Механизмы коробок скоростей станков

Механизмы коробок скоростей станков

Для изменения чисел оборотов шпинделя в широких пределах в современных станках обычно применяют коробки с зубчатыми колесами, называемые соответственно коробками скоростей и коробками подач.

Коробки скоростей

Коробка скоростей служит для изменения чисел оборотов шпинделя и передачи ему соответствующего крутящего момента.

Существует несколько способов переключения зубчатых колес. Наибольшее распространение в коробках скоростей токарных станков получили два основных способа:

  1. переключение при помощи передвижных колес или блоков колес, скользящих на шлицах валов;
  2. переключение муфтами (кулачковыми или фрикционными).

Рис. 236. Способы переключения зубчатых колес: а — переключение передвижными колесами, б — переключение кулачковой муфтой

Переключение передвижными колесами или блоками

Переключение передвижными колесами или блоками наиболее часто применяется в современных коробках скоростей. На рис. 236, а показан блок из трех передвижных колес, который можно перемещать на шпонке вдоль оси вала II. Вводя в зацепление различные пары зубчатых колес z1 — z2, Z3 — Z4, Z5 — Z6 имеющие различные передаточные отношения, можно при постоянном числе оборотов вала I, получить три различных числа оборотов вала II.

Количество зубчатых колес, соединенных в один блок, бывает два, три и реже четыре.

Переключение кулачковой муфтой

Переключение кулачковой муфтой показано на рис. 236, б. На ведущем валу I на шпонках закреплены два зубчатых колеса z1 и z2, на ведомом валу II свободно сидят колеса z3 и z4, которые находятся в постоянном зацеплении с колесами z1 и z2. Между колесами z3 и z4 на валу II сидит на направляющей шпонке 3 муфта 4, имеющая на торцах кулачки 1 и 2. Кулачковую муфту можно перемещать влево и вправо рычагом 5 и сцеплять соответственно с торцовыми кулачками колес 23 И z4.

Если кулачковая муфта включена влево, то вращение от вала I передается валу II через колеса и z3, если муфту включить вправо, то вращение передается валу II через колеса z2 и z1.

Кулачковые муфты просты по конструкции, работают надежно и могут передавать большие усилия и крутящие моменты. Однако их можно переключать только при остановленном станке, так как иначе легко повредить кулачки.

Переключение фрикционными пластинчатыми муфта

Переключение фрикционными пластинчатыми муфтами получило наибольшее распространение для включения прямого и обратного вращения шпинделя, а также для его останова в современных токарных станках. Устройство фрикционной пластинчатой муфты показано на рис. 237. Крутящий момент передается от шлицевого вала 1 к зубчатым колесам 2 и 9, свободно сидящим на этом валу, при помощи двух групп стальных плоских дисков 4 и 5. Диски 4 с выступами на их поверхности входят в пазы ступиц 3 зубчатых колес 2 и 9, а на внутренней окружности дисков 5 расположены вырезы, которыми они насажены на шлицевой вал 1. Если диски 5 и 4 плотно сжать, то вследствие трения, возникающего между их боковыми сторонами, начнет вращаться колесо 2 или 9 в зависимости от того, какая — правая или левая — часть муфты включена.

Рис. 237. Пластинчатая фрикционная муфта

При перемещении кольца 7 с помощью тяги 10 влево происходит прямое вращение шпинделя, а вправо — обратное вращение шпинделя. Благодаря значительной площади трения пластинчатые фрикционные муфты способны при сравнительно небольших размерах передавать большие крутящие моменты. Преимущество этих муфт заключается также в том, что их можно плавно (без удара) переключать на ходу и под нагрузкой.

Когда муфта в результате износа дисков начинает буксовать, ее следует отрегулировать. Регулируют муфту вращением нажимных гаек 6 и §, навинченных на кольцо 7. Повернуть нажимную гайку можно лишь после того, как защелка 11 будет вдавлена в кольцо 7.

На рис. 3 была показана простейшая коробка скоростей токарного станка, в которой переключение чисел оборотов шпинделя производится передвижными колесами и кулачковой муфтой.

Кинематическая схема коробки скоростей

Рис. 238. Кинематическая схема коробки скоростей станка модели 1А62

На рис. 238 показана более сложная кинематическая схема коробки скоростей токарно-винторезного станка модели 1А62 с четырьмя подвижными блоками зубчатых колес 2, 5, 4, 5 в сочетании с пластинчатой фрикционной муфтой М и кулачковой муфтой К, которые обеспечивают получение 24-х различных чисел оборотов шпинделя.

Станина

Основной неподвижной частью станка является станина, состоящая из 2 вертикальных рёбер. Между ними находятся несколько поперечных перекладин, обеспечивающих жёсткость и неколебимость статора.

Станина располагается на ножках, их количество зависит от длины станины. Конструкция ножек-тумб такова, что в них могут храниться необходимые для работы станка инструменты.

Верхние поперечные рейки станины служат направляющими для передвижения по ним суппорта и задней бабки. Сравнивая схемы станков, легко заметить, что в некоторых конструкциях используются направляющие 2 видов:

  • призматические для перемещения суппорта;
  • плоская направляющая для хода задней бабки. В очень редких случаях её заменяет призматического типа.

Коробка скоростей

Коробка скоростей — это набор зубчатых шестерен, валов и подшипников для реализации передачи усилия вращения от электродвигателя к закрепленной заготовке.

Переключение скоростей производится автоматически или оператором — рукоятками, выведенными на переднюю панель передней бабки. При этом различное сочетание вошедших в зацепление шестерен определяет число оборотов шпинделя в единицу времени. Регулировка оборотов внутри диапазона — реализуется бесступенчато — от электродвигателя шпинделя..

Кроме зубчатых передач в современных станках для привода шпинделя может применяться бесступенчатый метод, т.е. шпиндель всегла вращается в одном диапазоне. Использование приводного электродвигателя с регулируемой скоростью вращения позволяет подавать крутящий момент на шпиндель, небольшой рост момента достигается использованием шкивов разного диаметра. При этом шпиндель может вращаться с любой скоростью в диапазоне, ограниченном характеристиками станка, конструкция передней бабки становится более компактной.* (мин шаг приращения скорости — 1 об/мин).

Решение без коробки скоростей позволяет получить выигрыш в максимальной скорости вращения шпинделя, уменьшает вибрации и шум станка.

Шпиндель

Шпиндель — это вращающийся вал, на переднем конце которого установлен патрон для зажима заготовок. Вращается шпиндель в высокоточных подшипниках качения. Для устранения зазоров передняя опоры необходимо произвести регулировку подшипника. Чаще всего это двухрядный роликовый подшипник, с конической посадкой на шпиндель.

Настройка подшипника осуществляется специальной гайкой. При затягивании гайки внутреннее кольцо смещается по шпинделю, устраняя зазоры, образовавшиеся в процессе эксплуатации. Задняя опора шпинделя вращается одном или нескольких подшипниках, имеющих аналогичную регулировку.

Чем больше размер подшипника, тем большее усилие может выдерживать шпиндель, но тем более тихоходным он становится.

Требования к шпиндельному узлу

Шпиндельный узел является основным элементом токарного станка. От его состояния зависит качество обработки деталей и производительность. Рассмотрим требования, предъявляемые к шпинделю:

  • Точность вращения. Задается соответствующими стандартами. Этот параметр зависит от типа и назначения станка, класса точности. Оказывает влияние на чистоту поверхности и цилиндричность готовых деталей.
  • Жесткость шпинделя. Также должна определяться соответствующими стандартами. Обычно допустимая деформация шпинделя определяется по его радиальному биению. Величина биения должна быть меньше величины, указанной в приложении к приемке станка..
  • Виброустойчивость. Эта характеристика влияет на качество готовых изделий.
  • Быстроходность шпинделя. Чем больше скорость вращения, тем выше качество обрабатываемой поверхности. Быстроходность зависит от конструктивных особенностей и назначения станка.
  • Несущая способность. Зависит от исполнения шпиндельных опор и правильной подачи смазочных жидкостей.
  • Долговечность. Этот параметр напрямую зависит от качества подшипников, в которых вращается шпиндель и качсетва поступающей смазки.
  • Допустимый нагрев подшипников. Определяется классом точности станка, температурой окружающей среды, временем и циклом работы..
Читайте также  Полировка столешницы

Конструкции шпиндельных узлов

Конструкции шпиндельных узлов различаются по многим параметрам: по выполнению конкретных работ и точности их выполнения, габаритам и, как следствие, передаваемой мощности, способу передачи крутящего момента и скорости вращения.

В современных скоростных станках вращение шпинделя уже невозможно в традиционных подшипниках.

Настройка станка

Под настройкой токарного станка понимают подготовку его кинематической схемы к выполнению задач, определенных технологической картой.

Перед началом настройки все органы управления устанавливаются в нейтральное положение.

Первыми настраиваются кинематические цепи главного движения: производится установка органов управления в положение, соответствующее требуемой скорости вращения шпинделя. Эта величина будет определять скорость резания.

Устанавливаемая частота вращения шпинделя определяется рациональностью определенных режимов обработки конкретных изделий. Кроме скорости вращения шпинделя важную роль при обработке имеют величины и скорости подач режущего инструмента.

Токарно-винторезный станок 16К20

Паспорт станка 16К20 содержит основные пункты и разделы, которые описывают устройство основных узлов, принцип их работы, требования к обслуживанию, ремонту, наладку оборудования. А также в нем описаны технические характеристики 16К20.

В отличие от своего предшественника, токарного станка 1К62, токарному станку 16К20 присущи следующие качества:

  • надежность;
  • долговечность;
  • высокая производительность;
  • высокое качество обработки;
  • безопасность;
  • простая конструкция;
  • простота в обслуживании.

Назначение

Токарный станок модели 16К20 проектировался для выполнения разнообразных работ. На нем можно точить наружные и внутренние поверхности в виде цилиндров, конусов, разных профилей; растачивать внутренние поверхности; обрабатывать торцы; нарезать несколько типов наружной и внутренней резьбы; обрабатывать осевым инструментом; отрезать, подрезать и прочие операции.

Главным движением является вращение шпинделя с закрепленной заготовкой в патроне. Инструмент, закрепленный на суппорте в резцедержателе, осуществляет прямолинейное вдоль или поперек станины движение подачи.

Заводская маркировка и обозначение

На основании буквенно-цифрового индекса маркировки станка обозначение можно расшифровать следующим образом:

  • 1 — станки токарные;
  • 6 — станки винторезные;
  • К — прошедший модернизацию;
  • 20 — параметр, характеризующий станок — размер высоты центров в сантиметрах.

Технические характеристики

Обрабатываемая деталь:

  • окружность детали над направляющими — 400 мм;
  • окружность детали над суппортом — 220 мм;
  • наибольшая длина заготовки зажатой в центрах — 1500 мм;
  • максимальный вес заготовки, зажимаемой в патроне — 300 кг;
  • максимальный вес заготовки, закрепляемой в центрах — 1300 кг.

Шпиндель:

  • точностной класс — Н согласно ГОСТ 8–82 ;
  • посадочный место на шпинделе — 6К согласно ГОСТ 12593–72 ;
  • посадочный конус на шпинделе — Морзе 6, М80;
  • отверстие в валу шпинделя — 55 мм;
  • крутящий момент — 2 тыс. Нм.

Обороты шпинделя:

  • количество ступеней — 12;
  • частоты прямого вращения — max 12,5 min 2000 об/мин;
  • частоты обратного вращения — max 19 min 2420 об/мин.

Подачи:

  • вдоль станины — 42;
  • поперек станины — 42;
  • продольные рабочие — 0,7−4,16 мм/об;
  • поперечные рабочие — 0,035−2,08 мм/об.

Резьбы:

  • число метрических — 45;
  • число дюймовых — 28;
  • число модульных — 38;
  • число питчевых — 37;
  • нарезаемые архимедовой спиралью — 5.

Смещения узлов:

  • максимальное продольное перемещение пиноли — 200 мм;
  • поперечное смещение передней бабки — ± 15 мм.

Инструмент:

  • максимальный размер резца — 25 мм.

Электрооборудование, мощность двигателей:

  • главный привод — 10 тыс. Вт;
  • привод подач — 705 Вт;
  • насос СОЖ — 120 Вт.

Габариты:

  • размеры станка (ДхШхВ) — 3200×1166×1324 мм;
  • общий вес — 3035 кг.

Конструкция станка

Токарный станок 16К20, технические характеристики которого во многом зависят от механизмов, состоит из:

  • бабка шпиндельная (передняя);
  • защитное ограждение патрона;
  • патрон;
  • каретка;
  • защитный экран;
  • суппорт;
  • механизм отключения;
  • система СОЖ;
  • задняя бабка;
  • шкаф с электрооборудованием;
  • станина;
  • фартук;
  • рукоятка переключения прямого и обратного вращения на шпинделе;
  • тумба с двигателем главного движения;
  • коробка подач;
  • гитара.

Для обработки деталей, имеющих большую длину в комплекте, поставляется люнет для токарного станка 16К20, а вообще то два. Неподвижный люнет закрепляется на каретке, а подвижный люнет на станине, на ее направляющих. Они дают возможность поддержки деталей в диапазоне диаметров 20−130 мм.

Технический паспорт на токарный станок содержит электрическую схему управления. В ее состав входят три цепи. Для каждой своя характеристика, имеющая разные параметры:

  • управление — 110 В;
  • нагрузка — 380 В;
  • освещение — 24 В.

Некоторые модели токарных станков комплектуются двигателями, работающими от сети 220 В. О данной конструктивной особенности указывается в обязательном порядке в паспорте станка.

Основные узлы

Коробка скоростей расположена непосредственно в шпиндельной бабке станка. При включении фрикционной муфты вращение от шкива, сидящего на валу, передается на зубчатый венец и далее через двойной скользящий блок на вал. Изменение положения скользящих блоков в коробке скоростей осуществляется рукоятками через соответствующие рычажные системы. Управление главным фрикционом осуществляется с помощью реечной передачи.

Коробка подач станка — унифицированный узел. Типовая конструкция закрытой коробки с валами, обеспечивающими основной ряд подач, содержащей два двойных передвижных зубчатых блоков и три зубчатые муфты, множительного механизма с валами, обеспечивающего изменения основного ряда — получение четырех основных передаточных отношений 1/8, 1/4, 1/2 и 1, механизма передачи вращения на ходовой винт или валик с зубчатой муфтой и муфтой обгона.

В состав суппорта входит каретка, которая перемещается вдоль по направляющим станины. Одна напрявляющая плоская, а другая треугольная, поперечные салазки, поворотная часть, резцовые салазки, резцедержатель. Салазки перемещаются по направляющим каретки типа «ласточкин хвост» посредством передачи винт-гайка или через систему зубчатых передач, либо вручную от маховичка. Резцедержатель поворачивается либо на 90° относительно вертикальной оси и фиксируется рукояткой, либо ее можно закреплять без фиксации в любом промежуточном положении.

Задняя бабка крепится на направляющих станины с помощью планки при повороте рукоятки. Перемещение пиноли с центром осуществляется при вращении винта с помощью маховичка. При этом гайка жестко связана с пинолью. Пиноль может быть закреплена в требуемом положении поворотом рукоятки. Заднюю бабку можно перемещать механически, соединение ее специальным прихватом с кареткой суппорта.

Принцип работы

Деталь закрепляют в патроне. Круговое вращение коробка скоростей получает через ременную передачу, связанную с валом электродвигателя. Двигатель расположен в передней тумбе станины. Обрабатывающий инструмент устанавливается в поворотный резцедержатель, который закрепляется на суппорте. Он получает продольное и поперечное перемещения от ходового винта (при нарезании резьбы резцом) или ходового валика через коробку подач и фартук.

Коробка подач предназначена для включения, выключения, реверсирования и регулирования величины подач. А фартук преобразовывает вращательное движение ходового винта или валика в продольное, поступательное перемещение суппорта.

Задняя бабка предназначена для поддержания заготовки. А также в ней закрепляется и перемещается осевой инструмент, который предназначен для обработки отверстий.

Органы управления

За какие функции отвечают органы управления станка:

  • включение подачи для нарезания резьбы;
  • выбор оборотов шпинделя;
  • выбор шага резьбы;
  • выбор нарезания резьбы (правая, левая);
  • установка оборотов шпинделя;
  • подключение рейки для нарезания резьбы;
  • зажим резцовой головки;
  • поперечная подача;
  • кнопки «Пуск», «Стоп»;
  • перемещение верхнего суппорта;
  • ускоренное перемещение;
  • зажим пиноли;
  • включение СОЖ;
  • силовой переключатель;
  • фиксация задней бабки;
  • освещение;
  • перемещение пиноли;
  • реверс шпинделя;
  • подключение маточной гайки;
  • продольное перемещение;
  • включение вращения шпинделя;
  • установка подачи.
Читайте также  Снять фаску

Эксплуатация

Перед началом использования станка 16К20 необходимо изучить руководство по эксплуатации. В нем говорится, что станок должен эксплуатироваться при:

  • влажности 80%;
  • температуре 10−30 °C;
  • типе производства — мелкосерийном, штучном.

Ремонт

За время длительной эксплуатации должен проводиться ремонт станка 16К20 согласно установленного графика. Рекомендуемый цикл для двусменной работы — 5 лет (до капитального ремонта). Межремонтный цикл включает в себя: осмотр — 10, малый ремонт — 5, средний ремонт — 2. Перечень проводимых работ можно найти в паспорте станка.

Строение суппорта

Суппорт токарного станка – это узел, благодаря которому обеспечивается фиксация режущего инструмента, а также его перемещение в наклонном, продольном и поперечном направлениях. Именно на суппорте располагается резцедержатель, перемещающийся вместе с ним за счет ручного или механического привода.

Суппорт с кареткой станка Optimum D140x250

Движение данного узла обеспечивается его строением, характерным для всех токарных станков.

  • Продольное перемещение, за которое отвечает ходовой винт, совершает каретка суппорта, при этом она передвигается по продольным направляющим станины.
  • Поперечное перемещение совершает верхняя – поворотная – часть суппорта, на которой устанавливается резцедержатель (такое перемещение, за счет которого можно регулировать глубину обработки, совершается по поперечным направляющим самого суппорта, имеющим форму ласточкиного хвоста).

Резцедержатель быстросменный MULTIFIX картриджного типа

Резцедержатель, который также называют резцовой головкой, устанавливается в верхней части суппорта. Последнюю при помощи специальных гаек можно фиксировать под различным углом. В зависимости от необходимости на токарных станках могут устанавливаться одно- или многоместные резцедержатели. Корпус типовой резцовой головки имеет цилиндрическую форму, а инструмент вставляется в специальную боковую прорезь в нем и фиксируется болтами. На нижней части резцовой головки имеется выступ, который вставляется в соответствующий паз на суппорте. Это наиболее типовая схема крепления резцедержателя, используемая преимущественно на станках, предназначенных для выполнения несложных токарных работ.

Электрическая часть токарного станка

Все современные токарные и токарно-винторезные станки по металлу, отличающиеся достаточно высокой сложностью своей конструкции, приводятся в действие при помощи привода, в качестве которого используются электродвигатели различной мощности. Электрические двигатели, устанавливаемые на такие агрегаты, могут быть асинхронными или работающими от постоянного тока. В зависимости от модели двигатель может выдавать одну или несколько скоростей вращения.

Электрическая схема токарного станка 1К62 (нажмите для увеличения)

На большинстве моделей современных токарных станков по металлу устанавливаются двигатели с короткозамкнутым ротором. Для передачи крутящего момента от двигателя элементам коробки передач станка может использоваться ременная передача или прямое соединение с его валом.

На современном рынке также представлены модели токарных станков, на которых скорость вращения шпинделя регулируется по бесступенчатой схеме, для чего используются электродвигатели с независимым возбуждением. Регулировка скорости вращения вала такого двигателя может осуществляться в интервале 10 к 1. Однако из-за больших габаритов и не слишком экономичного потребления электроэнергии применяются такие электродвигатели крайне редко.

Двухскоростной двигатель со шкивом под плоский ремень передачи

Как уже говорилось выше, в качестве привода токарных станков могут использоваться и электродвигатели, работающие на постоянном токе. Именно такие электродвигатели, отличающиеся большими габаритами, обеспечивают бесступенчатое изменение скорости вращения их выходного вала.

Электродвигатель является основной частью электрической системы любого токарного станка, но она также включает в себя массу дополнительных элементов. Все они, функционируя в комплексе, обеспечивают удобство управления станком, а также эффективность и качество технологических операций, которые на нем выполняются.

Конструкция и принцип работы

Рассмотрим устройство стандартного токарно-винторезного станка на примере распространенной модели 16К20 (рис. 1).

Рисунок 1. Токарно-винторезный станок 16К20.

Данный токарно-винторезный станок является типовым и идеально подходит для рассмотрения устройства и принципа работы всех станков этой группы.

Основанием, на котором закреплены все узлы станка, является станина (1). Она имеет две тумбы по краям и центральную плиту. На станках небольших размеров плита станины выполняется как одно целое. На крупногабаритных станина составная.

Передняя бабка (9), которую иногда называют шпиндельной бабкой, расположена в передней части токарно-винторезного станка. Задняя бабка (19) расположена с противоположной стороны.

Фартук (30) расположен в центральной части станка. Он предназначен для перемещения суппорта (рис. 2). Двигается фартук по направляющим салазкам (33), расположенным параллельно оси вращения шпинделя.

Рисунок 2. Суппорт токарно-винторезного станка.

На фартуке установлен суппорт продольного перемещения (22), который перемещается на собственных продольных салазках (16). Также суппорт имеет поперечные салазки, на которых он может двигаться перпендикулярно оси вращения детали, закрепленной в патроне.

Коробка подач (4) и передняя бабка с главным приводом соединены механизмом, называемым гитарой шестерен (рис. 3), который закрыты кожухом (8).

Рисунок 3. Гитара шестерен.

Для автоматического нарезания резьб и производства других операций, где необходимо увязать скорость вращения шпинделя со скоростью подачи, служит ходовой винт (32).

Системы электронного управления расположены в электрошкафу (13). Там же имеется предохранительный и релейные блоки, которые служат для управления электроприводами станка, а также призваны отключить станок или полностью его обесточить в аварийном случае.

Экран (14) предназначен для защиты тыльной стороны станка от возможного разлета металлической стружки в процессе работы.

Защитный щиток (15) служит для защиты оператора станка. Без опущенного щитка автоматика не позволит запустить процесс точения.

Это основные узлы токарно-винторезного станка. Теперь рассмотрим более детально устройство каждого из узлов, а также рычаги управления и принцип работы.

На передней части станка, в области коробки скоростей и передней бабки, расположены следующие элементы:

  • рычаг блокировки управления подачей (2);
  • ручка регулировки подачи и установки требуемого шага нарезаемой резьбы (3,5,6);
  • рычаги управления угловой скоростью шпинделя (7,12);
  • рукоятка для переключения величины шагов резьб, а также для включения режима нарезки многозаходных резьб (10);
  • рычаг реверса нарезаемой резьбы (11);

На задней бабке расположены следующие элементы:

  • верхние салазки (17);
  • фиксатор пиноли (18);
  • фиксатор задней бабки (20);
  • рукоятка перемещения задней пиноли (21);

Фартук имеет следующие элементы управления:

  • кнопка включения повышенной скорости перемещения суппорта (23);
  • кнопка включения и выключения работы ходового винта (24);
  • рукоятка, управляющая направлением вращения шпинделя (25);
  • рычаг управления подачей (26);
  • рукоятка управления поперечным перемещением салазок суппорта (28);
  • кнопка включения продольной автоматической подачи суппорта (29);
  • пульт управления включением и выключением главного электродвигателя (27);
  • рукоятка ручного управления продольным перемещением салазок.

Виды токарных станков

Классификация изделий проходит по нескольким основаниям. Основные особенности и характеристики можно понять из маркировки. Рассмотрим, какие критерии являются основополагающими при выборе.

Класс точности работы токарного станка

Здесь все предельно просто. Чем лучше заточены инструменты, выверен чертеж, тем точнее будет результат. Но между ручным и автоматизированным процессом есть ощутимая разница. Оборудование, оснащенное ЧПУ, имеет большое преимущество перед трудом вручную. Особенно это касается мелких деталей.

Буква, поставленная в маркировке, характеризует класс точности. Приведем их в порядке возрастания от нормального до особо высокого в этой таблице:

Читайте также  Расчёт рамы онлайн

При работе на токарном станке ТВ-6 необходимо строго соблюдать предъявленные к нему правила безопасности. Они позволяют избегнуть непредвиденных производственных ситуаций с непредсказуемыми последствиями.

В их число входит:

  • выполнение операций в спецодежде;
  • осуществление проверки наличия требуемых инструментов, их состояния;
  • использование инструментов соответственно назначения;
  • закрепление обрабатываемой детали надлежащим образом;
  • уборка рабочего места.