Лекции по "Машиностроению"

 
 
Рисунок 2.4.1 Схема действия передачи винт-гайка

Применяют поднятия грузов (домкраты), создание больших усилий до 1000 кН при малых перемещениях (прессы, нажимные устройства, тиски и т.п.) и получения точных перемещений (ходовые винты станков, измерительные приборы, делительные и регулировочные устройства).

5.2 Достоинства  передачи винт-гайка 

1. Большой выигрыш в  силе;  
2. Возможность получения медленного движения с высокой точностью перемещения; компактность при высокой нагрузочной способности;  
3. Простота конструкции и изготовления; 
4. Плавность и бесшумность; 
5. Высокая надежность.

5.3 Недостатки передачи  винт-гайка 

1. Повышенный износ резьбы, вызываемый большим трением; 
2. Низкий КПД.

5.4. Конструкция  передач 

Различные два типа передач винт-гайка:  
- передачи с трением скольжения рис.2.4.2.а,  
- передачи с трением качения рис.2.4.2.б.

 

 

 

 

 

24

Станиной называется базовая деталь станка, на которой установлены и закреплены все его детали и узлы и относительно которой ориентируются и перемещаются подвижные детали и механизмы.

Основным требованием, предъявляемым к станинам, является длительное обеспечение правильного взаимного положения узлов и частей, смонтированных на ней, при всех предусмотренных режимах работы станка в нормальных эксплуатационных условиях. Базирующими поверхностями станины являются ее направляющие, на которые устанавливаются детали и узлы станка. Эти детали и узлы могут перемещаться по направляющим станины, либо быть жестко с ней связаны. Направляющие станины имеют различные формы (рис. 9).

При изготовлении направляющих станины предъявляются повышенные требования к точности. Это объясняется тем, что от точности изготовления направляющих зависит качество общей сборки и точность работы станка. Помимо этого, к станинам предъявляется и ряд других требований, касающихся прочности, малой «металлоемкости», низкой стоимости, неизменности относительных положений базирующих поверхностей во время работы станка.

Для обеспечения точности работы всех узлов станка необходимо сохранение неизменности формы станины, что возможно при выполнении следующих условий:

1. Станина должна обладать  жесткостью, при которой ее деформации  под действием усилий в процессе  работы станка не выходили  бы за пределы, соответствующие  допускам на неточность обрабатываемых  на станке деталей.

Жесткость определяется из выражения 

где Р — действующее усилие в кГ; у — перемещение в направлении действия силы в мм.

2. Материал станины должен  быть термически обработан, и  при этом исключаются внутренние  напряжения, вызывающие изменение  ее формы. После предварительной  механической обработки станины  подвергают старению, в процессе  которого происходит снятие внутренних  напряжений.

3. Станина должна быть  виброустойчива, так как в противном  случае будут иметь место ухудшение  класса чистоты обрабатываемой  поверхности и снижение стойкости  режущего инструмента.

4. Направляющие движения  должны обладать большой износостойкостью. Станины в зависимости от их  конструкции и размеров изготовляют  литые из чугуна СЧ21-40, СЧ35-56, СЧ32-52, СЧ38-60, и сварные — из стали  марок Ст. 3 или Ст. 4. Сварные станины  легче литых, но жесткость их  ниже.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

Конструкция высокоскоростных шпинделей

Основными компонентами конструкции высокоскоростного фрезерного шпинделя являются:

• тип шпинделя: с ременным приводом или интегрированный мотор-шпиндель;

• шпиндельные подшипники: тип, количество, расположение и метод смазки;

• шпиндельный двигатель: с ременным приводом, мотор-шпиндель, мощность, размер;

• вал шпинделя, включая тягу зажима инструмента и тип вспомогательного инструмента;

• корпус шпинделя: размер, тип присоединения, мощность.

Главную роль в определении функциональных достоинств и недостатков любого шпинделя играют, в первую очередь, подшипники и двигатель шпинделя. Именно они определяют область применения высокоскоростного шпинделя — высокие скорости и легкое резание. Это обусловлено размерами шпинделя — маленький двигатель вынуждает жертвовать крутящим моментом ради достижения более высокой скорости, а маленькие подшипники имеют меньшую жесткость. Таким образом, необходим постоянный компромисс между скоростью резания и усилиями резания.

Тип шпинделя: с ременным приводом или мотор-шпиндель

Первое решение, которое необходимо принять — какое исполнение шпинделя требуется: с ременным приводом или мотор-шпиндель. Это решение принимается исходя из требований к станку, включающих максимальную скорость, мощность и жесткость. Важным фактором также является стоимость, так как шпинделя с ременным приводом, как правило, дешевле интегрированных мотор-шпинделей.

Конструкция шпинделя с ременным приводом

Высокоскоростной шпиндель с ременным приводом по конструкции аналогичен обычному шпинделю. Типичный шпиндель с ременным приводом состоит из шпиндельного вала с опорами из шпиндельных подшипников в корпусе шпинделя. В шпиндельный вал встроена система крепления инструмента, включающая инструментальный конус, тяговый механизм и систему разжима инструмента. Механизм, обеспечивающий усилие для разжима инструмента, расположен, как правило, вне шпиндельного узла.  
Вращение передается этому шпинделю от внешнего мотора. Мотор крепится осепараллельно к шпинделю, и момент передается на шпиндель через зубчатый или клиновой ремень. Мощность, момент и скорость шпинделя в этом случае зависят от характеристик приводного двигателя и передаточного соотношения ремня между мотором и шпинделем.  
Принципиальные преимущества шпинделя с ременным приводом следующие:

• разумная цена: поскольку сам шпиндель состоит из нескольких простых базовых деталей, цена невелика по сравнению с альтернативными решениями;

• многообразие характеристик шпинделя: так как мощность, момент и скорость шпинделя в большой степени зависят от приводного мотора, окончательные спецификации могут быть изменены для конкретного применения использованием другого двигателя или другого передаточного соотношения ремня. В некоторых случаях для получения более широкого диапазона скоростей, помимо ременной передачи с фиксированным передаточным соотношением, используют зубчатые передачи;

• возможно получение высокой мощности и момента: шпиндельный двигатель установлен отдельно от шпиндельного вала, и поэтому возможно часто использовать очень большие двигатели. Большой двигатель, особенно двигатель большого диаметра, может обеспечить очень большую полезную мощность и очень высокий крутящий момент на шпинделе. Такие величины намного труднее получить на мотор-шпинделе при ограниченных габаритах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

Подшипники скольжения и качения являются основной частью опоры шпинделя и вала. Основным требованием, предъявляемым к опорам, является обеспечение в течение длительного времени при соответствующих числах оборотов и нагрузках вала достаточной точности движения в радиальном и осевом направлениях. Для опор скольжения долговечность принимается в пределах 8000—10000 ч, а для подшипников качения при нормальной работе 5000 ч. В тех случаях, когда к шпинделям предъявляются более высокие требования точности их работы, подшипники качения необходимо менять чаще.

Подшипники скольжения в виде втулок применяются для валов неответственных передач, например в механизмах подач и других, и в виде вкладышей, состоящих из двух частей, — для валов, где допускаются незначительные рабочие зазоры. Установка рабочего зазора между вкладышем и валом осуществляется при помощи крышки опоры и прижимных болтов.

Основная задача при сборке вкладышей на валу заключается в их регулировке и установке масляного зазора между вкладышами и валом. После пригонки вкладышей по валу производят проверку масляного зазора в подшипниках (рис. 12). Для этой цели между шейкой вала 1 и вкладышем 2 в места разъема кладут тонкие свинцовые пластинки 3 и 4 и сильно зажимают верхнюю крышку болтами. После отжатая болтов пластинки измеряют микрометром, разница между толщиной верхней пластины и полусуммой толщин баковых соответствует зазору между вкладышем и валом. Еслизазор не соответствует табличным показателям для данных марок масел, его пригоняют шабрением, механической обработкой соединительных мест вкладышей или установкой мерных прокладок в местах соединения вкладышей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28

Правильная система смазки значительно снижает потери энергии на трение, повышает, коэффициент полезного действия станка, уменьшает износ, увеличивает долговечность трущихся поверхностей, сохраняет точность станка, способствует плавной его работе и получению заданной шероховатости поверхностей деталей, обрабатываемых на станке.

В качестве смазочных материалов в станках применяют жидкие минеральные масла и густые (консистентные) мази. Наибольшее применение для смазки станков получили индустриальные масла следующих марок: И-12А, И-20А, И-ЗОА. Эти масла больше подходят для смазки отечественных быстроходных механизмов и дают возможность осуществить централизованную смазку с ее циркуляцией и очисткой от загрязнения, надежно обеспечивающая смазку всех основных узлов станка.

Выбор сорта смазки в первую очередь определяется скоростями относительного скольжения и нагрузками, действующими в сопряжениях. При прочих равных условиях чем выше скорость относительного скольжения и чем меньше удельное давление (на единицу площади) в сопряжении, тем меньшей вязкости должно быть масло. Для прецизионных металлорежущих станков, как правило, выбирают смазку, имеющую наименьшую вязкость.

В металлорежущих станках выбор сорта смазки затрудняется тем, что имеет место большое разнообразие пар трения, работающих при различных относительных скоростях и нагрузках. Применение разных смазок усложнило бы конструкцию смазочной системы и затруднило эксплуатацию такого станка.

Поэтому обычно выбирают один (реже два) сорта масла, ориентируясь на средние условия работы и на ответственные сопряжения станка.

В качестве примера рассмотрим смазку радиально-сверлильного станка мод. 2М55. Станок снабжен комбинированной системой смазки. Смазка трущейся пары колонна — рукав осуществляется автоматически с помощью плунжерного насоса, который при каждом срабатывании механизма отжима рукава подает порцию масла к трущимся поверхностям. Механизмы, находящиеся внутри сверлильной головки, смазывают автоматически от общей гидравлической систему сверлильной головки. Остальные трущиеся элементы станка смазывают вручную. Смазку шпиндельныхпошипников производят вручную с помощью шприца. Смазка нижних подшипников возможна при выдвинутом шпинделе. Смазку верхних подшипников производят шприцмасленкой со специальным наконечником через отверстие в корпусе сверлильной головки. Для сверлильного станка мод. 2М55: этого необходимо предварительно снять передний щиток сверлильной головки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29. Токарно-винторезные  станки.

На станке выполняют все виды токарных и резьбонарезных работ. При нарезании метрической и дюймовой резьб резцом и резьбовой гребенкой на станке используют цепь главного движения и винторезную цепь. Шаг нарезаемой модульной метрической резьбы Р=пт, где т — модуль; шаг дюймовой резьбы определяется числом ниток на 1**. Например: Р = 0,5" = 0,5 • 25,4 мм = 12,7 мм; дюймовая модульная резьба вычисляется в питчах (p), причем р = 1"/т.

   Для нарезания резьбы  метчиком и плашкой необходимо  только главное движение, так  как подача инструмента осуществляется  самозатягиванием.

   Общий вид станка  приведен на рис. 1. Все механизмы  станка монтируют на станине 1. В передней (шпиндельной) бабке 18 устанавливают  коробку скоростей, шпиндель и  другие элементы. Коробка подач 9 передает движение от шпинделя  к суппорту (на рисунке шпинделя  не видно, так как на нем  навинчен патрон 24). Суппорт включает  в себя поперечные салазки 8 и  верхние салазки 31, которые размещены  на каретке суппорта, перемещающейся  по направляющим 40 станины. В фартуке 4 вращение ходового винта 41 или  вала 42 преобразуется в поступательное  движение суппорта, несущего на  верхних салазках резцедержатель 26. В пиноли задней бабки 36 может  быть установлен центр для  поддержки обрабатываемой заготовки  или стержневой инструмент (сверло, развертка и т.п.) для обработки  центрального отверстия в заготовке, закрепленной в патроне.

   Основные органы  управления (рукоятки и кнопки) универсального  токарно-винторезного станка показаны  на рис. 1.

   Установка и закрепление  на станках заготовок производится  в патроне, патроне и заднем  центре, в центрах и на оправке.

   Патроны предназначены  для закрепления заготовок, которые  могут выступать из него на  длину, равную двум-трем их диаметрам. Более длинные заготовки устанавливают  в патроне и заднем центре. Поддержка заготовки задним центром  необходима и при тяжелых обдирочных  работах. Установку в центрах  используют для длинных заготовок  типа валов в тех случаях, когда  необходимо обеспечить соосность  нескольких обрабатываемых наружных  поверхностей с минимальными  отклонениями, а также при обработке  заготовок последовательно на  различных станках с установкой  на одни и те же технологические  базы. Оправки применяют при обработке  наружной поверхности заготовки  при наличии в ней предварительно  обработанного отверстия.