КИНЕМАТИКА В СТАНКАХ

7.1. Кинематические связи в станках.

В металлорежущих станках связь движущихся элементов передач и механизмов бывает довольно сложной, поэтому вопрос о кинематических связях имеет существенное значение. Термином «кинематическая связь» определяется связь движущихся элементов станка между собой. А так как движущиеся элементы станка входят в состав привода того или иного рабочего движения, то кинематическая связь означает структуру привода.

При изучении металлорежущих станков, прежде всего, необходимо уяснить структуру приводов рабочих движений, а стало быть, и их кинематические связи. Кинематические связи в станках условно изображают схемами, которые называются структурными. Каждая кинематическая связь состоит из одной или нескольких механических, электрических, гидравлических и других кинематических цепей, через которые осуществляются требуемые исполнительные движения. Чтобы обеспечить в станке вполне определенное исполнительное движение, например движение режущего инструмента относительно заготовки, необходима кинематическая связь между исполнительными звеньями станка и кинематическая связь этих звеньев с источником движения. Кинематические связи исполнительных звеньев между собой будем называть внутренними кинематическими связями. Если исполнительное движение является простым (рис. 1, а), например, вращательным, то внутренняя кинематическая связь осуществляется одной кинематической вращательной парой между исполнительным звеном (в нашем примере шпиндель 1), участвующим в данном движении, и исполнительным звеном (бабка 2), не участвующим в рассматриваемом относительном движении. Внутренняя кинематическая связь определяет характер исполнительного движения. Скорость исполнительного движения в ней кинематической связью не определяется.

 

 

 

Рис. 1 Кинематические связи при простых исполнительных движениях

 

Внешняя кинематическая связь (рис. 1, б) - это связь между подвижным исполнительным звеном (шпинделем 1) и источником движения (электродвигателем 3). Внешняя кинематическая связь осуществляется несколькими звеньями, и при помощи органа настройки i_{v -} производится кинематическая настройка на заданную скорость исполнительного движения при неизменной скорости электродвигателя. Органами настройки могут быть сменные зубчатые колеса (механизм гитары), сменные шкивы, коробки скоростей и подач. В структурных кинематических схемах станков промежуточные звенья кинематических связей будем условно изображать штриховой линией, а органы настройки — ромбом, как это сделано на рис. 1, в.

Pиc.2. Кинематические связи при сложных исполнительных движениях

 

На рис. 2, а показана внутренняя связь, на рис. 2, б — структурная схема токарного станка с резьбонарезной цепью. На этой схеме сложное исполнительное движение по винтовой линии, состоящее из двух простых движений - вращательного (шпинделя) V и прямолинейного (суппорта)S - осуществляется двумя кинематическими связями, которые настраиваются органом настройки i_s.

Количество кинематических групп, из которых слагается кинематическая структура станка, соответствует количеству относительных движений между заготовкой и режущим инструментом, осуществляющих при обработке процессы врезания, формообразования и деления. Для делительного движения в кинематическую группу вводят отсчетное устройство (звено), которое и соединяют кинематической связью с конечным звеном делительной группы. На рис. 3 показана структурная схема группы деления, где в качестве отсчетного устройства применен делительный диск 1 с фиксатором 2.

 

 

Рис. 3. Структурная схема деления

 

Кинематическая группа врезания структурно ничем не отличается от группы формообразования.

Для осуществления рабочих движений металлорежущий станок должен иметь исполнительные звенья (шпиндель, стол, суппорт и т.п.) и кинематические связи их как между собой, так и с источником движения (электродвигателем).

В схемах, рассмотренных ранее, исполнительные связи осуществлялись механическими средствами с помощью различных передач. В практике станкостроения используются и другие средства, например, гидравлические, электрические, пневматические и т. д.

 

7.2. Основы кинематической настройки станков

 

Чтобы достигнуть необходимых перемещений конечных звеньев цепи для получения заданной формы и размеров деталей, производят кинематическую настройку станка, которая в основном сводится к определению параметров органа настройки. Расчетные перемещения определяют исходя из формы поверхности, которая должна быть образована на заготовке, и режущего инструмента. Затем по кинематической цепи составляется уравнение кинематического баланса, связывающее начальное и конечное перемещение, и из последнего находится зависимость параметра органа настройки от расчетных перемещений и постоянных коэффициентов цепи.

Кинематическая цепь составляется из движущихся, сопряженных между собой и передающих друг другу движение деталей. Если началом кинематической цепи является источник движений - электродвигатель, то можно найти связь между начальным и конечным звеньям (рис. 1, б):

n

_d1 _ d2

iv = nшп

(1)

 

где n и n_шп - частота вращения начального и конечного звеньев;

i_v - передаточное число органа настройки цепи главного движения.

 

Для удобства вычислений рекомендуется в уравнении кинематического баланса (1) выделить постоянные величины структурной формулы и подсчитать их как коэффициент данной кинематической цепи, например,

n

_d1 _ d2

iv = cшпiv = nшп

(2)

 

Выражение (2) справедливо и для станков, в цепи главного движения которых в качестве органа настройки используется коробка скоростей.

Тогда в выражении (2) i_v будет передаточным числом коробки скоростей. В общем виде уравнение кинематического баланса для цепи главного вращательного движения имеет вид

n_ci = n_k, (3)

 

где n_c и n_k - частота вращения соответственно начального и конечного звена в об/с;

i - передаточное число кинематической цепи.

Уравнение кинематического баланса в общем виде для цепи, у которой начальное звено имеет вращательное движение, а конечное — прямолинейное, будет

n_ciH = S_c, мм/с, (4)

где Н - ход кинематической пары, преобразующей вращательное движение в прямолинейное, в мм/об.

Величина хода равна перемещению прямолинейно движущегося звена за один оборот вращающегося звена.

Для винтовой пары (винт — гайка)

H = kt_в, (5)

где t_в – шаг ходового винта;

k – число заходов.

Для реечной передачи

H = π mz, (6)

где m - модуль зацепления в мм;

z - число зубьев реечного колеса.

На этом основании уравнение кинематического баланса для секундной подачи:

- для цепи с винтовой парой

n_cikt_в=S_c, мм/с (7)

- для реечной подачи с

n_ciπ mz=S_c, мм/с (8)

Уравнение кинематического баланса для оборотной подачи:

1 об iH=S, мм/об (9)

 

Из уравнений кинематического баланса (7) - (9) определяют передаточное отношение органа настройки. Например, из уравнения (2) находят величину передаточного отношения

 

iв =

_nшп_ сшп

(10)

Выражение (10) является формулой настройки сменных колес гитары скоростей цепи (рис. 1, б).

Приведенный в настоящей главе анализ структурных схем металлорежущих станков позволяет сделать следующие выводы. Кинематическая структура металлорежущих станков зависит от гeoметрической формы, размеров обрабатываемой поверхности и метода обработки. Чем меньше необходимое число исполнительных формообразующих движений, тем из меньшего количества кинематических цепей состоит кинематическая структура станка, тем более простыми могут быть кинематика и конструкция станка.

Существенное значение имеют и другие факторы, например, точность и класс чистоты обработки поверхности, вопросы динамики резания, условия обслуживания станка и экономические факторы.