Коробка передачи металлорежущего станка

Коробки скоростей станка особенности, разновидности

На металлорежущих станках есть необходимость изменять скорость вращения шпинделя, при этом меняя усилие его крутящего момента. В зависимости от различных операций обработки металла требуются свои скорости вращения и усилия. Для настройки необходимого вращения в станках применяются специальные устройства, состоящие из наборов валов с зубчатыми колесами. Такие устройства называются коробками скоростей и коробками подач.

Коробки скоростей можно разделить по типу переключения. Существуют различные типы переключения, но наиболее распространены только два типа.

— Первый тип переключается при помощи скольжения валов с зубчатыми шестеренками.

— Второй тип переключается за счет муфт кулачкового или фрикционного типа.

Коробки, переключающиеся валами с шестеренками


Такого типа коробка скоростей станка наиболее распространена в современном станочном оборудовании. В этой коробке изменении скорости происходит при помощи блоков. Обычно несколько зубчатых колес соединяются в один блок, который скользит по валу. Как правило, используется три зубчатых колеса в одном блоке, иногда может использоваться четыре зубчатых колеса. При скольжении по валу происходит зацеплении е разных зубчатых колес с разными передаточными числами. Благодаря изменению передаточных чисел, изменяется скорость вращения шпинделя.

Коробки, переключающиеся кулачковыми муфтами

В такого типа коробках, также используются наборы валов с разного диметра шестернями. Но в отличии от скользящих блоков, шестерни тут расположены на валах неподвижно. Кроме того шестерни находятся в постоянном сцеплении с другими, а для переключения передаточных режимов используется подключение вращения вала. Разные валы вращаются с разной передаточной скоростью, поэтому подключив тот или иной вал, меняется и скорость шпинделя. Валы подключаются при помощи механизма кулачковой муфты. Муфта с кулачками может совершать скользяще-поступательные движения, при этом при движении направо подключается правый вал, а при движении налево, левый вал. Кулачки это прочная конструкция. Они могут передавать значительные усилия. Но есть одна особенность производить переключение скорости кулачковой муфтой можно только на выключенном вращении, иначе кулачки могут выйти из строя.

Коробки, переключающиеся муфтами фрикционного типа

В отличии от жесткого сцепления кулачковых муфт, при помощи фрикционных муфт сцепление можно передать более мягко. В фрикционных муфтах используются специальные диски, которые прижимаются к друг другу с помощью мощных пружин. При сжатии между дисками создается значительное трение, которое может передавать большие усилия. При этом во время включения не происходит резких толчков, т.к. диски проскальзывают и смягчают усилие. Благодаря этому коробку с фрикционными муфтами можно переключать при работающем вращении станка. Особенно часто в станках фрикционные муфты применяются для переключения типов вращения шпинделя с прямого на обратное, и наоборот. При сильном проскальзывании дисков, муфта подлежит регулировке и подтяжке.

Источник

Коробки скоростей станков

Современные металлорежущие станки устроены таким образом, что вращательное движение их электродвигателей требуется передавать шпинделю, причем делать это таким образом, чтобы была возможность изменять транслируемую мощность, крутящий момент и число оборотов в определенных пределах. Для этого используется механизм, называемый коробкой скоростей.

Эти конструкции достаточно сложны, обходятся весьма недешево в производстве, однако в металлорежущих станках используются практически повсеместно. Основными их элементами являются зубчатые колеса и валы. Следует заметить, что коробки скоростей современного станочного оборудования весьма компактны, просты в управлении и эксплуатации.

Вращательный момент на их входе поступает со шкива постоянной скорости, приводимым в движение электродвигателем, связанным с ним зубчатой, цепной, ременной или клиноременной передачей.

Для того чтобы изменять количество оборотов шпинделя, в конструкции коробок скоростей станков предусмотрено несколько рукояток (в некоторых моделях оборудования она всего одна). Разгрузка шпинделей этого оборудования в случае наличия коробки скоростей является существенным преимуществом. В отличие от ременных, зубчатые передачи обеспечивают действительно жесткую кинематическую цепь движения, которая исключает проскальзывания. Это обстоятельство очень важно при проведении на станках многих операций (например, нарезания резьбы резцами).

Конструкции коробок скоростей и коробок подач современного станочного оборудования весьма разнообразны, однако в общем и целом они представляют собой ни что иное, как сочетание целого ряда достаточно типовых и несложных деталей, механизмов и узлов. Они скомпонованы и взаимодействуют между собой таким образом, чтобы обеспечивать изменение количества оборотов ведомых валов (шпинделей, ходовых валов и винтов).

Во всех современных металлорежущих станках коробка скоростей представляет собой одну из важнейших их частей. С ее помощью изменяется количество оборотов шпинделя.

Все детали и узлы, из которых состоит коробка скоростей, располагаются в специально разработанном и изготовленном корпусе. Он отливается из чугуна, а перед сборкой коробки проходит соответствующую обработку.

Основными функциональными деталями коробок скоростей являются блоки шестерен, зубчатые колеса, рейки, валы, зубчатые муфты, рукоятки и пр.

Сама процедура переключения скоростей состоит в том, что при помощи рукояток производится смена кинематических условий, в которых находятся зубчатые колеса. В результате этого осуществляется изменение передаточного числа и, соответственно, частоты вращения шпинделя.

Для обеспечения возможности переключения скоростей вращения шпинделей станочного оборудования, рукоятки размещаются непосредственно на внешней стороне коробки, что обеспечивает к ним легкий и удобный доступ. Эти элементы управления с помощью рычагов и других конструктивных элементов связаны с зубчатыми муфтами и блоками шестерен, которые и меняют непосредственно конфигурацию передач.

Одной из важнейших частей коробок скоростей является шпиндель. Именно на нем закрепляется различный инструмент или специальная оснастка (например, патроны, в которые зажимаются обрабатываемые заготовки или детали). Шпиндель представляет собой конечный элемент конструкции коробки скоростей.

Читайте также:  Диагностика двигателя на ириновском

С точки зрения структурной схемы станочного оборудования, коробки скоростей – это элементы приводов, обеспечивающих ступенчатое регулирование главного движения. К ним предъявляется целый ряд требований, среди которых основными являются обеспечение постоянства скоростей, передача усилий, удобство управления, быстродействие и габаритные размеры.

Источник

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:

Переключение передвижными колесами или блоками

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

Рис. 237. Пластинчатая фрикционная муфта

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.

Источник

Коробка скоростей токарного станка: устройство, принцип работы, основные неисправности и их причины

Первые токарные станки появились в 650 г. до н. э. и за тысячи лет претерпели множество изменений и усовершенствований. Однако и современные устройства подвержены поломкам, несмотря на технический прогресс. Одним из «уязвимых» мест оборудования, при выходе их строя которого потребуется ремонт станка, является коробка скоростей. В чем особенности этого узла и какие неполадки ему грозят?

Устройство коробки скоростей

Данный узел является важнейшей частью станка и главной частью привода шпинделя. Он представляет собой набор зубчатых шестерен с двумя кинематическими цепями. С его помощью меняется число оборотов шпинделя, что позволяет регулировать режимы работы станка. Коробки могут быть встроенными или располагаться в отдельном блоке.

В перечень составляющих деталей узла входят следующие элементы:

Реверсивный двигатель. Обуславливает вращение шпинделя.

Система зубчатых передач. Передает вращательные движения между валами, преобразует типы движений (вращательные в поступательные и наоборот).

Клиноременная передача. Соединяет в коробке двигатель с системой зубчатых шестерен.

Многодисковая электромагнитная муфта. Необходима для торможения шпинделя.

Рукоять для переключения скоростей.

Принцип работы устройства

Работа коробки скоростей осуществляется за счет взаимодействия блоков шестерен. Блоки переключаются специальной рукоятью, с помощью которой производится перенос сцепления зубьев шестерен с одного участка на другой. На шпиндельную бабку подается вращательное движение определенной (заданной оператором) скорости от шестерен перебора, которые в свою очередь проводят передачу через зубчатую муфту. Рукояткой осуществляется перебор муфты, что регулирует непосредственно скорость работы. Ее можно увеличивать и уменьшать одним и тем же контролирующим элементом.

Процедура изменения скорости заключается в смене кинематических условий, в которых расположены зубчатые колеса, с помощью рукояток. В итоге происходит изменение передаточного числа и, как следствие, частоты вращений шпинделя. Рукоятки для регулирования работы размещают на внешней стороне коробки, благодаря чему ими просто и удобно пользоваться.

Выделяют следующие способы регулирования числа оборотов шпинделя:

Ступенчатый. Позволяет добиваться максимального, минимального и множества промежуточных параметров вращения.

Бесступенчатый. Регулирование работы происходит плавно, возможно получение любого показателя вращения – от максимального до минимального.

Во время работы коробка скоростей остается неподвижной, в движение приводятся ее внутренние части, например ременная передача. Направление движения задается ручкой управления. Передача перемещается с одного сектора на другой, тем самым повышая или понижая скорость.

Виды поломок и их причины

Токарный станок – сложная техническая система с жесткой обратной связью, сочетающая в себе механическую и электрическую составляющие. Для него характерно постепенное ухудшение технических параметров, что связано, в первую очередь, с естественным изменением геометрии: детали на фоне механических и эрозионных воздействий меняются в размерах. В итоге их взаимное расположение не соответствует документации, нарушается параллельность, меняется жесткость устройства, возникает поломка.

Чтобы увеличить срок эксплуатации устройства, следует учитывать причины поломок коробки скоростей как одной из главных и в то же время самых уязвимых частей станка и предупреждать их возникновение. При необходимости выгодная продажа станков позволяет заменить отслужившие модели новыми.

Читайте также:  Как настроить двигатель 2114

Выделяется ряд распространенных поломок коробки скоростей:

При работающем двигателе вращательный момент не передается шпинделю. Это наблюдается, если произошел срез шпонки на колесе/муфте или срезание штифта на предохранительной муфте. Также причиной может быть изнашивание диска на фрикционной муфте или неправильная регулировка перемещения на оси шестерен или блоков.

Скорости перестали переключаться. Такая поломка возникает, если сломалась вилка/рычаг смены скоростей, сработался шпоночный паз на рычаге смены скоростей, наблюдается забивание торца зубьев на колесе или возникло срезание шпонки или штифта, которые обуславливают крепление ручки, вилки или зубчатого сектора в управлении.

Переключение зубчатых колес осуществляется с трудом. Это наблюдается, если согнуло вал либо на валу, шлицах и шпонке образовались забоины.

При включении скорости не прокручиваются валы в коробке. Так происходит, если одновременно включены две скорости.

Самопроизвольное отключение скоростей. Неисправность возникает, если не произошло полного смыкания зубьев сопряженных колес, ослабели пружины фиксатора, разносились отверстия для фиксатора либо валы перестали быть параллельными.

Температура нагрева коробки превышает 50 °С. Это наблюдается, если между зубьями на колесе нет промежутка, в системе недостаточно смазки либо на валах слишком затянуты подшипники.

При возникновении поломки коробки скоростей обратитесь к специалистам нашей компании. Они проведут диагностику, выявят все дефекты и устранят неполадку в кратчайшие сроки. В отличие от попыток самостоятельного ремонта, профессиональное обслуживание гарантирует быстрое восстановление вышедшего из строя узла и предупреждает простой оборудования.

Источник

МЕХАНИЗМЫ КОРОБОК СКОРОСТЕЙ

Коробки скоростей структурно входят в привод ступенчатого регулирования главного движения станка. Привод станка — это совокупность источника энергии (электро-, гидро- или пневмодвигателя) и передающих устройств; его назначение — приводить в движение рабочие органы станка, несущие заготовку или инструмент, обеспечивая при этом необходимые скорости и передавая требуемые усилия.

Коробки скоростей состоят из элементарных двухваловых передач, которые могут передавать ведомому валу несколько различных скоростей. Передача с передвижными блоками зубчатых колес (рис. 9.9, а) проста по конструкции, но не позволяет осуществлять переключение на ходу. Передача с муфтами 1 (рис. 9.9, б) дает возможность автоматизировать переключение скоростей, не останавливая вращения ведущего вала I. Общее число скоростей z коробки определяется перемножением чисел скоростей, имеющихся на каждом валу, поэтому такие передачи получили название множительных.

Рис. 9.9. Элементарные двухваловые передачи коробок скоростей с передвижным блоком зубчатых колес (а) и с муфтой (б):

1 — муфта; I — ведущий вал; II — ведомый вал

В автоматизированных станках переключение скоростей осуществляется автоматически с помощью индивидуальных электромеханических (реже — гидравлических) приводов. Схемы механизмов переключения передач в станках с ЧПУ представлены на рис. 9.10.

Рис. 9.10. Схемы механизмов переключения передач в станках с ЧПУ:

а — с реечной передачей; б — с передачей винт — гайка; в — с гидроцилиндром; М — электродвигатель

МЕХАНИЗМЫ КОРОБОК ПОДАЧ

Коробки подач в металлообрабатывающих станках предназначены для изменения величины и направления подачи с переключением зубчатых передач. В механические кинематические цепи подач могут входить: множительные зубчатые передачи (см. рис. 9.9), как в коробках скоростей; передачи, дающие арифметический ряд (конусные наборы с накидным зубчатым колесом и с вытяжной шпонкой; храповые механизмы (см. рис. 9.7, а, б); сумммирующие механизмы, гитары и др.

Конусный набор с накидным зубчатым колесом (рис. 9. 11, а) применяют в приводах подач токарно-винторезных станков с ручным управлением благодаря возможности точной настройки требуемых передаточных отношений. Число зубчатых колес в наборе достигает десяти, переключение производится рукояткой /, перемещающей накидное зубчатое колесо 2 и фиксирующей каретку станка в этом

Рис. 9.11. Механизмы коробок подач:

а — конусный набор с накидным зубчатым колесом; б — конусный набор с вытяжной шпонкой; в — конический дифференциал; г — планетарный механизм; д — однопарная гитара; / — рукоятка; 2 — накидное зубчатое колесо; 3 — вытяжная шпонка; 4 — Т-образный вал; 5 — поводок, 6 — крышка гитары; 7,8— сменные

зубчатые колеса положении. Преимущество этой передачи — малая металлоемкость (число зубчатых колес на два больше числа передач). Однако из-за наличия накидного зубчатого колеса конусный набор не может быть использован в станках, передающих большие мощности, так как механизм имеет низкую жесткость. Другим недостатком является невозможность применения этой передачи в цепях, где реверсируется движение ведущего вала, так как движение с конуса на накидное зубчатое колесо (или наоборот) может передаваться только в направлении, указанном на рисунке.

Конусный набор с вытяжной шпонкой (рис. 9А, б) — компактный механизм, передает до десяти различных передаточных отношений; управление переключением всех передач пары конусов осуществляется одной рукояткой, связанной с вытяжной шпонкой 3. Недостатки этого механизма следующие: невозможность передачи больших крутящих моментов вследствие недостаточной жесткости полого вала, в котором перемещается тяга с вытяжной шпонкой; неудовлетворительное базирование узких зубчатых колес; повышенный износ зубчатых колес (все постоянно находятся в зацеплении) и вытяжной шпонки; низкий КПД.

Конусный набор с вытяжной шпонкой применяют в легких, а иногда и средних сверлильных и токарно-револьверных станках с ручным управлением. В настольных сверлильных станках один конусный набор с вытяжной шпонкой заменяет коробку подач, что позволяет уменьшить габариты шпиндельной головки станка.

В качестве суммирующих механизмов в станках применяются конические дифференциалы, планетарные механизмы, реечные передачи и винтовые пары (с несамотормозящей резьбой), червячные и другие передачи. Суммирующие (дифференциальные) механизмы предназначены для алгебраического сложения однородных движений; их применяют для увеличения диапазона настройки цепей с целью расширения технологических возможностей затыловочных, зуборезных, резьбошлифовальных и других станков.

Читайте также:  Мощность двигателя урал квт

что vA = 2v, получим угловую скорость ведомого звена со3 = — =

= — = 4кп2. Так как угловая скорость ведущего звена ют = 2ппт, то R

передаточное отношение, равное отношению ведомой угловой скорости к ведущей, будет равно двум, т.е. угловая скорость колеса г3 в 2 раза больше, чем скорость Т-образного вала II.

Теперь остановим Т-образный вал, и вращение на дифференциал будет поступать только от ведущего конического колеса Z- В этом случае передаточное отношение будет равно единице, так как все конические колеса имеют одинаковое число зубьев, — фактически работает простая кинематическая цепь из конических зубчатых колес.

Выше передаточные отношения дифференциала определены для случая, когда он имел поочередно одну степень свободы. Если движение будет передаваться одновременно от Т-образного вала и конического колеса Z (т.е. у дифференциала две степени свободы), то передаточное отношение будет равно алгебраической сумме: /д = 2 ± 1. В том случае, если Т-образный вал является ведомым

звеном, передаточное отношения дифференциала /д = ^ ± 1.

Конический дифференциал как суммирующий механизм в станках имеет наибольшее применение, однако в качестве суммирующих механизмов применяют также и планетарные механизмы.

Планетарным называют механизм с подвижными осями колес и одной степенью свободы. Их применяют и как суммирующие механизмы, когда они имеют две степени свободы, например ведущими звеньями являются поводок 5 и зубчатое колесо Z (рис. 9.11, г), и как механизмы, резко снижающие частоту вращения. Планетарные механизмы находят широкое применение в зубофрезерных станках и различных редукторах, так как позволяют получить большие значения передаточных отношений при малых габаритах и незначительных потерях на трение.

Гитара — это звено настройки кинематической цепи с помощью сменных зубчатых колес; применяется в различных кинематических цепях: в коробках скоростей, подач, обката и дифференциальных цепях станков с ручным управлением различных типов, особенно в серийном и массовом производстве. В большинстве случаев для получения заданных передаточных отношений применяют либо двухпарную гитару (две пары сменных зубчатых колес), либо однопарную (рис. 9.11, д); трехпарные гитары используются крайне редко, когда необходимы малые передаточные отношения или требуется высокая точность их настройки. Однопарные гитары не дают высокой точности подбора заданного передаточного отношения, так как обычно в наборе очень мало сменных зубчатых колес (8. 10 шт.) и, кроме того, конструкция гитары такова, что расстояние между осями сменных колес В = const. При подборе двух сменных зубчатых колес Z и Z2 необходимо удовлетворять условию их сцепляемости

Фрикционные передачи — это передачи, в которых движение от ведущего тела к ведомому передается благодаря силам трения. Такие фрикционные передачи, которые позволяют бесступенчато изменять частоту вращения ведомого звена, называются вариаторами.

С точки зрения передачи усилий в коробках подач станков с ручным управлением имеются большие возможности по применению фрикционных вариаторов с бесступенчатым регулированием, так как обычно имеет место передача небольшой мощности и низкая частота вращения, однако в этом случае не могут быть обеспечены точные передаточные отношения; поэтому фрикционные вариаторы применяют лишь в тех случаях, когда подачи определяются режимами резания, а не точностью перемещений суппорта за один оборот заготовки.

Существуют лобовые, торовые, конусно-шкивные фрикционные вариаторы и др. Наибольший диапазон регулирования частот вращения D = nmax/nmin = 3. 4 — у лобовых вариаторов; D = в. 10 — у то- ровых и конусно-шкивных.

На рис. 9.12 показана бабка изделия круглошлифовального станка; круговая подача шпинделя изделия регулируется бесступенчато фрикционным вариатором. Ведущий вал 1 приводится во вращение от электродвигателя через клиноременную передачу. Для изменения круговой подачи служит фрикционная передача с раздвижными коническими шкивами 2, 3 и промежуточным стальным кольцом 4. Сближение одной пары конусов и одновременный развод второй изменяют диаметр, по которому происходит касание конусов стальным кольцом; следовательно, меняется передаточное отношение. Изменение частоты вращения шпинделя изделия производится на ходу поворотом рукоятки управления.

Рис. 9.12. Привод бесступенчатого регулирования круговой подачи изделия в круглошлифовальном станке:

1 — вал; 2, 3 — ведущие и ведомые раздвижные конические шкивы вариатора соответственно; 4 — кольцо

На рис. 9.13 показана простейшая фрикционная передача — лобовой вариатор. Ведущий диск 1 поджимается силой Q к торцовой поверхности диска 2. При вращении диска 1 в точке М возникает сила трения Frp = fjpQ, которая приводит во вращение ведомый диск 2. Можно определить, с какой угловой скоростью будет вращаться ведомый диск. Известно, что передаточное отношение определяется отношением угловых скоростей ведомого звена к ведущему. Для данной передачи

т.е.

Рис. 9.13. Простейший лобовой фрикционный вариатор: 1 — ведущий диск; 2 — ведомый диск

Следовательно, угловая скорость ведомого звена СО2 = /со, = соГх2.

Если диску 1 сообщить поступательное перемещение вдоль оси N—N, то у ведомого диска 2 будет бесступенчато меняться угловая скорость, так как радиус г2 может изменять свое значение от 0 до R.

Бесступенчатое регулирование с механическим вариатором применяется в приводах подач шлифовальных, револьверных, координатно-расточных, сверлильных и других станков. При большом диапазоне регулирования подач вариаторы могут применяться в сочетании со ступенчатым приводом.

В приводах подач тяжелых станков часто встречается сочетание регулируемого двигателя постоянного тока с механической частью коробки подач, которая расширяет диапазон регулирования электродвигателя. В некоторых приводах тяжелых станков регулируемый электродвигатель применяется в сочетании с планетарными передачами, которые дают большую редукцию и удобны для включения ускоренных перемещений без отключения цепи рабочих подач.

В станках с ЧПУ изменение величины подачи обычно осуществляется не механизмами подач, а электродвигателем с бесступенчатым регулированием частоты вращения его выходного вала.

Источник

Ответы на популярные вопросы