19. Типы приводов подачи мрс, их конструктивные разновидности. Требования к приводам подачи Механизмы приводов подачи универсальных станков. Механизмы микроперемещений

Приводы подач

В станках движение подачи предназначено для распространения процесса снятия припуска (резания) на всю подлежащую обработке поверхность заготовки и происходит со скоростью (подачей) S сущест­венно меньшей, чем скорость главного движения. Вид и величина подачи определяется соответствующим технологическим процессом обработки, требованиями по точности деталей и стойкости инструмента.

Большинство типов станков (токарные, фрезерные, сверлиль­ные, расточные, некоторые шлифовальные) имеют прямолинейное движение подачи; некоторые — круговое (например, резьбофрезерный, ряд зубообрабатываюших и шлифовальных); в редких случаях (станки строгальные, некоторые шлифовальные) движение подачи носит прерывистый (периодический) характер. С помощью привода подачи могут осуществляться также установочные и делительные пе­ремещения рабочих органов.

Требования к приводу подачи.

1 . Обеспечение требуемых скоростей перемещения рабочего ор­гана. В универсальных станках, предназначенных для осуществления различных технологических операций, требуется получение рабочих подач в диапазоне

(1.19)

где S_max, S_min — максимальная и минимальная подачи по режимам обработки.

Для повышения производительности обработки кроме рабочих перемещений во многих случаях привод должен обеспечивать переме­щения рабочего органа со скоростью холостых ходов S_XХ, достигающей в современных станках 5...20 м/мин.

При необходимости точных установочных перемещений рабоче­го органа привод должен обеспечивать получение малых подач (подач позиционирования) S_П, доходящих до 1 мм/мин, а иногда и меньше. Поэтому общий диапазон регулирования привода в современных стан­ках с ЧПУ (R_S)общ = S_хх/S_п доходит до 10000,..., 20000.

2. Обеспечение необходимого количества ступеней рабочих по­дач. Для большинства типов универсальных станков с ручным управ­лением подачи регулируются ступенчато в соответствии со стандартными геометрическими рядами (подобно соответствующим приводом главного движения). В станках токарно-винторезных, учи­тывая необходимость получения стандартных шагов резьб, ряд подач — приблизительно арифметический. В станках с ЧПУ, как правило, применяется бесступенчатое регулирование подачи.

3. Обеспечение необходимой тяговой силы в приводе для переме­щения рабочего органа (рис.70). Величина тягового усилия F_T опре­деляется характером перемещения рабочего органа. При резании с

постоянной подачей F_T = F_p+ F_Tp, где F_p — осевая составляющая уси­лия резания, F_Tp — силы трения в направляющих. При переходных процессах (разгон, торможение) необходимо учитывать силу инерции - F_ин = та, где т — масса рабочего органа, а — ускорение.

4. Высокая жесткость привода, что во многом определяет точность перемещения и установки рабочего органа, его динамическое качество.

5. Во многих случаях (например, станки с ЧПУ) требуется исключить зазоры в механических элементах привода, особенно в тяговых устройствах.

6. Для обеспечения точных расчетных перемещений в станках с ЧПУ, в станках зуборезных при сложных движениях формообразо­вания требуется высокая кинематическая точность привода, что обеспечивается точностью изготовления и установки соответствую­щих механических элементов (зубчатых передач, валов и т. д.). В высокоточных станках для компенсации кинематических погрешно­стей применяются коррекционные устройства.

7. Минимальные и постоянные силы и моменты трения в приводе.

8. Высокая надежность привода.

9. Простота изготовления, сборки и обслуживания привода. Структура электромеханического привода

по дачи со ступенчатым регулированием. Приво­ды подачи со ступенчатым регулированием применяют в универсаль­ных неавтоматизированных станках, а также в редко переналажи­ваемых автоматах и полуавтоматах. Привод подачи может быть не­зависимым от отдельного электродвигателя, либо зависимым, связан­ным с приводом главного движения. В первом случае (см. рис.70) привод подач преобразует вращательное движение двигателя D₁ с постоянной скоростью n_Д в поступательное перемещение рабочего орга­на "Р.о." с необходимой скоростью S_M мм/мин с помощью передаточ­ного механизма, состоящего в общем случае из следующих элементов.

1. Тяговое устройство "Т.у." механизма подач преобразует вра­щательное движение в поступательное и характеризуется шагом t_T._y. — линейным перемещением за один оборот ведущего вала тягового устройства. Его структурные свойства сильно влияют на структуру всего привода.

2. Коробка подач К.П. со ступенчаторегулируемым (настраивае­мым) передаточным отношением is в соответствии со значением необ­ходимой рабочей подачи в пределах диапазона Rs.

Одиночные передачи привода подач "О.п." с постоянным пере­даточным отношением i_n служит для реализации конструктивной компоновки привода, а также обеспечивают необходимую редукцию (is)oбщ.

в приводе.

Общая редукция привода

(2.19)

значительная при малых значениях подачи S_M, обычно требует нали­чия в приводе большого количества понижающих (часто червячных)

передач.

Крутящий момент в приводе подачи на любом валу j определяется зависимостью

(3.19)

где ij/s — передаточное отношение цепи от j-го вала до тягового; nj/s — КПД цепи передач от j-го вала до тягового устройства.

Таким образом, понижающие одиночные передачи целесообраз­но располагать между коробкой подач и тяговым устройством с целью уменьшения крутящих моментов на валах коробки подач. Обычно большая редукция в приводе подачи определяет существенно меньшие, чем в приводе главного движения габариты электродвигате­ля, крутящий момент которого

(4.19)

где ή общ — КПД всего привода.

4. Устройство включения привода "Вкл.", которое обычно распо­лагается в начале привода и выполняется в виде кулачковых или фрикционных муфт, передвижных колес.

5. Реверсивное устройство "Р" выполняется в виде соответству­ющих зубчатых механизмов, часто сопрягаемых с механизмом вклю­чения,- либо в приводе применяется реверсивный двигатель.

6. Предохранительное устройство от перегрузки в приводе П.у. располагается обычно между тяговым устройством и последним валом привода.

7. Цепь ускоренных (холостых) ходов рабочего органа осуществ­ляется от отдельного двигателя D₂ либо от первых, быстро вращаю­щихся валов привода. Сопряжение с цепью рабочих подач осуществ­ляется с помощью специального механизма "С" (дифференциал, муф­та обгона, кулачковые муфты) близ тягового устройства после одиноч­ных понижающих передач.

В станках токарных, токарно-винторезных, сверлильных и ряде других применяют привод подачи, кинематически связанный с глав­ным приводом (рис.71). По своей структуре он аналогичен

рассмотренному независимому приводу, только в качестве первого вала привода принимают шпиндель станка и подача So задается в миллиметрах на один оборот шпинделя, а передаточное отношение коробки подач is определяется соотношением

is = So/(i_nt_т._y. ) (5.19)

Тяговые устройства привода линейных перемещений.

Гидропривод довольно широко используется для полу­чения линейных перемещений рабочих органов обычно при длине хода менее 1,2 м в агрегатных, фрезерных и шлифовальных станках. В отдельных случаях следящие гидроприводы подач применяются и в станках с ЧПУ .

Электромеханические тяговые устройства находят ограничен­ное применение. Для переключения муфт, введения фиксаторов иног­да применяют тяговые электромагниты. Линейно развернутые электродвигатели применяют в станках и вспомогательных устройст­вах, перемещение рабочих органов которых не связано с преодолением технологических усилий (координатные столы, установки лазерной и плазменной технологии, транспортные устройства). В прецизионных станках с ЧПУ для перемещения рабочих органов находят применение бесконтактные электромагнитные передачи винт-гайка .

Механические тяговые устройства служат для перемещения подвижных рабочих органов по направляющим и являются последним звеном соответствующей кинематической цепи. Для осуществления прямолинейного перемещения используют различные механизмы.

Кулачковые механизмы широко применяют в станках-автома­тах. Основное достоинство кулачка заключается в том, что он является одновременно и жестким программоносителем, т.е. цикл движения рабочего органа в известных пределах можно получить за счет про­филя кулачка за один его оборот. Координация (последовательность) движений различных рабочих органов в пределах общего цикла обра­ботки детали также осуществляется без команд системы управления, а определяется угловым расположением (сдвигом) их кулачков на общем распределительном валу, совершающем один оборот за цикл полной обработки детали.

Однако переход на обработку детали другой конфигурации тре­бует сложной переналадки, изготовления и замены кулачков, что определяет область применения кулачковых автоматов условиями крупносерийного производства.

Структура кулачковых автоматов во многом зависит от системы замыкания пары кулачок-толкатель. При силовом замыкании (рис.73) ролик /, связанный с рабочим органом 2, прижимается к профилю дискового кулачка 3 пружиной 4 (редко грузом). Следовательно, при отводе рабочего органа центральный угол поворота кулачка α_о может быть небольшим при угле подъема профиля, близким к 90 °. Поэтому холостой ход-отвод может осуществляться достаточно быстро и при постоянной скорости вращения распределительного вала, на котором улавливается кулачок. Силовое замыкание применяется при ходе о 200 мм в небольших станках, так как при больших ходах и больших силах инерции работа пружин связана с сильными ударами в конце отвода.

При кинематическом замыкании (рис.74) суппорт 1 отводится кулачком 2, при этом угол подъема профиля во избежание за­клинивания ролика 3 не больше 55 °, что требует значительного цен­трального угла поворота распределительного вала. Поэтому для снижения времени на холостые хода кулачок, а следовательно, и об­щий распределительный вал должны, кроме рабочей скорости, иметь и ускоренное вращение, что усложняет привод и систему управления станком. Кинематическое замыкание применяют в станках среднего Размера при больших длинах хода (обычно до 300 мм), при значительном весе суппортов, когда неприменимо силовое замыкание.

Передача винт-гайка скольжения получила применение в при­водах подач обычных станков. Ее достоинства заключаются в следующем:

1. малое передаточное отношение, определяющееся малым ша­гом, при однозаходной резьбе позволяет получать медленные движения при сравнительно короткой кинематической цепи; малый шаг определяет и малый крутящий момент на ходовом винте при большом осевом усилии;

2. сравнительно высокая точность и плавность движения при соответствующей точности изготовления, обусловленные постоянством передаточного отношения;

3. самоторможение передачи, способствующее надежной фикса­ции подвижного узла при установочных и вертикальных переме­щениях;

4. малые радиальные размеры.

Недостатком передачи винт-гайка скольжения является возник­новение при работе смешанного трения и связанное с ним изнашивание, наличие зазоров, а также низкий КПД (0,2—0,4). Следует учитывать также, что при большой длине винта его собственная жесткость может оказаться лимитирующей для обеспечения нормаль­ной работы привода.

Передача винт-гайка качения в виде покупного унифицирован­ного узла является основным тяговым устройством в станках с ЧПУ малых и средних размеров. Она также широко применяется и в обыч­ных станках при высоких требованиях к точности перемещения, необ­ходимости исключения вибраций при знакопеременных нагрузках. Основное достоинство этой передачи — отсутствие зазоров и создание предварительного натяга, обеспечивающего высокую жесткость. Не­большое и постоянное трение в передаче определяет ее высокую чувст­вительность, возможность получения малых равномерных подач. Низкие тепловыделения снижают температурные деформации винта, что способствует повышению точности обработки. Долговечность су­щественно выше, чем у передачи скольжения. Однако следует учиты­вать сложность изготовления (термообработка, шлифование) и вы­сокую стоимость передачи, отсутствие в ней самоторможения и необ­ходимость ее надежной защиты от стружки и пыли.