Коробка Подач Станка

Коробка подач станка является частью механизма подачи, состоящего из следующих отдельных элементов:

• Привод механизма подач - от отдельного электродвигателя или от шпинделя посредством зубчатой, цепной или ременной передачи. Тип передачи зависит от максимальной скорости шпинделя, от наибольшего крутящего момента на шпинделе, нужного для привода механизма подач, от того, какая жесткость привода подачи станка, жесткость кинематической связи между шпинделем и тяговым валом механизма подачи.
  При бесступенчатом регулировании скорости вращения шпинделя во время обработки детали привод механизма подач от шпинделя обеспечивает сохранение постоянства величины подачи на один оборот шпинделя. С этой целью электродвигатель привода подач иногда питается от генератора, ротор которого сцеплен с валом регулируемого электродвигателя привода шпинделя.
• Устройство для включения механизма подач в виде кулачковых муфт, передвижных колес или фрикционной муфты. Располагается вначале цепи подач и у начала ее разветвлений в рабочей зоне станка.
• Устройство для реверсирования подач - располагается в рабочей зоне или управляется из нее.
• Предохранительное устройство от перегрузки механизма подач - располагается в той части цепи подач, где изменение крутящего момента определяется только возрастанием тяговой силы, т. е. между тяговым устройством и последним ведомым валом коробки подач.
• Одиночные передачи цепи рабочих подач. Одиночные передачи, служащие для редукции, располагаются между коробкой подач и тяговым устройством с целью уменьшения крутящих моментов на валах коробки подач. Между шпинделем и коробкой подач располагаются одиночные передачи, нужные для конструктивной компоновки всего механизма подач.
• Цепь передач для быстрых (ускоренных) ходов суппортов, стола и т. п. с приводом от отдельного электродвигателя или от первого вала привода шпинделя - сопрягается с цепью рабочих подач в конце этой цепи, близ тягового вала после одиночных передач, осуществляющих редукцию.
• Коробка подач. Располагается в начале одиночных передач, служащих для редукции, с целью уменьшения крутящих моментов. С другой стороны, коробку подач желательно помещать ближе к рабочей зоне, особенно при частой смене подач и при независимой настройке подач отдельных суппортов и их салазок.
• Тяговое устройство механизма подач. Структурные свойства его сильно влияют на структуру механизма подач.

Крутящий момент на любом валу механизма подач при прочих одинаковых условиях прямо пропорционален подаче, приходящейся на один оборот этого вала, или передаточному отношению цепи передач от данного вала до вала тягового устройства. Из этого следует, что в отличие от привода шпинделя расчетной цепью передач механизма подач является цепь максимальных ускорительных передач. Наибольший крутящий момент получится на самом тихоходном валу цепи максимальных ускорительных передач, а не вообще самом тихоходном.

Несмотря на малый КПД пары винт-гайка скольжения, крутящий момент как на ходовом винте, так и на валах части цепи подач от тягового вала (т. е. винта) до последнего ведомого вала коробки подач будет небольшим по сравнению с другими видами тяговых устройств с большим шагом. Это не исключает возникновения очень больших крутящих моментов в части цепи подач от шпинделя до ведущего вала коробки подач, где подачи, приходящиеся на один оборот вала, бывают очень большими при нарезании многозаходных червяков и винтов с большим ходом (многозаходные винты).

В зависимости от назначения станка, к коробке подач и ко всему механизму подач могут предъявляться различные требования в отношении: а) количества ступеней подач; б) диапазона подач; в) закономерности их ряда (нормально - геометрический ряд, для токарно-винторезных станков - приблизительно арифметический); г) характера движения подачи (непрерывное или периодическое); д) вида привода (от шпинделя или от отдельного электродвигателя); е) абсолютных значений скоростей подач; ж) необходимой точности настройки подач; з) допускаемого накопления погрешностей отдельных передач (для нарезания высокоточных резьб кинематическая цепь должна быть возможно короткой); и) нагрузки коробки подач; к) частоты переключений передач для настройки. Перечисленные, а также некоторые другие факторы влияют на структуру и конструкцию коробок подач. Этим вызвано большое их разнообразие в существующих и вновь создаваемых моделях станков.

Жесткость кинематической связи шпинделя с тяговым валом, нормы точности на детали коробки и всего механизма подач устанавливаются в зависимости от назначения станка с учетом влияния погрешностей изготовления и сборки механизма на точность работы проектируемого станка.

На корпусы коробок подач станка и детали их передач в основном распространяются технические условия, применяемые к аналогичным деталям коробок скоростей.

Коробки подач различают по видам механизмов с зубчатыми передачами, служащими для настройки подач.

Коробки подач со сменными колесами при неизменном расстоянии между осями валов

При малых осевых габаритах такие коробки допускают большое количество подач, ограниченное лишь предельными передаточными отношениями. Они применяются при редкой настройке в автоматах, полуавтоматах, операционных и специальных станках, используемых в серийном и массовом производствах.

Коробки этого типа приспособлены к частому переключению передач значительно лучше, чем коробки со сменными зубчатыми колесами, поэтому широко применяются в универсальных станках (рис. 1). Возможность передавать большие крутящие моменты (по сравнению с другими конструкциями, см. ниже) и работать с большими скоростями без холостого вращения зубчатых передач делает коробки этого типа удобными для применения в приводах подач от отдельного электродвигателя, в крупных токарных, фрезерных, карусельных и в различных быстроходных станках.

Недостаток коробок подач этого типа - практическая невозможность применения косозубых колес для получения ряда точных передаточных отношений.

Рис. 1. Коробка подач продольно-фрезерного станка

Коробки подач со встречными ступенчатыми конусами колес и вытяжными шпонками

Компактность конструкции, возможность расположить в одной группе до 8-10 передач, возможность применения косозубых колес для получения ряда точных передаточных отношений, управление переключениями всех передач пары конусов одной рукояткой составляют основные достоинства коробок этого типа (рис. 2).

Возможность перекоса вытяжной шпонки, недостаточная жесткость шпоночного валика, ослабленного продольным пазом, вращение колес с чрезмерно большой скоростью, если шпоночный валик работает как ведущий, - все эти недостатки не позволяют применять коробки данного типа для передачи больших крутящих моментов и при больших скоростях валов.

Коробки подач с вытяжными шпонками находят применение в небольших, а иногда и в средних по размеру сверлильных и токарно-револьверных станках.

Недостаточное базирование узких зубчатых колес на валиках ограничивает диаметр колес. Поэтому механизмы с вытяжными шпонками обычно используют в качестве основной группы передач коробки подач.

Рис. 2. Коробка подач токарно-револьверного станка 1330

Благодаря наличию паразитного накидного колеса в передвижной каретке (z0 на рис. 3) выбор чисел зубьев колес нортоновской коробки не связан условием постоянства суммы чисел зубьев. Это расширяет возможность точного осуществления требуемых передаточных отношений, что особенно важно для настройки подач винторезных станков.

При постоянном зубчатом колесе на одном из валов для всех передач (z на рис. 3) диапазон регулирования группы передач Др≤4, и при геометрической структуре ряда число ступеней подач получается небольшим. При арифметическом ряде подач, удобном для нарезания стандартных резьб, число ступеней подачи при приемлемых осевых габаритах коробки достигает 10-11. При этом такое большое количество передач группы переключается одной рукояткой, перемещающей и фиксирующей каретку с накидным колесом.

Рис. 3. Кинематическая схема нортоновской коробки

В силу указанных особенностей нортоновскую коробку применяют часто в токарно-винторезных станках.

Преимуществом коробок этого типа является малое число зубчатых колес: К+2 колес при К передачах в коробке. Серьезные недостатки нортоновских коробок - недостаточно жесткое и точное сопряжение включенных колес, ненадежная смазка и возможность засорения передач через вырезы в корпусе коробки. Поэтому в современных конструкциях станков применяют Нортоновские коробки подач закрытого типа и стремятся увеличить жесткость базирования каретки накидного колеса, как это сделано, например, в коробке подач закрытого типа станка мод. 1А62 (рис. 4).

Нортоновскую коробку целесообразно включать в цепь передач механизма подач так, чтобы при нарезании метрической резьбы движение передавалось с конуса зубчатых колес на вал каретки, а при нарезании дюймовых резьб - в обратном направлении; тогда числа зубьев колес конуса будут прямо пропорциональны величинам шага метрической резьбы и числам ниток на дюйм - резьбы дюймовой.

Рис. 4. Коробка подач токарно-винторезного станка 1А62

Гитары сменных колес (рис. 5) дают возможность производить настройку подачи с любой степенью точности. При значительном расстоянии между осями валов, связанных сменной передачей, гитары сменных колес позволяют применять передаточные отношения до i min=1/8, что увеличивает диапазон настройки и упрощает структуру и конструкцию привода подач. Подвижная, устанавливаемая доска гитары (приклон) позволяет компенсировать неточности в расположении осей соединяемых валов.

Эти свойства гитар со сменными колесами делают их удобными для применения в станках различных типов, особенно в станках, предназначенных для серийного и массового производства.

Гитары сменных колес широко используют в резьбонарезных и зубообрабатывающих станках. Гитара дает возможность работать на токарно-винторезном станке при короткой цепи подач, минуя коробку подач, как это требуется для повышения точности шага нарезаемой резьбы.

В подавляющем большинстве случаев для получения требуемых подач достаточна либо однопарная, либо двухпарная гитара. Лишь в редких случаях, когда необходимы особенно малые передаточные отношения или требуется особенно высокая точность настройки этих отношений (для получения, например, шага резьбы), прибегают к трехпарной гитаре. В качестве примера можно привести затыловочный станок 1810, имеющий трехпарную гитару сменных колес в цепи подач.

Рис. 5. Гитара сменных колес

Меандром называется трехваловый механизм, составленный из ряда одинаковых блоков по два зубчатых колеса и передвижной каретки с накидной шестерней (рис. 6, а). Однорычажное управление, малые осевые габариты и большой диапазон регулирования делают меандр удобным для образования первой переборной группы в механизме подач. Для этой цели меандр широко применяют в токарно-винторезных станках.

Рис. 6. Схема меандра с накидной шестерней

К недостаткам, обусловленным наличием накидного колеса в меандре, прибавляется вращение всех блоков колес на валах, в том числе и блоков, не участвующих в передаче движения.

Накидное колесо заменяют передвижным (рис. 7), которое может сцепляться только с большими колесами блоков. Благодаря этому увеличивается жесткость конструкции, но при том же числе ступеней скорости механизма требуется большее количество блоков колес.

Монтаж блоков на подшипниках качения осложняет конструкцию; поэтому в быстроходных станках меандр предпочитают заменять трехваловой коробкой с передвижными колесами, хотя это связано с усложнением системы управления.

Для меандра (по схеме на рис. 6, а) в зависимости от положения каретки и накидного колеса вращение передается через различные числа ступеней возврата (рис. 6, б).

Рис. 7. Схема меандра с передвижной шестерней

Коробка подач являются тихоходной, если сравнивается она и коробка скоростей станка (большая редукция). Для некоторых видов станков (резьбонарезных зуборезных и некоторых других) они должны обеспечивать точные передаточные отношения. Поэтому к элементарным передачам, из которых образуются простые и сложные коробки подач, предъявляют специальные требования.

Диапазон регулирования подач и число скоростей для механизмов подач универсальных станков примерно такие же, как и для главного движения.

Привод коробки подач либо самостоятелен, либо связан с главным движением. На рис. 8 показана коробка подач сверлильного станка 2А53. Коробка выполнена в виде самостоятельного узла, несущего только множительную часть. Привод она получает от шпинделя через одиночные передачи, из которых последние три колеса принадлежат узлу и показаны на чертеже. Множительная часть коробки состоит из групп передач 2-4. С помощью зубчатой муфты 10 коробка связана с остальной частью привода.

Рис. 8. Коробка подач сверлильного станка 2A53

Коробка подач управляется от одной рукоятки 6. Вращая ее, через барабан 4 и реечное колесо 5 приводят в движение рейку 1, которая с помощью вилки 2 переключает колеса z=34 и z=17, z=17 и z=34, z=22 и z=28, z=28 и z=22. В то же время поворот рукоятки вокруг точки 0 перемещает в горизонтальном направлении ось 3. На ее конце имеется круглая рейка, воздействующая на колесо, надетое на вал 8. Далее через пару колес и рейку 9 приводится в движение вилка 7, обеспечивающая зацепление колес z=17 с z=38 или z=38 c z=17.

Тенденции в развитии привода подач примерно такие же, как и в развитии приводов главного движения. Кроме того, значительно расширяется диапазон регулирования, особенно для станков с программным управлением: с одной стороны, более высокими значениями ускоренных перемещений (до 10 м/с), с другой - необходимостью ползучих подач для точного позиционирования (до 1 мм/с).