Уравнения кинематического баланса для главного движения

Учебное пособие: Изучение конструкций, кинематики и настройки сверлильных станков

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ, КИНЕМАТИКИ И НАСТРОЙКИ СВЕРЛИЛЬНЫХ СТАНКОВ

Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Металлорежущие станки»

Сверлильные станки предназначены для сверления сквозных и глухих отверстий в сплошном материале, рассверливания имеющихся отверстий на больший диаметр, зенкерования, цекования, зенкования, нарезания внутренней и наружной резьбы и др. Сверлильные станки бывают:

1) настольные, для обработки отверстий малого диаметра до -3, 6, 12 мм. Такие станки размещаются на столах, верстаках, они имеют высокие частоты вращения (до 16000 об/мин). Это станки модели 2Д103П, 2Г106П, 2Д112П, 2М112 и др.;

2) вертикально-сверлильные, одно- и многошпиндельные с постоянным расположением шпинделей (рядные) и с переставными шпинделями;

4) горизонтально-сверлильные для сверления глубоких отверстий (глубина сверления 10…12 диаметров);

5) сверлильно-центровальные для получения центровых отверстий на заготовках.

Станки разновидностей 2 и 3 применяются для сверления отверстий диаметром до 18, 25, 35, 50 и 75 мм.

Наибольшее распространение они получили в промышленности. На рис. 1 показан внешний вид станка мод. 2Н135-1, который выпускается взамен станка мод. 2Н135 и отличается от него наличием «плавающего» поворотно-передвижного стола, позволяющего вести обработку нескольких отверстий без перезакрепления обрабатываемой детали.

Продольное перемещение стола и поперечное перемещение салазок происходят по направляющим качения. Зажим стола осуществляется посредством рукоятки. На продольном столе смонтирован поворотный стол. На станках, у которых нет «плавающего» стола для совмещения центров инструмента и обрабатываемого отверстия, перемещают заготовку вручную. После этого ее закрепляют. Для обработки следующих отверстий заготовку освобождают, снова совмещают центры, закрепляют и т.д.

Наличие на станке 2Н135-1 «плавающего» стола позволяет вести многокоординатную обработку деталей по кондуктору, по разметке или по предварительно настроенным кулачкам без ее перезакрепления. При обработке по кулачкам поиск координат обрабатываемых отверстий осуществляется по схеме расположения отверстий (по чертежу в масштабе 1:1) с помощью механизма поиска координат. Кулачки настраиваются по шаблону или по разметочной детали. На станке можно сверлить наибольший диаметр 35 мм, вылет шпинделя станка (расстояние от оси шпинделя до колонны) 300 мм, угол поворота стола 360°. Кинематическая схема станка приведена на рис. 2.

Шпиндель VIполучает вращение от электродвигателя N=4 кВт,

n=1440 1/мин. через постоянную зубчатую пару . С вала IIна вал IIIc помощью тройного 25-30-35 передаётся три варианта передаточных отношений. С вала III на вал IVcпомощью двойного блока 35-42. Между валами IVи Vпостоянная передача . С вала Vна шпиндель VIсообщается два варианта передаточных отношений.

Таким образом, коробка скоростей с помощью одного тройного и двух двойных подвижных блоков обеспечивает получение шпинделем 12 частот вращения в пределах 31,5…1400 мин -1.

Минимальную частоту щпиндель получает по следующей кинематической цепи:

При выполнении лабораторной работы необходимо написать уравнение кинематического баланса для цепи главного движения и рассчитать значения его 12-ти частот.

Осевое перемещение гильзе шпинделя сообщается от шпинделя VIчерез постоянные передачи 34-60 и 19-54 и трёхваловую коробку подач. Тройной блок на валу VIIIи тройной блок на валу Х обеспечивает получение девяти различных величин подач в пределах 0,1…1,6 мм/об. Минимальную подачу шпиндель получает по следующей кинематической цепи:

В лабораторной работе необходимо записать уравнение кинематического баланса для цепи подач и рассчитать значения 9-ти подач станка.

Механизм подачи обеспечивает ручное перемещение шпинделя, включение и выключение механической подачи. Нарезание резьбы осуществляется при ручной подаче шпинделя и реверсированием двигателя главного движения.

Вертикальное перемещение сверлильной головки (установочное перемещение) осуществляется вручную через червячную передачу

z=1-46. Требуемую глубину сверления устанавливают посредством кулачков на лимбе отсчета глубины сверления. Шпиндель имеет пружинный противовес.

Взамен станка мод. 2Н135 выпускаются модели: 2Н135Ц- с автоматическим циклом обработки; рядные со столом-плитой 2-, 3- и 4-шпиндельные.

Предназначены для выполнения тех же операций, что и вертикально-сверлильные станки, но для изготовления деталей больших размеров, как, например, корпусные детали.

На рис.3 приведен внешний вид радиально-сверлильного станка мод. 2554. На фундаментной плите 1 установлена неподвижная колонна 2, на которую надета поворотная гильза 4. Последняя после поворота зажимается гидрозажимом 3 на колонне 2. На гильзе 3 имеются вертикальные направляющие, по которым перемещается траверса (рукав) 5.

На траверсе смонтирована сверлильная головка 6, которая может перемещаться вдоль траверсы и поворачиваться вместе с ней и поворотной гильзой 3 на 360°. Обрабатываемая деталь устанавливается на подставке (столе) или непосредственно на фундаментной плите или на полу. Наибольший диаметр сверления 50 мм, вылет шпинделя 350…1600 мм, наибольшее вертикальное перемещение траверсы 1000 мм.

Сверлильная головка конструктивно выполнена, как и на вертикально-сверлильном станке, но имеет больше частот вращения и число подач, что позволяет применять наиболее рациональные режимы резания. Сосредоточение органов управления на сверлильной головке, наличие гидрозажима колонны, сблокированного с зажимом сверлильной головки, автоматизация зажима траверсы на колонне, наличие системы предохранительных устройств, исключающих поломку станка при перегрузке, позволяют максимально сократить вспомогательное время и обеспечить высокую производительность.

Совмещение центров инструмента и обрабатываемого отверстия осуществляется поворотом траверсы и продольным перемещением сверлильной головки вдоль траверсы. После установки требуемой координаты сверлильная головка и колонна с траверсой закрепляются.

Кинематическая схема станка мод. 2554 приведена на рис. 4.

Главное движение

Вращение шпинделю сообщается от электродвигателя М1 через постоянную зубчатую передачу 26-38. С первого вала коробки скоростей на второй вал передаются две прямые передачи при помощи двойного блока или (при верхнем включении фрикционной муфты М₁ ) или обратное вращение по цепи (при нижнем включении муфты М₁ ).

Со второго вала на третий движение сообщается посредством двойного блока или , а с третьего вала на четвёртый вращение передаётся посредством двойного блока или .

Пятому валу сообщается с четвёртого вала два варианта передаточных отношений посредством двойного блока или .

С пятого вала на шпиндель движение передаётся по двум вариантам: передача 50-28 и 13-65 (при включении шестерни 28 вниз в колесо с внутренним зацеплением 28, сцепляющего колесо 65 со

Таким образом, коробка скоростей станка обеспечивает получение 32 передаточных отношений, но часть из них повторяется, поэтому реально используется 25 частот вращения, в пределах 18…2000 мин -1 .

Уравнение кинематической цепи главного движения (вращения шпинделя) для максимальной частоты вращения будет:

мин -1

При выполнении лабораторной работы необходимо написать уравнение кинематического баланса цепи главного движения и рассчитать значения всех 25-ти частот шпинделя.

Реверсирование вращения шпинделя осуществляется переключением двухсторонней фрикционной муфты М ₁ .

Осевое перемещение гильза шпинделя получает от шпинделя станка через зубчатые колёса 36-44, коробку подач и постоянные передачи.

На первом валу коробки подач расположен тройной скользящий блок, сообщающий второму валу три варианта передаточных отношений: или или .

Тройной блок, расположенный на третьем валу, получает со второго вала три варианта передаточных отношений: или или . Далее движение может передаваться по трем направлениям:

1) через перебор ;

2) смещением третьего блока вниз, когда шестерня 18 этого блока соединяется напрямую с колесом внутреннего зацепления 18, сблокированного с шестерней 49;

3) при среднем положении третьего блока через зацепление

и далее .

Затем движение через червячную пару и реечную шестерню 13 передаётся рейке гильзы шпинделя.

Таким образом, коробка подач позволяет получить 27 передаточных отношений, но часть из них повторяется, поэтому реально используется 21 число подач в пределах 0,05…5 мм/об. Муфта М ₂ является предохранительной, она срабатывает при перегрузке, а также отключается при достижении заданной глубины сверления.

Запишем уравнение кинематического баланса для минимальной подачи:

мм/об

При выполнении лабораторной работы необходимо написать уравнение кинематического баланса цепи подач и рассчитать значения всех подач.

Гильза со шпинделем уравновешивается спиральными пружинами, которые регулируются вручную рукояткой 1 через червячную передачу z=1-80. Быстрое перемещение невращающегося шпинделя можно осуществлять маховичком 2. Штурвал 3 служит для быстрого ручного перемещения или грубой подачи шпинделя, а также для включения и выключения механической подачи. Перемещение сверлильной головки вдоль траверсы может осуществляться вручнуюмаховичком 4 или от гидромотора 5.

Вертикальное перемещение траверсы осуществляется от электромотора М3. Муфта М6 предохранительная. Зажим сверлильной головки на траверсе и траверсы на гильзе осуществляется гидроцилиндрами через рычажные механизмы. Зажим гильзы на колонне осуществляется плунжером-рейкой и передачей винт-гайка (на схеме не показаны).

На базе станка мод. 2554 выпускаются модернизированные станки мод. 2А554Е- передвижные на салазках; мод. 2554Р- передвижные по рельсам; мод. 2А557, 2А557Е, 2А557Р- с увеличенным вылетом шпинделя до 3150 мм; мод. 2А554Ф1- с автоматическим циклом и цифровой индикацией шпинделя и др.

На базе станка мод. 2554 выпускается также координатно-сверлильный станок с ЧПУ мод. 2554Ф2.

Кинематическая настройка станков

Кинематическую настройку станка производят для обеспечения необходимых перемещений конечных звеньев кинематической цепи и для получения заданных формы и размеров детали, которая в основном сводится к определению параметров органа настройки. Расчетные перемещения звеньев определяют исходя из формы поверхности, которая должна быть образована на заготовке, и вида режущего инструмента.

Затем по кинематической цепи составляют уравнение кинематического баланса, связывающее начальное и конечное перемещения, и находят зависимость параметра органа настройки от расчетных перемещений и постоянных цепи.

Кинематическая цепь

Кинематическая цепь составляется из движущихся сопряженных между собой и передающих друг другу движения деталей. Если началом кинематической цепи является электродвигатель (рис. 3,б), то можно найти связь между начальным и конечным звеньями:

где n, n_шп — частота вращения начального и конечного звеньев; n_p, i_p — КПД и передаточное отношение ременной передачи.

Для удобства вычислений рекомендуется в уравнении кинематического баланса (4.1) выделить постоянные величины структурной формулы и подсчитать их как коэффициент данной кинематической цепи, например:

Это выражение справедливо и для станков, в цепи главного движения которых в качестве органа настройки используется коробка скоростей. Тогда в выражении (4.2) i_v будет передаточным отношением коробки скоростей.

Уравнение кинематического баланса

Уравнение кинематического баланса для цепи главного вращательного движения имеет вид (об/с)

n_c i = n_k, (4.3) , где n_c и n_k— частота вращения соответственно начального и конечного звена, об/с; i- передаточное отношение кинематической цепи.

Уравнение кинематического баланса для цепи, у которой начальное звено имеет вращательное движение, а конечное — прямолинейное, будет (мм/с)

n_c i H = S_c, где Н — ход кинематической пары, преобразующей вращательное движение в прямолинейное, мм/об; s_c — линейное перемещение конечного звена, мм/с.

Величина хода

Величина хода равна перемещению прямолинейно движущегося звена за один оборот вращающегося звена. Для винтовой пары (винт — гайка)

H = k t_в (4.4), где t_в — шаг ходового винта, мм; k — число заходов.

Для реечной передачи.

H = π m z, где m — модуль зацепления, мм; z — число зубьев реечного колеса.

На этом основании уравнение кинематического баланса для секундной подачи (мм/с):

для цепи с винтовой парой

для реечной передачи

Уравнение кинематического баланса для оборотной подачи (мм/об)

где s — линейное перемещение конечного звена, мм/об.

Из уравнений (4.5)-(4.7) определяют передаточное отношение органа настройки. Например, из уравнения (4.2) находят

Это выражение является формулой настройки сменных колес гитары скоростей цепи (см. рис. 3,б).

Выводы

Анализ структурных схем металлорежущих станков позволяет сделать следующие выводы. Кинематическая структура станков зависит от геометрической формы, размеров обрабатываемой поверхности и метода обработки. Чем меньше необходимое число исполнительных формообразующих движений, тем меньше кинематических цепей в структуре станка, тем проще его кинематика и конструкция. Существенное значение имеют и другие факторы, например точность и шероховатость поверхности, динамика резания, условия обслуживания станка, а также экономические факторы.

Уравнения кинематического баланса для главного движения

Название работы: Кинематика токарно-винторезного станка 16К20

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Производство и промышленные технологии

Описание: В станках применяются передачи вращательного движения ременные цепные зубчатые червячные и др. и преобразующие вращательное движение в поступательное реечные винтовые и ДР Основным кинематическим параметром передачи вращательного движения является передаточное отношение которое показывает во сколько раз больше меньше частота вращения одного вала по сравнение с другим. Общее передаточное отношение кинематической пени вращательного движения определяется произведением передаточных отношений отдельных передач входящих в данную цепь.

Дата добавления: 2013-07-31

Размер файла: 126.96 KB

Работу скачали: 506 чел.

Лабораторная работа №22 Кинематика токарно-винторезного станка 16К20

Цель работы: Ознакомиться с условными обозначениями элементов кинематических цепей станка; изучить кинематику токарно-винторезного станка;

Принцип работы различных машин, в том числе и станков, нагляднее изучать по схеме, а не по их конструктивному изображению. Условное, схематическое изображение совокупности механизмов и устройств станка называется кинематической схемой. Изображения элементов кинематических схем. стандартизованы. Основные из них приведены в прил.1.

Кинематическая схема станка состоит из отдельных кинематических цепей, представляющих собой систему последовательно расположенных звеньев. Под звеном подразумевается деталь механизма, входящая в соприкосновение с другой деталью (зубчатое колесо, винт, гайка, червяк, червячное колесо и т.п.).

Механизм, передающий или преобразующий движение от одного звена к другому, называется кинематической парой или передачей.

В станках применяются передачи вращательного движения (ременные, цепные, зубчатые, червячные и др.) и преобразующие вращательное движение в поступательное (реечные, винтовые и ДР-)-

Основным кинематическим параметром передачи вращательного движения является передаточное отношение, которое показывает, во сколько раз больше (меньше) частота вращения одного вала по сравнение с другим. Передаточное отношение определяется зависимостью

где п 2 и п 1 — частоты вращения ведущего и ведомого валов соответственно.

Передаточные отношения различных передач выражаются следующим образом

i = n 2 / n 1 = d 1 /d 2 η,

где d 1 и d 2 — диаметры ведущего и ведомого шкивов; η = 0,94- 0,98 — коэффициент, учитывающий проскальзывание ремня относительно поверхности шкивов.

i = п 2 /п 1 = z l / z 2 ,

где z 1 и z 2 — числа зубьев ведущей и ведомой звездочек.

i = п 2 /п 1 = z l / z 2 ,

где z 1 и z 2 — числа зубьев ведущего и ведомого зубчатых колес

i = n 2 / n 1 = z 1 / z 2 ,

где z 1 — число заходов червяка, z 2 — число зубьев червячного колеса.

Для передач, преобразующих движение, устанавливается кинематическая связь между вращательным движением одного звена с поступательным движением второго.

Если реечное зубчатое колесо имеет г зубьев, а модуль реечного колеса и рейки равен т, то за n оборотов зубчатого колеса рейка переместится на величину L , равную

L = π dn = π mzn мм, где d — диаметр делительной окружности зубчатого колеса, мм.

В винтовой передаче за п оборотов винта гайка переместится в осевом направлении на величину L :

где Р — шаг винта.

В сложных механизмах движение от начального звена к конечному передается несколькими последовательно соединенными передачами, т.е. кинематической цепью.

Общее передаточное отношение кинематической пени вращательного движения определяется произведением передаточных отношений отдельных передач, входящих в данную цепь и равно отношению частот вращения конечных звеньев, т.е.

i общ = i 1 · i 2 · i 3 · i 4 … i n = п кон / п кач

Данное уравнение позволяет определить частоту вращения не только последнего звена, но и любого промежуточного, считая его последним.

Кинематические цепи могут состоять не только из передач вращательного движения, но и передач, преобразующих один вид движения в другой.

Математическая зависимость, связывающая движения конечных звеньев кинематической цепи, называется уравнением кинематического баланса.

В металлорежущих станках кинематическим цепям присваивают названия в зависимости от выполняемых ими функций. Так, кинематическую цепь, передавшую движение от электродвигателя к шпинделю станка, называют кинематической цепью

главного движения. Соответственно, цепи шпиндель-суппорт называют кинематическими цепями подачи, которые в свою очередь подразделяют на цепь продольной и цепь поперечной подач. Токарно-винторезный станок 16К20 имеет также цепь ускоренных перемещений суппорта и кинематическую цепь для нарезания резьб.

Начальным звеном цепи главного движения (рис.5.17) является электродвигатель мощностью 11 кВт и частотой вращения п = 1460 об/мин, конечным — шпиндель.

Уравнение кинематического баланса цепи главного движения в общем виде можно записать, как

где п ш п — частота вращения шпинделя, об/мин; п э. д. — частота вращения электродвигателя, об/мин; D 1 и D 2 — диаметры ведущего и ведомого шкивов клиноременной передачи, мм; η =0,98 — коэффициент проскальзывания ремня; і к.с. — общее передаточное отношение коробки скоростей.

Общее уравнение кинематического баланса цепи главного движения имеет вид:

к шпинделю 12 скоростей,

к шпинделю напрямую 12 скоростей .

В вертикальных столбцах записаны передаточные отношения возможных вариантов включения подвижных блоков шестерен.

При включении муфты M 1 влево (прямом включении), шпиндель получает двенадцать различных частот вращения напрямую и столько же через перебор.

Возможные передаточные отношения перебора при этом будут:

Рис.5.17. Кинематическая схема токарно-винторезного станка 16К20

Таким образом, теоретически шпиндель имеет 24 частоты вращения. Однако, ввиду повторяемости частот 500 мин- 1 , 630 мин- 1 , их общее количество сокращается до 22.

Вращательное движение шпинделя и перемещение суппорта связаны зависимостью (расчетные перемещения)

где т , z — модуль и число зубьев реечной шестерни; реверс.

В общем виде уравнение кинематического баланса цепи продольных подач запишется:

где i г , i кп , i ф — передаточные отношения гитары сменных колес, коробки подач и фартука.

Табличные значения величин подач могут быть получены только при установке сменных шестерен

К/ L·L/N= 40 / 86· 86/64

Удвоенные табличные значения величин подач, шагов метрических и дюймовых резьб могут быть получены установкой сменных шестерен

Величина поперечных подач составляет 1/2 продольных.

Муфта обгона Мб позволяет сообщить суппорту ускоренное движение от отдельного электродвигателя мощностью N = 0,75 кВт без выключения рабочих подач.

Механизм фартука имеет четыре кулачковые муфты, которые предназначены для включения продольной (муфты М 8 и М 7 )

и поперечной подач (муфты M 10 и М 9 в прямом и обратном направлениях.

Вопросы, связанные с настройкой станка на нарезание рез ь б, рассматриваются в лабораторной работе №23.

Пример. Составить уравнение кинематического баланса цепи главного движения для частоты вращения шпинделя 12,5 мин 1 .

Решение. Уравнение кинематического баланса цепи главного движения имеет вид

Для составления уравнения баланса кинематических цепей следует воспользоваться графиком частот вращения шпинделя станка 16К20 (рис.5.18), На графике условно лучами показаны передаточные отношения передач коробки скоростей.

Вертикальные линии — валы, на которых установлены шестерни. Если i = 1, то луч перпендикулярен линии вала (передача 38/38·45/45); если

(передача замедления), луч наклонен вниз на определенное количество интервалов, характеризующее величину передаточного отношения (передачи 29/47;21/55;15/60;18/72)

Наклон луча вверх свидетельствует о передаче ускорения, в этом случае i > 1 (передачи

56/34;51/39;60/48). Параллельные линии характеризуют одинаковые передаточные отношения. Например, при передаче 38/38 дважды переключался блок шестерен, обеспечивая зацепления 56/34 и 51/39 . Отсюда на графике три пары параллельных лучей 38/38;29/47;21/55).

Рис.5,18. График частот вращения

Порядок проведения работы

1. Ознакомиться с условными обозначениями элементов кинематической схемы станка.
2. Пользуясь кинематической схемой станка, рассмотреть передачу движений по цепям главного движения, подач и ускоренного перемещения суппорта.
3. Составить уравнения кинематического баланса названных кинематических цепей.

Составить уравнение кинематического баланса цепи главного движения в соответствии, с индивидуальным заданием (табл.5.17).

Методические указания по выполнению индивидуального задания