§ 15. Кинематика и типовые механизмы камнеобрабатывающих станков

§ 15. Кинематика и типовые механизмы камнеобрабатывающих станков

На конструкцию камнеобрабатывающих станков решающее влияние оказывает их кинематика. Относительные движения инструмента (или заготовки), необходимые для осуществления технологического процесса обработки камня, определяются исходными размерами заготовки, подлежащей обработке на станке, а также заданными размерами и формой, которые требуется ей придать.

Указанные движения обычно подразделяют на рабочие и вспомогательные. К рабочим относят главное движение, предназначенное для срезки стружки камня с заготовки, и движения подачи, обеспечивающие срезку стружки по всей обрабатываемой поверхности. Вспомогательными движениями являются: укладка заготовки (или кассеты с заготовками) на стол станка, установочные перемещения инструмента (подвод инструмента к обрабатываемой поверхности или отвод от нее по окончании обработки, перемещение инструмента на новую позицию и т. п.), переключение режимов обработки, замена инструмента и др.

В фрезерно-окантовочных и шлифовально-полировальных станках главное движение является вращательным, обеспечивающим требуемую скорость резания (шлифовки). Таким образом, главное движение характеризуется окружной скоростью вращения инструмента Vo, определяемой по формуле, м/с:

Обеспечение обработки камня по всей требуемой поверхности достигается тем, что рабочему инструменту кроме главного вращательного движения сообщаются еще и поступательные движения подачи. Фрезерно-окантовочные станки имеют обычно продольную подачу,

направление которой параллельно плоскости вращения инструмента, т. е. перпендикулярно оси его вращения. В шлифовально-полировальных станках, как правило, используются продольная (направленная параллельно длинной оси симметрии станка) и поперечная (перпендикулярная продольной оси) подачи. Движение рабочей подачи обычно характеризуется ее скоростью Vn, м/мин,

Vn =L/t,

где L — путь, пройденный инструментом (пли заготовкой) за время t.

Рабочие и вспомогательные движения в камнеобрабатывающих станках реализуются с помощью разнообразных механизмов и деталей (механических передач, валов и их опор, муфт, направляющих, гидравлических передач и др.).

В камнеобрабатывающих станках широко применяются следующие виды механических передач: клиноременные, цепные, зубчатые, реечные, винтовые и вариаторы.

Клиноременные передачи обычно служат для передачи вращения с главного электродвигателя на шпиндельный узел станка.

Цепные передачи в фрезерно-окантовочных и шлифовально-полировальных станках используются, как правило, в условиях малых частот вращения, например в конструкциях некоторых механизмов подачи.

Зубчатые передачи широко используются в шпиндельных узлах, приводах подачи, планетарных шлифовальных головках и т. п. механизмах станков.

Реечные передачи применяются в шпиндельных узлах некоторых шлифовально-полировальных станков (механизм ручного подъема шпинделя), в механизмах перемещения моста различных фрезерно-окантовочных и шлифовально-полировальных станков.

Винтовые передачи по назначению аналогичны реечным передачам. Применяются в механизмах установочных перемещений (по высоте и ширине) шпиндельных узлов некоторых фрезерно-окантовочных станков и в ряде других узлов камнеобрабатывающего оборудования.

Вариаторы используются в конструкциях механизма рабочей подачи некоторых фрезерно-окантовочных и шлифовально-полировальных станков.

Валы — это основные детали камнеобрабатывающих станков, позволяющие передать вращение от двигателя к рабочему инструменту. На валах монтируются все детали механических передач (шкивы, шестерни, звездочки и т. п.). При этом неподвижные детали, например шкивы, соединяются с валами шпонками, а подвижные (раздвижные конусы вариаторов, подвижные шестерни и т.п.)—посредством шлицев. Главный рабочий вал (один или несколько) в механизмах вращения инструмента называют шпинделем (от немецкого «шпиндел» — веретено). Шпиндель является основным и наиболее ответственным звеном в кинематической цепи механизма, несущим рабочую головку с инструментом.

Опоры шпинделей и других валов должны обеспечивать необходимую точность вращения при высокой эксплуатационной нядожности узла. Подавляющее большинство шпинделей и других валов фрезерно-окантовочных и шлифовально-полировальных станков устанавливают па подшипниках качения и лишь незначительную часть — на подшипниках скольжения. Подшипники качения (как показывает практика) обеспечивают достаточно высокую точность вращения при малом коэффициенте трения, просты в эксплуатации и удобны в монтаже. Наиболее распространенные разновидности подшипников качения, используемые в камнеобрабатывающих станках, в зависимости от назначения, подразделяют на: радиальный, шариковый, шариковый сферический двухрядный, шариковый радиально-унорный.

Муфты — устройство для соединения двигателей с отдельными узлами станка. В камнеобрабатывающих станках применяются следующие типы муфт: нерасцепляемые — в механизмах привода подачи для соединения электродвигателей с редукторами и насосами; управляемые (кулачковые и электромагнитные) — в механизмах подачи; самодействующие (центробежные, обгонные и др.)—в предохранительных механизмах для отключения отдельных узлов станка при нарушении режима его работы.

Направляющие—это неподвижные детали, служащие для перемещения (обычно прямолинейного) подвижных звеньев станка. Направляющие должны иметь повышенную точность исполнения, быть износостойкими и технологичными в изготовлении. В современных станках для фрезерно-окантовочных и шлифовальных работ получили распространение направляющие скольжения (в механизмах поперечных и вертикальных перемещений суппортов шпиндельных узлов) и качения (в механизмах перемещения порталов, мостов, кареток шпиндельных узлов и т. п.). Направляющие скольжения отличаются большим разнообразием конструктивных форм. В зависимости от профиля детали они могут быть плоскопрямоугольными, призматическими, в виде ласточкина хвоста или цилиндрическими. К преимуществам направляющих скольжения относятся повышенная жесткость и точность узла перемещения и легкость смазки. Наиболее широко применяются направляющие качения, главными преимуществами которых являются долговечность и небольшой коэффициент трения. Направляющие качения камнеобрабатывающих станков выполняются, как правило, в виде полос-рельсов разнообразного профиля.

Гидравлические передачи в современном машиностроении—это система приводов движения (обычно подачи), состоящая из следующих элементов: емкости, насоса для перекачивания масла при определенном давлении, регулирующих и распределительных устройств, исполнительных механизмов и трубопроводов. Преимуществами гидравлических передач являются: возможность

осуществлять бесступенчатое регулирование скорости перемещения исполнительных механизмов в широком диапазоне, автоматическая защита всех механизмов станка от перегрузок, самосмазыпаемость деталей передачи и т. п. Благодаря перечисленным преимуществам, гидропередачи нашли широкое применение в конструкциях современных станков для фрезеровки-окантовки и шлифовки-полировки камня (механизмы рабочей передачи, прижима инструмента к изделию и т. д.). Обычно гидропривод указанных станков компонуется как мас-лостанция, установленная рядом со станком, а исполнительные механизмы, регулирующие и распределительные устройства размещаются в пределах станины.

Насосы служат для подачи рабочей жидкости из емкости (бака) к исполнительным механизмам. Конструктивно используемые насосы можно подразделить на три основные группы в зависимости от характера всасывающих-нагнетающих элементов: шестеренные, лопастные и поршневые.

Исполнительные механизмы являются главным элементом гидравлических передач, обеспечивающих заданные движения определенных узлов станка, а в некоторых случаях и прижим инструмента к обрабатываемому изделию. Роль исполнительных механизмов обычно выполняют силовые цилиндры и гидродвигатели. Гидроцилиндры служат для создания и поступательного движения, а в отдельных случаях и для генерации требуемого давления.

Силовые цилиндры состоят обычно из полого корпуса (собственно цилиндра), поршня и штока. По конструктивному исполнению они могут быть с односторонним либо двухсторонним штоком, неподвижные либо подвижные. У цилиндров с односторонним штоком внутри корпуса различают поршневую (рабочую) и штоковую полости. Исполнительные механизмы в виде силовых гидроцилиндров широко используются для привода подачи рабочего стола фрезерно-окантовочных станков, привода поперечного перемещения шпиндельного узла мостовых шлифовально-полировальных станков, механизма прижима инструмента к изделию шлифовальнополировальных станков и т. д. Гидроцилиндры обеспечивают равномерную подачу, плавно регулируемую в широком диапазоне. Недостатком их является ограниченность хода поршня, лимитирующая длину перемещения приводимого узла.

Гидродвигатели служат для создания вращательного движения. Наиболее широко используются гидравлические двигатели шестеренчатые и лопастные, которые конструктивно аналогичны насосам гого же названия. Гндродиигатели широко используются в механизмах привода подачи фрезерно-окантовочных и шлифовальнополировальных станков, при этом создаваемое ими вращательное движение, как правило, преобразуется в поступательное с помощью какой-либо механической передачи (например, реечной). Это позволяет получить практически неограниченную длину перемещения приводимого органа. Другим положительным качеством гидродвигателя является его компактность. Основной недостаток заключается в невозможности обеспечить равномерное движение вала при низких частотах его вращения.

Регулирующие устройства (или аппаратура) служат для регулирования расхода рабочей жидкости, поддержания определенного давления в системе, предохранения ее от перегрузок и т. п. К основным регулирующим устройствам относятся дроссели, напорные клапаны, реле давления.