Автоматизированные станки и агрегаты с приводом рабочих органов ходовыми винтами можно распределить в зависимости от движения винта и гайки на три группы:
- вращается гайка при неподвижно закрепленном винте;
- вращается винт при неподвижно закрепленной гайке;
- вращаются и винт, и гайка.
Примером устройств первой группы может служить резьбонарезная силовая головка (рис. 1). Цикл движений головки простой: рабочий ход вперед - обратный ход (вывод метчиков) с повышенной скоростью при двухскоростном электродвигателе главного привода. Привод подач кинематически жестко связан с приводом шпинделя. Головка работает по полуавтоматическому циклу, которым управляют кулачки, закрепленные на корпусе головки и действующие на переключатели, расположенные в коробке 7.
Рис. 1. Резьбонарезная силовая головка с подачей по винту вращающейся гайкой. Настройка подач шестернями 1-2 и 3-4 (сменные); 5 - предохранительная муфта; 6 - коробка с переключателями; 7 - упорный предохранительный болт; 8 - насос для смазки; 9 - кулачок; 10 - уплотнение; 11 - срезной предохранительный штифт
Схема привода в направляющей плите
При большой длине быстрого подвода и отвода силовой головки с плоским кулачком применяются направляющие плиты с независимым приводом ходового винта (рис. 2).
В конце быстрого подвода силовой головки один из ее командных кулачков-упоров действует на конечный выключатель, выключающий электродвигатель 1 и параллельно с ним электромагнит 7. Пружина 9 включает кулачковую муфту 4, сцепляя привод винта с барабаном колодочного тормоза 3, тормозной момент которого значительно выше момента тормозной фрикционной муфты 2. Винт останавливается тотчас же по включении кулачковой муфты 4, а электродвигатель 1 затормаживается фрикционной тормозной муфтой через некоторое время, не вызывая перебега головки 5 при выбеге ротора.
Рис. 2. Схема привода в направляющей плите: 1 - электродвигатель направляющей плиты; 2 - тормозная муфта; 3 - колодочный тормоз; 4 - кулачковая муфта для включения тормоза: 5 - силовая головка с плоским кулачком; 6 - направляющая плита; 7 - электромагнит, выключающий кулачковую муфту; 8 - профиль зубьев муфты 4; 9 - пружина, включающая кулачковую муфту 4 тормоза
Токарный многорезцовый полуавтомат модели 1730 (рис. 3) в отношении вращения винта и гайки является переходной конструкцией. Полуавтоматический рабочий цикл совершается при неподвижной гайке, а ручное перемещение суппортов при наладочном цикле - вращением гайки. Это отразилось на конструкции гайки и привода ее вращения, но кинематическая схема построена так же, как для неподвижной гайки.уфты.
Рис. 3. Кинематическая схема токарного многорезцового полуавтомата модели 1730
Поперечный суппорт приводится от продольного (рис. 4) и работает параллельно с ним. Цикл движений суппортов не сложен. Отскок резцов после рабочего хода и взвод их после отвода производится кулачковой линейкой (см. рис. 7).
Рис. 4. Структурная схема станка модели 1730: Э1 - главный электродвигатель; Э2 - электродвигатель быстрого (ускоренного) хода; Ш - шпиндель; Н1 - наладочная настройка привода шпинделя; Н2 - наладочная настройка привода подач; Н3 - наладочная настройка подач поперечного суппорта; 1 - продольный суппорт; 2 - поперечный суппорт; 3 - реечные передачи к командоаппарату К; С - сопряжение цепей быстрого (ускоренного) и рабочего ходов суппортов в односторонней реверсивной муфте обгона; М - муфта для включения привода подач
Цикловая настройка привода суппортов Кц производится переключением электродвигателя ускоренного хода Э2 и муфты М (рис. 4) при наличии реверсивной односторонней муфты обгона C (см. рис. 5). Выключение и включение главного электродвигателя связаны со съемом детали и установкой следующей заготовки.
Командоаппарат конструктивно связан с коробкой подач (рис. 5), соединенной с цепью привода рабочих подач предохранительной зубчатой муфтой 1. Зубчатая муфта 2 включает цепь рабочей подачи при подъеме рукояткой 12 люльки 3, сидящей на валу 13. Реверсивная муфта обгона служит для сопряжения цепей рабочей подачи и ускоренного хода от реверсивного электродвигателя.
Рейка 7, закрепленная на продольном суппорте, вращает через зубчатое колесо вал 8, передающий через втулочную муфту 9 движение коробке передач поперечного суппорта. На другом конце вала 8 сидит колесо 6, передающее движение рейке командоаппарата, несущей командные кулачки (упоры).
Люлька 3 удерживается в поднятом положении фиксатором 5. Фиксатор может быть выведен из гнезда 4 при повороте вниз рукоятки 12 около оси люльки или при повороте около той же оси рычага люльки 10 с винтом-упором при воздействии одного из командных кулачков на ролик 11, смонтированный на корпусе рычага.
Рис. 5. Коробка подач токарного многорезцового полуавтомата 1730
Продольный суппорт полуавтомата (рис. 6) снабжен копирной линейкой 6 со скосом, по которому производится косой поперечный отвод суппорта при обратном ускоренном отводе и косое врезание на глубину до 10 мм после окончания ускоренного продольного подвода.
Рис. 6. Передний суппорт полуавтомата модели 1730: 1 - винт для установки салазок; 2 - гайка; 3 - поперечные салазки; 4 - каретка; 5 - ролик; 6 - копирная линейка; 7 - пружина; 8 - рейка со скосами, подвижная в поперечном направлении; 9 - рейка со скосами, подвижная в продольном направлении; 10 - упор; 11 - обойма; 12 - крестовина; 13 - втулка; 14 - ролики; 15 - коническое колесо; 16 - маховик
В конце рабочего хода механизм отскока (рис. 7) производит отвод резцов на 1 мм от заготовки, так как дойдя до левого упора 6, линейка 7 сдвинется вправо относительно линейки 3, кулачки одной линейки совместятся со впадинами другой и под действием пружины 7 (см. рис. 6) линейки 3 и 4 (рис. 7), ролик 2, его палец и поперечные салазки отойдут от заготовки. В конце обратного ускоренного отвода линейка 7 упрется в правый упор 6, произойдет «взвод» линеек в положение, показанное на рис. 7, линейка 4, ролик 2 и поперечные салазки сдвинутся вместе с резцами в сторону заготовки - произойдет «прискок» резцов.
Ручное перемещение переднего суппорта производится вращением гайки через зубчатую передачу от маховичка 16 (рис. 6). Втулка 13, сидящая на шпонке на валу маховичка, своими выступами прижимает ролики 14 к крестовине 12 двусторонней реверсивной муфты обгона. Крестовина 12 заклинена шпонкой на втулке конического колеса 15.
При работе по ходовому винту гайка затормаживается обгонной муфтой 12, два ролика 14 которой заклиниваются между крестовиной и неподвижной обоймой 11.
Рис. 7. Схема механизма «отскока»: 1 - каретка суппорта; 2 - палец с роликом, связанный с поперечными салазками, отжимаемыми пружиной; 3 - линейка со скошенными кулачками, подвижная в поперечном направлении: 4 - копирная - линейка, подвижная в поперечном направлении; 5 - кронштейн с поперечным направляющим сухарем для линейки; 6 - два упора линейки 7; 7 - линейка со скошенными кулачками, подвижная в продольном направлении; 8 - штифт, удерживающий линейку от продольного смещения
Полуавтоматический цикл станка
Исходное положение. Рейка 3 - в верхнем положении (рис. 8), люлька занимает положение Б. Кулачок 1 через рычаг 2 нажимает шток выключателя KB3, контакты 1α-2 (рис. 9) замкнуты, контакты 1-5 - разомкнуты. Кулачок 9 люльки (рис. 8) нажимает на шток выключателя КВ2, его контакты 6-7 (рис. 9) замкнуты, контакты 1-5 разомкнуты. Нормально открытый конечный выключатель КВ1, разомкнут.
Рис. 8. Командоаппарат токарного многорезцового полуавтомата модели 1730
Быстрый подвод суппортов. При подъеме люльки за рукоятку управления винт 8 (рис. 8) рычага 7 люльки нажимает на шток конечного выключателя KB1, а кулачок 9 люльки освобождает шток выключателя КВ2, его контакты 6-7 размыкаются, а контакты 1-5 замыкаются (рис. 9). Катушка контактора КБВ получает питание по цепи 1, 1α, 2, 3, 4, и контакты КБВ замыкаются, электродвигатель ДБ быстрых ходов включается на ход вперед. Одновременно срабатывает реле РП-1, затем РП-2, замыкаются контакты контактора КГ, включается главный электродвигатель ДГ, электродвигатель ДН насоса охлаждения и электромагнит ЭМТ, растормаживающий ленточный тормоз привода главного движения. Питание КБВ идет по линии 1 (РП-1), 5,5 (РП-2), 6, (РП-1), 2.
При подъеме люльки включается кулачковая муфта цепи привода рабочих подач, но благодаря муфте обгона суппортам передается движение быстрого подвода от электродвигателя быстрых ходов.
При подводе рейка з (рис. 8) с командными кулачками 1, 4 и 5 идет вниз. Кулачок 1 отходит от рычага 2, размыкаются контакты 1а, 2 выключателя КВ3.
Рис. 9. Принципиальная электросхема полуавтомата модели 1730
Рабочая подача суппортов. Кулачок 5 (рис. 8), опускаясь и действуя передним скосом на ролик 6, поворачивает рычаг 7 с винтом 8 около оси люльки и отводит винт 8 от штока выключателя КВ1, в сторону; размыкаются контакты 2, 3 выключателя КВ1, (рис. 9), цепь катушки КБВ и РП-1 не получает тока, двигатель ДБ быстрых ходов останавливается, начинается рабочая подача. Катушка КГ получает ток по цепи 1 (КВ-2), 5 (РП-2), 9 и 1 (КВ-3), 5; 5; 5 (РП-2), 9.
Быстрый отвод. В конце рабочего хода кулачок 4 (рис. 8), действуя своим передним скосом на ролик 6, поворачивает рычаг 7 около оси люльки еще дальше и выводит фиксатор Люльки из гнезда (рис. 5); люлька падает, выключая муфту привода рабочих подач, а затем действует кулачком она штифт 10 (рис. 8) и через него - на шток выключателя KB, (рис. 9), замыкает контакты 6-7, вследствие чего срабатывает контактор КБH, который включает двигатель быстрых ходов на реверсирование для быстрого отвода суппортов в исходное положение.
В конце отвода кулачок 1, двигаясь с рейкой 3 вверх (рис. 8), поворачивает рычаг 2, который нажимает на шток выключателя КВ3, размыкает цепь питания катушки РП-2 и тем самым выключает питание катушек КГ и КБН. В результате этого выключаются главный двигатель, электродвигатель быстрых ходов, насос и электромагнит ленточного тормоза. Станок останавливается.
Схемы с вращением ходового винта и гайки (см. Устройство передачи ходовой винт-гайка) применяются в силовых головках (рис. 10). Рабочая подача производится вращением гайки с приводом от вала шпиндельной коробки через шариковую предохранительную муфту, проскальзывающую при работе на мертвый упор.
Рис. 10. Схема силовой головки с вращением гайки при рабочей подаче и винта - при быстрых (ускоренных) ходах
Быстрый (ускоренный) подвод и отвод силовой головки по направляющей плите производится ходовым винтом, который приводится от электродвигателя быстрых ходов через двустороннюю реверсивную муфту обгона, крестовина которой заклинена шпонкой на ходовом винте. При вращении винта его гайка тормозится червячной передачей. При вращении гайки два ролика муфты обгона заклиниваются между крестовиной и неподвижно закрепленной наружной обоймой муфты и затормаживают винт.
Головка работает по полуавтоматическому циклу. Управление - кулачками-упорами, которые закреплены на головке и действуют на переключатели, смонтированные на направляющей плите.
Для уменьшения выбега головки при быстром подводе двигатель ускоренных ходов оснащается электротормозом или реле времени при торможении противотоком.
Сопряжение цепей ускоренного хода и рабочей подачи производится при помощи муфт, самой пары винт-гайка (рис. 10), муфты обгона - как правило, реверсивной (в отличие от муфт обгона кулачковых автоматов и полуавтоматов). Вследствие постоянства шага ходового винта при включении цепи быстрого хода и ее реверсировании возникают значительные ускорения и большие силы инерции, если массы стола и обрабатываемых заготовок велики (продольно-фрезерные полуавтоматы). В таких случаях для сопряжения цепей ускоренного и рабочего ходов предпочитают применять эпициклические механизмы, более приспособленные к восприятию больших инерционных моментов, чем муфты обгона.
Минский завод автоматических линий и агрегатных станков (МЗАЛ) выпускал ранее самодействующие силовые головки с подачей ходовым винтом (рис. 11). От главного двигателя 1 через вал 2 и зубчатые колеса 4 и 5 движение передается валу 6, соединенному со шпиндельной коробкой. От вала 2 через червячную передачу 3 вращение сообщается валу 8, несущему электромагнитные муфты 7 и 9. При включении муфты 7 движение рабочей подачи передается валу 12 через сменные колеса e-f, а при включении муфты 9 - через сменные колеса с-d. Вал 12 через предохранительную муфту 10 и червячную передачу 11 вращает гильзу 14, в которой закреплена гайка 15 ходового винта 13.
При рабочей подаче, настраиваемой при наладке сменными колесами e-f и с-d, а во время цикла - переключением муфт 7 и 9, привод ходового винта заторможен электромагнитным тормозом 16, который используется также при выключении ускоренного хода головки. Ускоренный подвод и отвод головки производится от реверсивного электродвигателя 17, вращающего ходовой винт 13 при неподвижных гайке 15 и гильзе 14, удерживаемых самотормозящейся червячной передачей 11.
Рис. 11. Силовая головка Минского завода автоматических линий и агрегатных станков МЗАЛ: а - кинематическая схема; б – внешний вид
Работа на «мертвый упор». Условия работы на «мертвый упор» при приводе суппорта ходовым винтом значительно сложнее, чем при кулачковом приводе, осуществляющем уменьшение подачи, выстой неподвижного инструмента необходимой длительности, реверсирование и отвод суппорта за счет соответствующего профилирования кулачка. Все эти элементы цикла при применении ходового винта получаются за счет конструкции его привода и системы управления. Для получения точных и стабильных размеров сила на упоре и вызванные ею отжимы в суппорте должны быть постоянными при возможности независимой регулировки силы отжима. Особое значение это имеет для точной обработки по диаметру с поперечных суппортов. При кулачковом приводе это достигается регулировкой упора, длины хода суппорта и положения инструмента. При ходовом винте возможность регулирования силы отжима регулировкой установки упора и длины хода суппорта исключена. Сила отжима при выстое остается постоянной не при всех конструкциях.
Выстой суппорта на мертвом упоре при ходовом винте осуществляется двумя способами: 1) использованием предохранительных муфт, проскальзывающих при выстое суппорта на мертвом упоре; 2) монтажом продольных опор ходового винта на пружинах.
Применяются предохранительные шариковые муфты, а при больших крутящих моментах - кулачковые муфты с неравномерным распределением кулачков для облегчения проскальзывания и «прощелкивания» один раз за оборот.
Для выстоя на мертвом упоре электродвигатель ускоренного хода переключается в конце рабочего хода конечным выключателем на отвод через реле времени.
Преимущество этого способа - постоянство нагрузки на привод винта при выстое суппорта на упоре. Если не учитывать влияния промежуточных звеньев привода, то можно полагать, что это обеспечивает постоянство силы отжима на упоре, а это имеет решающее значение.
Регулировка силы отжима ограничена условиями работы муфты как предохранительного звена. Наименьшая сила отжима не может быть меньше максимально возможной тяговой силы подачи при резании. Однако этот недостаток не является решающим, и применение проскальзывающих предохранительных муфт является основным способом получения выстоя суппорта на мертвом упоре при приводе суппорта ходовым винтом (см. рис. 5, 10, 11).
Другой способ получения выстоя суппорта на мертвом упоре показан на схеме привода продольного суппорта полуавтомата (рис. 12). Двигатель постоянного тока, сопряженный с ЭМУ, используется для цикловой настройки скоростей рабочих и холостых ходов при управлении циклом от командоаппарата.
Для работы на мертвом упоре и предохранения от перегрузки продольная опора винта опирается на тарельчатые пружины. Для выстоя на мертвом упоре винт, смещаясь с подпружиненной опорой, действует на конечный выключатель, переключающий электродвигатель через реле времени.
Недостатки этого способа выстоя на мертвом упоре следующие:
- неплавный ход рабочей подачи при подпружиненной опоре ходового винта;
- переменная сила отжима суппорта на мертвом упоре, возрастающая по мере выстоя, что влияет на точность обработки;
- излишняя перегрузка механизма при выстое суппорта, что может привести к поломке при его отладке.
Эти недостатки заставляют предпочитать для обеспечения на мертвом упоре предохранительные проскальзывающие муфты.
Рис. 12. Схема привода продольного суппорта полуавтомата: И - исходное положение; К - конец цикла; П1, П2, П3 - переключение скорости передач
