Лекции по "Металлургии"

1. Классификация металлорежущих станков. Металлорежущие станки можно классифицировать по отдельным признакам или по комплексу признаков. По технологическому назначению различают станки токарной, фрезерной, сверлильной и других групп. По степени универсальности различают станки универсальные, широкого применения, специализированные и специальные. Универсальные станки предназначены для выполнения разнообразных работ по обработке различных заготовок. Станки широкого назначения предназначены для выполнения определенных работ по обработке заготовок определенных наименований. Специализированные станки предназначены для обработки заготовок одного наименования, но разных размеров (например, обработка зубчатого венца на зубофрезерном станке). На специальных станках выполняют вполне определенный вид работ на конкретной заготовке. Изменение любого размера заготовки требует модернизации станка. По степени автоматизации различают станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы, станки с программным управлением. Автомат — станок, для возобновления цикла обработки которого не требуется непосредственного участия человека. Если для возобновления цикла обработки нужно только нажать кнопку «Пуск», то формально это станок-полуавтомат. По числу главных рабочих органов различают одно- и многошпиндельные станки, одно- и многопозиционные станки и т.д. По точности различают пять классов точности станков: Н — нормальный, П — повышенный, В — высокий, А — особо высокой точности, С — особо точные станки.

В российском машиностроении принята Единая система условных обозначений станков, разработанная в ЭНИМСе, в соответствии с которой каждому станку присваивается определенный шифр. Первые две цифры шифра определяют группу и тип станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различить станки одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками. Третья или четвертая цифра показывает условный типоразмер станка. Последняя буква указывает на различные модификации станков одной базовой модели.

Все металлорежущие станки разбиты на 10 групп, а каждая группа — на 10 типов. В представленной ниже классификации номер и название группы указаны курсивом, номер (от 0 до 9-го) и название типа указаны в скобках.

Группа 0 — резервная. Группа 1 — токарные станки (0 — специализированные автоматы и полуавтоматы; 1 — одношпиндельные автоматы и полуавтоматы; 2 — многошпиндельные автоматы и полуавтоматы; 3 — револьверные; 4 — сверлильно-отрезные; 5 — карусельные; 6 — токарные и лобовые; 7 — многорезцовые; 8 — специализированные; 9 — разные токарные). Группа 2 — сверлильные и расточные станки (0 — резервный; 1 — вертикально-сверлильные; 2 — одношпиндельные полуавтоматы; 3 — многошпиндельные полуавтоматы; 4 — координатно-расточные; 5 — радиально-сверлильные; 6 — горизонтально-расточные; 7 — алмазно-расточные; 8 — горизонтально-сверлильные; 9 — разные сверлильные). Группа 3— шлифовальные и доводочные станки (0 — резервный; 1 — круглошлифовальные; 2 — внутришлифовальные; 3 — обдирочные шлифовальные; 4 — специализированные шлифовальные; 5 — резервный; 6 — заточные; 7 — плоскошлифовальные; 8 — притирочные и полировочные; 9 — разные, работающие абразивом). Группа 4 — комбинированные станки. Группа 5 — зубо- и резьбообрабатывающие станки (0 — резьбонарезные; 1 — зубо-строгальные для цилиндрических колес; 2 — зуборезные для конических колес; 3 — зубофрезерные; 4 — для нарезания червячных пар; 5 — для обработки торцев зубьев; 6 — резьбофрезерные; 7 — зубоотделочные и поверочные; 8 — зубо- и резьбошлифовальные; 9 — разные зубо- и резьбообрабатывающие станки). Группа 6 — фрезерные станки (0 — резервный; 1 — вертикальные консольные; 2 — непрерывного действия; 3 — резервный; 4 — копировальные и гравировальные; 5 — вертикальные бесконсольные; 6 — продольные; 7 — консольные широкоуниверсальные; 8 — горизонтальные консольные; 9 — разные фрезерные). Группа 7— строгальные, долбежные, протяжные (0 — резервный; 1 — продольно-строгальные одностоечные; 2 — продольно-строгальные двух-стоечные; 3 — поперечно-строгальные; 4 — долбежные; 5 — протяжные горизонтальные; 6 — резервный; 7 — протяжные вертикальные; 8 — резервный; 9 — разные строгальные). Группа 8 — разрезные станки (0 — резервный; 1 — разрезные, работающие резцом; 2 — разрезные, работающие абразивным кругом; 3 — разрезные, работающие гладким диском; 4 — правильно-отрезные; 5 — пилы ленточные; 6 — пилы дисковые; 7 — пилы ножовочные). Группа 9 — разные станки (1 — опиловочные; 2 — пилонасека-тельные; 3 — правильно- и бесцентрово-обдирочные; 4 — балансировочные; 5 — для испытания сверл и шлифовальных кругов; 6 — делительные машины).

Условный типоразмер станка обычно показывает наибольший размер обрабатываемой заготовки. Например, универсальный токарно-винторезный станок мод. 16К20: 20 — высота центров, т.е. расстояние от оси вращения заготовки до направляющих, 200 мм; вертикально-сверлильный станок мод. 2Н135: 35 — наибольший диаметр сверления — 35 мм.

2. Кинематика станков. Привод металлорежущего станка — это совокупность механизмов, обеспечивающих заданные законы движения исполнительных органов станка. Различают механические, электрические, гидравлические и пневматические механизмы привода. Элементами механического привода станков являются валы, оси, зубчатые колеса, шкивы, муфты и т.д. На кинематических схемах все они имеют определенное условное обозначение (табл. 7.4).

По назначению механизмы  привода делятся на двигатели  и механизмы для передачи преобразования, реверсирования и регулирования скорости движения.

Передающие  механизмы (передачи) передают движение от одного элемента к другому. Различают ременные, цепные, зубчатые и червячные передачи.

Ременная передача (рис. 7.9, а) состоит из ведущего вала 1 (с шкивом диаметром d_{), ведомого вала 2 (с шкивом диаметром d₂) и ремня 3 (плоского или клинового). Ее передаточное отношение

i = (n₂/n₁)η_p =(d₁/d₂) η_p,

где n₁, п₂ — частота вращения ведущего и ведомого валов соответственно; η_p — коэффициент проскальзывания ремня относительно поверхности шкивов,

η_p = 0,9...0,96.

Цепная передача (рис. 7.9, б) состоит из ведущего вала / с звездочкой Zi, ведомого вала 2 с звездочкой z₁ и цепи 3. Ее передаточное отношение

i = n₂/n₁ =z₁/ z_2.

Зубчатые передачи, цилиндрическая (рис. 7.9, в) и коническая (рис. 7.9, г), состоят из ведущего вала 1 с шестерней z₁, ведомого вала 2 с шестерней z_2. Ее передаточное отношение

i = n₂/n₁ =z₁/ z_2.

 

Таблица 7.4

Условные  обозначения основных элементов  кинематических схем

станков

Червячная передача (рис. 7.9, д) состоит из ведущего вала 1 с червяком, имеющим К заходов, и ведомого вала 2 с червячным колесом, имеющим z зубьев. Ее передаточное отношение

i = n₂/n₁ =K/z.

Рис. 7.9. Основные виды передач:

а — ременная; б — цепная; в — зубчатая цилиндрическая; г — зубчатая коническая; д — червячная; е — реечная; ж — винтовая; 1 — ведущий вал; 2 — ведомый вал; 3 — промежуточный элемент (ремень или цепь); 4 — рейка; 5 — зубчатое колесо; 6 — гайка; 7 — ходовой винт; п₁,п₂ — частота вращения ведущего и ведомого валов соответственно; S — линейное перемещение

Механизмы для преобразования движения. Для преобразования вращательного движения в поступательное в основном применяют реечную и винтовую передачи.

Реечная передача (рис. 7.9, е) состоит из зубчатого колеса 5, имеющего z зубьев, и зубчатой рейки 4. Если модуль реечного зацепления т, то за один оборот колеса рейка переместится на величину S = πnmz.

Винтовая передача (рис. 7.9, ж) состоит из вращающегося ходового винта 7, имеющего шаг /, и ходовой гайки 6. За один оборот ходового винта, имеющего к заходов, гайка переместится в осевом направлении на величину S= tk.

Механизмы для регулирования скорости движения. Ступенчатое изменение скорости производится за счет применения двух-, трех- и четырехскоростных асинхронных электродвигателей или за счет применения набора зубчатых колес (редукторов).

Схема редуктора с  дистанционным переключением передач представлена на рис. 7.10, а. Движение ведущего вала 7,  вращающегося с постоянной частотой п₁, передается на ведомый вал 2 через две пары зубчатых колес (z₁ /z₄ ) и (z₂ /z₃). Дистанционное включение нужной пары производится фрикционными электромагнитными муфтами 3. Следовательно,

n₂ = n₁ (z₄ /z₁)  или   п₂ =n₁(z₃/z₂).

К редукторам с механическим переключением передач относится представленный на рис. 7.10, б редуктор с использованием блока шестерен. Блок прямозубых зубчатых колес (z₁, z₂, z₃) перемещается по шпонке или шлицам ведущего вала 1. На ведомом валу 2 закреплены колеса z₁, z₂, z₃. В зависимости от положения блока прямозубых зубчатых колес частота вращения ведомого вала будет равна

n₂=n₁(z₆ /z₁)= n₁(z₅ /z₂)= n₁(z₄ /z₃).

 

Рис. 7.10. Механизмы для регулирования скорости движения:

а — редуктор с дистанционным переключением передач; б — редуктор с механическим переключением передач; в — конус Нортона; г — редуктор с механической двусторонней муфтой; д — вариатор; 1— ведущий вал; 2 — ведомый вал; 3 — фрикционная электромагнитная муфта; 4 — двусторонняя кулачковая муфта; 5 — шкив; 6 — ось; 7 — ролик; п₁, п₂ — частота вращения ведущего и ведомого валов соответственно; z₀— z₅ — зубчатые колеса

На рис. 7.10, в показан редуктор с использованием конуса Нортона. На ведущем валу 1 закреплен набор — конус прямозубых зубчатых колес z₁, z₂, z₃, z₄. Прямозубое колесо z₅ перемещается по шпонке или шлицам ведомого вала 2. Движение с вала 1 на вал 2 передается через промежуточное колесо z₀. В зависимости от положения колеса z₅ частота вращения ведомого вала будет равна

n₂=n₁(z₅ /z₁)= n₁(z₅ /z₂)= n₁(z₅ /z₃) = n₁(z₅ /z₄).

На рис. 7.10, г показан редуктор с механической двусторонней кулачковой муфтой-синхронизатором. Достоинством такого решения будет возможность применения косозубых или шевронных зубчатых колес, что существенно снизит габариты и массу редуктора. Работа такого редуктора аналогична работе редуктора, показанного на рис. 7.10, а, только переключение передач осуществляется за счет перемещения кулачковой муфты 4 по шлицам ведомого вала 2.

Бесступенчатое изменение  скорости возможно за счет применения вариаторов (рис. 7.10, д). В вариаторе шкивы 5 закреплены соответственно на ведомом 2 и ведущем 1 валах. Ролики /закреплены на общей оси 6. При повороте оси роликов на угол  ±φ обеспечивается плавное изменение частоты вращения ведомого вала.

Реверсивные механизмы. Изменение направления вращения всего привода возможно за счет переключения фаз асинхронного электродвигателя, изменения полярности подключения электродвигателя постоянного тока или применения зубчатых механизмов. В механизмах с цилиндрическими зубчатыми колесами (рис. 7.11, а) реверсирование движения осуществляется перемещением по шлицам ведомого вала 2 кулачковой муфты 3. Для передачи движения с ведущего вала 1 на ведомый вал 2 применяется паразитное зубчатое колесо z₃. Частота прямого вращения ведомого вала равна п₂ = n₁(z₅ /z₁). Частота обратного вращения ведомого вала равна п₂*= n₁(z₄ /z₂). В механизмах с коническими зубчатыми колесами (рис. 7.11, б) используется аналогичный принцип реверсирования, но паразитное колесо не требуется.

Делительные механизмы. Для поворота на заданный угол заготовки или элемента станка (деления), применяются шаговые электродвигатели, оптические или механические делительные головки. Достаточно часто применяется мальтийский крест (рис. 7.11, в). В нем непрерывное вращательное движение водила 4, закрепленного на ведущем валу, преобразуется (через палец 6) в прерывистое вращательное движение мальтийского креста 5. При равномерном мальтийском кресте угол его поворота за один оборот водила равен 360°/z, где z — число пазов на мальтийском кресте.

 

Рис. 7.11. Реверсивные и делительные  механизмы:

а — с цилиндрическими зубчатыми колесами;  б — с коническими зубчатыми колесами;  в — мальтийский крест; 1— ведущий вал; 2 — ведомый вал; 3 — кулачковая муфта;  4 — водило;  5 — мальтийский крест; 6 — палец; n₁, n₂, п₂ *— частота вращения ведущего, ведомого валов и реверса соответственно;  z₁ –z₅ —зубчатые колеса

 

Лекция  №6 Классификация металлорежущих станков. Основные узлы и механизмы станков.

1. Ряды чисел оборотов (частот вращения) и подач станков.
2. Механизмы подачи
3. Храповой механизм
4. Мальтийский механизм (крест)
5. Кулачковые механизмы
6. Кулисный механизм
7. Реверсивные механизмы
8. Механизм (муфта) обгона
9. Дифференциалы
10. Механизмы бесступенчатого регулирования скоростей
11. Гидравлический привод

 

Ряды чисел  оборотов (частот вращения) и подач  станков. Выбранная частота вращения шпинделя станка зависит от диаметра обрабатываемой детали или инструмента и установленной скорости резания. Ввиду того что диаметры обрабатываемых деталей или инструментов на станках могут изменяться в определенных пределах, на станках предусматривается изменение частоты вращения также в соответствующем диапазоне. Диапазоном частоты вращения шпинделя станка называется отношение C=n_max/n_min, где n_max n_min — максимальная и минимальная частоты вращения шпинделя станка, мин^-1. Чем больше диапазон частоты вращения шпинделя, тем универсальнее станок. В зубчатых коробках скоростей можно получить лишь определенный ряд значений п. В отечественном станкостроении стандартизирован ряд частот вращения, образующий геометрическую прогрессию

где —знаменатель геометрической прогрессии; z — число членов прогрессии;

Геометрический  ряд величин частоты вращения шпинделя обеспечивает при переходе от данной к следующей высшей ступени постоянство перепада скоростей резания А, которое выражается в процентах:

Стандартизированы следующие знаменатели рядов и соответствующие им перепады скоростей:

 1.06 1.12 1.26 1.41 1.58 1.78 2.0

% 5 10 20 30 50 45 50

Механизмы подачи служат для получения различных величин подач. Подачи разделяются на непрерывные (токарные, сверлильные, фрезерные станки) и прерывистые (строгальные и долбежные станки). Кинематическая цепь механизма подачи соединяется с тем органом станка, в связи с движением которого подача рассчитывается. В токарных станках подача рассчитывается на один оборот шпинделя и механизм подачи соединяется со шпинделем. Во фрезерных станках, где основной подачей является подача за минуту, механизм подачи получает движение непосредственно

Рис. 35 Механизм с накидным зубчатым колесом

от электродвигателя. Чаще всего величину подачи изменяют зубчатыми коробками подач, сменными колесами, регулированием храпового механизма (строгальные и долбежные станки) или при помощи гидропривода.

Зубчатые  коробки подач аналогичны коробкам скоростей. Однако в коробках подач используются некоторые механизмы, которые не применяются в коробках скоростей ввиду их непригодности для передачи значительных мощностей. Так, в коробках подач применяют механизм с накидным зубчатым колесом и механизм с вытяжной шпонкой.

Механизм с накидным колесом (рис. 35) применяется в коробках подач токарных станков. На валу 1 на скользящей шпонке установлено зубчатое колесо z₁. При помощи рычажной вилки 2 колесо z₁ может передвигаться по валу. Установленные неподвижно на валу 3 колеса z₃—z₁₀ могут при помощи рычажной вилки через колесо z₂ входить в зацепление с колесом z_1. В каждом положении рычажная вилка закрепляется фиксатором 4 по отверстию в корпусе коробки подач. Такой механизм дает возможность получить восемь  передаточных отношений в пределах от z₁/z₃ до z_1/ z₁₀.