Вращение заготовки (цепь обкатки).

При чистовом нарезании зубьев обрабатываемое колесо должно вращаться строго согласованно с вращением производящего колеса, чтобы за время поворота производящего колеса на один зуб (1/z') обрабатываемое колесо также повернулось на один зуб (1/z). Уравнение кинематического баланса цепи обкатки будет:ь

Подставив i_дифф = 1 (корпус дифференциала неподвижен) и получим:

Для более точного подсчета можно пользоваться формулой:

Набор сменных зубчатых колес обкатки приведен в табл. 4.

30. Цепь деления. После окончания обработки одного зуба каретка с изделием при помощи барабана 5 отводится от резцов и производится поворот (деление) заготовки на один или два зуба. Для этого в требуемый момент времени механизм управления через рычаг 3 (см. рис. 6) соединяет зубчатое колесо 61 с корпусом 4 дифференциала, который совершает один оборот, и колесо 61 автоматически отключается.

При черновой прорезке планшайба не должна вращаться. Для этого сменные зубчатые колеса е и f снимаются и заменяются специальным ключом, который допускает вращение вала 8 (см. рис. 6), но удерживает (шпонкой) неподвижный вал зубчатого колеса f, благодаря чему планшайба остается неподвижной. Ключ удерживает также (через ряд зубчатых колес) левое колесо дифференциала в период деления заготовки.

Цепь деления настраивается из условия, что за один оборот корпуса дифференциала сообщает валу 10 два оборота (i_дифф= 2). За это время заготовка должна повернуться на один зуб Р=1(или на два Р=2), не считая того вращения, которое она получает через центральное колесо дифференциала от гитары обкатки (при чистовой обработке).

Уравнение кинематического баланса от корпуса дифференциала к заготовке будет:

при P = 1, при P = 2,

Набор сменных зубчатых колес гитары деления приведен в табл. 3.

Вращение планшайбы (цепь угла обкатки).

При чистовой обработке зубчатого колеса планшайба с резцами получает вращение, согласованное с вращением заготовки, и поворачивается за цикл на угол 2 (сначала вниз на угол , а затем вверх на тот же угол). Величина этого угла выбирается такой, чтобы резцы полностью обкатывали нарезаемый зуб.

Рассматривая поворот планшайбы относительно горизонтального положения 0-0 (рис.9), видно, что угол обкатки  равен сумме углов ₁ и ₂, где ₁ - угол поворота планшайбы вниз от горизонтального положения, а угол ₂ - угол поворота планшайбы вверх от горизонтального положения. Угол ₂ больше угла ₁, так как при обкаточном движении вверх после чистовой обработки заготовка отводится от резцов и производится поворот заготовки на один зуб, в то время как вращение планшайбы вверх продолжается.

Рис. 25. Схема углов поворота планшайбы: 1 - угол поворота планшайбы вниз от нулевого положения, 2 - угол поворота планшайбы вверх от нулевого положения,  - общий угол поворота планшайбы.

Для ориентировочного подсчета угла ₁ можно пользоваться формулами:

при угле зацепления =20°:

при угле зацепления =15°:

где h" - высота ножки зуба нарезаемого колеса; m - модуль; z - число зубьев нарезаемого колеса; - половина угла начального конуса нарезаемого колеса.

Угол ₂ определяется по формуле:₂=1,85 ₁.

Тогда полный угол  поворота планшайбы, т. е. угол обкатки будет: = ₁+ ₂ =2,85 ₁

Направление вращения планшайбы изменяется механизм управления (принцип работы которого рассмотрим несколько позже), который условно изображен на рис. 6 в виде двусторонней зубчатой муфты 9, барабана 1 и рычагов 2 и 3. За время цикла, т. е. за один оборот распределительного вала 6, вал 7 делает 17 оборотов (рис. 6). От вала 7 вращение передается валу 8 через зубчатые колеса, 42-42, либо 38-32-38 (реверс). За цикл вал 8 делает 7 оборота в одном направлении и 7 -в противоположном. При каждом переключении вследствие особого устройства механизма переключения происходит потеря оборота.

Потеря за одно переключение равна:

Потеря за цикл, т. е. за два переключения, равна:

Следовательно, вал 8 реверсивного механизма за один цикл делает оборотов:

Теперь можно определить коэффициент k, учитывающий потерю оборотов при переключении реверсивного механизма:

Приняв за конечные звенья кинематической цепи угла обкатки барабан 1, делающий один оборот за цикл, и планшайбу, которая за это время должна повернуться на угол 2°, уравнение баланса будет:

Подставив сюда передаточное отношение между валами 7 и 8 i_7-8=1 и k=46/51, получим: Подбор сменных зубчатых колес е и f производится в зависимости, от угла °

33. Кинематическим расчет является одним из наиболее ответствен­ных этапов проекта, поскольку кинематика привода предопреде­ляет производительность, конструкцию, габариты, динамику, ме­таллоемкость и другие кинематические и конструктивные пара­метры привода. Расчет производится графоаналитическим мето­дом, что позволяет наглядно выбрать наиболее оптимальный вари­ант проектируемого привода.Определение величины знаменателя геометрическом прогрессии ряда частот вращения шпинделя При проектировании привода главного движения коробок ско­ростей обычно задаются предельные частоты вращения шпинделя, а также число ступеней скорости. Прежде всего необходимо опре­дели ib значение диапазона регулирования частот вращения R_n:

где n max и n min — наибольшая и наименьшая частоты вращения шпинделя, рассчитанные но режимам резания. Диапазон регулирования является показателем кинематиче­ских возможностей привода. Для универсальных станков харак­терны следующие величины диапазона регулирования:

Токарные станки 50—200

Фрезерные 20—100

Карусельные 25—40

Радиально-сверлильные 20—100

Вертикально-сверлильные 15—30

Токарно-револьверные 20—60

Строгальные, долбежные 5—40

В приводе со ступенчатым регулированием частот вращения изменение скорости шпинделя осуществляется но закону ряда чи­сел геометрической прогрессии, знаменатель которой определяет­ся по формуле

где z - число ступеней в приводе.

Найденное значение знаменатели округляется до ближайшего стандартного значения 1,06: 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,0. Среди стандартных значений ряда наибольшее распростране­ние при проектировании станков получили φ- 1,26; 1,41; 1,58. Меньшие значения значительно усложняют привод, а значения знаменателей φ= 1,78 и 2,0 приводят к весьма грубому регулиро­ванию скорости и их используют лишь в специальных и специали­зированных станках. В станкостроении стандартизированы не только знаменатели прогрессии, но и частоты врашений, чиста двойных ходов, величи­ны подач, поэтому, определив величику <р для заданного диапазо­на R_n, из табл. 4.1 выписывается Z стандартных значений частот вращения шпинделя. N1=n min,n2,n3,…, nz=nmax

Ряды чисел более 1000 и менее 1 получаются умножением или делением табличных данных на 1000.

Допускается составление производных рядов из нормальных путем пропуска части чисел. Так, например, при φ - 1,41, кроме ряда 125, 180, 250, 355 и т.д., можно использовать ряд 132, 190. 265, 375, 530 и т.д. или ряд 140, 200, 280, 400 и т.д., или любой другой полученный аналогичным образом ряд.

34. Задачей кинематического расчёта коробок скоростей является: определение наиболее выгодного варианта последовательности переключения групповых передач, определение частных передаточных отношений и определение чисел зубьев всех шестерён, входящих в коробку. При кинематическом расчёте широко применяют графо- аналитический метод, суть которого состоит в последовательном построении графиков двух типов:

Структурная сетка.Картина чисел оборотов.

Структурная сетка используется для выявления возможных вариантов переключений передач и выбора относительной величины их передаточных отношений. Картина чисел оборотов позволяет определить абсолютные величины передаточных отношений и выразить эти величины через знаменатель геометрического ряда φ. Исходными данными для построения структурной сетки является структурная формула, которая имеет следующий вид: Z=1*2*3*2=12

Множители в структурной формуле обозначают количество передач в каждой отдельной группе. Чередование множителей характеризует конструктивный порядок переключения коробки скоростей, подчёркивание множителей указывает на кинематический порядок переключения переборных групп и обозначает:

( 2-я цифра) –основную переборную группу.

( 3-я цифра ) – первую переборную группу.

( 4-я цифра) – вторую переборную группу.

По структурной формуле можно узнать:

сколько валов имеет коробка – это сумма сомножителей плюс 1.

сколько скоростей имеет коробка – это произведение сомножителей.

сколько шестерён имеет коробка – это удвоенная сумма сомножителей.

Рассматриваемая коробка скоростей имеет на первом валу одинарную передачу, во второй передаче двойной блок даёт 2 скорости с характеристикой основной переборной группы φ₀=1. Следующая, первая, переборная группа имеет 3 передачи с характеристикой φ₁=2 (характеристика равна количеству передач в кинематически предшествующей группе); последняя, вторая, переборная группа даёт ещё 2 скорости с характеристикой φ₂=2*3=6 (характеристика равна произведению количества передач в предшествующих группах). Множитель, подчёркнутый двумя чертами, даёт изменение скорости при переключении на φ², а тремя чертами даёт изменение скорости на φ^(2*3)=6.

38. Множительные механизмы со сложенной структурой. КС Обычно структура, состоящая из одной кинематической цепи, является наиболее простой, однако в ряде случаев, когда требуется увеличить диапазон регулирования, создать простой привод на базе обычной структуры весьма затруднительно. В это случае используют множительные структуры – это структуры состоящие из двух и более кинематических цепей, каждая из которых является обычной множительной. Одна из этих цепей короткая и предназначена для получения высоких частот вращения, другая – длинная – для низких частот вращения. Общее число ступеней определяется из формулы: где - число кинематических цепей первой и второй ступеней. Если цепи имеют одинаковые группы по числу передач и характеристики, то их можно объединить в общую цепь.

Наиболее распространенные принципиальные схемы сложенных структур.

Верхнюю область регулирования частот вращения шпиндель получает от основной структуры и предает движение на шпиндель через зубчатую пару или муфту. Нижнюю область регулирования частот обеспечивают последовательным соединением структур и посредством соединительной передачи.

Плюсы сложенных структур:

1. Обеспечение большого числа ступеней и широкого диапазона регулирования.

2. Повышенный КПД привода за счет того, что высокие частоты передаются короткими кинематическими цепями.

3. Возможность получения любого значения z.

42. Исполнительные механизмы привода подач деляться на: 1)Привод от отдельного электродвигателя или от шпинделя глав.движ. 2)Учтройство для включения механизма подач(кулачковые или фрикционные муфты, передвижные колеса). 3)Устройство для реверсирования подач. 4)Предохранительные устройства от перегрузки. 5)Одиночные передачи цепи рабочих подач. 6)Цепь передач для быстрых ходов суппорта, стола и т.п. 7)Коробка подач. 8)Тяговое устройство механизма подач. ТИПЫ КОРОБОК ПОДАЧ: 1)Со сменными колесами при постоянном расстоянии между осями валов. 2)С передвижными колесами. 3)Со встречными ступенчатыми конусами колес и вытяжными шпонками. 4)Нортоновские коробки. 5)В форме гитар сменных колес. 6)С механизмами типа меандра(с накидным колесом). Механизм винт-гайка качения выполняется из ходового винта с винтовыми канавками круглого профиля. С такими же канавками выполнена гайка(обычно две гайки). В канавках расположены шарики. Шарики расположены на длинне одного витка, концы которого соединяються между собой с помощью вкладыша, обеспечивающего переход шариков на противоположную сторону витка"резьбы". Шарики циркулируют в пределах одного витка винта. Для уменьшения зазора половины гайки сжимаються пружинами(зачастую тарельчатыми). КПД соединения весьма высок, но соединение очень трудоемко и требует специализированного производства. Широкого применения не имеют.

Относится к суммирующим (дифференциальным) механизмам, которые служат для расширения диапазона настройки кинематических цепей в зуборезных, затуловочных, резьбонарезных и других станках. Такой механизм приводится в движение двумя кинематическими цепями: основной и дифференциальной, которая дополняет движение конечному звену. В результате суммируются два движения.

Винт-гайка. Такой механизм позволяет без использования гитары сменных колес нарезать практически любую резьбу. Уравнение кинематического баланса:

1об.мин.∙ i_n ∙ i_s1 ∙ t₁ = S₁ мм/об

⁺1об.мин.∙ i_n ∙ i_s2 ∙ t₂ = S₂ мм/об

1об.мин.∙ i_n ∙ t₁ (i_s1 + i_s2) = t мм/об

Изменяя величины S₁ и S₂ можно подобрать такие передаточные отношения i_s1 и i_s2, чтобы обеспечить требуемый шаг резьбы t.

Достоинства механизма винт-гайка скольжения: малый шаг обеспечиваетнеобходимое тяговое усилие с большим передаточным отношением, большое i позволяет приводы с короткими цепями передач, самоторможение пары винт-гайка при малом шаге позволяет применять пару при установочных движениях(на поперечном суппорте), точность и плавность движения обеспечивает подачу инструмента в точных и прецизионных станках. Недостаток: низкий КПД, что не существенно для привода подач, где расходуеться малая мощность.Для привода глав.движ. применяеться в тяжелых строгальных станках. Ходовые винты применяються преимущественно с трапециидальной резьбой, реже с прямоугольной. Преимущества трапециидальной резьбы: Возможность фрезерования и шлифования резьбы, более легкое замыкание маточной гайки, чем у прямоугольной.Недостаток: радиальное биение ходового винта, что отражаеться на точности исполнения резьбы детали.

Привод подач с механизмом шестерня-рейка. При применении в качестве тягового устройства привода подач учитывают: 1)Большой шаг t=п(пи)d=п(пи)mz обеспечивает большой крутящий момент на тяговом валу; делает удобным для ручного привода быстрых подач(КПД высокий-это +). 2)Отсутствие самоторможения требует дополнительных стопорных устройств. Присущая реечной передаче неравномерность хода отражаеться на плавности подачи.(Это -).

41. Шпиндель является одной из наиболее ответственных деталей станка. От него во многом зависит точность обработки. Это заставляет предъявлять к шпинделю целый ряд дополнительных требований по сравнению с обычными валами. Конструкцию шпинделя определяют следующие факторы: а) требуемая жесткость шпинделя; расстояние между опорами, наличие отверстия для пропуска материалов или других целей; б) приводные детали (зубчатые колеса, шкивы) и . их расположение на шпинделе; в) тин подшипников, которые определяют посадочные места под них; г) метод крепления патрона для детали или инструмента, что определяет конструкцию переднего конца шпинделя. В результате перечисленных требований шпиндели современных станков имеют достаточно сложную форму. К ним предъявляются высокие требования по точности изготовления, так как часто половина всех проверок на точность, которые производятся при изготовлении станка, приходится на шпиндельный узел. Технические условия на изготовление шпинделей устанавливаются в соответствии с требованиями ГОСТа к точности станка данного класса. Например, для шпинделей прецизионных станков средних размеров биение поверхностей под подшипники относительно оси шпинделя находится обычно в пределах 1 мкм. Овальность и конусность шейки шпинделя обычно лежит в пределах 2 мкм. Все это говорит о высоких требованиях к шпинделю станка, а также ко всему шпиндельному узлу. Компоновка шпиндельных узлов в станке в сильной степени связана с компоновкой всего станка, так как шпиндель является одним из главных его элементов.. При работе прецизионных станков (токарных, координатно-расточных и др.) стремятся выделить шпиндель в самостоятельный конструктивный узел, отделив его от коробки скоростей. Этим значительно уменьшается передача на шпиндель вибраций и динамических нагрузок, возникающих в приводе. Компоновка шпиндельных узлов многошпиндельных станков имеет свою специфику. Здесь расположение узла шпинделя зависит от положения в пространстве оси станка X—X (вертикальная или горизонтальная) и расположение по отношению к ней осей вращения шпинделей Z—Z . Ось станка X—X обычно совпадает с осью вращающегося стола или шпиндельного барабана. Для сокращения площадей и удобства обслуживания в многопозиционных станках широко распространена вертикальная компоновка. Если деталь в период обработки вращается, то удобнее располагать ось вращения шпинделя Z параллельно оси стола (рис. 347, а). К этой группе относятся многошпиндельные автоматы и полуавтоматы последовательного и параллельного действия для токарной обработки и сверлильно-расточных работ. . Обработка неподвижных деталей характерна для агрегатных сверлильно-расточных станков с поворотным столом, где шпиндели компонуют в многошпиндельных головках. Горизонтальная ось стола, когда стол превращается в шпиндельный барабан, характерна для большой группы многошпиндельных токарных автоматов и полуавтоматов, а обработка неподвижных деталей на барабане с горизонтальной осью вращения производится, например, на барабанно-фрезерных станках с непрерывным вращением барабана .Расположение шпиндельных узлов в многопозиционных станках Весьма важным является выбор материала шпинделя. Средненагруженные шпиндели, не работающие на износ (шпиндели в подшипниках качения),

изготовляются обычно из стали 45 с улучшением (закалка и высокий отпуск). При повышенных силовых нагрузках применяют сталь 45 с низким отпуском. Для шпинделей, требующих высокой поверхностной твердости и вязкой сердцевины, применяется сталь 45 с закалкой т. в. ч. и низким

отпуском. При повышенных требованиях применяются стали 40Х, 38ХМЮА, 38ХВФЮА (шпиндели быстроходных станков), 20Х с цементацией, закалкой и отпуском, 12ХНЗ (быстроходные и тяжелонагруженные шпиндели) и другие малолегированные стали. Сталь 65Г применяется для крупных

шпинделей. В первом случае шпиндель 1 несет внутри и на конце механизмы зажима и подачи прутка. Опоры шпинделя, особенно на переднем конце, должны воспринимать значительные осевые и радиальные нагрузки при высокой точности вращения. На шпиндель действуют как осевые, так и радиальные нагрузки. Шпиндель шлифовального станкадолжен обеспечить высокую виброустойчивость, поэтому здесь применены подшипники скольжения и ременный привод. Шпиндель выполнен сплошны. Он воспринимает в основном только радиальные нагрузки. Из этих примеров видно, что шпиндельные узлы достаточно разнообразны по конструкции и к ним предъявляются требования, специфичные для данного типа станка. Весьма важным с точки зрения конструктивного оформления узла является выбор передач на шпиндель. Он зависит, в первую очередь, от частоты вращения и передаваемой силы. Зубчатая передача более проста и компактна и передает значительные крутящие моменты. Однако из-за ошибок шага она не всегда обеспечивает высокий класс чистоты обработки и, как правило, не применяется на шлифовальных, координатно-расточных, отделочно-токарных и других станках. В станках с переменными силами резания (например, во фрезерных) с зубчатыми передачами уменьшается плавность вращения шпинделя и возрастают динамические нагрузки в деталях коробки скоростей. Поэтому передача вращения шпинделю зубчатыми колесами применяется для частот вращения не выше 35 об/с. Требования к шпиндельным узлам. Одним из основных узлов, во многом определяющих точностные параметры станка и производительность обработки, является шпиндельный узел (ШУ). Этим обусловлены высокие требования, предъявляемые к ШУ: к точности вращения, виброустойчивости, быстроходностишпинделя, к несущей способности шпиндельных опор, их долговечности и допустимому нагреву.

Точность вращения шпинделей металлорежущих станков определяется стандартами в зависимости от типа, класса точности и назначения станка, а для специальных и специализированных станков — техническими требованиями.

Жесткость шпинделя задается стандартами на нормы жесткости для соответствующего типа станка. Если таковые отсутствуют, то допустимый прогиб конца шпинделя численно не должен превышать одной трети допуска на радиальное биение шпинделя.

Виброустойчивость должна обеспечивать заданную точность и качество обработки. Собственная частота изгибных колебаний шпинделя не должна быть ниже 200 Гц, а в ответственных случаях — 500 Гц. Быстроходность шпинделя и диапазон регулирования частот вращения зависят от назначения, конструктивных и технологических особенностей станков. Несущая способность шпиндельных опор обеспечивается правильным выбором их размеров, смазочного материала и метода его подачи.

Долговечность шпиндельных опор зависит от типа шпиндельных подшипников. В станкостроении при расчете подшипников качения их долговечность принимают равной 5000 ч. Подшипники скольжения при необходимости регулируют, и они работают до допустимого износа. Допустимый нагрев шпиндельных подшипников зависит от класса точности станка. Норма предельно допустимого нагрева в стандартах и нормалях установлена только для опор качения станков нормальной точности. Перечисленные требования могут быть обеспечены правильным выбором материалов и термической обработки, выбором соответствующих размеров и конструкции шпинделя и его опор, правильным назначением допусков размеров, качественным изготовлением и сборкой, правильной эксплуатацией, своевременной смазкой и регулированием ШУ. Типы опор шпинделя. В качестве опор шпинделей в станках используют подшипники качения и скольжения. Чаще всего шпиндели устанавливают на две опоры.

В опорах качения применяют шариковые, роликовые и игольчатые подшипники качения, класс точности которых выбирают в зависимости от точности станка. Для повышения точности вращения шпинделя и жесткости опор качения в них создается предварительный натяг путем осевого нагружения наружного или внутреннего кольца подшипника. 

33.Методика определения знаменателя геометрической прогрессии ряда частот. 1)Из расчетов режимов резания определяються n max и n min числа оборотов шпинделя и, следовательно, диапазон Rn = (Nmax/Nmin) = (nz/n1), где Z - число ступеней скорости вращения. 2)Для геометрической прогрессии ряда частот справедливо: nz=n1*(Ф в сепени Z-1), где: Ф-Знаменатель ряда; отсюда (Ф в сепени Z-1)=(nz/n1)=Rn. 3)При ступенчатом приводе для подавляющего большинства станков общего назначения применяют Z=6;8;9;12;18. Исходя из этого получаем: Ф=(Z-1)корень из (Rn) = (Z-1)корень из (nz/n1). Числа об/мин шпинделей нормализованны номрами Н11-1. Принимая значения двух рядом стоящих чисел получаем Ф=ni/(ni-1), например ni=1000, ni = 710, Ф=1,41.

32. Приводом называется совокупность механизмов, служащих для приведения в движение исполнительных звеньев станка. В привод входит также источник движения. Привод должен обес­печивать возможность регулирования скорости движения испол­нительных звеньев станка.

Приводы станков подразделяются на ступенчатые и бесступен­чатые. К первым относятся приводы со ступенчатыми шкивами, приводы с шестеренными коробками скоростей и приводы в виде многоскоростных асинхронных электродвигателей. Возможны также ступенчатые приводы, являющиеся комбинацией упомяну­тых выше механизмов. К бесступенчатым приводам можно отнести приводы с механическими вариаторами, электродвигатели посто­янного тока с регулируемой частотой вращения, гидравлические приводы и комбинированные, представляющие собой сочетание регулируемого электродвигателя постоянного тока или привода с вариатором со ступенчатой коробкой скоростей, или, наоборот, механического вариатора с многоскоростным асинхронным эле­ктродвигателем переменного тока. _

Современные металлорежущие станки имеют индивидуальные (от отдельного источника движения) приводы. Источником дви­жения в станках обычно является электродвигатель. Электродви­гатель может быть расположен рядом со станком (рис.5, а), внутри него (рис. 5, б), на станке (рис. 5, в), может быть встроен в перед­нюю бабку (рис. 5, г и д) и т. д.В некоторых станках применяют отдельные электродвигатели для привода главного движения, движений подачи, врезания, вспомогательных движений и др.