Раздел 3 3.1 Кинематическая структура станков (стр. 3 )

В результате анализа схемы формообразования, расположения образуемых поверхностей на заготовке и конструкции режущего инст­румента устанавливают также необходимость в движениях деления и врезания, и если они необходимы, то определяют их характер. После того как установлены или определены все необходимые движения формообразования, деления и врезания, которые и определяют в основном кинематическую структуру или, проще, кинематику станка, можно приступать к составлению или анализу структур кинемати­ческих групп, обеспечивающих функционирование перечисленных выше движений.

Составление или анализ структур кинематических групп станков с механическими связями и системами управления проводят последо­вательно от одной группы к другой в следующем порядке.

1. Устанавливают число исполнительных органов: как правило, оно соответствует числу простых движений, образующих траекторию исполнительного движения.

2. Определяют характер и состав внутренней структурной связи группы: для простых групп – это пространственная связь между звеньями исполнительной пары, а для сложных групп – это функциональные внутренние цепи (цепь) между исполнительными органами исполнительных пар, включая пространственные связи между их звеньями.

3. Устанавливают источник движения и определяют характер и состав внешней структурной связи группы.

4. Устанавливают число и расположение необходимых органов настройки на параметры движения, создаваемого этой группой.

Кроме того, следует иметь в виду, что иногда исполнительные органы могут одновременно принадлежать двум и более кинематическим группам, а также нередко отдельные или все кинематические К группы станка имеют один и тот же источник движения.

Порядок составления и анализа для структур сложных кине­матических групп станков с ЧПУ при условии, что исполнительные органы этих групп имеют индивидуальные регулируемые источники движения, ограничивается двумя первыми пунктами.

3.2 Движения в станках. Источники движения

Любые движения в станках, в том числе и формообразующие, предназначены для исполнения конкретной функции (цели) и поэтому их называют исполнительными. По функциональному назначению все движения в станках можно классифицировать на движения (рис. 3.4) формообразования, установочные (Уст.), деления (Д), вспомогательные (В сп), управления (Упр). Определение формообразующих движений (рис. 3.4, а) дано выше.

Рис. 3.4 Примеры исполнительных движений: а – формообразования; б – установочное; в – врезания; г – деления

Установочными называют движения заготовки и инструмента, необходимые для перемещения их в такое относительное положение (исходная позиция), при котором становится возможным с помощью формообразующих движений получать нужную поверхность требуе­мого размера. Примером установочного движения является попереч­ное движение Уст(П) резца для установления его в положение (позицию), позволяющее получить цилиндр требуемого размера D (рис. 3.4,б). Иногда установочное движение, при котором отсутствует резание, называют наладочным или движением позиционирования.

Если при установочном движении происходит резание материа­ла, но еще нет формообразования требуемой поверхности нужного размера, то такое движение называют движением врезания и его обоз­начают Вр. Например, поперечное перемещение резца для образо­вания канавки требуемого размера d (рис. 3.4,в) будет движением Вр (П). Нередко движение врезания осуществляется одновременно с дви­жением формообразования и иногда по своей структуре совпадает с одним из них.

Делительными называются движения, необходимые для обеспе­чения требуемого расположения на заготовке одинаковых образуемых поверхностей. Например, при нарезании двухзаходной резьбы фасон­ным резцом после нарезания одной винтовой канавки требуется повер­нуть заготовку на 180° для нарезания второй винтовой канавки. Поворот заготовки на 180° и будет делительным движением. Движе­нием деления будет также движение Д (В) поворота дисковой фрезы на угол α при затыловании ее зубьев (рис. 3.4,г).

Делительные движения могут быть периодическими или непре­рывными, что зависит в основном от конструкции режущего инстру­мента. Непрерывные делительные движения по своей структуре обычно совпадают с одним из формообразующих движений, которое реализует одновременно процессы формообразования и деления, как, например, обкаточное движение Ф(В1В2) при нарезании цилиндри­ческих колес червячной фрезой.

К вспомогательным движениям относятся движения, обеспечи­вающие установку, зажим, освобождение, транспортирование, быст­рое перемещение в зону резания и из нее заготовки и инструмента, охлаждение, смазывание, удаление стружки, правку инструмента и т. п.

К движениям управления относятся те, которые совершают орга­ны управления, регулирования и координирования всех других испол­нительных движений станка. К таким органам относятся муфты, реверсирующие устройства, кулачки, ограничители хода и др.

Определяющую роль в формировании кинематической структуры станка играют движения формообразования, установочные (вре­зания) и деления.

Любое исполнительное движение в станке можно охарактеризо­вать пятью абсолютными пространственно-кинематическими пара­метрами: траекторией (форма линии), скоростью, направлением, путем (протяженностью траектории) и исходной точкой. Наиболее важными параметрами любого движения являются его траектория и скорость.

В зависимости от характера исполнительного движения, формы и протяженности его траектории, вида и конструкции режущего инструмента, участвующего в создании движения, в станке движение теоретически может регулироваться (настраиваться) по двум, трем, четырем и пяти параметрам. Наибольшее число параметров регулиро­вания может потребоваться для реализации движений с ограниченной по протяженности (величине) траекторией, причем пять параметров для сложного и четыре (за исключением траектории) для простого движения. Теоретически всегда возможно регулирование (настройка) любого движения по параметрам скорости и направления, однако в практике встречаются случаи, когда движение вообще не регулирует­ся или регулируются лишь по скорости, например, у некоторых стан­ков шлифовальной группы вращение шлифовального круга Фv(Ви) не регулируется по направлению и скорости.

Любой металлорежущий станок для создания в нем необходимых исполнительных движений имеет один или несколько источников движения, причем современные станки с ЧПУ, как правило, имеют число источников движения, равное числу рабочих исполнительных органов в станке. В качестве наиболее распространенных источников движения в станках с механическими системами управления исполь­зуются асинхронные электродвигатели переменного тока, а в станках с ЧПУ – электродвигатели постоянного тока. Кроме того, в станках в качестве источников движения находят применение гидро-пневмо-двигатели и значительно реже встречаются источники движения в виде устройств, аккумулирующих и по необходимости выдающих энергию, например, в виде пружин.

Источники движения можно подразделить по признаку регули­руемости параметров создаваемых ими движений на нерегулируемые и регулируемые. Причем среди регулируемых источников движения встречаются регулируемые только по скорости, только по направле­нию, по скорости и направлению, а также по скорости, направлению, исходной точке и пути. Источники движения, регулируемые по четырем параметрам, широко используются в станках с ЧПУ и в автоматизи­рованных станочных системах. В качестве таких источников дви­жения наибольшее распространение получили стандартные электроприводы с двигателями постоянного тока и тиристорным уп­равлением.

Движения, классификация, технические показатели станков токарной группы

Токарная обработка (точение) предназначена для механиче­ского формирования геометрии деталей машиностроения лезвий­ным инструментом посредством снятия стружки. Кинематика ре­зания определяется в основном относительным вращательным движением заготовки с пространственно фиксированной осью вращения и произвольным движением подачи. Формы поверхно­стей, получаемые способом токарной обработки, приведены на рисунках 3.5-3.7.

Рис. 3.5 Главные движения и движения подач при токарной обработке: а) обточка; б), в) многоступенчатая обточка; г) подрезка торца; д) фасонная обработка; е) обработка канавки; ж) сверление; з), и) внутренняя обработка; к), л) отрезные операции.

Обозначения: v - скорость резания, м/мин; Sпр, - продольная подача, мм/об; Sп - поперечная подача, мм/об

Рис. 3.6  Схемы обтачивания наружных конических поверхностей на токарном станке за счет: а) формы резца; б) поворота суппорта; в) смещения заднего центра; копира.

Обозначения: α - угол конуса, градус; h - величина смещения заднего центра, мм

Рис. 3.7 Схемы нарезания однозаходной (а) и многозаходной (б) резьбы на токарно-винторезном станке.

Обозначение: SН. Р. - подача, соответствующая шагу нарезаемой резьбы, мм/об.

Классификация станков токарной группы определяется по: ос­новному конструктивному признаку; вспомогательному видовому признаку; компоновке; количеству позиций закрепления заготовок; числу устанавливаемых инструментов; виду управления; классу точ­ности.

Классификация станков по основным и вспомогательным признакам приведена в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Классификация станков по основным и вспомогательным признакам

Основные признаки	Вспомогательные признаки
Токарные и токарно-винторезные станки	Универсальные токарно-винторезные. Патронные и патронно-центровые. Патронно-прутковые и патронно-центровые. Прутковые. Настольные.
Токарные полуавтоматы и автоматы	Поперечного и продольного точения. Одношпиндельные программируемые. Одношпиндельные вертикальные. Многошпиндельные горизонтальные с вращающимися заготовками. Многошпиндельные горизонтальные с вращающимися инструментами. Многошпиндельные вертикальные. Фронтальные.
Токарные револьверные станки	Горизонтальная револьверная головка. Вертикальная револьверная головка.
Токарные копировальные станки	Многорезцовые. Гидрокопировальные.
Карусельные и лобовые станки	Одностоечные. Двухстоечные. Лобовые.
Токарные затыловочные станки	Простые. Универсальные.
Резьбообрабатывающие станки	Гайконарезные. Резьбонарезные. Резьботокарные.
Токарные специализиро­ванные и специальные	Для обработки турбинных колес, гильз, цилиндров, труб, коленчатых валов и др.

Компоновка станков обусловлена положением главной оси вращения заготовки и относительным положением инструмента в пространственной системе координат. По этому признаку выде­ляются горизонтальные и вертикальные компоновки.