Токарно-винторезный станок

В качестве примера рассмотрим кинематику токарно-винторезного станка модели 1К62 (рис. 3.11), являющегося классическим представителем станков этого типа и группы.

Обрабатываемое тело вращения устанавливается в приспособлении, закреплённом на шпинделе передней бабки Б, или в нём и в приспособлении, установленном в пиноли задней бабки В. Вращение заготовки является главным движением (движением резания), а перемещение инструмента вдоль оси вращения заготовки (продольное) или перпендикулярно к ней (поперечное) – подачей. Инструменты (резцы) устанавливаются в резцедержателе И верхних салазок К суппорта. В продольном направлении перемещается каретка Г суппорта с фартуком и всеми остальными частями суппорта, а в поперечном – поперечные салазки Д с поворотной частью Е, верхними салазками и резцедержателем. В привод подач входит ряд элементов, в том числе, коробка подач, от которой приводится во вращение ходовой вал или ходовой винт. При обработке цилиндрических и торцевых поверхностей суппорт с инструментом получает движение от ходового вала через передачи фартука, а при обработке винтовых поверхностей (нарезании резьб) – от ходового винта.

3.4.3.1Привод главного движения (вращения шпинделя с заготовкой)

Привод вращения шпинделя представляет собой внешнюю кинематическую связь.

Конечными звеньями привода главного движения являются электродвигатель, вал которого имеет частоту вращения n_дв= 1450 об/мин, и шпиндель с заготовкой, который должен вращаться с такой частотой n об/мин, какая обеспечит требуемую скорость резания.

Запись расчётных перемещений конечных звеньев цепи будет иметь вид:

n_дв®n

Вал электродвигателя связан с входным валом коробки скоростей клиноременной передачей. Далее движение может передаваться с помощью группы передач на две скорости (51:39; 56:34; ниже эта группа будет обозначена р_а; р_а=2), при этом шпинделю будет сообщаться правое ("прямое") вращение, или двух последовательных передач (50:24 и 36:38), и тогда шпиндель будет иметь левое ("обратное") вращение. Включение прямого или обратного вращения и отключение вращения шпинделя производится двухсторонней фрикционной многодисковой муфтой М1.

Следующему валу движение сообщается группой передач на три скорости (р_б; р_б=3), а с него движение может быть передано шпинделю либо сразу через передачу 65:43, либо через две группы передач (р_в=2, р_г=2) и шпиндельную передачу 27:54. Для этого блок-двойка 43-54, передающий через шлицевое соединение вращение шпинделю, устанавливается в соответствующее положение.

Таким образом, движение выходному валу передаётся по двум кинематическим цепям: короткой (включена передача 65:43), при этом обеспечивается передача высших скоростей, и длинной (через группы р_в, р_г), при этом обеспечивается передача низших скоростей.

Уравнение кинематического баланса привода имеет вид:

В кинематической цепи для низших скоростей (р_а·р_б·р_в·р_г) группы p_в и p_г совместно обеспечивают три различных передаточных отношения (i = 1/16; 1/4; 1), а не четыре, поэтому цепью передаётся шпинделю не 24 (2·3·2·2), а 18 разных частот вращения: 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630 об/мин.

Для переключения частот вращения шпинделя в порядке их возрастания необходимо переключать передачи сначала в группе р_а, затем в группе р_б и снова р_а, затем в группах p_в и p_г совместно (по возрастанию передаточных отношений) и снова в группах р_а и р_б.

Кинематическая цепь для высших скоростей обеспечивает передачу шпинделю 6 частот вращения: 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000 об/мин.

Для каждой из кинематических цепей (для низших скоростей и для высших) следует выводить отдельную настроечную формулу.

3.4.3.2 Приводы подач, осуществляемых при включении ходового вала

Конечными звеньями кинематических цепей подач, представляющих собой внутренние кинематические связи, являются шпиндель с заготовкой и суппорт (точнее – резцедержатель суппорта) с инструментом. Перемещение инструмента в продольном (S) или поперечном (S_п) направлениях увязывается с одним оборотом шпинделя с заготовкой и подача, таким образом, измеряется в мм/об – миллиметрах перемещения инструмента (суппорта) за 1 оборот заготовки (шпинделя).

Расчётные перемещения конечных звеньев цепей: 1об.шп.®S – для продольной подачи и 1об.шп.®S_п – для поперечной.

Уравнения кинематического баланса приводов:

- продольной подачи:

- поперечной подачи:

Как видно по кинематической схеме и уравнениям кинематического баланса, в приводы подач входит ряд передач и механизмов, расположенных между шпинделем и коробкой подач, в коробке подач и в фартуке суппорта. вращение от шпинделя передаётся через шестерни 60:60 (передаточное отношение равно 1), если блок 60-45 находится в крайнем левом положении. Если блок 60-45 находится в крайнем правом положении, то вращение передается через звено увеличения шага и подач (ЗУШ), которое составляют передача 54:27, две последние группы передач (p_г и p_в) коробки скоростей и передача 45:45 (i_зуш=2;8;32). Далее движение через группу с передачами 28:56 и 42:42 (i₁=1/2;1), являющуюся частью реверсивного механизма (в цепях продольных и поперечных подач используются только эти передачи) и гитару сменных шестерён с колёсами 42, 95, 50 передается на приёмный вал коробки подач.

В коробке подач включаются муфты М2 и М3, передвижные колёса 35 выводятся из зацепления с колесами 37 и 28. Вращение с валов, соединяемых муфтой М2, на валы, соединяемые муфтой М3, передаётся посредством механизма Нортона, обеспечивающего семь различных передаточных отношений. Далее через две группы передач (назовём их множительными), совместно обеспечивающими 4 передаточных отношения (i_мн=1/8;1/4;1/2;1), передачу 28:56 и муфту обгона МО передаётся вращение ходовому валу.

От ходового вала вращение через шестерни 27-20-28, предохранительную муфту Мп, червячную передачу 4:20 сообщается валу реверсивных механизмов, который посредством одной шестерни 40 связан с зубчатыми венцами 37 кулачковых муфт М7 и М9, а другой шестерни 40 через паразитное колесо 45 – с зубчатыми венцами 37 кулачковых муфт М6 и М8.

Продольная подача суппорта в том или ином направлении включается муфтами М6 или М7, при этом вращение с вала муфт через передачу 14:66 сообщается валу с шестерней, имеющей 10 зубьев модуля 3 мм и находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой, которая закреплена на станине под направляющими. Шестерня, перекатываясь по зубчатой рейке, перемещает суппорт.

Подача поперечных салазок суппорта в ту или иную сторону включается муфтами М8 и М9. При этой вращение через шестерни 40-61-20 передается ходовому винту поперечной подачи шага 5 мм, перемещающему вдоль своей оси гайку вместе с салазками, в которых она закреплена.

Для переключения подач в порядке их последовательного возрастания (или уменьшения) сначала в коробке подач переключают механизм Нортона, а уже затем – передачи множительных групп и снова механизм Нортона. Это обеспечивает получение основного ряда подач. Удлинение ряда обеспечивается при изменении i_зуш и i₁.

Если ЗУШ отключено (для упрощения записей будем отмечать это как i_зуш=1), что имеет место при включении частот вращения шпинделя 630-2000 об/мин и i₁=1, основной ряд продольных подач будет следующим (мм/об):

При i₁=1/2 и i_мн=1/8 добавляются ещё 7 значений в начало ряда:

При трёх других значениях i_мн повторяются значения подач 0,14-1,04.

При переключениях в коробке подач в случае других комбинациях включений i_зуш (а значит, при других n_шп) и i₁ добавляются новые подачи, а часть подач повторяется.

Так, при i_зуш=2 и диапазоне частот вращения шпинделя 200-630 об/мин обеспечиваются подачи 0,14-4,16, в том числе 7 новых:

При i_зуш=8 и диапазоне частот вращения шпинделя 50-160 об/мин обеспечиваются подачи 0,56-4,16 (формально – до 8,32, но такие большие подачи не применяются).

При i_зуш=32 и диапазоне частот вращения шпинделя 12,5-40 об/мин обеспечиваются подачи 2,26-4,16 (формально – гораздо выше, что не применяется).

При одной и той же настройке привода подач поперечные подачи имеют вдвое меньшую величину, чем продольные.