Лекция на тему приводы станков.

ПРИВОДЫ   СТАНКОВ

Привод станка—это совокупность устройств, передающих движение от источника движения к рабочим органам станка. Современные станки имеют индивидуальные приводы, т. е. каждый станок приводится в движение от отдельного электродвигателя, причем все движения станка осуществляются либо от одного, либо от нескольких электродвигателей. Различают привод главного движения, привод подачи, привод быстрых перемещений и т. д.

Источником движения является электродвигатель, чаще всего асинхронный, короткозамкнутый, установленный в непо­средственной близости от станка или на самом станке. Двигатели, которые устанавливают непосредственно на станке и крепят к нему своей крышкой (фланцем), называют флан­цевыми. Чаще всего такие двигатели применяют на сверлиль­ных станках. На станках шлифовальных, заточных находят широкое применение встроенные электродвигатели. Это двига­тели,  у  которых  ротор  посажен  на  шпиндель  станка.

По характеру регулирования скорости движения рабочих органов станка различают ступенчатые и бесступенчатые приводы. Ступенчатые приводы позволяют получить в заданных пределах определенный ряд частот вращения, двойных ходов или величин подач. Системы бесступенчатого регулирования позволяют устанавливать на станке наиболее выгодные па­раметры режима резания, к тому же это может осуществляться без останова станка (на ходу). В современных станках применяются бесступенчатые приводы электрические, гидрав­лические и  механические (вариаторы).

Ступенчатые   приводы

Приводы со ступенчатым регулированием выполняются в виде шестеренных коробок передач. Механиз­мы,   обеспечивающие   ступенчатое   регулирование,   просты   по конструкции и надежны в эксплуатации, вследствие чего они получили более широкое применение в современных станках, чем механизмы бесступенчатого регулирования. Так как общего назначения станки применяются для обработки деталей из различных материалов и различных размеров (диаметров), то значение частот вращения шпинделей в современных станках колеблется  в  довольно  больших  пределах.

Предельные частоты вращения шпинделя станка находят по наибольшим и наименьшим допустимым скоростям резания и предельным диаметрам  обработки:

где n_min и n_тах — соответственно наименьшая и наибольшая частоты вращения шпинделя в минуту; v_min и v_max — соответ­ственно нижний и верхний пределы скоростей резания, м/мин; D_min и D_max — соответственно наименьший и наибольший диа­метры обрабатываемой заготовки или вращающегося инст­румента,  мм.

Поскольку шестеренные коробки дают ступенчатые ряды частот вращения, возникает вопрос о выборе наиболее целесо­образной структуры построения таких рядов. Русским акад. А. В. Годолиным в 1876 г. была впервые доказана целесооб­разность изменения частот вращения шпинделей в станках по геометрическому ряду (геометрической прогрессии). Геомет­рический ряд обладает большими структурными преимущест­вами. Он позволяет создавать сложные коробки передач из элементарных двухваловых механизмов, построенных также на  основе  геометрического  ряда.

Бесступенчатые   приводы

В современных станках бесступенчатые приводы бы­вают электрические, гидравлические, пневматические и меха­нические  (вариаторы).

Электрические приводы бесступенчатого регулирования. В ка­честве источника движения часто применяют электродвигатели

постоянного тока. Так как промышленные предприятия не снабжаются централизовано постоянным током, то для его получения  требуются  специальные  источники.

В современных станках находят широкое применение двигатели с тиристорным управлением по схеме «тиристорный преобра­зователь— двигатель».   Привод   позволяет   повысить   частоты вращения шпинделя до 4000 мин"¹ и более с бесступенчатым ; регулированием.   Широкий   диапазон   регулирования   частоты вращения шпинделя позволяет обеспечить требуемые рабочие и   быстрые    (холостые)    перемещения   рабочих    органов    без применения промежуточных механических передач. КПД привода с электродвигателем постоянного тока и тиристорным преобра­зователем на 5....7% выше КПД системы генератор — двигатель, а  также  выше  КПД  привода  с  магнитными  усилителями.

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор. Тиристоры изготовляют на ток до сотен ампер и напряжение до 1000 В и более. Они имеют высокий КПД, относительно малые размеры, высокое быстродействие. Могут работать в  широком диапазоне  температур  (от   —60  до   +60° С).

К основным недостаткам тиристорных преобразователей следует отнести большую чувствительность к перегрузкам. Поэтому для полного использования мощности привода при работе на низких частотах вращения шпинделя необходима редукция. Требуемый диапазон регулирования в этом случае получают сочетанием регулируемого электродвигателя посто­янного  тока  с  упрощенной  коробкой  скоростей.

Гидравлические приводы. В современных металлорежущих станках приводы получили довольно широкое распространение. Они применяются главным образом для осуществления пря­молинейных движений и в меньшей степени для вращательных движений. Гидроприводы применяются как в механизмах главного движения (в протяжных, строгальных, долбежных), так и в механизмах подач (шлифовальных, станков с про­граммным управлением, копировальных, агрегатных и др.). Гидроприводы находят широкое применение в механизмах управления  станками.

Основные преимущества гидроприводов: возможность бес­ступенчато, регулировать скорости, получать значительные усилия при сравнительно небольших габаритах привода; про­стота предохранения от перегрузок; большой срок службы, поскольку сама рабочая среда одновременно выполняет фун­кции смазки; малый вес и объем, приходящиеся на единицу мощности  по  сравнению  с  электроприводом.

Недостатки гидроприводов: возможность утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, проникновение воздуха в рабочую жидкость, изменение свойств рабочей жидкости под влиянием давления и температуры. Один из существенных недостатков  гидропривода — нежесткая  его  характеристика.

В гидроприводах станков в качестве рабочей жидкости получили применение минеральные масла различных марок с кинематической вязкостью (0,1 ...0,2) ■ 10⁴ м/с. Гидропривод включает в себя насос, преобразующий механическую энергию в энергию потока жидкости, гидродвигатель, преобразующий напор жидкости в механическую работу, распределительную и  регистрирующую  аппаратуру.

Гидродвигатели делятся на две группы: силовые цилиндры, осуществляющие прямолинейное перемещение рабочих органов станка, и гидромоторы для вращательного движения. Для вычерчивания гидравлических систем применяются условные обозначения, основные из которых приведены в табл. 13.2 (ГОСТ  2781—68,  ГОСТ  2782—68).

На рис. 1изображена схема гидропривода прямолиней­ного    (поступательно-возвратного)    движения   с   дроссельным регулированием.    Из    резервуара    /    через    фильтр   2   масло засасывается   насосом   3   и   через   дроссель   4   поступает   под давлением   в   распределительный   золотник   3.   При   крайнем левом  положении  плунжера  золотника  масло  под  давлением будет  поступать   в  левую  полость  силового  цилиндра  6.   Из правой полости цилиндра масло будет сливаться в резервуар. Тогда  поршень   7  вместе   со   штоком  и  соединенным  с  ним столом 8 будут перемещаться вправо. Левый упор 9, закреп­ленный    на   столе,    переведет   рычаг    10   в   крайнее   правое положение.   При   этом  плунжер   золотника   5   займет  крайнее правое   положение   и   масло   под   давлением   будет  поступать в    правую   полость   цилиндра,    а   из   левой   полости   будет сливаться   в   резервуар.    Стол   получит   движение   в   проти­воположном   направлении.    В   случае   излишнего   количества масла   или .повышения   давления   в   системе   масло   сливается в бак через дроссель с обратным клапаном 11. Для обеспечения более  плавного движения и предотвращения подсоса воздуха в   гидросистему   на   сливном   трубопроводе   устанавливается подпорный   клапан   12,   который   пропускает   масло   на   слив. Изменение скорости движения рабочего органа станка осущест­вляется изменением количества масла, поступающего в цилиндр или выходящего из него, а изменение ускорения его — измене­нием  напора  (давления)  масла.

В   рассматриваемой   схеме   насос   имеет   постоянную   про­изводительность.   Дроссель   4   позволяет   изменять   величину

проходного сечения, т. е. дает возможность регулировать коли­чество подаваемого в цилиндр масла, а тем самым и скорость _| движения поршня. Такая система г регулирования скорости называ­ется системой с дроссельным регулированием на входе. Име­ются системы с дроссельным регулированием на выходе. Ско­рость поршня определяется объ­емом масла, м³/с, пропускаемого дросселем:

рис.1 Гидропривод с дроссельным регулированием

рис.2 Реечные передачи

  Типовые  механизмы   приводов  станков

Для осуществления прямолинейного движения в станках широкое распространение получили реечные передачи (рис. 2). Передача зубчатое колесо — рейка (рис. 2, а) обладает высоким кпд и большим передаточным отношением. Она проста в изготовлении, но ее трудно применять для вер­тикальных перемещений, так как' она не обладает самотор­можением. Передача червяк — рейка (рис. 2, б) обеспечивает большую плавность хода, высокую степень редукции, но имеет более низкий кпд,  чем предыдущая передача.

Реечные передачи применяются как в приводах главно­го движения (зубодолбежные, продольно-строгальные станки), так и в приводах подач (токарные, сверлильные и другие станки).

Винтовые передачи. Они получили широкое применение в механизмах подач станков, так как обеспечивают высокую плавность и точность перемещения. Малое передаточное от­ношение (при однозаходной резьбе) позволяет получить мед­ленное движение.

При наличии на станке наряду с ходовым винтом и другого устройства подачи суппорта (например, реечной передачи) гайку ходового винта делают разъемной (см. табл. ). Она состоит из двух полугаек, которые могут замыкаться на ходовом  винте  или  освобождать  его.

Винтовые передачи используются в станках и для быстрого перемещения рабочих органов (например, в револьверных станках). В этом случае винт имеет две резьбы — правого и   левого   направления   с   большим   шагом   и   соответственно

две гайки, которые соеди­нены с суппортом и могут поочередно         соединяться

с . винтом. Винт получает быстрое вращение.

рис.1 Гидропривод с дроссельным регулированием

рис.2 Реечные передачи