ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА №3
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Технологическое оборудование и приспособления»
Тема 1.2 Типовые детали и механизмы металлорежущих станков.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3
Тема «Изучение типовых механизмов, коробок скоростей и подач металлорежущих станков»
Цель: Сформировать представление о типовых механизмах и узлах металлорежущих станков.
Литература:
1.В.А. Гапонкин Обработка резанием, металлорежущий инструмент и станки – М.: Машиностроение, 1990, стр. 100-128
Оборудование: инструкционная карта, справочные таблицы, чертежный инструмент.
1. Общие сведения
Типовые детали и механизмы металлорежущих станков
Ряд основных деталей и механизмов является типовым, так как встречается почти во всех типах металлорежущих станков. Рассмотрим эти типовые детали и механизмы на примере универсального токарного станка (рис. 1). На этом станке можно производить разнообразные работы - обтачивание наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, подрезание торцов и вытачивание наружных и внутренних канавок, изготовление цилиндрических и конических отверстий, нарезание наружной и внутренней резьбы и т. п.
Заготовка закрепляется в патроне 9, а в случае значительной длины может поджиматься центром задней бабки 3, а вместо патрона 9 устанавливается центр. В четырехместном резцедержателе 10 устанавливаются и закрепляются необходимые резцы. Заготовка получает вращательное движение от шпинделя станка, на котором сидит патрон 9 резцу вместе с суппортом 6 сообщается поступательное перемещение (подача) ходовым винтом 7 или ходовым валом 8.
Рисунок 1 - Универсальный токарно-винторезный станок: 1 - станина; 2 - передняя бабка с коробкой скоростей; 3 - задняя бабка; 4 - коробка подач; 5 - фартук; 6 - суппорт; 7 - ходовой винт; 8 - ходовой вал; 9 - патрон; 10 – резцедержатель
Станина 1 (рисунок 1) является одной из самых ответственных частей станка, на которой монтируют все его механизмы. Некоторые из них (передняя бабка 2, коробка подач 4 и др.) прикрепляют к станине наглухо, а другие (задняя бабка 3, фартук 5 с суппортом 6) перемещают по так называемым направляющим станины (тщательно обработанные плоскости или поверхности призматического профиля).
Для обеспечения длительной и высококачественной работы станка его станина должна обладать достаточной прочностью, жесткостью, виброустойчивостью и иметь высокую износостойкость направляющих. Наибольшее распространение имеют литые станины из высококачественного чугуна, но применяют и сварные стальные станины, а также чугунные с прикрепленными стальными направляющими. Для увеличения жесткости станины изготовляют коробчатой формы с внутренними ребрами жесткости, соединяющими продольные стенки станины.
Направляющие станины должны обеспечить прямолинейное перемещение суппорта и задней бабки, для чего они сами должны быть строго прямолинейны и параллельны. Это достигается предварительным строганием или фрезерованием направляющих с последующим окончательным шлифованием или шабрением.
Коробка скоростей токарного станка располагается в передней бабке 2 (рис. 1). Она предназначена для передачи вращательного движения от приводного электродвигателя к шпинделю станка, а также для регулирования его числа оборотов в определенных пределах.
Для ступенчатого регулирования чисел оборотов применяют главным образом два вида коробок скоростей: с передвижными (скользящими) блоками зубчатых колес и со сменными зубчатыми колесами.
Рисунок 2 - Коробки скоростей: а - со скользящими блоками зубчатых колес; б - со сменными зубчатыми колесами: 1 - кожух коробки; 2 и 4 - сменные зубчатые колеса; 3 и 5 - валы; 6 - гайка; 7 - шайба; 8 - шпонка
На рисунке 2, а показана трехваловая коробка скоростей с передвижными блоками зубчатых колес. Валы четырехшлицевые, что обеспечивает хорошее центрирование и плавное скольжение передвижных блоков при переключении скоростей. На валах I и III все зубчатые колеса закреплены жестко. На валу II установлено три двухвенцовых передвижных блока, из которых два соединяются с колесами вала I. Таким образом при одном числе оборотов вала I вал III путем всех возможных сочетаний включений зубчатых колес будет иметь 4×2 = 8 различных чисел оборотов.
Например,
(все передаточные отношения минимальные);
(все передаточные отношения максимальные).
Диапазон регулирования данной коробки
Изменение чисел оборотов у таких коробок производится легко и быстро, чем объясняется их широкое применение в универсальных станках, где приходится часто изменять число оборотов шпинделя.
Более проста и компактна коробка скоростей со сменными зубчатыми колесами (рисунок 2, б). К станку с такой коробкой скоростей прилагается набор сменных зубчатых колес, причем шпинделю станка можно обеспечить столько различных чисел оборотов, сколько сменных зубчатых колес имеется в наборе*. Изменение числа оборотов производится установкой колес с различными числами зубьев на валах 3 и 5.
* (Набор зубчатых колес подбирают таким образом, чтобы при их перестановке получился геометрический ряд чисел оборотов.)
Коробки со сменными зубчатыми колесами применяют в специализированных и специальных станках, где изменение чисел оборотов, а значит и установка соответствующей пары зубчатых колес производится очень редко - при первичной настройке станка на изготовление партии деталей.
Коробки подач предназначены для изменения величины подачи режущих инструментов в токарных, сверлильных и других станках или обрабатываемых заготовок на фрезерных, поперечно-строгальных и других станках. На рисунке 3 показаны наиболее часто встречающиеся схемы коробок подач. Коробку подач с накидным зубчатым колесом (рисунок 3, а) применяют в универсальных станках. На валу I закреплены шпонками зубчатые колеса 1-6. Колесо 10 вместе с обоймой 9, в которой на пальце 7 свободно вращается накидное колесо 8, может скользить вдоль вала II. Величину подачи или шаг нарезаемой резьбы изменяют при зацеплении накидного зубчатого колеса 8 с любым из ведущих колес 1-6 с помощью рукоятки 11, перемещаемой вдоль вала II и фиксируемой в одном из положений А-Е. Такая коробка подач при одной скорости вала I обеспечивает валу II шесть различных скоростей, а следовательно, суппорту станка - шесть различных подач.
Коробку подач со сменными зубчатыми колесами (рисунок 3, б) применяют в специальных ив специализированных станках, а в универсальных станках ее используют в сочетании с коробкой с накидным зубчатым колесом. Такие коробки бывают одно-, двух- и трехпарные (по количеству пар сменных колес).
Изменение величины подачи производится установкой различных сменных зубчатых колес а, b, с, d. Подобрав нужные сменные зубчатые колеса, передвигают палец У, вместе с установленными на нем колесами b и с вдоль паза 2, в гитаре 3 и закрепляют в положении, когда колесо с войдет в зацепление с колесом d. Затем для зацепления колеса b с колесом а поворачивают гитару 3 вокруг оси вала II. В нужном положении гитара закрепляется болтом 4, который, находясь в пазу гитары 3, одновременно является направляющим пальцем. При подборе сменных зубчатых колес следует произвести проверку чисел зубьев по условию сцепляемости, которое имеет следующий вид:
Если условие сцепляемости не выдержано (например а + b
Коробку подач с вытяжной шпонкой (рисунок 3, в) применяют в револьверных и сверлильных станках. На ведущем валу I закреплены на шпонке зубчатые колеса 1-6. Эти колеса входят в зацепление с колесами 8-10 и 12-14, свободно установленными на валу II. Вал II и колеса, установленные на нем, имеют шпоночные канавки. Вытяжная шпонка 15 перемещается вдоль вала II поворотом рукоятки 7 и реечного колеса 17 (рейка 18 круговая, зубья нарезаны на валике). Вал II будет вращаться тем колесом, которое связано с ним вытяжной шпонкой 15. При осевом перемещении шпонки она выводится из шпоночного паза колеса промежуточным кольцом 16, а затем вводится в паз другого колеса плоской пружиной 11. Это предотвращает одновременное включение двух зубчатых колес и дает возможность изменять величину подачи на ходу станка.
Рисунок 3 - Схемы коробок подач: а - с накидным зубчатым колесом; б - со сменными зубчатыми колесами; в - с вытяжной шпонкой; I - ведущий вал; II - ведомый вал
Понятие о бесступенчатом регулировании скорости электрическими и гидравлическими устройствами было дано ранее. Примером механического бесступенчатого регулирования чисел оборотов может служить фрикционный вариатор с тороидными шкивами (рисунок 4). От вала I к валу II движение передается роликами 2, которые прижимаются к тороидным поверхностям шкивов I.
Рисунок 4- Фрикционный вариатор скоростей с тороидными шкивами
При постоянном числе оборотов ведущего вала n1 число оборотов ведомого вала n2 будет плавно изменяться с изменением положения (наклона) роликов 2, так как будет меняться передаточное отношение вариатора i = R1 / R2 (R1 и R2 - соответственно радиусы на ведущем и ведомом шкивах). Приведенный вариатор имеет диапазон регулирования чисел оборотов Rn = 4÷8.
В металлорежущих станках приходится изменять направление движения исполнительных органов станка. Например, у токарного станка необходимо изменять направление вращения шпинделя, а также направление вращения ходового винта или ходового вала для изменения направления подачи суппорта с резцом.
Механизмы, предназначенные для изменения направления движения, называются реверсирующими. Реверсирование можно осуществить электрическими, гидравлическими и механическими устройствами. Электрическое реверсирование производится реверсивными электродвигателями, гидравлическое - различного рода золотниками и пилотами. Механическое реверсирование осуществляется устройствами с цилиндрическими или коническими зубчатыми колесами.
Рисунок 5 - Реверсирующий механизм с зубчатыми колесами: а - с цилиндрическими; б и в - с коническими: z1 и z3 - ведущие; z2 и z4 - ведомые; zn - промежуточное зубчатое колесо
На рисунке 5, а дана схема реверсирующего механизма с цилиндрическими зубчатыми колесами. При включении механизма, как показано на схеме, направления вращения ведущего I и ведомого II валов противоположны. При осевом смещении блока Б вправо ведущее зубчатое колесо z3 передает движение ведомому колесу z4 посредством промежуточного колеса zn. В этом случае передаточное отношение 
Из приведенного уравнения видно, что промежуточное колесо не оказывает влияния на передаточное отношение, а только изменяет направление движения ведомого вала II.
Реверсирующие механизмы с коническими зубчатыми колесами применяют главным образом при передаче движения между взаимно перпендикулярными валами. Такие механизмы могут быть выполнены с передвижными зубчатыми колесами (рисунок 5, б) или с переключающими муфтами - фрикционными или кулачковыми (рисунок 5, в).
При одном направлении движения вала I вал II будет реверсироваться в зависимости от включения ведомых зубчатых колес z2 или z4. Из-за большей жесткости конструкции механизм с кулачковой муфтой имеет более широкое распространение.
Предохранительные механизмы предназначены для исключения аварий в слабых звеньях станка при внезапной перегрузке исполнительного органа. Роль предохранительного механизма заключается в размыкании кинематической цепи при перегрузке, причем ряд механизмов автоматически восстанавливает целостность цепи при снятии нагрузки или при снижении ее до нормальной допускаемой величины.
Рисунок 6 - Предохранительные и блокировочные механизмы: а - шариковая предохранительная муфта; б - муфта со штифтами; в - механизм блокировки ходового винта и ходового вала токарного станка
На рисунке 6, а представлена шариковая предохранительная муфта. От зубчатого колеса 3 движение передается валу I шариками 4 и втулкой 5 с фланцем. Шарики 4 расположены в отверстиях колеса 3 и одновременно входят в отверстия фланца втулки 5. К фланцу шарики прижимаются пружинами 6, которые другим концом упираются в плунжеры 2. Натяжение пружин, а соответственно, и величина передаваемого крутящего момента регулируются поворотом гайки У, перемещающей плунжеры 2. В нужном положении гайка 1 стопорится винтом 7. При перегрузке шарики отжимаются кромками отверстий фланца втулки 5 (пружины 6 сжимаются) и муфта будет проскальзывать (вал I остановится). При восстановлении нормальной нагрузки муфта опять работает как соединительная.
Предохранительную муфту со штифтами, срезающимися при перегрузке (рисунок 6, б), применяют в тех случаях, когда перегрузки случаются редко. В полумуфты 1 и 5 запрессованы закаленные стальные втулки 2 и 4 (несколько штук по окружности муфты). Во втулки вставляются штифты 3, срезающиеся при перегрузке. Если ведущей является полумуфта 5, то вал I остановится, а полумуфта 5 будет вращаться вхолостую. Для восстановления кинематической цепи необходимо остановить станок и заменить срезанные штифты новыми.
Блокировочные механизмы предназначены для исключения возможности включения двух или даже нескольких механизмов, совместная работа которых не предусмотрена, а также для обеспечения определенной последовательности включения механизмов станка. Например, если у станка для системы смазки его частей применяют насос с самостоятельным приводом, то блокируется включение насоса с включением станка, т. е. вначале должен быть включен насос, подающий масло, а затем станок (включение в обратной последовательности невозможно).
На рисунке 6, в дана схема блокировочного механизма, исключающего возможность одновременного включения ходового винта и ходового вала токарно-винторезного станка. В показанном положении рукоятки Р подача суппорта выключена. Установкой рукоятки Р в положение А зубчатыми колесами z1-z4 включается ходовой вал III (зубчатое колесо z1смещается вправо). Установкой рукоятки Р в положение Б включается ходовой винт II.
В качестве предохранительных и блокировочных устройств в станках широко применяют различного рода электрические реле, гидравлические клапаны, а также комбинированные устройства (электромеханические, гидромеханические и др.).
1. Задание
1. По рисунку 1 запишите основные механизмы универсального токарно-винторезного станка.
2. По опорному конспекту составьте схему «Типовые механизмы станков».
3. По опорному конспекту ответьте на контрольные вопросы.
1. Контрольные вопросы
1.Каким требованиям должна отвечать станина станка?
2.Виды коробок скоростей.
3.Назначение коробок подач.
4.Виды коробок подач.
5.Назначение реверсирующих механизмов.
6.Назначение предохранительных механизмов.
7.Назначение блокировочных механизмов.
Вывод: В ходе выполнения практической работы изучили …