70127

Анализ кинематики металлорежущих станков

Книга

Производство и промышленные технологии

Приводы со ступенчатым регулированием выполняют в виде зубчатых коробок передач обеспечивающих получение определенного ряда значений частоты вращения или подач Приводы используют для обеспечения движений в станках.

Русский

2014-10-15

1.02 MB

26 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра технологии металлов

«УТВЕРЖДАЮ»

ЗАВ. КАФЕДРОЙ, ПРОФЕССОР

_____________В.М.ПРИХОДЬКО

«_____» _______________2002г.

Багров И.В., Кудряшов Б.А., Сас Ю.М.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе

“Анализ кинематики металлорежущих станков”

МОСКВА 2002


СОДЕРЖАНИЕ

1. Цель и содержание лабораторной работы

2. Классификация и системы обозначения металлообрабатывающих станков

3. Основные составные части металлообрабатывающих станков

4. Кинематические схемы металлообрабатывающих станков

5. Последовательность анализа кинематической схемы станка

6.Пример отчета о выполненной работе

7.Контрольные вопросы

8.Литература


Лабораторная работа №
3

Анализ кинематики металлорежущих станков

3.1. Цель и содержание лабораторной работы

Целью лабораторной работы является углубление общеинженерных знаний в области конструкции металлорежущих станков и получении навыков в анализе кинематических схем металлорежущих станков.

В работе представлены сведения о классификации, обозначениях, основных составных частей и кинематических схемах металлообрабатывающих станков; приведена последовательность анализа кинематических схем.

3.2. Классификация и системы обозначения металлообрабатывающих станков

 Металлорежущие станки являются основным видом оборудования современных машиностроительных заводов. Современные металлорежущие станки – это рабочие машины, использующие механические, электрические и гидравлические методы осуществления движений и управления рабочим циклом, решающие различные технологические задачи.

В настоящее время промышленностью выпускается огромное количество типоразмеров станков, предназначенных для выполнения сложных технологических задач. В основу классификации станков положен технологический принцип обработки и назначение станка. Кроме этого, станки классифицируются по следующим признакам: степень специализации, степень автоматизации, число и расположение рабочих органов, степень точности. Классификация металлорежущих станков приведена на рис.1.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

ПРИЗНАКИ

Вид механической обработки

Степень специализации

Степень

автоматизации

Число и расположение рабочих органов

Степень точности

-токарные

-универсальные

-с ручным

-одношпиндельные

-нормальной (Н)

-сверлильные

-широкого назначения

приводом

-многошпиндельные

-повышенной

-фрезерные

-специализированные

-полуавтоматы

-вертикальные

точности (П)

-фротяжные

-специальные

-автоматы

-горизонтальные

-высокоточные (В)

-шлифовальные

-особовысокоточ-

ные (А)

-особоточные (С)

Рис. 1. Классификация металлорежущих станков

Станкам присваивается цифровое или буквенно-цифровое обозначение. Первая цифра указывает, группу, к которой станок относится (0 - резервные; 1 - токарные; 2 - сверлильные и расточные; 3 - станки для абразивной обработки; 4 - станки для электрофизических методов обработки и комбинированные станки; 5 - зубо - и резьбообрабатывающие станки; 6- фрезерные; 7 - строгальные, долбежные и протяжные; 8 - разрезные; 9 - разные), вторая обозначает подгруппу или тип станка в пределах данной группы: третья (а при четырехцифровом обозначении - третья и четвертая) - условно характеризует основной эксплуатационный параметр станка. Системы обозначения станков представлены на рис.2.

СИСТЕМЫ ОБОЗНАЧЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Для станков серийного производства

Для специальных и специализированных станков

16К 20 Ф3 С5

ИР 500 М Ф4;

1 – группа,

6 – тип,

К – модернизация,

20 – основной эксплуатационный параметр,

Ф3 – тип ЧПУ,

С5 – вычислительное устройство ЧПУ

ИР – условное обозначение завода – изготовителя,

500 - основной эксплуатационный

параметр,

М – модернизация,

Ф4 – тип ЧПУ

Рис.2.  Системы обозначения станков

3.3. Основные составные части металлообрабатывающих станков

Основные составные части металлообрабатывающих станков показаны на рис. 3.

Рис.3. Составные части металлообрабатывающих станков

Несущая система – совокупность корпусных узлов станка, через которые замыкаются силы, возникающие при резании между инструментом и заготовкой. К несущим системам относятся станины, стойки, направляющие. Основными требованиями, предъявляемыми к несущим системам являются: высокая жесткость и виброустойчивость, минимально возможный вес и длительное сохранение точности.

Для реализации процесса резания на станке необходимо наличие относительного движения между заготовкой и режущим инструментом. Такое движение осуществляется рабочими органами станка, которым сообщаются движения, определяемые назначением станка и характером выполняемых работ. Рабочими органами станка являются устройства, в которых закрепляют заготовку и режущий инструмент (например, шпиндель, суппорт, стол). Движения рабочих органов станка, имеющих непосредственное отношение к процессу резания, делят на главное движение и движение подачи.

Главное движение – движение, определяющее скорость деформирования и отделения стружки.

Движение подачи – движение, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в материал заготовки.

В данной лабораторной работе рассматриваются ступенчатые приводы. Приводы со ступенчатым регулированием выполняют в виде зубчатых коробок передач, обеспечивающих получение определенного ряда значений частоты вращения или подач

Приводы используют для обеспечения движений в станках. Приводы – совокупность устройств, передающих движение от источника движения к рабочему органу станка. В состав привода входят: источник движения (как правило это электродвигатели различных типов), передающие движение механизмы (валы, зубчатые колеса, блоки зубчатых колес, шкивы, муфты и др.). По характеру регулирования скорости движения рабочих органов станка различают ступенчатые и бесступенчатые приводы. Конструктивно ступенчатые приводы позволяют получить ограниченное количество частот вращений выходного вала в определенном диапазоне. Ограниченность количества частот вращений объясняется наличием в таком приводе коробки передач, которая позволяет получить только конкретные значения частот. Бесступенчатые приводы, за счет использования в качестве источника движения электродвигателей постоянного тока, позволяют получить любую частоту вращения в заданном диапазоне.

В зависимости от элементов, составляющих приводы, приводы делят на:

- электрические;

- электромеханические;

- гидравлические;

- электрогидравлические;

- комбинированные.

По назначению приводы различают на:

- приводы главного движения (ПГД);

- привод рабочих подач (ПП);

-привод ускоренных подач (ускоренных перемещений);

-приводы вспомогательных движений.

    У токарных станков ПГД – это привод осуществляющий вращение патрона в котором крепится заготовка, ПП – перемещение инструмента. У фрезерных и сверлильных станков ПГД – привод для вращения инструмента.

Основные элементы приводов главного движения показаны на рис.4.

Рис.4 Основные элементы приводов главного движения станков с вращательным движением: 1 – электродвигатель; 2- ременная передача; 3 – устройство для включения и отключения вращения шпинделя при работающем электродвигателе; 4- реверсивное устройство; 5 – устройство для изменения частот вращения привода (множительный механизм, коробка скоростей); 6 – тормоз; 7 – рабочий орган (шпиндель)

Привод подачи состоит из механизмов, служащих для:

обеспечения непрерывной или прерывной подач инструмента или заготовки,

изменения скорости и направления подачи,

для жесткой кинематической связи между главным движением резания и движением подачи (например, нарезание резьбы, зубьев зубчатых колес),

для включения и отключения подач.

Различают зависимый и независимый приводы подач. Зависимый привод подач – это привод получающий движение от шпинделя или от вала, связанного со шпинделем, неизменным передаточным отношением. Независимый привод подач имеет индивидуальный источник движения или вал, не связанный со шпинделем неизменным передаточным отношением (в этом случае подача измеряется в мм/мин). Основные элементы привода подачи токарно-винторезного станка показаны на рис.5.

Рис.5 Основные элементы привода подачи токарно-винторезного станка: 1 – шпиндель (источник движения – шпиндельный вал); 2- передача с постоянным передаточным отношением; 3 - реверсивное устройство; 4- гитара сменных зубчатых колес; 5 – коробка подач; 6 – предохранительная муфта; 7 – ходовой вал; 8 – ходовой винт; 9 – фартук суппорта (служит для размещения механизмов преобразующих вращательное движение ходового вала и винта в поступательное перемещение суппорта); 9.1 – механизм поперечной подачи; 9.2- механизм продольной подачи)

Передачей называют механизм, передающий движение от одного элемента к другому (с вала на вал) или преобразующий одно движение в другое (вращательное в поступательное). В передаче элемент, передающий движение называют ведущим, а элемент, получающий движение, - ведомым.

Каждое передача характеризуется передаточным отношением . Передаточным отношением называют число, показывающее, во сколько раз частота вращение ведомого элемента (nВМ) отличается от частоты вращения ведущего элемента (nВД):

,

Ременная передача рис.6 осуществляется плоскими, клиновыми или круглыми ремнями через шкивы d, закрепляемые на ведомом  II  и ведущем  I  валах. Передаточное отношение ременной передачи определяется по формуле:

,

где d1 – диаметр ведущего шкива,

d2 – диаметр ведомого шкива,

- коэффициент проскальзывания (h = 0,96 … 0,99).

На рис.6 показаны основные два вида  ременных передач. В первом случае ременная передача состоит и двух шкивов, каждый из которых закреплен на отдельном валу. Во втором случае на валах расположены блоки, состоящие из трех шкивов каждый. Такая конструкция ременной передачи позволяет получить при передаче вращения с первого на второй вал три различные частоты вращения. Разные значения частот на втором валу достигаются перемещением ремня по парам шкивов d4d1, d5d2 , d6d3 .

Цепная передача осуществляется роликовой или бесшумной цепью, соединяющей звездочки, закрепленные на ведомом и ведущем валах. Передаточное отношение цепной передачи определяется:

,

где  - число зубьев на ведущей звездочке,

- число зубьев на ведомой звездочке.

Зубчатая передача состоит из цилиндрических и конических зубчатых колес. Передаточное отношение зубчатой передачи определяется по формуле:

,

где,  - число зубьев на ведущем зубчатом колесе,

- число зубьев на ведомом зубчатом колесе.

Червячная передача состоит из червяка (винта) и червячного зубчатого колеса и предназначена для резкого снижения частоты вращения ведомого вала, если ведущим элементом является червяк. Передаточное отношение червячной передачи:

,

где K – число заходов резьбы червяка,

Z – число зубьев червячного колеса.

Реечная передача преобразует вращательное движение реечного зубчатого колеса или червяка в поступательное движение рейки. Если реечное колесо имеет Z  зубьев, а модуль реечного колеса равен m, мм, то за n оборотов реечного колеса рейка переместится на величину S, мм:

.

Винтовая передача состоит из винта и гайки и служит для преобразования вращательного движения винта в поступательное движение гайки. Если шаг резьбы винта равен t, мм, число заходов резьбы равно k, то за n оборотов ходового винта гайка переместится в осевом направлении на величину S, мм:

.

3.4. Кинематические схемы металлообрабатывающих станков

Для анализа движений различных органов станков применяют упрощенные, условные схемы механизмов, дающие наглядное представление о кинематике станков и в некоторой степени представление об их конструкции. Такие схемы называются кинематическими и для их вычерчивания применяют условные обозначения по ГОСТ 2.770-68. Условные обозначения соединения детали с валом показаны в табл.1.


Таблица 1

Обозначения соединения детали с валом

 

Наименование обозначения соединения детали с валом

Условное

обозначение

1

Свободное при вращении

2

Подвижное

3

При помощи вытяжной шпонки

4

Глухое

 

Кинематическая схема станка состоит из отдельных кинематических цепей, представляющих собой систему последовательно расположенных взаимодействующих звеньев, связывающих движение одного рабочего органа станка с другим или с источником движения. Кинематические цепи могут иметь как постоянные взаимодействующие звенья, так и сменные (регулируемые).

Наиболее часто в схемах станков встречаются множительные механизмы с передвижными блоками зубчатых колес рис.7. На ведущем валу (вал I) находится блок из трех цилиндрических зубчатых колес (Z1, Z2, Z3) имеющий возможность перемещаться вдоль оси вала с той же частотой вращения, что и сам вал. На втором (ведомом) валу располагаются отдельно стоящие, глухо соединенные с валом зубчатые колеса Z4, Z5 и Z6 . Перемещением  блока зубчатых колес по оси ведущего вала включают в работу пары зубчатых колес Z2 - Z5, Z1Z4  и  Z3 Z6 , тем самым получая три различных передаточных отношения (i1, i2, i3):

На рис.8 показан множительный механизм с постоянным зацеплением. На ведомом валу расположена фрикционная муфта (МФ), позволяющая за счет сил трения передавать вращение с зубчатого колеса на вал. При работе такого соединения возможно получить два передаточных отношения  (i1, i2):

.

Передаточное отношение цепи, состоящее из m последовательно включенных передач, равно произведению передаточных отношений отдельных передач:

.

Частота вращения последнего звена цепи определяется путем составления уравнения кинематического баланса:

.

В связи с тем, что любой металлорежущий станок рассчитывается для обработки изделий в определенном интервале размеров, зависящих от габаритов станка и предельных скоростей резания, то частота вращения шпинделя должна находиться в пределах регулирования от nmin до nmax.

Русским академиком А.В. Годолиным была доказана целесообразность построения ряда частот вращений рабочего органа по геометрической прогрессии. Геометрический ряд позволяет создавать сложные коробки передач из простых двухваловых механизмов. Кроме того, такие приводы обеспечивают выбор наиболее экономически выгодных режимов резания, поскольку при переходе с одной ступени на соседнюю при неизменном размере обрабатываемой поверхности относительная потеря скорости одинакова для всех ступеней.

Таким образом, ряд значений скоростей рабочих движений, построенный по геометрической прогрессии со знаменателем j может быть представлен следующим образом

где Rn – диапазон регулирования.

Вычислив фактические значения минимальной и максимальной частот вращения, можно определить значение знаменателя геометрической прогрессии и относительную потерю скорости, выраженную в процентах и называемую перепадом скоростей:

Значения знаменателя ряда частот вращения стандартизированы и устанавливаются в соответствии с рядом предпочтительных чисел, основные из которых приведены в табл.2.

Таблица 2

j

1,06

1,12

1,26

1,41

1,58

1,78

2

А

»5

10

20

30

40

45

50

3.5. График частот вращения

Для графического изображения кинематических связей приводов металлорежущих станков, а также для определения конкретных значений передаточных отношений всех передач привода и частот вращения всех его валов строят график частот вращения шпинделя. Построение графика начинают с создания структурной сетки. Сетка строится в соответствии с кинематической схемой привода станка и состоит из вертикальных и горизонтальных линий. Число вертикальных линий сетки должно равняться числу всех валов привода, включая вал электродвигателя. Горизонтальные линии проводят на расстоянии равном lgj . Число горизонтальных линий должно равняться числу частот вращения вала шпинделя. Горизонтальным линиям (снизу вверх) присваивают значения частот вращения вала шпинделя от n1 до nmax . График частоты вращения строится на структурной сетке с использованием лучей. Лучи, проведенные между вертикальными линиями, обозначают передачу между двумя валами привода с соответствующим передаточным отношением. Структурная сетка содержит следующие данные о приводе: количество групп передач; число передач в каждой из групп; передаточное отношение всех передач и всего привода при всех частотах вращения шпинделя; число возможных частот вращения всех валов при всех включениях передач; диапазон регулирования каждой группы передач, каждого вала и всего привода.

3.6. Порядок выполнения работы

6.1. Получить у преподавателя кинематическую схему станка.

6.2. Указать на схеме связь каждого элемента с валом (глухое соединение, подвижное, свободное) для привода главного движения.

6.3. Составить уравнение кинематического баланса привода главного движения в развернутом виде.

6.4. Определить число ступеней регулирования m привода главного движения.

6.5. Решить уравнение кинематического баланса привода главного движения.

6.6. Определить диапазон регулирования Rn, знаменатель ряда частот вращения j, относительную потерю скорости А для привода главного движения.

6.7. Построить график частот вращения.

6.8. Указать на схеме связь каждого элемента с валом (неподвижное соединение, подвижное, свободное) для привода подачи.

6.9. Определить значения максимальной и минимальной подач.

3.7. Пример выполнения работы

7.1. В качестве примера использован привод главного движения станка представленный на рис. 9 . Источником движения в данном приводе является электродвигатель с частотой вращения n=1440 об/мин. Вращение с вала электродвигателя на вал I привода осуществляется с помощью ременной передачи с диаметрами шкивов 140 мм (ведущий шкив) и 320 мм (ведомый шкив). На валу I находится блок из трех зубчатых колес с числом зубьев 42, 47, 37. С помощью этого блока зубчатых колес вращение передается на зубчатые колеса 42, 37, 47, находящиеся на валу II.  Передача вращения с вала II на вал III также производится с помощью блока 27, 58, 42 и зубчатых колес 68, 37, 53.

7.2. На кинематической схеме привода показывается связь элементов с валами.

При обозначении связей элементов с валами учитываются следующие положения:

все показанные на схеме элементы должны быть задействованы в работе;

сумма зубьев вступающих в работу элементов двух соседних валов должна быть одинаковой (для зубчатых пар колес с одинаковым модулем);

должна быть исключена возможность одновременной передачи двумя способами между соседними валами.

7.3. Составляем уравнение кинематического баланса привода главного движения в развернутом виде

где

- частота вращения на шпинделе,

- частота вращения электродвигателя, nЭД =1440 об/мин,

- передаточное отношение ременной передачи, ,

- передаточное отношение с I вала на II вал , ,

- передаточное отношение с II вала на III вал,

7.4. Определяем число ступеней регулирования m привода главного движения. Число ступеней регулирования определяется произведением числа групп передач. На данной схеме передача вращения реализуется следующим образом:

передача с вала электродвигателя на первый вал привода осуществляется одним способом – с помощью ременной передачи;

передача с первого вала на второй может быть осуществлена тремя способами – с помощью подвижного блока зубчатых колес с числами зубьев 42, 47, 37;

передача со второго вала на третий может быть осуществлена тремя способами – с помощью подвижного блока зубчатых колес с числами зубьев 27, 58, 42.

Таким образом, число ступеней регулирования определяется

.

7.5. Решаем уравнение кинематического баланса привода главного движения с помощью табличного способа. Решение представлено табл. 3.

Таблица 3

Табличный способ решения уравнения кинематического баланса

1440

617

784

1229

621

311

617

967

489

245

485

760

384

193

Решение уравнения кинематического баланса привода главного движения позволяет определить следующие значения частот вращения вала шпинделя: 193, 245, 311, 384, 489, 621, 760, 967, 1229.

7.6. Определяем диапазон регулирования Rn, знаменатель ряда частот вращения j, относительную потерю скорости А для привода главного движения.

7.7. Строим график частот вращения.  

Построение графика начинаем с создания структурной сетки. Число вертикальных линий сетки равняется четырем (три вала привода плюс вал электродвигателя). Число горизонтальных линий должно равняться числу частот вращения вала шпинделя, те есть девяти. В рассматриваемом примере частота вращения электродвигателя (1440 об/мин) больше максимального значения частоты вращения вала шпинделя (1229 об/мин). Поэтому при создании сетки дополнительно добавляем одну горизонтальную линию. Лучи проводятся в соответствие с решением уравнения кинематического баланса (табл.3).

7.8. На схеме привода подачи показывается связь каждого элемента с валом (неподвижное соединение, подвижное, свободное). Условные обозначения на приводе показываются с учетом требований пункта 7.2.

7.9. Определяем значения максимальной и минимальной подач.

Для приводов подач токарных и фрезерных станков, имеющих в качестве источника вращения отдельный электродвигатель (независимый привод подачи), значения подач определяются из выражения

, мм/об,

где, - частота вращения электродвигателя привода подач, об/мин,

- передаточное отношение кинематической цепи привода подач,

- шаг винтовой передачи, мм.

Для приводов станков у которых цепь движения подачи начинается с вала шпинделя значения подач определяются по формуле

, мм/об.

В данном случае в качестве источника вращения выступает вал шпинделя и в формуле указывается 1 оборот вала шпинделя.

Контрольные вопросы

1. Какова система классификации металлорежущих станков?

2. Покажите условные обозначения типовых элементов кинематических схем станков.

3. Дайте определения главного движения станка и движения подачи.

4. Назовите основные типы приводов станков.

5. Что позволяет определить уравнение кинематического баланса и как оно записывается?

6. Как определить число ступеней регулирования привода станка?

7. Как определить диапазон регулирования привода, знаменатель ряда частот вращения и относительную потерю скорости?

8. Назовите последовательность построения графика частот вращения.

9. Чем вызвана необходимость изменения частоты вращения станка?

10. Как определить величину подачи станка?

Рис.6. Ременные передачи

Рис.7. Множительный механизм с передвижным блоком колес

Рис.8. Множительный механизм с постоянным зацеплением колес

193

384

311

45

967

760

621

489

1440

1229

I  

II  

III  

Вал ЭД  

Рис.2. График частот вращения


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63365. Устройство ввода графической информации – сканер 177.5 KB
  Под устройством ввода графической информации УВГИ типа сканер понимается устройство для преобразования данных из графической формы в машинные коды. Сканеры выполняют следующие операции: определение координат графических элементов и оттенков цвета...
63366. Экономическая наука и общество 75.5 KB
  Основные этапы и направления развития экономической теории. Предпосылки экономической науки. Становление научной системы экономической теории. Курс представляет собой вводный курс фундаментальной экономической теории.
63367. Основные понятия мультиплексирования 604.83 KB
  Современные системы связи передают огромное количество информации на большие расстояния, причем в процессе обмена информацией принимает участие много абонентов одновременно.
63369. Методика как научная и педагогическая дисциплина 247.5 KB
  Предмет цели и задачи методики преподавания информатики МПИ. Вместе с введением в школу общеобразовательного предмета Основы информатики и вычислительной техники началось формирование новой области педагогической науки...
63370. Управление процессами разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Цели, методы, системный принцип 2.61 MB
  Так к технологическим факторам относятся: 1 сетка скважин; 2 система заводнения; 3 предельные давления и дебиты скважин и проч. Мероприятия по управлению процессами разработки основываются на результатах анализа данных мониторинга и гидродинамических исследований скважин...
63371. Гiсторыя Беларусi. Уводзiны 74 KB
  Гісторыя Беларусі як вучэбная дысцыпліна яе прадмет метады і задачы курса. Ластоўскі ў кнізе €œКароткая гісторыя Беларусі выдадзенай у 1910 годзе. Нельга не адзначыць што на працягу многіх стагоддзяў спачатку польскія а затым расейскія і савецкая гісторыкі...
63372. Устройства сканирования 291.5 KB
  Рынок сканеров достаточно разнообразен в разных категориях различающихся по техническим и стоимостным показателям. Переходя к принципам отбора наиболее подходящего сканера прежде всего надо дать себе отчет в том что сканер даже планшетный...
63373. Сканеры. Принцип сканирования 1.15 MB
  Разрешение сканирования scаnning resolution является основной характеристикой сканера и указывает сколько пикселов изображения может вводить сканер на единицу площади оригинала.