной, дающей базовые знания для профессиональной деятельности техника, и предусматривает изучение студентами технологических возможностей, устройства, наладки и эксплуатации металлообрабатывающих станков различных типов, технологического оборудования, автоматических линий и гибких производственных систем (ГПС).

С целью овладения указанной дисциплины обучающийся в ходе освоения дисциплины должен:

Студент должен уметь:

В результате освоения дисциплины обучающийся должен

уметь:

- читать кинематические схемы;

- осуществлять рациональный выбор технологического оборудования для выполнения технологического процесса;

 - выбирать режим работы токарного станка и токарного станка с ЧПУ;

 - разрабатывать расчётно-технологические карты;

 - разрабатывать управляющую программу для станка с ЧПУ;

       - выбирать режим работы фрезерного станка с ЧПУ.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен 

знать:

- классификацию и обозначения металлорежущих станков;

- назначения, область применения, устройство, принципы работы, наладку и технологические возможности металлорежущих станков, в т.ч. с числовым программным управлением (ЧПУ);

- назначение, область применения, устройство, технологические возможности роботехнических комплексов (РТК), гибких производственных модулей (ГПМ), гибких производственных систем (ГПС);

       -   назначение, принцип работы вертикально-сверлильного станка;

       - назначение, технические характеристики, основные узлы, принцип работы, кинематику горизонтально-расточного станка;

       - назначение, технические характеристики, основные узлы, принцип работы, кинематику горизонтально-фрезерного станка;

       - назначение, технические характеристики, основные узлы, принцип работы, кинематику вертикально-фрезерного станка;

- назначение, технические характеристики, основные узлы, принцип работы, кинематику многоцелевого станка.

Предлагаемое учебное пособие написано в соответствии с Федеральными Государственными Образовательными Стандартами среднего профессионального образования по ОП 07 ≪Технологическое оборудование≫.

Структура учебного пособия отражает структуру (содержание) программы: по темам, предусмотренной программой подготовки специалистов среднего звена  по ОП 07, посвящены соответствующие темы учебного пособия.

Раздел 1 Общие сведения о металлообрабатывающих        станках    

Тема 1.1  Классификация металлообрабатывающих станков,  их нумерация

Под технологическим оборудованием понимается оборудование, предназначенное для выполнения различных технологических операций (заготовительных, обрабатывающих, отделочных(финишных), лакокрасочных, термических и т. д.), необходимыхдля получения изделия требуемой точности и качества.

На машиностроительном предприятии эксплуатируется различное технологическое оборудование: металлорежущие станки и контрольно-сортировочные автоматы, кузнечно-прессовое оборудование и литейные машины, промышленные роботы и автоматизированные склады, автоматические линии и координатно-измерительные машины, а также транспортное оборудование, многоцелевые станки с числовым программным управлением (ЧПУ)и др. Разнообразие технологического оборудования не позволяет охватить все его виды в одном учебнике, поэтому здесь будет рас-

смотрено оборудование, которое в первую очередь необходимо изучить технологам, — металлорежущие станки с ручным и программным управлением, многоцелевые и агрегатные станки, роботизированные технологические комплексы.

За последние 80 лет металлорежущие станки претерпели большие изменения. Зародившись в далекую эпоху, когда человек начал механизировать обработку камня и кости на примитивных токарных станках, они превратились в автономно работающий комплекс, управляемый системами ЧПУ и ЭВМ. В начале ХVIII в. в Европе появились первые станки, изготовленные из металла, причем работающий на нем человек приводил во

вращение шпиндель с помощью ножной педали через ременную передачу.

С развитием техники ручной и ножной привода главного движения были заменены электромашинным, гидравлическим и др. Через цех под потолком проходил длинный вал (трансмиссия), от которого через ременные передачи передавалось вращение всем станкам, находящимся в цехе. Шпиндель станка имел несколько ступеней вращения, так как на нем были закреплены шкивы разных диаметров.

Классификация металлорежущих станков представлена в таблице 1.

Нумерация станков.

По виду выполняемых работ металлорежущие станки (в соответствии с классификацией ЭНИМСа) распределены по девяти группам, каждая из которых подразделяется на девять типов, объединенных общими технологическими признаками и конструктивными особенностями (табл. 1.1)

Моделям станков, выпускаемых серийно, присваивают цифровое или цифробуквенное обозначение. Как правило, обозначение состоит из трех-четырех цифр и одной-двух букв.

Первая цифра — это номер группы, к которой относится станок, вторая — номер типа станка, третья и четвертая характеризуют один из главных параметров станка или обрабатываемой на нем детали (например, высоту центров, диаметр прутка, размеры стола и т. п.). Буква после первой или второй цифры указывает, что станок модернизирован, буква, стоящая после цифр, обозначает модификацию (видоизменение) базовой модели станка.

Например, модель 7А36 означает: 7 — строгально-протяжная группа, 3 — поперечно-строгальный, 6 — максимальная длина обрабатываемой детали 600 мм, буква А указывает на модернизацию станкабазовой модели 736

Например, модель 7А36 означает: 7 — строгально-протяжная группа, 3 — поперечно-строгальный, 6 — максимальная длина обрабатываемой детали 600 мм, буква А указывает на модернизацию станкабазовой модели 736

Если буква стоит в конце обозначения модели, то она указывает на класс точности станка, например 16К20П — это станок повышенного класса точности; нормальный класс точности в наименовании модели не указывается.

 Обозначений моделей станков с ЧПУ.В моделях станков с ЧПУ последние два знака — буква Ф с цифрой (1 — станок с цифровой индикацией и предварительным набором координат; 2 — с позиционной системой управления; 3 — с контурной системой управления; 4 — с комбинированной системой управления для позиционной и контурной обработки).

Например, зубофрезерный полуавтомат с комбинированной системой ЧПУ — модель 53А20Ф4, вертикально-фрезерный станок с крестовым столом и устройством цифровой индикации — модель 6560Ф1.

В конце обозначения модели станков с цикловыми системами управления ставят букву Ц, а с оперативной системой управления — букву Т. Например: токарный многорезцово-копировальный полуавтомат с цикловым программным управлением — модель 1713Ц; токарный станок с оперативной системой управления —модель 16К20Т1.

Наличие в станке инструментального магазина отображается в обозначении модели буквой М; например, сверлильный станок с позиционной системой программного управления повышенной точности с инструментальным магазином — модель 2350ПМФ2.

Станки также условно разделяют на классы точности — нормальной, по- вышенной, высокой, особо высокой и особо точные станки. Класс точности обо- значают соответственно буквами Н, П, В, А, С. Таким образом, обозначение то- карно-винторезного станка модели 16К20П следует расшифровать так: токарно- винторезный станок (первые две цифры) с высотой центров (половина наиболь- шего диаметра обработки) 200 мм, повышенной точности (П) и очередной моди- фикации (К). При обозначении станков с числовым программным управлением (ЧПУ) добавляют еще буквы и цифры, например, 16К20ПФЗ (ФЗ — числовое управление тремя координатными движениями).

Контрольные вопросы:

1. Что понимается под технологическим оборудованием?

2. Какое  технологическое оборудование эксплуатируется на машиностроительном предприятии?

3. Что представляет собой металлорежущий станок?

4. На какие основные группы классифицируются станки?

5.  Для чего предназначены универсальные станки?

6. Что представляет собой автомат?

7.  На  сколько групп распределены металлорежущие станки по виду выполняемых работ?

8. Как нумеруются металлорежущие станки?

9. Как обозначаются модели станков с ЧПУ?

10. . Как станки разделяют на классы точности?

Практическое занятие №1 Нумерация станков.

Тема 1.2.. Классификация движения металлообрабатывающих станков.

Виды движения в м/р станках.

Для получения на металлорежущем станке детали требуемых формы и размеров рабочим органам станка необходимо сообщить определенный, иногда довольно сложный комплекс согласованных друг с другом движений. Эти движения можно подразделить на основные (рабочие) и вспомогательные. К основным движениям относят главное движение резания или, иначе, главное движение и движение подачи.

Вспомогательные движения необходимы для подготовки процесса резания, обеспечения последовательной обработки нескольких поверхностей на одной заготовке или одинаковых поверхностей на различных заготовках. К вспомогательным относят движения:

а) для наладки станка на заданные режимы резания;

б) для наладки станка в соответствии с размерами и конфигурацией заготовки;

в) управления станком в процессе работы;

г) соответствующих рабочих органов для подачи и зажима прутка или штучных заготовок;

д) для закрепления и освобождения рабочих органов станка.

Вспомогательные движения можно выполнять как автоматически, так и вручную. В станках-автоматах все вспомогательные движения автоматизированы, их выполняют механизмы станка в определенные моменты времени в соответствии с технологическим процессом обработки детали.

Главное движение резания (Dг) — прямолинейное поступательное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью в процессе резания. Главное движение может входить в состав сложного формообразующего движения (например, при точении резьбы). Скорость главного движения (v) — скорость перемещения рассматриваемой точки режущей кромки инструмента или заготовки, участвующих в главном движении. У станков токарной группы главным движением является вращение заготовки; у фрезерных, шлифовальных и сверлильных — вращение инструмента; у долбежных, протяжных, части зубообрабатывающих и некоторых других — возвратно-поступательное движение инструмента; у продольно-строгальных станков — возвратно-поступательное движение заготовки и т. д.

В некоторых станках главное движение получается в результате одновременного вращения заготовки и инструмента (например, при сверлении отверстий малого диаметра на токарных многошпиндельных автоматах).

Движение подачи (Ds) - прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения, предназначенное для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. Движение подачи может быть непрерывным или прерывистым. Прерывистое движение подачи может входить в состав сложного формообразующего движения, например при шлифовании резьбы. В зависимости от направления различают движения подачи: продольное, поперечное и др.

Скорость движения подачи (vs) — это скорость рассматриваемой точки режущей кромки в движении подачи. Подача (S) — отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой режущей кромки или заготовки вдоль траектории этой точки в движении подачи, к соответствующему числу циклов или определенных долей цикла другого движения во время резания. Под циклом движения понимают полный оборот, ход или двойной ход режущего инструмента или заготовки. Долей цикла является часть оборота, соответствующая угловому шагу зубьев режущего инструмента. Под ходом понимают движение в одну сторону при возвратно-поступательном движении. У токарных, фрезерных, сверлильных и других станков движение подачи является непрерывным. Прерывистым оно бывает, например, у продольно-строгальных станков. Примером сложного движения подачи может служить движение подачи в зубофрезерном станке при нарезании косозубого цилиндрического колеса. У круглошлифовальных станков несколько движений подачи: вращательное движение заготовки, продольное осевое перемещение заготовки или шлифовального круга и, наконец, поперечное движение шлифовального круга. В протяжных станках движение подачи отсутствует.

Движение деления.    

Движение деления предназначается для переноса движения формообразования в другую зону заготовки при обработке детали с повторяющимися по форме поверхностями и обозначается буквой Д.

Например, последовательное затылование зубьев червячной фрезы, будет движением деления Д.

Движение обката.

Движение обката — это согласованное движение между инструментом и заготовкой, имеющее при формообразовании необходимое последовательное положение. Это движение используется преимущественно при нарезании зубчатых колес методом обката на зубофрезерных или зубодолбежных станках.

Дифференциальное движение.

Дифференциальное движение алгебраически добавляется к какому-либо движению инструмента или заготовки. Для суммирования движений применяют дифференциальные механизмы. Дифференциальные движения применяют в затыловочных, зубофрезерных и других станках.

Управление станками.

Под управлением станком понимают совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающих выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления — устройство или совокупность устройств, реализующих эти воздействия.

Цикл работы станка — это совокупность всех движений, необходимых для обработки заготовок и выполняемых в определенной последовательности.

Управление станком может быть ручным или автоматическим. Примером системы ручного управления является многорукояточное устройство, в котором для перемещения каждого блока зубчатых колес предусмотрена рукоятка. Ручное управление может быть селективным (избирательным), преселективным (с предварительным набором скоростей) и дистанционным (кнопочным).

Автоматическое управление подразделяется на: кулачковое; с помощью регулируемых упоров; программное и адаптивное.

По виду различают цикловое и числовое программное управление.

Контрольные вопросы:

1. Какие виды движения можно выделить в м/р станках?

2. Какие  движения в м/р станках относят к вспомогательным?

3. Что представляет собой главное движение резания?

4. Что представляет собой движение подачи?

5. Что представляет собой скорость движения подачи и подача?

6. Что представляет собой движение деления?

7. Что представляет собой движение обката?

8. На каких станках необходимы дифференциальные движения?

9. Что понимают под управлением станками?

10. Что представляет собой цикл работы станка?

Раздел 2. Типовые механизмы металлообрабатывающих станков.

Тема 2.1. Кинематические  схемы м/р станков.

Зубчатые передачи

Зубчатые передачи получили наибольшее распространение в машиностроении благодаря следующим достоинствам:

а) практически неограниченной передаваемой мощности,

б) малым габаритам и весу,

в) стабильному передаточному отношению,

г) высокому КПД, который составляет в среднем 0,97 - 0,98.

Недостатком зубчатых передач является шум в работе на высоких скоростях, который однако может быть снижен при применении зубьев соответствующей геометрической формы и улучшении качества обработки профилей зубьев.

При высоких угловых скоростях вращения рекомендуется применять косозубые шестерни, в которых зубья входят о зацепление плавно,  что и обеспечивает относительно бесшумную работу. Недостатком косозубых шестерен является наличие осевых усилий,  которые дополнительно нагружают подшипники. Этот недостаток можно устранить, применив сдвоенные шестерни с равнонаправленными спиралями зубьев или шевронные шестерни. Последние, ввиду высокой стоимости и трудности изготовления применяются сравнительно редко - обычно лишь для уникальных передач большой мощности. При малых угловых скоростях вращения применяются конические прямозубые шестерни, а при больших - шестерни с круговым зубом,  которые в настоящее время заменили конические косозубые шестерни, применяемые ранее. Конические гипоидные шестерни тоже имеют круговой зуб, однако оси колес в них смещены,  что создает особенно плавную и бесшумную работу. Передаточное отнесение в зубчатых парах колеблется в широких пределах, однако обычно оно равно 3 - 5.

Червячные передачи

Это передачи со скрещивающимися осями. Отличаются полностью бесшумной работой и большим передаточным отношением в одной паре, которое в среднем составляет 16 - 25. Серьезным недостатком червячных передач, ограничивающим их применение при значительных мощностях, является низкий КПД,  обусловленный большими потерями на трение в зацеплении.  Как следствие низкого КПД - при работе передачи под нагрузкой, выделяется большое количество тепла, которое надо отводить во избежание перегрева. Средние значения КПД первичной передачи составляют 0,7 -0,8.

Цепные передачи

Применяются при передаче вращения между, параллельными удаленными друг от друга валами. В настоящее время получили распространение два типа приводных цепей:

а) цепи втулочно-роликовые (типа Галя),

б) цепи зубчатые из штампованных звеньев (типа Рейнольдса).

Зубчатые цепи, благодаря относительно меньшему шагу, работают более плавно и бесшумно.

Недостатком цепных передач является сравнительно быстрый износ шарниров, способствующий вытяжке цепи и нарушению ее зацепления со звездочкой, а также шумная работа на высоких скоростях вследствие особенностей кинематики цепной передачи.

Ременные передачи

Применяются также для передачи вращения между параллельными удаленными валами. Область распространения этих передач в настоящее время значительно сократилась, однако они еще находят широкое применение в качестве первичного привода от двигателя, а также привода к механизмам, обладающим большим моментом вращающихся масс. При трогании с места и в случае внезапных перегрузок ремни пробуксовывают, спасая механизмы от поломок.

Преимущественное распространение перед плоскими получили плановые ремни, обладающие большей тяговой способностью.

Фрикционные передачи

Фрикционные передачи по форме фрикционных катков могут быть: цилиндрическими, коническими, лобовыми - с внешним и внутренним контактом. Главное достоинство фрикционных передач заключается в возможности создания на их базе фрикционных вариаторов (бесступенчатых коробок передач), а также в бесшумной их работе при высоких скоростях.

Типы передач для поступательного движения

Реечная зубчатая передача состоит из зубчатого колеса 1 и рейки 2 (рис. 35, а). Передача выполняется с прямыми, косыми и шевронными зубьями и служит для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот. При неподвижной рейке зубчатое колесо катится по рейке, т. е. совершает вращательное и поступательное движения. Такие передачи применяются в механизмах основных движений и вспомогательных перемещений; например, в механизмах продольной подачи суппорта токарных станков, в сверлильных станках для перемещения шпинделя и в других стайках. Они имеют довольно высокий КПД. Большие зубчатые колеса изготовляют из серого чугуна марок СЧ20—СЧЗО, а рейки из стали 45. Скорость (мм/мин) поступательного движения зубчатого колеса определяется из уравнения:

υ = nπmz.

Перемещение рейки за один оборот червяка s = πmk. Перемещение рейки за один оборот колеса в паре колесо—рейка s = πmz.

В этих уравнениях: k — число заходов червяка; n — частота вращения, об/мин; m — модуль, мм; z — число зубьев колеса.

Червячно-реечные передачи содержат червяк 1 и рейку 2 (рис. 35, б). Ведущим элементом может быть только червяк 1. Червячно-реечная передача обеспечивает большую плавность при передаче движений, обладает большой жесткостью, широко применяется в продольно-строгальных, тяжелых фрезерных и горизонтально-расточных станках. Конструкция червяк—зубчатая рейка имеет точечный контакт и применяется для вспомогательных движений. При расположении червяка и червячной рейки под углом к оси рейки или параллельном расположении осей узел можно использовать в основных движениях станков. Червяки изготовляют из сталей 15Х, 20Х с цементацией и закалкой, а рейки — из антифрикционного чугуна. Червяки рекомендуется полировать, так как это повышает работоспособность передачи.

Для устранения вредного влияния зазоров в ответственных зубчатых передачах (например, в передаче, связывающей реечное зубчатое колесо с датчиком) применяют пружинные компенсаторы (рис. 35, в). Такое зубчатое колесо состоит из двух дисков 2 и 3 с зубчатыми венцами. Диск 2 сидит на ступице диска 3 и удерживается от осевого смещения стопорным кольцом 1. Под действием пружины 4 диск 2 стремится повернуться относительно диска 3. В результате этого зазор между зубьями ведомого и составного колес полностью устраняется.

Червячно-реечная передача с гидростатической смазкой применяется в приводах подач и приводах установочных перемещений при длине хода подвижных узлов свыше 3 м. Передача содержит червячную рейку, зацепляющийся с ней цилиндрический червяк, на витках которого в зоне зацепления выполнены карманы, которые сообщаются, например, с гидростатическими упорными подшипниками. Передача может работать на скоростях до 6 м/мин. Аналогично выполняются гидростатические передачи винт— гайка.

Передачи винт-гайка с трением скольжения служат, как и реечные, для преобразования вращательного движения в поступательное. Основными элементами винтовой передачи являются ходовой винт 1, и гайка 2 (рис. 36, а).

Винтовые передачи применяют в механизмах подач и вспомогательных механизмах станков. Ходовые винты и гайки станков обычно имеют трапецеидальную однозаходную или двухзаходную резьбу. Низкий КПД ограничивает применение этих передач в приводах главного движения. Точность перемещений рабочего органа зависит от точности изготовления винта и гайки, а также от точности сборки. Ходовые винты изготовляют из качественных сталей, а гайки из антифрикционных сплавов — бронз и чугунов.

Для устранения зазора применяют регулируемые гайки. Конструкция гайки (рис. 36, б) содержит неподвижную 3 и регулируемую часть 2. В осевом направлении с помощью гайки 1 прижимают витки гайки 2 к виткам винта и устраняют зазор. Второй вариант регулируемой гайки 1 показан на рис. 36, в. Подвижную часть 3 гайки смещают с помощью клина 2, который при регулировании перемещается винтом 4. В устройстве с упругим регулированием (рис. 36, г) тарельчатые пружины 2 смещают подвижную часть гайки 1 относительно неподвижной 3 Недостатком упругого регулирования является увеличение нагрузки на витки винта.

В токарно-винторезных станках применяют раздвижную гайку (маточную) (рис. 36, д). Гайка состоит из двух частей 1 и 2, которые перемещают по направляющим 4 с помощью рукоятки 6, диска 5 и штифтов 3. Когда гайка открыта (как показано на рисунке), витки гайки расцепляются с витками винта, и рабочий орган может беспрепятственно перемещаться. Такая конструкция гайки необходима для обеспечения раздельного привода от винтовой и реечной пары. На рис. 37 представлены схемы некоторых вариантов выполнения винтовых пар.

Кривошипные механизмы. Кривошипно-шатунный механизм (рис. 38, а) при равномерном вращательном движении кривошипа 01А обеспечивает прямолинейное возвратно-поступательное движение ползуна В с переменной скоростью.

Двойной кривошипно-реечный механизм (рис. 38, б) применяется на зубодолбежном станке 5А14 для сообщения возвратно-поступательного движения штосселю с долбяком. При вращении кривошипа КП шатун-рейка приводит в возвратно-вращательное движение реечное зубчатое колесо z1 вал II и зубчатое колесо z2. Колесо z2 возвратно-вращательным движением сообщает прямолинейное возвратно-поступательное движение рабочему органу р0.

Кулисные механизмы (рис. 38, в, г) встречаются в приводах главного движения долбежных и поперечно-строгальных станков; они. могут быть с качающейся или вращающейся кулисой.

Скорость ползуна кривошипно-кулисных механизмов — величина переменная, но при расчетах используют среднюю скорость рабочего хода и коэффициент увеличения скорости. Частота движения ползуна (дв. ход/мин) при заданной скорости рабочего хода и длине хода определяется из уравнения:

При вращении кривошипа 01A кулисного механизма (рис. 38, в) кулиса Ка совершает качательное (возвратно-вращательное) движение и через шатун ВС сообщает рабочему органу Р0 прямолинейное возвратно-поступательное движение. Изменяя длину кривошипа, 01A регулирует длину хода. В кулисном механизме с вращающейся кулисой (рис. 31, а) палец кривошипа КП1 входит в радиальный паз вращающейся кулисы КВ, закрепленной на валу II. Кривошип КП2 посредством шатуна соединен с рабочим органом. При равномерном вращении вала I вследствие смещения осей валов I и II вал II получает неравномерное вращение, что обеспечивает более равномерную скорость движения рабочего органа Р0 на заданном участке его пути.

Кинематическая структура станков

Виды схем

•            Принципиальная кинематическая схема  — это такая схема, на которой показана последовательность передачи движения от двигателя через передаточный механизм к рабочим органам машины (например, шпинделю станка, режущему инструменту, ведущим колёсам автомобиля и др.) и их взаимосвязь.

1.       Классификация движений в станках

Все движения в станках, в том числе и формообразующие, называются ис- полнительными. По целевому признаку их можно разделить на движения: формо- образования Ф, установочные Уст, деления Д, управления Упр, вспомогательные Всп (определение формообразующих движений дано выше).

Установочными называют движения заготовки и инструмента, необходи- мые для перемещения их в такое относительное положение, при котором стано- вится возможным с помощью формообразующих движений получать поверхности требуемого размера. Примером установочного движения является поперечное движение Уст (П) резца для установления его в положение, позволяющее полу- чить круговой цилиндр требуемого диаметра D (рисунок 14, б). Иногда устано- вочное движение, при котором отсутствует резание, называют наладочным.

Если при установочном движении происходит резание материала, то такое движение называют движением врезания (обозначается Вр). Например, попереч- ное перемещение резца для образования канавки требуемого диаметра а (рисунок 14, в) будет движением врезания Вр (П). Иногда движение врезания по своей структуре может совпадать с движением формообразования или осуществляться одновременно с ним.

Делительными называют движения, необходимые для обеспечения равно- мерного расположения на заготовке одинаковых образуемых поверхностей. На- пример, при нарезании двухзаходной резьбы фасонным резцом после нарезания одной винтовой канавки требуется повернуть заготовку на 180° для нарезания второй винтовой канавки. Поворот заготовки на 180° и будет делительным дви- жением. Движением деления будет также движение Д (В) поворота дисковой фре- зы на угол а при затыловании ее зубьев (рисунок 14, г).

Делительные движения могут быть периодическими или непрерывными, что зависит в основном от конструкции режущего инструмента. Непрерывные де- лительные движения по своей структуре совпадают с одним из формообразующих движений, которое выполняет одновременно процессы формообразования и деле- ния.

К вспомогательным движениям относятся движения, обеспечивающие ус- тановку, зажим, освобождение, транспортирование, быстрое перемещение заго- товки и режущего инструмента в зону резания, охлаждение, смазывание, удаление стружки, правку инструмента и т. п.

К движениям управления относят те, которые совершают органы управле- ния, регулирования и координирования всех других исполнительных движений станка. К таким органам относятся муфты, реверсирующие устройства, кулачки, ограничители хода и др.

Определяющую роль в формировании кинематической структуры станка играют движения формообразования, установочные (врезания) и деления.

Любое исполнительное движение в станке можно охарактеризовать пятью пространственными параметрами: траекторией, скоростью, направлением, путем и исходной точкой. Наиболее важными параметрами любого движения являются траектория и скорость.

В зависимости от характера исполнительного движения, формы его траек- тории, схемы резания, вида и конструкции режущего инструмента движение тео- ретически можно настраивать по двум, трем, четырем или пяти параметрам. Наи- большее число параметров настройки может потребоваться лишь сложному дви- жению с незамкнутой траекторией. По четырем параметрам (за исключением на- стройки на траекторию) осуществляется настройка простого движения с незамк- нутой траекторией, по трем параметрам (на траекторию, скорость и направление)

— сложное движение с замкнутой траекторией.

ГОСТ 2.770-68 (СТ СЭВ 2519-80) устанавливает условные графические обозначения элементов машин и механизмов, а также характера и направления движения в схемах, изображенных в ортогональных проекциях, выполняемых во всех отраслях промышленности. Обозначения общего применения по ГОСТ 2.721-74.

Таблица 2

Правила выполнения кинематических схем.

Корпусные части составляющей единицы (машины или механизма) не показывают совсем или наносят их контур сплошными тонкими линиями. Пространственные кинематические механизмы изображают обычно в виде развёрнутых схем в ортогональных проекциях. Их получают путём размещения всех осей в одной плоскости. Такие схемы позволяют прояснить последовательность передачи движения, но не показывают действительного расположения деталей механизма. Кинематические схемы допускается выполнять в аксонометрии.

Все детали (звенья) на кинематических схемах изображают условно в виде графических символов (ГОСТ 2.770-68 (2000)), которые лишь раскрывают принцип их работы. Соединения смежных звеньев, которое допускает их относительное движение, называют кинематической парой. Наиболее распространённые кинематические пары: шарнир, ползун и направляющая, винт и гайка, шаровой шарнир. Допускается использовать нестандартные условные графические обозначения, но с соответствующими пояснениями на схеме. На кинематической схеме разрешается изображать отдельные элементы схем других видов, которые непосредственно влияют на их работу (например, электрические или гидравлические).

Кроме условных графических обозначений, на кинематических схемах дают указания в виде надписей, поясняющих изображённый элемент. Например, указывают тип и характеристику двигателя, диаметры шкивов, модуль и число зубьев зубчатых колёс и др. Взаимное расположение звеньев на кинематической схеме должно соответствовать начальному, среднему или рабочему положению исполнительных органов механизма или машины. Если звено при работе изделия меняет своё положение, то на схеме допускается указывать его крайние положения тонкими штрихпунктирными линиями. На кинематической схеме звеньям присваивают номера в порядке передачи движения, начиная от двигателя. Валы номеруют римскими цифрами, остальные элементы — арабскими. Порядковый номер элемента проставляют на полочке выносной линии. Под полочкой указывают основные характеристики и параметрыкинематического звена.

На кинематических схемах валы, оси, стержни изображают сплошными основными линиями; зубчатые колёса, червяки, звёздочки, шкивы, кулачки — сплошными тонкими линиями.

2.       Кинематическая  группа

Каждое исполнительное движение в станках осуществляется кинематиче- ской группой, представляющей собой совокупность источника движения, испол- нительного органа (органов), кинематических связей и органов настроек, обеспе- чивающих требуемые параметры движения. Название кинематической группы аналогично названию создаваемого ею исполнительного движения. Например, группу, создающую формообразующее движение, называют формообразующей группой и т. п.

Структура кинематической группы может быть разнообразной и зависит от характера осуществляемого движения, числа исполнительных органов, потребно- сти регулирования параметров движения.

Под исполнительными органами понимают подвижные конечные звенья кинематической группы, непосредственно участвующие в образовании траекто- рии исполнительного движения. Исполнительные органы, осуществляющие абсо- лютное или относительное движение заготовки или режущего инструмента в про- цессе формообразования, называют рабочими. Например, рабочими органами яв- ляются такие звенья станка, как стол, шпиндель, суппорт, ползун и т. п.

В большинстве случаев исполнительные органы совершают вращательное или прямолинейное движение, т. е. являются подвижными звеньями вращатель- ной или поступательной исполнительной кинематической пары (рисунок 1).

а — вращательная; б — поступательная Рисунок 1 - Исполнительные кинематические пары

В зависимости от числа исполнительных органов кинематические группы делятся на простые и сложные. Простые группы имеют один исполнительный ор- ган, а сложные — два и более исполнительных органов.

Любая кинематическая группа включает в себя два качественно различных вида кинематической связи — внутреннюю и внешнюю.

Под кинематической связью в станках понимают такую связь между звень- ями или исполнительными органами станка, которая накладывает условия ограничения, не позволяющие занимать произвольные положения в пространстве относительно друг друга и иметь произвольные скорости.

Под внутренней кинематической связью группы понимают совокупность кинематических звеньев и их соединений, обеспечивающих качественную харак- теристику движения, т. е. его траекторию. Внутренняя кинематическая связь группы в станках реализуется разными путями в зависимости от характера испол- нительного движения, числа исполнительных органов в группе, требуемой точно- сти образуемой производящей линии (траектории движения) и других факторов. Например, в простых кинематических группах она осуществляется соединением двух соприкасающихся звеньев исполнительной группы, одним из которых явля- ется сам исполнительный орган I группы, т. е. шпиндель, стол (рисунок 1, а), ползун (рисунок 1, б) и т. д.

В сложных кинематических группах с двумя и более исполнительными ор- ганами внутренняя кинематическая связь реализуется в виде кинематической це- пи (цепей), связывающей подвижные исполнительные органы группы и обеспечи- вающей строгую функциональную согласованность их перемещений или скоро- стей. Эти цепи называют внутренними или функциональными. Причем кине- матическое соединение исполнительных органов сложной группы может быть как механическим, т. е. цепью механических передач, так и немеханическим, напри- мер, в виде электрической цепи, как в станках с ЧПУ. Необходимое минимальное число внутренних кинематических цепей в сложной группе не должно быть меньше, чем на единицу числа исполнительных органов. Например (рисунок 2, а), группа, обеспечивающая сложное движение (В1В2) и имеющая два исполни- тельных органа I и II, должна содержать в своей структуре, как минимум, одну внутреннюю кинематическую цепь 1—4—2 между исполнительными органами.

Под внешней кинематической связью группы понимают совокупность ки- нематических звеньев и их соединений, обеспечивающих количественные харак- теристики движения, т. е. его скорость, направление, путь и исходную точку. Обычно внешняя кинематическая связь сложной группы реализуется в виде ки- нематической цепи 3—4 между источником движения М и одним из звеньев внут- ренней связи группы. Для простой кинематической группы внешняя кинематиче- ская связь есть цепь 1—2 между источником движения М и исполнительным ор- ганом группы I (рисунок 2,б). Внешняя кинематическая связь предназначена для передачи энергии от источника движения М во внутреннюю связь группы.

На рисунке 16, в показана структурная схема кинематической группы, обес- печивающей исполнительное движение (В1В2П3) и имеющей три исполнительных органа. Для обеспечения функциональной согласованности перемещений или скоростей исполнительных органов I, II, III достаточно двух функциональных

кинематических цепей, например, 1—5—2 и 2—5—3 или другого их сочетания. Внешняя кинематическая связь группы реализуется кинематической цепью 4—5.

Для изменения и регулирования параметров движения в станках используют специальные устройства, которые в общем случае называются органами настрой- ки. Органы настройки таких параметров движения, как траектория, скорость и иногда  путь,  на  структурных  схемах  обозначают  буквой i, а орган настройки  направления  движения  —  знаком  . Заштрихованная часть знака  указывает на фактическое направление передачи движения через орган на- стройки. Органы настройки движения на исходную точку и в большинстве случа- ев на путь в структурных схемах не показывают, так как регулирование этих па- раметров обычно осуществляется вручную.

а — сложной с двумя исполнительными органами; б — простой; в — сложной с тремя исполнительными органами

Рисунок 2 - Структурные схемы кинематических групп:

Органы настройки, регулирующие количественные характеристики движе- ния, т. е. изменяющие скорость, направление, путь и исходную точку, всегда рас- полагают во внешней связи кинематической группы (в цепи между источником движения и внутренней кинематической связью группы).

Органы настройки, регулирующие качественную характеристику движения, т. е. его траекторию, располагают только во внутренней кинематической связи группы. Причем в простых кинематических группах, имеющих один исполни- тельный орган и обеспечивающих вращательное или прямолинейное движение, необходимость в органе настройки на траекторию отсутствует. Это связано с тем, что траектория движения в таких группах неизменна и обеспечивается харак- тером соединения звеньев исполнительной кинематической пары, одним из кото- рых является сам исполнительный орган.

Сложные кинематические группы всегда имеют органы настройки на траек- торию. Таких органов может быть несколько, но не меньше числа внутренних ки- нематических цепей в группе. Например, если группа имеет две внутренние ки- нематические цепи, то органов настройки на траекторию должно быть, как мини- мум, два, т. е. по органу настройки на каждую внутреннюю кинематическую цепь.

3. Кинематические структуры станков и их классификация

Кинематическая структура станка представляет собой совокупность кине-матических групп. Группы могут быть соединены между собой разными способа- ми; их соединение зависит от многих факторов. Наибольшее, влияние на соедине- ние кинематических групп оказывают общность их исполнительных органов и ис- точника движения, а также необходимость координации во времени создаваемых группами движений. Всякое соединение двух кинематических групп осуществля- ется специальными дополнительными устройствами, такими, как суммирующие механизмы, реверсы, муфты и т. д.

Главной и определяющей частью кинематической структуры любого станка является его формообразующая часть, составляющая общее число и характер групп формообразования, а также их кинематическое соединение. По этому при- знаку все многообразие кинематических структур металлорежущих станков мож- но разделить на три класса,

1. Класс элементарных структур Э, к которому относятся станки с кинема- тической структурой, содержащей только простые группы формообразования, т. е. группы, создающие движение Ф(В) и Ф(П).
2. Класс сложных структур С, к которому относятся станки с кинематиче- ской структурой, содержащей только сложные группы формообразования, т. е. группы, создающие движения Ф(В1В2), Ф(В3П4П5) и т. д.
3. Класс комбинированных структур К, к которому относятся станки с ки- нематической структурой, содержащей одновременно и простые и сложные груп- пы формообразования.

Каждый класс содержит определенное число типовых кинематических структур станков, которое можно условно записать буквой с последующими дву- мя цифрами. Буква указывает на класс, первая Цифра — на число формообра- зующих групп, вторая цифра — на суммарное число простых вращательных и прямолинейных движений, составляющих все формообразующие движения стан- ка. Например, запись К24 означает, что станок имеет комбинированную структу- ру, две группы формообразования с четырьмя простыми движениями.

Если учесть, что максимально возможное число групп формообразования в структуре станка равно трем, то можно составить таблицу типовых кинематиче- ских структур всех станков (таблица 3). При составлении и анализе кинематиче- ской структуры станков следует четко представлять себе изделие в целом и те его поверхности, которые должны быть обработаны резанием. Это означает, что об- работанную поверхность необходимо охарактеризовать как в поперечном, так и в продольном сечениях, т. е. установить соответствующие производящие линии, при относительном движении которых может быть образована данная поверх- ность.

Таблица 3 - Кинематические структуры станков

Необходимо также отчетливо представлять себе конструкцию режущего ин- струмента и форму его режущих кромок, а также относительное взаимное поло- жение обрабатываемой заготовки и инструмента в процессе формообразования требуемой поверхности.

Анализ и сопоставление форм производящих линий и режущей кромки ин- струмента, а также учет специфики обработки (фрезерование, шлифование и т. д.) позволяли установить метод образования поверхности, а также количество, ха- рактер и состав движений формообразования, необходимых для реализации вы- бранного метода. Устанавливая методы образования производящих линий, необ- ходимо иметь в виду следующее.

1. если для обработки используют фасонный режущий инструмент (резец, фрезу, шлифовальный круг и т. д.), то первая образующая производящая линия получается методом копирования, вторая производящая линия (направляющая) методом следа или касания.
2. если поверхность фрезеруют или шлифуют при относительном переме- щении заготовки или инструмента, то хотя бы одна из производящих линий обра- зуется методом касания.

В результате анализа схемы резания, расположения обрабатываемых по- верхностей и конструкции инструмента устанавливают потребность в движениях деления и врезания, и если они необходимы, то определяют их характер. После того как определены все движения формообразования, деления и врезания, кото- рые определяют кинематику станка в основном, можно приступать к составлению и анализу структур кинематических групп, обеспечивающих эти движения.

Составление и анализ структур кинематических групп станка проводят по- следовательно от одной к другой в следующем порядке.

1. устанавливают число исполнительных органов; как правило, оно соответ- ствует числу простых движений, образующих исполнительное движение.
2. определяют внутреннюю кинематическую связь группы; для простых

групп - это связь между звеньями кинематической исполнительной пары, а для сложной группы - функциональные цепи (цепь) между исполнительными органами.

3)определяют источник движения и внешнюю кинематическую связь груп-

4)устанавливают число и расположение органов настройки параметров вижения

Контрольные вопросы:

1. Что относится к передачам вращательного движения.

2. Где применяются зубчатые передачи?

3. Что представляют собой червячные передачи?

4. Где применяются ременные передачи?

5. Что относится к передачам поступательного движения?

6. Где применяются реечные передачи?

7. Что относится к передачам вращательного движения?

8. Где применяются зубчатые передачи?

9. Что представляют собой червячные передачи?

10. Где применяются ременные передачи?

11. Что относится к передачам поступательного движения?

12. Где применяются реечные передачи

12. Какие существуют виды схем?

14. Что собой представляет принципиальная кинематическая схема ?

15. Как классифицируются движения в станках?

16. Какие выделяются основные условные графические обозначения в схемах?

17. Как обозначаются на схемах движения?

18. Как обозначаются на схемах зубчатые передачи? 

Тема 2.2. Гитары сменных колёс

Коробки подач и скоростей в виде гитар сменных колес

Гитара - узел станка, предназначенный для изменения скорости подач. Гитары сменных колес дают возможность настраивать подачу с любой степенью точности.

Сменные зубчатые колеса применяют для изменения передаточных отношений различных кинематических цепей. Устройства со сменными зубчатыми колесами называют гитарами. В зависимости от числа пар сменных колес, устанавливаемых в гитаре, различают однопарные, двухпарные и трехпарные гитары. Колеса устанавливают на концы валов, оси которых неподвижны в пространстве или могут переставляться. Использование гитар с переставным валом или осью дает возможность подбирать сменные зубчатые колеса независимо от межосевого расстояния (в определенных пределах). При этом количество колес с различными числами зубьев, которые можно установить в гитаре, возрастает, точность подбора требуемого передаточного отношения повышается.

а, в, с, d - числа зубьев сменных колес.

Для правильного подбора сменных колес необходимо выполнить условие сцепляемости.

а + в>с + 22 - должны выполняться

с + d > в + 22 одновременно.

Каждую гитару снабжают определенным комплектом сменных зубчатых колес.

Сменные колеса подбирают различными способами. Самый простои способ разложение на множители.

Условие сцепляемости выполнено

Реверсивные механизмы.Служат для изменения направления движения. Они имеют различные конструкции.

 Однопарные гитары

Рис. 3. Схема однопарной гитары

Числа зубьев колес 1 и 2 однопарной гитары определяются из уравнений:

 (1)

 (2)

где:

а - делительное межосевое расстояние, мм; m - модуль, мм.

При конструировании однопарных гитар суммарное число зубьев zc обычно устанавливают из ряда 60, 72, 90, 120. Так как число неизвестных z1 и z2 равно числу уравнений, то искомые числа зубьев однозначно определяются из этих уравнений. Числа зубьев колес могут быть только целыми числами. Однако при решении указанных уравнений в зависимости от величины i21 и zc величины z1 и z2 могут быть получены в виде целых или смешанных чисел. Последние округляют до целых чисел. Поэтому получить точно заданное передаточное отношение при использовании однопарной гитары в большинстве случаев затруднительно.

Пример 1. Определить числа зубьев сменных колес однопарной гитары с zc=72 при i21= 1/3.

Из уравнений:

 и 

получаем: и, а

Проверка: 

В данном случае числа зубьев z1 и z2 получены в виде целых чисел, так как величина zс = 72 делится без остатка на сумму числителя и знаменателя (1+3) требуемого передаточного отношения.

Пример 2. Определить числа зубьев сменных колес однопарной гитары при zc=72 и i21= 0,329.

Из уравнений: и

получаем: и, а

Принимаем: z1 = 18 и z2 = 54

Проверка: 

Подобранными колесами заданное передаточное отношение воспроизводится приближенно.

Однопарные гитары применяются, когда число необходимых передаточных отношений невелико и когда к точности осуществления заданного передаточного отношения не предъявляется высоких требований. Они используются в приводах главного движения станков-автоматов, полуавтоматов и специальных станков, а также в приводах подачи некоторых станков, например, зубофрезерных.

 Двухпарные гитары с переставным валом

Рис. 4. Схема двухпарной гитары сменных зубчатых колес

Двухпарная гитара содержит сменные колеса a, b, c, d, устанавливаемые на концы валов I, II и III. Средний вал II- переставной и закрепляется в пазу приклона 1. Приклон может поворачиваться относительно вала III. Путем перемещения вала II по приклону и поворотом приклона достигается сцепление подобранных сменных колес. Таким образом, делительные межосевые расстояния aI-II и aII-III переменны.

Передаточное отношение зубчатых колес гитары равно:

 (3)

где: a, b, c, d - числа зубьев сменных колес.

Так как уравнение (3) содержит четыре неизвестных величины a, b, c, d, то решить его можно только задав значения трех неизвестных величин. Обычно для решения этого уравнения используют специальные методы подбора, рассматриваемые ниже.

Величина передаточного отношения для одной пары сменных зубчатых колес ограничивается условием:

Условие сцепляемости. Подобранные числа зубьев колес должны быть такими, чтобы колесо b не касалось вала III, а колесо с не касалось вала I. Диаметр валов гитары обычно равен Dв = 13 m, где m - модуль колес, мм.

Математически указанные условия выражаются в виде неравенств:

где: dаc и dаb - диаметры вершин зубьев колес c и b. После сокращений получаем неравенства, выражающие условия сцепляемости:

a+b > c+15 (4)

c+d > b+15 (5)

Подобранные колеса проверяются по этим неравенствам на сцепляемость.

Сумма чисел зубьев каждой пары должна быть достаточно большой (ориентировочно, равна 80 или более) для осуществления нормального зацепления.

У конкретных станков могут быть специальные условия, зависящие от размеров и конструкции гитары, которые необходимо учитывать при подборе колес.

Точность подбора чисел зубьев сменных зубчатых клоес.

Точность подбора чисел зубьев сменных колес определяется требуемой точностью расчетных перемещений рабочего органа станка и зависит от допускаемых отклонений на положение обрабатываемых поверхностей (допусков на шаг резьбы, допускаемой накопленной погрешности шага резьбы, зубьев и т.п.).

Различают абсолютную погрешность передаточного отношения сменных зубчатых колес Δ, равную:

 (6)

а, также относительную погрешность, равную:

 (7)

Здесь i и i′ - требуемое и подобранное передаточные отношения.

Согласно работе [1] для станков нормальной точности рекомендуется подбирать колеса таким образом, чтобы абсолютная погрешность передаточного отношения была не более ± 0,00002.

Пример 3. Определить накопленную погрешность шага нарезаемой резьбы на токарно-винторезном станке, если уравнением кинематической цепи подачи этого станка является выражение:

где:

tр- шаг нарезаемой резьбы, tхв - шаг ходового винта, i - передаточное отношение кинематической цепи подачи, включающей сменные зубчатые колеса.

Если величина передаточного отношения подобрана приближенно и равна i′,

то шаг нарезаемой резьбы будет равен:

Относительная погрешность шага нарезаемой резьбы будет равна:

Накопленная погрешность шага нарезаемой резьбы на длине L будет равна:

где: z - число шагов на длине L, (tр′- tр) - погрешность одного шага.

Необходимо учитывать, что погрешности шага резьб возникают не только вследствие неточного подбора передаточных отношений передач, а являются также результатом кинематических погрешностей отдельных передач, накопленной погрешности шага и других ошибок ходового винта станка.

Методы подбора числа зубьев  колес  гитары

Подбор сменных зубчатых колес.

Для подбора сменных колес искомое передаточное отношение выражается в виде десятичной дроби с числом знаков соответственно требуемой точности. В «Основных таблицах» для подбора зубчатых колес (стр. 16—400) находим колонку с заголовком, содержащим первые три цифры передаточного отношения; по остальным цифрам находим строку, на которой указаны числа зубьев ведущих и ведомых колес.

Пример.

Требуется подобрать сменные колеса гитары для передаточного отношения 0,2475586. Сначала находим колонку с заголовком 0,247—0000, а под ним ближайшее значение к последующим десятичным знакам искомого передаточного отношения (5586). В таблице находим число 5595, соответствующее набору сменных колес (23*43) : (47*85). Окончательно получаем:

i = (23*43)/(47*85) = 0,2475595. (1)

Относительная погрешность сравнительно с заданным передаточным отношением :

δ = (0,2475595 — 0,2475586) : 0,247 = 0,0000037.

Строго подчеркиваем: во избежание влияния возможной опечатки нужно обязательно проверить полученное соотношение (1) на калькуляторе. В тех случаях, когда передаточное отношение больше единицы, необходимо выразить его обратную величину в виде десятичной дроби, по найденному значению в таблицах отыскать числа зубьев ведущих и ведомых сменных колес и поменять ведущие и ведомые колеса местами.

Пример.

Требуется подобрать сменные колеса гитары для передаточного отношения i = 1,602225. Находим обратную величину 1:i = 0,6241327. В таблицах для ближайшего значения 0,6241218 находим набор сменных колес: (41*65) : (61*70). Учитывая, что решение найдено для обратной величины передаточного отношения, меняем местами ведущие и ведомые колеса:

i = (61*70)/(41*65) = 1,602251

Относительная погрешность подбора

δ = (1,602251 — 1,602225) : 1,602 = 0,000016.

Обычно требуется подбирать колеса для передаточных отношений, выраженных с точностью до шестого, пятого, а в отдельных случаях и до четвертого десятичного знака. Тогда семизначные числа, приведенные в таблицах, можно округлять с точностью до соответствующего десятичного знака. Если имеющийся комплект колес отличается от нормального (см. стр. 15), то, например, при настройке цепей дифференциала или обкатки можно выбрать подходящую комбинацию из ряда соседних значений с погрешностью, удовлетворяющей условиям, изложенным на стр. 7—9. При этом некоторые числа зубьев можно заменять. Так, если число зубьев комплекта не свыше 80, то

(58*65)/(59*95) = (58*13)/(59*19) = (58*52)/(59*76)

«пятковую» комбинацию предварительно преобразуют так:

(25*90)/(70*85) = (5*9)/(7*17)

а затем, по полученным множителям подбирают числа зубьев.

2. Определение допустимой погрешности настройки

Очень важно различать абсолютную и относительную погрешности настройки. Абсолютной погрешностью называют разность между полученным и требуемым передаточными отношениями. Например, требуется иметь передаточное число i = 0,62546, а получено i = 0,62542; абсолютная погрешность будет 0,00004. Относительной погрешностью называют отношение абсолютной погрешности к требуемому передаточному числу. В нашем случае относительная погрешность

δ = 0.00004/0,62546 = 0,000065

Следует подчеркнуть необходимость суждения о точности настройки по относительной погрешности.

Общее правило.

Если какая-либо величина А, получаемая настройкой через данную кинематическую цепь, пропорциональна передаточному отношению i, то при относительной погрешности настройки δ абсолютная погрешность будет Аδ.

Например, если относительная погрешность передаточного отношения δ =0,0001, то при нарезании винта с шагом t отклонение в шаге, зависящее от настройки, будет 0,0001 * t. Та же относительная погрешность при настройке дифференциала зубофрезерного станка даст дополнительное вращение заготовки не на требуемую дугу L, а на дугу с отклонением 0,0001 * L.

Если указан допуск на изделие, то абсолютное отклонение размера вследствие неточности настройки должно составлять только некоторую долю этого допуска. В случае более сложной зависимости какой-либо величины от передаточного отношения полезно прибегать к замене фактических отклонений их дифференциалами.

Настройка цепи дифференциала при обработке винтовых изделий.

Типичной является следующая формула:

i = c*sinβ/(m*n)

где с — постоянная цепи;

β — угол наклона винтовой линии;

m — модуль;

n — число заходов фрезы.

Продифференцировав обе части равенства, получим абсолютную погрешность di передаточного отношения

di = (c*cosβ/m*n)dβ

тогда допустимая относительная погрешность настройки

δ = di/i = dβ/tgβ

Если допустимое отклонение угла винтовой линии dβ выразить не в радианах, а в минутах, то получим

δ = dβ/3440*tgβ (3)

Например, если угол наклона винтовой линии изделия β = 18°, а допустимое отклонение в направлении зуба dβ = 4" = 0',067, то допустимая относительная погрешность настройки

δ = 0,067/3440*tg18 = 0,00006

Наоборот, зная относительную погрешность взятого передаточного отношения, можно по формуле (3) определить допущенную погрешность в угле винтовой линии в минутах. При установлении допустимой относительной погрешности можно в подобных случаях пользоваться тригонометрическими таблицами. Так, в формуле (2) передаточное отношение пропорционально sin β. По тригонометрическим таблицам для взятого числового примера видно, что sin 18° = 0,30902, а разность синусов на 1' составляет 0,00028. Следовательно, относительная погрешность на 1' составляет 0,00028 : 0,30902 = 0,0009. Допустимое отклонение винтовой линии — 0,067, поэтому допустимая погрешность передаточного отношения 0,0009*0,067 = 0,00006, такая же, как и при расчете по формуле (3). Когда оба сопряженных колеса нарезаются на одном станке и по одной настройке цепи дифференциала, то погрешности в направлении линий зубьев допускаются значительно большие, так как у обоих колес отклонения одинаковы и незначительно влияют только на боковой зазор при зацеплении сопряженных колес.

Настройка цепи обкатки при обработке конических колес.

В этом случае формулы настройки выглядят так:

i = p*sinφ/z*cosу или i = z/p*sinφ

где z — число зубьев заготовки;

р — постоянная цепи обкатки;

φ — угол начального конуса;

у — угол ножки зуба.

Пропорциональным передаточному отношению оказывается радиус основной окружности. Исходя из этого, можно установить допустимую относительную погрешность настройки

δ = (Δα)*tgα/3440

где α — угол зацепления;

Δα — допустимое отклонение угла зацепления в минутах.

Настройка при обработке винтовых изделий.

Формула настройки

δ = Δt/t или δ = ΔL/1000

где Δt — отклонение в шаге винта за счет настройки;

ΔL — накопленная погрешность в мм на 1000 мм длины резьбы.

Величина Δt дает абсолютную ошибку шага, а величина ΔL характеризует по существу относительную погрешность.

Настройка с учетом деформации винтов после обработки.

При нарезании метчиков с учетом усадки стали после последующей термической обработки или с учетом деформации винта вследствие нагревания при механической обработке, процент усадки или расширения непосредственно указывает на необходимое относительное отклонение в передаточном отношении сравнительно с тем, какое получилось бы без учета этих факторов. В этом случае относительное отклонение передаточного отношения в плюс или минус является уже не ошибкой, а преднамеренным отклонением.

Настройка делительных цепей. Типичная формула настройки

i = p/z

где р — постоянная;

z — число зубьев или других делений на один оборот заготовки.

Нормальный комплект из 35 колес обеспечивает абсолютно точную настройку до 100 делений, так как в числах зубьев колес содержатся все простые множители до 100. В такой настройке погрешность вообще недопустима, так как она равна:

Δl= пD*B*δ/s

где Δl — отклонение линии зуба на ширине заготовки В в мм;

пD — длина начальной окружности или соответствующей другой окружности изделия в мм;

s — подача вдоль оси заготовки на один ее оборот в мм.

Только в грубых случаях эта погрешность может не играть роли.

Применение гитар.

1. Мальтийский механизм.

Применяется для периодических поворотов рабочих органов станка на требуемый угол.

  При непрерывном вращении кривошипа 1 палец 2 периодически входит в пазы мальтийского диска 3 и поворачивает его на угол α.

 2. Храповый механизм.

Служит для преобразования непрерывного вращательного движения в прерывистое и для поворота на требуемый угол.

При непрерывном вращении кривошипного диска 1 палец 2 сообщает шатуну 3 возвратно-поступательное движение. Шатун поворачивает рычаг 4 влево-вправо. При повороте вправо собачка 5 скользит по зубьям храпового колеса 6. При повороте влево собачка попадает в межзубую впадину и поворачивает храповое колесо на требуемый угол, зависящий от радиуса кривошипного диска.

 3. Кулисный механизм.

Служит для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

При непрерывном вращении кривошипного диска 1 палец 2 сообщает кулисе 3 возвратно-вращательное движение, а кулиса через палец 4 сообщает рабочему органу 5 возвратно-поступательное движение.

Применяется в зубодолбежных станках.

 4. Кривошипно-шатунный механизм.

Служит для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

От вращения кривошипного диска 1 с радиально подвижным пальцем 2 движение через раздвижной шатун 3, качающийся рычаг 4 с зубчатым сектором передается круглой рейке 5, закрепленной на шпинделе 6. За счет радиального перемещения пальца2 можно регулировать ход шпинделя 6, а за счет изменения длины шатуна 3 - крайние положения инструмента, закрепленного в шпинделе.

Применяется в долбежных и поперечно-строгальных станках.

Этот механизм обеспечивает хорошую плавность движения рабочего органа станка, однако имеет неравномерную скорость рабочего хода.

Кулачковые механизмы.

 Служат для преобразования вращательного движения в поступательное.

Применяются в основном на автоматах.

1 - дисковый кулачок

2 -палец

3 - пружина, обеспечивающая постоянный контакт пальца
с рабочей поверхностью кулачка.

Блокировочные механизмы.

Предназначены для предотвращения одновременного включения нескольких механизмов, совместная работа которых недопустима

а)  б) 

           Рисунок, а - нейтральное положение в котором можно включать или рукоятку 1 или рукоятку 2.

Рисунок, б - рукоятка 1 включена, а рукоятка 2 заблокирована

            Предохранительные устройства

Служат для предохранения станка от перегрузок. Они подразделяются на электрические, гидравлические и механические или комбинированные. Особенно широко применяются электрические предохранительные устройства и предохранительные муфты. Из механических предохранительных устройств наибольшее распространение получили срезные штифты и шпонки, падающие червяки.

 Ограничители хода.

 Устанавливаются для того, чтобы движущаяся часть станка не доходила до опасного конечного положения. Салазки 2 при встрече с жестким упором 1 останавливается, и фрикционная муфта 3 начинает буксовать. Так продолжается до тех пор, пока не будет выключен электродвигатель или салазки не будут отведены от упора.

 Тормозные устройства.

Применяются для остановки или замедления движения отдельных механизмов станка.

После выключения станка отдельные механизмы движутся по инерции. Это время называется временем выбега.

Для уменьшения времени выбега на быстроходных валах станков устанавливают различные тормозные устройства.

Торможение может  осуществляться механическими, электрическими и пневматическими средствами.

Основными видами механических тормозов являются ленточные и колодочные тормоза.

Шкив - чугунный, лента - асбестомедная.

При выключении станка лента 2 прижимается к шкиву 1 и за счет силы трения обеспечивается торможение.

 У колодочного тормоза колодки 1 и 6 соединены общей тягой 3, длину которой можно регулировать рейкой 2, устанавливая тем самым необходимый зазор между колодками и шкивом 7 для нерабочего положения. В процессе торможения колодки стягиваются тягой 4 от приводного механизма 5.

Планетарные передачи.

Планетарной называют зубчато-реечную передачу, в которой часть зубчатых колес (сателлитов) перемещается со своими осями относительно центрального колеса вместе с водилом.

Звено, на котором установлены зубчатые колеса с подвижными осями, называется водилом.

Сателлит - это зубчатое колесо с подвижной осью вращения, которое одновременно вращается вокруг своей оси и совершает движение вместе с водилом.

Планетарная передача с цилиндрическими колесами.

М1 и М2 - двигатели

I - центральная ось; II - подвижная ось; III - водило

Z1 и Z4 - центральные колеса

Z2 и Z3 - сателлиты.

При включении М1, Z1 вращает Z2. Z2 обкатывается вокруг Z1 и одновременно с ним Z3 обкатывается вокруг неподвижного Z4, водило получает некоторое количество движений. Если дополнительно включить М2, через червячную передачу начинает вращаться Z4, которое вращает Z3 следовательно водило сообщается дополнительное движение.

Муфты.

Муфты служа для постоянного или периодического соединения двух соосных валов и для передачи при этом вращения от одного вала к другому.

Различают муфты постоянные, служащие для постоянного соединения валов; сцепные, соединяющие и разъединяющие валы во время работы; предохранительные, предотвращающие аварии при внезапном превышении нагрузок; муфты обгона, передающие вращение только в одном направлении.

Постоянные муфты.

Применяют в тех случаях, когда нужно соединить два вала, которые в процессе работы не разъединяются. При этом валы могут быть соединены жестко или с помощью упругих элементов.

 Сцепные муфты

 Применяют для периодического соединения валов, например, в приводе главного движения или приводе подач станков.

В станках часто применяются сцепные кулачковые муфты в виде дисков с торцовыми зубьями-кулачками и зубчатые муфты.

В зависимости от точности изготовления кулачков различают точные и неточные кулачковые муфты. У точных муфт передача крутящего момента осуществляется несколькими кулачками, у неточных - одним кулачком.

Недостаткомсцепных муфт является то, что при больших разностях скоростей вращения ведущего и ведомого элементов, муфты нельзя включить.

 Фрикционные сцепные муфты.

Имеют тоже назначение, что и кулачковые. Фрикционные муфты можно включать при любых разностях скоростей вращения элементов муфты. У них при перегрузках ведомое звено может проскальзывать и тем самым предотвращать аварию. Наличие нескольких поверхностей трения дает возможность передавать значительные крутящие моменты при относительно малых величинах давления на поверхностях трения дисков.

Применяются механические и электрические фрикционные муфты. Из электрических фрикционных муфт большое применение нашли электромагнитные муфты.

Предохранительные муфты.

Предназначены для предохранения механизмов станка от аварий при перегрузках. У муфт (рис. а, б) предохраняющим звеном является штифт 1, сечение которого рассчитывают в зависимости от передаваемого крутящего момента. При перегрузках этот штифт срезается, происходит разрыв соответствующей кинематической цепи и тем самым предотвращает повреждение деталей станка.

Муфта обгона.

Предназначены для передачи крутящего момента при вращении звеньев кинематической цепи в заданном направлении и для разъединения звеньев при вращении в обратном направлении, а также для сообщения валу двух различных движений (медленного - рабочего и быстрого - вспомогательного), которые осуществляются по двум отдельным кинематическим цепям. Муфта обгона позволяет включать цепь быстрого хода, не выключая цепи рабочего движения.

В качестве муфты обгона можно использовать храповые механизмы (рис. а) и муфту роликового типа (рис. б).

Вал 2 вращается от вала 1 через конические колеса Z3/Z4 и храповый механизм (колесо Z4 свободно посажено на валу 2). Если одновременно включить цепь быстрого хода через передачу Z1/Z2, то вал 2 вместе с храповым колесом 4 будет вращаться быстрее зубчатого колесаZ4 и собачка 3 будет проскальзывать.

 Контрольные вопросы:

1. Что представляют собой гитары сменных колес?

2. Какие различают конструкции гитар сменных колес?

3. Как определить число зубьев сменных колес однопарной гитары?

4. Какая конструкция  двухпарной гитары сменных колес?

5. Как определить точность подбора чисел зубьев сменных зубчатых колес?

6. Какие существуют условия сцепляемости сменных колес?

7. Какие габариты должна иметь коробка передач?

8. Какие рекомендации следует учитывать конструктору гитары?

9. Какие рекомендации следует учитывать настройщику гитары?

10. Какой может быть состав комплектов сменных колес в зависимости от области применения?

11. Что необходимо для подбора сменных колес?

12. Как определить допустимую погрешности настройки?

13. Как производится настройка цепи дифференциала при обработке винтовых изделий?

14. Как производится настройка цепи обкатки при обработке конических колес?

15. Как производится настройка при обработке винтовых изделий?

16. Где применяются гитары сменных колес?  

17.  Какой принцип действия мальтийского механизма?

18. Где применяется кулисный механизм?

19. Какой принцип действия кривошипно-шатунного механизма?

20. Где применяются предохранительные и другие устройства?

Практическое занятие №2 Расчет передаточного отношения и чисел зубьев гитары сменных колес.

Список используемой литературы

Основные источники:

1. Вереина Л.И. Технологическое оборудование: учебник для СПО. – Академия, 2018. – 336с. - (электронное издание)
2. Черпаков Б. И. Технологическое оборудование: учебник для студ. учреждений ср. проф. образования.- 6-е изд. – М.: Академия, 2015. - 448с.

Дополнительные источники:

1. Чернов Н.Н. Технологическое оборудование (металлорежущие станки): учеб. пос. /Н.Н. Чернов - Ростов н/Д : Феникс, 2011 г.
2. Локтева С.Е. Станки с программным управлением и промышленные работы. – М.: Машиностроение, 2010 г.
3. Марголит Р.Б. Эксплуатация и наладка станков с программным управлением и промышленных роботов.
4. Кучер А.М. атлас «Металлорежущие станки», «Машиностроение», Ленинград, 1972 г.

Отечественные журналы:

1. «Машиностроитель»
2. «Инструмент. Технология. Оборудование»

Интернет- ресурсы:

1. http://www.metstank.ru/ - Журнал "Металлообработка и станкостроение", в свободном доступе журналы в формате.pdf.
2. http://www.lib-bkm.ru/ - "Библиотека машиностроителя". Для ознакомительного использования доступны ссылки на техническую, учебную и справочную литературу.