Токар. Спеціальна технологія. 3 розряд. Тема 9. п. 9.2.

 Універсальні токарно-гвинторізні верстати

 

Навчальні питання

1. Характеристика й кінематика сучасних моделей токарно-гвинторізних верстатів

2. Основні вузли та механізми сучасних токарно-гвинторізних верстатів таїч характеристики

3. Система змащування та охолодження

 

 

Характеристика й кінематика сучасних моделей токарно-гвинторізних верстатів


Основним параметром універсального токарно-гвинторізального верстата є висота центрів над станиною. Цей розмір визначає найбільший діаметр заготовки, яку можна встановити й обробити на верстаті даної моделі.
Іншим основним параметром верстата є найбільша відстань між його центрами, яка визначає найбільшу довжину оброблюваної заготовки, причому ця відстань може бути різною у верстаті однієї й тієї самої моделі. Так, у верстатів діаметром оброблюваної заготовки 500 мм відстань між центрами може бути 700; 1000; 1400 і 2000 мм.
Токарно-гвинторізальні верстати характеризуються також найбільшою частотою обертання шпинделя, найбільшим діаметром прутка, що проходить через отвір шпинделя, і розміром центру шпинделя.
Важливими характеристиками є також потужність приводу головного руху, жорсткість і міцність ланок кінематичного ланцюга, вібростійкість верстата, діапазон швидкостей і подач.
Кінематична схема токарного верстата являє собою умовне позначення окремих його елементів (ланок) і механізмів, що беруть участь у передачі рухів виконавчим органам. Рухи пов'язаних між собою елементів передач і механізмів визначаються кінематичним зв'язком. Кожний зв'язок складається з механічних, електричних, гідравлічних та інших кінематичних ланцюгів, за якими здійснюється передача руху. Кінематичні ланки служать також для вимірювання швидкостей і напрямку рухів виконавчих органів за допомогою відповідних механізмів при незмінній швидкості приводу, для перетворення та підсумовування рухів тощо. Кінематичні ланцюги складаються з окремих ланок.
Кінематичний зв'язок виконавчих ланок між собою, що визначає тільки характер виконавчого руху, є внутрішнім кінематичним зв'язком. Зв'язок між джерелом руху та рухомою виконавчою ланкою, що визначає швидкісні характеристики останнього, є зовнішнім кінематичним зв'язком. У загальному випадку зв'язки у верстаті складаються з різноманітних видів передач, у тому числі механічних, розташованих у певній послідовності.
При малих відстанях між осями валів для передачі руху застосовують зубчасті передачі, при середніх і великих відстанях — пасові та ланцюгові передачі. Умовні позначення елементів кінематичних схем наведено в табл. 2.
Таблиця 2. Умовні позначення елементів кінематичних схем

 

p9 7p9 8p9 9p9 10
Основні вузли та механізми сучасних токарно-гвинторізних верстатів
До складу цих верстатів входять такі основні вузли та механізми: передня (шпиндельна) бабка; задня бабка; супортна група; фартух; коробка подач; станина з напрямними; система охолодження та змащування (рис.6).
p9 11
Станина — основна частина верстата, на якій монтують його вузли, механізми та деталі. Станини бувають горизонтальні, вертикальні та похилі. У токарно-гвинторізальних верстатах застосовують горизонтальні станини. Основною вимогою, що ставиться до станин, є тривале забезпечення правильного взаємного положення та пересування вузлів, змонтованих на ній, при всіх передбачених режимах роботи верстата в нормальних експлуатаційних умовах. Базою станини є її напрямні, на які установлюють як рухомі (каретка, задня бабка), так і нерухомі (передня бабка) вузли. Станина має відповідати необхідним вимогам за міцністю, жорсткістю, вібростійкістю, а також забезпечувати зручність для відведення стружки та ЗОР.
Литі станини виготовляють із сірого чавуну СЧ20, СЧ30, СЧ35, СЧ40, модифікованого, сорбітно-перлітного чавуну, що піддається загартуванню ТВЧ, а зварні станини — зі сталі Ст3 або Ст5. Зварні станини легші за литі, але поступаються їм за параметрами жорсткості та вібростійкості. Для забезпечення точності роботи всіх вузлів верстата необхідне зберігання незмінності форми станини. Для цього станину піддають термічному обробленню — старінню, в результаті якої відбувається зняття внутрішньої напруги.
Найвідповідальнішою частиною станини є напрямні (рис. 7), які забезпечують задану траєкторію руху робочих органів, що несуть інструмент, відносно інших вузлів верстата.
p9 12
Напрямні сприймають сили, що діють при різанні. Вони повинні мати високу зносостійкість, необхідну жорсткість та невелику силу тертя, щоб забезпечити точність пересування та стабільність положення вузлів. Нині крім напрямних ковзання використовують напрямні кочення, аеро- та гідродинамічні напрямні, що дозволяють значно зменшити сили тертя.
Найпоширенішим матеріалом для напрямних ковзання, що виконуються як одне ціле зі станиною та рухомим вузлом, є сірий чавун. Зносостійкість напрямних підвищують поверхневим загартуванням до твердості HRC 40—55. Сталеві напрямні виконують накладними, зазвичай загартованими до твердості HRC 52—62. Використовують також накладні напрямні з синтетичних матеріалів (текстоліту, нейлону, різних полімерів).
Передня, або шпиндельна, бабка служить для ступінчастого вимірювання частоти обертання шпинделя (з оброблюваною заготовкою) при постійній частоті обертання приводу головного руху (електродвигуна). Частоту обертання вимірюють за допомогою різних зубчастих пар або електромагнітних муфт, що з'єднують вали. Коробка швидкостей має забезпечувати розрахункові ряди частот обертання шпинделя, регламентованих стандартом. До недоліків коробок швидкостей, зокрема, належить неможливість безступінчастого регулювання частоти обертання шпинделя, виникнення вібрацій і шуму на деяких частотах (рис. 8).
p9 13
У залежності від кінематики коробки швидкостей виконуються із зубчастими колесами, з пересувними зубчастими колесами, з кулачковими муфтами, з фрикційними муфтами.
При створенні токарних верстатів зазвичай використовують різні способи перемикання передач що, забезпечує найоптимальніші умови компонування коробок швидкостей та їх обслуговування (рис. 9).

p9 14

 

Розглянемо пристрій і роботу токарно-гвинторізального верстата моделі 16К20. Цей верстат призначений для виконання різноманітних токарних робіт (обточування й розточування циліндричних і конічних поверхонь, свердління, зенкерування, розгортання), а також для нарізування метричної, дюймової, модульної та пітчевої різьб.
Точнісні характеристики верстата 16К20 подано в табл. 3, а характеристики електроприводу та габаритних розмірів у табл. 4.
Таблиця 3Точнісні характеристики

p9 15

 

Таблиця 4 Привід, габарит і масса

p9 16

 

Розглянемо роботу коробки швидкостей токарно-гвинторізального верстата мод. 16К20, поданого на рис. 10. Головний рух — обертання шпинделя — здійснюється від електродвигуна М через клинопасову передачу зі шківами 154/268 та коробку швидкостей. На валу 1 коробки швидкостей установлено двосторонню фрикційну муфту. Для отримання прямого обертання шпинделя муфту зсувають вліво; при цьому обертання передається такою ланкою: зубчасті колеса 56/34 або 51/39, 29/47 або 21/55 або 38/38, вал IV, колеса 60/48 або 30/60, шпиндель VІІ. Від вала IV обертання можна передати через перебор 45/45 або 15/60, 18/72, 30/60 при пересуванні вправо блока 48/60 на шпинделі. Перемикаючи блоки колеса, можна отримати 12 варіантів зачіплення коліс при передачі обертання з вала IV безпосередньо на шпиндель і 12 варіантів — при передачі обертання через перебор.
p9 17
Реверсування шпинделя виконують пересуванням муфти вправо. Обертання з вала I на вал II передаєтся через колеса 50/24, 36/38 і шпиндель отримує зворотний рух.
Кінематика коробки швидкостей дозволяє отримати на шпинделі чотири ряди швидкостей: два з межами 12,5—40 й 50—160 хв-1 при використанні переборів 1:32 й 1:8 і два з границями 200—630 і 500—1600 хв-1 при використанні переборів 1:2 и 1,25:1. Технічну характеристику коробки швидкостей верстата 16К20 подано в табл. 5.

 

Таблиця 5. Технічна характеристика коробки швидкостей

 

p9 18

Шпиндель верстата монтують на прецизійних роликопідшипниках з попереднім зазором (рис. 11). Передній верстат шпинделя (рис. 12) має фланець з отворами, виконаними за стандартом, що забезпечує швидку зміну патрона.

p9 19p9 20

Механізм коробки швидкостей дозволяє нарізувати різьби різцем з кроком, збільшеним у 2,8 і 3,2 рази; праві й ліві різьби; багатозахідні різьби з кількістю заходів 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 60 при роботі з переборами 1:2; 1:8; 1:32.
Коробки подач призначені для надання обертання ходовому валику й ходовому гвинту токарного верстата. Ходовий валик використовують для автоматичної поздовжньої та поперечної подачі супортів верстата. За допомогою ходового гвинта здійснюють нарізування різьб різцями.
Коробки подач з вбудованими конусами коліс і витяжними шпонками (рис. 13, а) компактні, дають можливість розташувати в одній групі до 10 передач, у тому числі з косозубими колесами. Коробки подач з витяжними шпонками застосовують у невеликих за розмірами верстатах.
p9 21
Коробки з накидним колесом (рис. 13, б) широко застосовують у коробках подач верстатів високої точності. Недоліки таких коробок — низька жорсткість і точність сполучення ввімкнутих коліс, можливість засмічення передач за наявності вирізу в корпусі коробки.
Механізми типу меандр (рис. 13, в) складаються з кількох однакових блоків по два зубчастих колеса й пересувної каретки з накидним колесом на третьому валу. Перевага такого механізму — великий діапазон регулювання; недолік — обертання всіх блоків коліс, у тому числі й коліс, що не беруть участі в передачі руху.
Коробку подач верстата мод. 16К20 виконано як самостійний вузол і розташовано зліва на передній стінці станини (під шпиндельною бабкою). Рух від шпиндельної бабки через змінні колеса коробки передач передається механізму коробки подач.
Механізм коробки подач дає можливість нарізувати всі види різьб і забезпечує подачі для оброблення деталей методами звичайного, швидкісного та силового точіння. Механізм коробки подач дозволяє отримати 24 поздовжні та 24 поперечні подачі. Для здійснення швидких пересувань каретки верстата й супорта в коробці подач змонтовано муфту вільного ходу, яка при вмиканні електродвигуна швидких пересувань автоматично відключає ходовий вал від механізму коробки подач.
Механізм подачі надає рух супорту (рис. 14) за чотирма кінематичними ланцюгами: гвинторізної, поздовжньої й поперечної подач, швидкого пересування. Обертання валу VIII від шпинделя VІІ передається через зубчасті колеса 60/60, а при нарізуванні різьби зі збільшеним кроком — від шпинделя VІІ через ланку збільшення кроку колеса 45/45.

p9 22

 

Із вала VIII рух передається через реверсивний механізм (з колесами 30/45 або 30/25, 25/45) на X, далі через змінні колеса 40 — 86 — 64 на вхідний вал XІІ коробки подач. Перемиканням муфт, а також перестановкою блочних зубчастих коліс 28-48, 28-35, 25-30, 18-28 здійснюються різні комбінації з'єднання коліс коробки подач. Від вихідного вала XV коробки подач обертання може бути надано або ходовому гвинту, або ходовому валу. У першому випадку через муфту, у другому випадку через колеса 23/40, 24/39, муфту обгону і колеса 28/35.
При нарізуванні різьби подача супорта здійснюється від ходового гвинта через маточну гайку, закріплену у фартуху. Необхідний крок різьби можна отримати переключенням зубчастих коліс і муфт у коробці подач або установкою змінних коліс на гітарі верстата (рис. 2.7.15). В останньому випадку муфтами механізм коробки подач вимикається. Для попередження поломок при перевантаженнях служить муфта.

p9 23

 

Шпинделі є різновидом валів і служать для закріплення й обертання пристрою, що несе заготовку.
Для забезпечення необхідної точності оброблення протягом заданого терміну служби шпинделі мають бути жорсткими, зі стабільним положенням осі при обертанні, зносостійкістю опорних, посадкових і базованих поверхонь, вібростійкістю.
Для задоволення зазначених вимог шпинделі, як правило, виготовляють з легованих сталей 40Х, 20Х, 18ХГТ, 40ХФА, 38ХВФЮА та інших, що піддаються відповідній термічній обробці (цементації, азотуванню, об'ємному та поверхневому загартуванню, відпуску).
У деяких випадках порожні шпинделі більшого діаметру виготовляють із чавуну.
Для закріплення інструмента або пристрою передні кінці шпинделів стандартизовані. Як опори шпинделів застосовують підшипники ковзання та кочення.
У сучасних верстатах опори ковзання шпинделів конструюють з використанням змащувального матеріалу (гідростатичні та гідродинамічні) й газового мастила.
Гідростатичні підшипники забезпечують високу точність обертання шпинделя, мають велику жорсткість і забезпечують режим тертя змащувального матеріалу при скільки завгодно малих швидкостях ковзання (рис. 16).
p9 24
Для опор шпинделів верстатів нормальної точності знаходять застосування підшипники ковзання у вигляді двох вкладишів (що розташовуються в корпусі й кришці) та втулок.
Підшипники кочення, зокрема високоточні, установлювані з попереднім натягом, як опори шпинделів широко застосовують у верстатах різних типів.
На рис. 17 показано передню опору шпинделя токарно-гвинторізального верстата на підшипниках кочення.
p9 25
Задня бабка токарного верстата (рис. 18) призначена для підтримування оброблюваних на верстаті заготовок малої жорсткості, а також для кріплення різального інструмента (свердел, зенкерів, розгорток, мітчиків).

p9 26

 

Основними частинами задньої бабки (рис. 19) є корпус 9, основа 3 і піноль 7. Остання разом із центром може пересуватися вздовж своєї осі в корпусі. Від провертання піноль утримується шпонкою 5, що входить у паз а пінолю.

 

p9 27
Осьове пересування пінолю роблять вручну маховичком 14, закріпленим на ходовому гвинті 10. Останній входить до маточної гайки 11, що жорстко зв'язана з пінолем. Осьові зусилля, що діють на піноль, сприймаються упорним шарикопідшипником 12. У кінці ходу пінолю назад витискається задній центр 6. Закріплення пінолю в корпусі бабки роблять рукояткою 8 за допомогою втулково-гвинтового затискача 4.
Важіль 13 служить для закріплення задньої бабки на напрямних станини верстата. При обертанні важеля за стрілкою Б ексцентрик осі 15 пересуває вверх стяжку 17 з гвинтом 18. Останній піднімає правий кінець підйомової планки 19, яка, будучи зв'язана з болтом 1 з корпусом бабки, натискає через сферичну головку болта 20 на притиск 2, який, спираючись на нижні площини напрямних станини, надійно закріплює бабку. Упор 16 служить для обмеження ходу важеля і відповідно повороту ексцентрика осі. Для здійснення особливо важких робіт задня бабка може бути додатково закріплена болтом 20 і гайкою 21.
Можливість поперечного зсуву корпусу задньої бабки по основі 3, що здійснюється спеціальними гвинтами, дозволяє обробляти на верстаті пологі конуси. Основні технічні характеристики задньої бабки токарно-гвинторізального верстата 16К20 наведено в таблиці 6.

 

Таблиця 6 Технічні характеристики задньої бабки токарно-гвинторізального верстата 16К20

 

p9 28
Ходовий вал токарного верстата служить для здійснення поздовжніх і поперечних автоматичних подач різального інструмента (різця), закріпленого в різцетримачі верхнього супорта. Ходовий гвинт застосовують при нарізуванні різцем внутрішньої та зовнішньої різьби.
Ходовий гвинт і ходовий вал отримують рух від шпиндельної бабки через змінні колеса гітари і механізм коробки подач, що складається з ковзних блоків коліс.
Фартух токарного верстата мод. 16К20 складається з чотирьох пар кулачкових муфт, що дозволяють робити прямий і зворотний хід каретки й супорта. Напрямок пересування каретки й супорта збігається з напрямком вмикання рукоятки, розташованій на фартуху. В корпусі фартуха змонтовано маточну гайку, що вмикається рукояткою при нарізуванні різьб. Конструкція механізму вимикання подач передбачає можливість роботи по жорсткому упору, що обмежує поздовжнє пересування каретки і має гвинт тонкого регулювання. Точність вимикання по упору — 0,05 мм. У фартуху передбачено блокування, що запобігають одночасному вмиканню поздовжньої та поперечної подач.
Супортна група верстата хрестової конструкції може здійснювати пересування різцетримача з інструментом в поздовжньому напрямку за напрямними станини й у поперечному напрямку за напрямними каретки.
Верхня частина супорта, що тримає на собі поворотний чотиригранний різцетримач, має незалежне ручне пересування по напрямних поворотної частини супорта й може бути повернена на кут ±90°. Розтискування різцетримача, поворот його в потрібне положення й фіксація здійснюються рукояткою. Конструкція різцетримача забезпечує точність фіксації 0,005 мм. Натисканням кнопки, вбудованої в рукоятку керування ходом каретки й супорта, вмикається електродвигун швидких пересувань супорта, який розташований у ніші правої частини станини. Для визначення величини пересування верхніх і поперечних полозків у супорті передбачені масштабні лінійки з візирами.
Далі розглянуто кінематику фартуха й супортної групи токарно-гвинторізального верстата мод. 16К20.
Для передачі руху механізму фартуха служить ходовий вал (рис. 20). По ньому, уздовж шпонкового паза, ковзає зубчасте колесо 30, що передає обертання через колеса 32, 32, 30 (при ввімкнутій муфті) і черв'ячну пару 4/21 вала XXІV. Для отримання поздовжньої подачі супорта і його реверсування включає одну з кулачкових муфт (36—41—41). Тоді обертання від вала XXІV передається зубчастими колесами 36/41 і 17/66 валу XХІХ і далі рейковому колесу 10, яке, перекочуючись по нерухомо зв'язаній зі станиною верстата рійці, здійснює поздовжнє пересування супорта.

p9 29

 

Поперечна подача та її реверсування здійснюють вмиканням муфт. У цьому випадку від вала ХХІV через передачі 36—36 і 34—55—29—16 (або 36—36—36) і 34—55—29—16 обертання передається гвинту ХХХІ, який надає руху поперечній каретці супорта.
Для здійснення швидкого пересування супорта ходовому валу XVI надається швидке обертання від електродвигуна М (N = 0,75 кВт, n = 1360 хв-1) через клинопасову передачу 85/127. Механізм подачі супорта через коробку подач при цьому можна не вмикати, оскільки в ланцюгу приводу ходового вала встановлено муфту обгону.
Через клинопасову передачу 80—80 від вала електродвигуна підключено насос мастила.
Системи змащування призначені для зменшення витрат на тертя, підвищення зносостійкості та забезпечення нормально допустимої температури тертьових поверхонь. Існують індивідуальний і централізований способи змащування, що поділяються на періодично діючі та безперервні. Технічну характеристику супортної групи верстата 16К20 наведено в табл. 7.

 

Таблиця 7 Технічні характеристики супортної групи

p9 30

 

Система змащування та охолодження
До системи змащування входять пристрої для підведення необхідної кількості змащувального матеріалу й розподілу його по всій робочій поверхні в тертьових парах, ущільнюючі пристрої, пристрої для очищення змащувального матеріалу, контрольні та сигнальні пристрої.
Як змащувальні матеріали у верстатобудуванні застосовуються рідкі мінеральні мастила і, в деяких випадках, густі консистентні мастильні матеріали. У циркуляційній системі змащування необхідне надійне очищування мастила; це досягається за допомогою фільтрів. Найбільшого поширення набули пластинчасті, повстяні та сітчасті фільтри. У найвідповідальніших випадках ставлять магнітні фільтри. Надійну роботу системи змащування може бути забезпечено за умови контролю за правильністю дії окремих її частини. Зазвичай контролюють рівень, тиск і витрати мастила.
Подача ЗОР до різальних кромок інструмента в процесі різання збільшує стійкість інструмента, покращує оброблюваність і, нарешті, сприяє підвищенню продуктивності. За допомогою ЗОР також відходить дрібна стружка й охолоджується оброблювана деталь.
Різальний інструмент охолоджують, як правило, поливом його охолодною рідиною (рис. 2.7.21). Система охолодження складається з резервуара-відстійника 1, насоса 2, що подає охолодну рідину в систему, і пристрою 3, що спрямовують рідину безпосередньо в зону різання. Пристрій 4 служить для збирання відпрацьованої рідини та повернення її в резервуар. Переливний клапан 5 скидає залишки рідини в резервуар.

p9 31

 

Як охолоджувальні рідини найчастіше застосовують 5 %-й розчин соди в воді, емульсії та посірчені мастила. Для подачі рідини використовують відцентрові та шестеренні насоси.