Механизмы главного движения
Механизмами главного движенияназываются рабочие органы машины, осуществляющие главное движение обрабатывающего органа или заготовки для достижения требуемого технологического результата. В большинство механизмов главного движения входит инструмент, реже главное движение придается заготовке (например, в лущильных, токарных и строгальных станках).
Механизмы главного движения разделяются на три группы: вращательного, поступательного и возвратно-поступательного движения.
Механизмы вращательного движения.Различают следующие основные механизмы: рабочие валы, шпиндели, шпиндельные блоки, центры и патроны (рис. 66).
Рабочими называются валы, между опорами которых монтируют режущий инструмент. Они могут быть цельными и составными. На рис. 67, а приведена конструкция цельного горизонтального ножевого вала рейсмусового станка. Вал 3 установлен на двух радиально-упорных подшипниках. Подшипник 4 зафиксирован от осевого смещения, а подшипник 2 выполнен плавающим. Смазка подшипников индивидуальная. Средняя часть вала имеет четыре паза для крепления ножей 7. Обычно валы изготовляют цельными (из поковок), но делаются попытки создания и сварной конструкции. Частота вращения вала 4000...5000 мин-1.
В качестве примера составного вала может служить рабочий вал обрезного станка (рис. 67, б). Он приводится во вращение от шкива 77 клиноременной передачи. На валу установлены две пилы: левая 3 по ходу материала — неподвижная (коренная) и правая 5— подвижная. Они закреплены на пильных втулках 2 и 6, смонтированных в шарикоподшипниках соответственно в неподвижном 7 и подвижном 7 суппортах. Крутящий момент с коренного вала 10, вращающегося в корпусе 9, передается на пильные втулки посредством шлицевого вала 8, который входит в шлицевые отверстия пильных втулок. Подвижный суппорт 7 вместе с пилой может перемещаться по двум цилиндрическим направляющим, одной из которых служит шток гидроцилиндра 4. Частота вращения вала 2200...2500 мин-1.
Для ужесточения и повышения виброустойчивости валов большой протяженности, вращающихся с высокой частотой, их, как правило, устанавливают на станину неподвижно, реже с однокоординатной настройкой по вертикали.
Распространено крепление режущего инструмента на консольной части вала. Такие устройства называютсяшпинделями (см: рис. 66, б).
Они меньших размеров, чем рабочие валы и, имеют настроечные перемещения по двум (трем) координатным осям. Часто они бывают наклонными. Частота вращения шпинделей 3000 ... 10000 мин-1 и выше.
Вместе с опорами они образуют шпиндельный узел. Шпиндели могут приводиться в движение непосредственно от двигателей, через ременную передачу и через сложную кинематическую цепь. В первом случае двигатель с режущим инструментом устанавливается на суппорте 15 (рис. 68), который имеет двух- или трехкоординатную настройку. Шпиндель (электродвигатель) 2с режущим инструментом 1 установлен на поворотной плите 3, которая может перемещаться с помощью винта 13 в горизонтальном направлении относительно плиты 5и фиксируется стопором 6. Вертикальное перемещение шпинделя осуществляется с помощью винта 7, а фиксируется стопором 10. Отсчет величины перемещений производят по шкалам линеек 9 и лимбам 8 и 12. Перемещение шпинделя по трем координатам производится с помощью поворотной плиты 3, на которой установлен шпиндель (электродвигатель) 2. Поворот плиты 3 происходит при вращении винта 11 и фиксируется стопором 14. Отсчет угла наклона ведут по шкале 4.
Большую группу составляют шпиндели, приводимые во вращение через ременную передачу. Они могут быть составными, цельными, полыми и телескопическими.
Н 
а рис. 69 изображен составной шпиндельный узел фрезерного станка с нижним расположением шпинделя. В корпусе в радиально-упорных подшипниках 2 и 7смонтирован шпиндель 14,который приводится во вращение от электродвигателя через шкив 16плоскоременной передачи с частотой вращения 6000...12000 мин-1. Смазка подшипников осуществляется масляным туманом. Масло наливается в резервуары 1 и 6,откуда фитилями 3, 8 подается на разбрызгиватели 11, 15, проходит через подшипник и возвращается в резервуары.
Смазку подшипников опор качения в новых конструкциях станков (долговечную консистентную ВНИИ НП-228 или аналогичную ей) закладывают один раз при сборе шпиндельного суппорта и меняют одновременно со сменой подшипников.
Верхний конец шпинделя заканчивается внутренней расточкой под конус Морзе, служащей для соединения шпинделя с инструментальной оправкой, которая, в свою очередь, заканчивается посадочным хвостовиком — конусом Морзе № 4. Инструментальная оправка 9 фиксируется на шпинделе дифференциальной гайкой 10,имеющей две резьбы: одну с мелким шагом, соответствующим резьбе на оправке, и вторую с большим шагом на шпинделе. Обе резьбы имеют одно направление. При затягивании оправки гайка перемещается одновременно относительно шпинделя и оправки. Так как шаг резьбы на шпинделе больше, чем на оправке, то перемещение гайки относительно шпинделя при одном и том же угле поворота несколько опережает ее перемещение относительно оправки, и конус оправки с большой силой входит в коническое гнездо шпинделя, обеспечивая надежное крепление оправки с инструментом на шпинделе.
В комплект инструментальной оправки входит набор проставочных колец, что позволяет закреплять на оправке фрезы различной высоты. При установке оправки или режущего инструмента на шпиндель последний стопорится от проворачивания относительно корпуса фиксатором 4, вставляемым в радиальное отверстие шпинделя. Положение фиксатора контролируется стопорным винтом 5, сблокированным с микровыключателем. Для обеспечения возможности перемещения фиксатора вывертывают блокирующий винт из корпуса, при этом его головка нажимает на упор микровыключателя, делая невозможным включение электродвигателя механизма резания при застопоренном шпинделе. Перемещение шпинделя по высоте осуществляется за счет винтовой пары 12, 13.
Для получения изделий цилиндрической формы применяют полые шпиндели (рис. 70,а), устанавливаемые на круглопалочных станках. Шпиндель 3 устанавливается на подшипниковой опоре 2 и приводится во вращение от электродвигателя через ременную передачу и шкив 1. На шпинделе монтируется ножевая головка 4, через которую пропускается заготовка 5. Частота вращения шпинделя 3500 мин-1.
Для перемещения режущего инструмента в процессе работы вдоль оси вращения применяют составные шпиндели (рис. 70, б)с телескопическим соединением. Нижняя часть шпинделя 2, на которой в патроне закрепляется инструмент 1, устанавливается в подшипниках 7 в стакане 3, который перемещается в направляющих поворотом рукоятки8. Верхняя часть 6шпинделя, установленная в подшипниковой опоре5, получает вращение от электродвигателя через ременную передачу 4 и передает крутящий момент нижней части через скользящую шпонку или шлицы. Для изменения частоты вращения в передаточном механизме имеются ступенчатые шкивы.
Шпиндели с приводом через сложную кинематическую цепь в деревообрабатывающем оборудовании встречаются редко. Это объясняется высокой частотой вращения и небольшими усилиями резания.
Некоторые механизмы вращательного движения приводят во вращение не инструмент, а заготовку. Примерами таких механизмов являются центры и патроны токарного станка (см. рис. 66, в). Частота вращения — 2500...4500 мин-1.
Механизмы поступательного движения.Отличительным признаком этих механизмов является наличие гибкого удлиненного инструмента, надетого на два (или более) шкива. Он представлен в ленточнопильных, ленточно-шлифовальных, цепно-фрезерных и некоторых других станках.
В машинах с двумя шкивами один шкив приводной, второй — натяжной. Кроме того, натяжной шкив имеет ряд регулировочных и вспомогательных движений, позволяющих регулировать положение ленты.
На рис. 71, а изображен вертикальный ленточнопильный станок. Шкив 1 (рис. 71, б) на двух роликоподшипниках 2 смонтирован на консоли оси 6, закрепленной в ползуне 3.Ползун имеет настроечное перемещение по вертикальным направляющим кронштейна 4.Натяжение пильного полотна происходит под действием пружины 8, отжимающей вверх ползун 3. Натяжение регулируется винтом 7 с помощью маховика 10. Кронштейн со шкивом может быть наклонен в любую сторону вокруг оси 5 посредством маховика 9.
Механизмы резания ленточных шлифовальных станков могут быть выполнены с двумя или тремя шкивами. Механизм с тремя шкивами характерен для широколенточных шлифовальных станков (рис. 72, а).Прорезиненные вальцы 1 и 7 приводятся во вращение от одного электродвигателя через ременную передачу 5. Валец 3 создает натяжение шлифовальной ленты 2 с помощью пружинного или пневматического устройства 4. Для осуществления процесса шлифования рабочая поверхность шлифовальной ленты под действием утюжка 6 прижимается к верхней поверхности перемещаемой заготовки 8.
На узколенточных шлифовальных станках (рис. 72, б)механизм резания состоит из двух шкивов: ведущего 1и ведомого 2,которые объединены шлифовальной лентой 5. Ведущий шкив получает вращение от электродвигателя 6,а ведомый шкив, установленный на суппорте 3, может перемещаться при вращении маховика4 для натяжения ленты.
Во всех механизмах резания с поступательным перемеще-
нием режущего инструмента скорость главного движения
зависит от частоты вращения ведущего шкива (вальца) и его
диаметра. Определяется эта скорость по формуле
где D — диаметр шкива (вальца), м; я — частота вращения, мин-1; v — скорость главного движения, м/с.
Механизмы возвратно-поступательного движения.Характерное отличие этих механизмов — переменная скорость движения, причем в зависимости от вида привода изменение скорости может быть неравномерным на протяжении всего хода (кривошипно-шатунная схема) или только в периоды реверсирования (например, реечный привод). Второй отличительный признак этих механизмов — наличие значительных инерционных сил и их неуравновешенность, для снижения которой требуются специальные расчеты и конструктивные решения.
Механизмы с кривошипно-шатунным приводом делятся на механизмы с пильной рамкой и суппортом (рис. 73).
Пильные рамки представляют собой рамную конструкцию, внутри которой натянут инструмент (чаще всего п 
олосовые пилы), приводимую в движение кривошипно-шатунным механизмом. На рис. 74 показан механизм резания одношатунной лесопильной рамы. В нижней части располагается составной коленчатый вал, состоящий из двух полуосей 7 и 10,запрессованных в маховики 8, и пальца9 кривошипа. Концы пальца зажимают в клеммах ступиц маховиков. Вал монтируют в трех сферических самоустанавливающихся роликоподшипниках 6 фундаментной плиты 5, из которых два расположены со стороны приводного шкива 11. Цельный стальной шатун 4двутаврового сечения соединяет кривошипный палец с пильной рамкой. Нижняя головка шатуна соединяется с кривошипом посредством сферического роликоподшипника, а верхняя — с пальцем проушины нижней поперечины 3 пильной рамки посредством игольчатого подшипника. Пильная рамка состоит из верхней 1 и нижней 3 стальных литых поперечин, соединенных стойками 2 из бесшовных труб. В цапфах поперечин закреплены пальцы, на которые свободно насажены текстолитовые ползуны 14, перемещающиеся по направляющим станины. Шарнирное крепление ползунов позволяет им самоустанавливаться в процессе работы при изменении уклона пильной рамки. Между поперечинами пильной рамки посредством специальных захватов 13 натягиваются пилы 12.
Суппорты механизмов с возвратно-поступательным движением служат для перемещения инструмента (горизонтальный строгальный станок, см. рис. 73, б) или заготовки (вертикальный строгальный станок). Суппорт 2, приводимый от кривошипно-шатунного механизма 3, перемещается по направляющим 1 станины. На суппорте закреплены нож и прижимная линейка. Для улучшения условий строгания нож суппорта или заготовка расположены под углом по отношению к направлению движения резания.
Работа кривошипно-шатунного механизма (см. рис. 74, а) характеризуется тем, что в крайних точках траектории движения при а = 0 и а = 180° скорость главного движения v= 0, а ускорение достигает максимального значения. Скорость v перемещения пильной рамки на пути S = 2г — величина переменная:
где v0 — окружная скорость пальца кривошипа (v0 = 2пгп/60), м/с; п — частота вращения пальца кривошипа, мин-1; r — радиус кривошипа, м.
В практических расчетах ограничиваются средней скоростью:
Механизмы подачи
Механизмами подачи называются устройства машин, осуществляющие движение подачи, т.е. движение, необходимое для повторения главного движения. В современных машинах используются механизмы, придающие движение подачи инструменту или заготовке.
Все механизмы подачи делятся на две группы: с жесткой и фрикционной связью.
Механизмы подачи с жесткой связью.Связь между подающими органами и объектом перемещения обеспечивает строго определенное (без проскальзывания) перемещение этого объекта. Заготовка проталкивается по базирующим поверхностям (подвижное базирование) либо подача осуществляется специальными устройствами с закрепленными в них заготовкой или инструментом (неподвижное базирование).
Перемещение осуществляется с помощью цепной, зубчато-реечной, винтовой и других передач, а также гидравлических и пневматических устройств.
По характеру движения различают три вида механизмов подачи: с непрерывным или возвратно-поступательным движением и шаговые (рис. 75). При этом заготовка может перемещаться по прямолинейной или криволинейной (в большинстве случаев по дуге окружности) траектории.
Механизмы непрерывного движения. Среди устройств для прямолинейного перемещения заготовок наибольшее распространение получили конвейеры с упорами или зажимами.
На рис. 75, а изображен конвейер концеравнительного станка с упорами. Заготовки располагаются поперек двух направляющих балок 4.
Под балками проходят две тяговые цепи 1 с прикрепленными к ним с определенным шагом жесткими упорами 2, которые, упираясь в кромку заготовок 3, подают их к пилам.
Реже применяется вальцовый механизм с шипами (рис. 75, б).Его используют, например, на участках четырехсторонней обработки брусковых деталей, где обрабатывают заготовки малых размеров и вальцовый механизм не может развить достаточное усилие подачи.
Шипы, расположенные на образующей вальца, внедряются в древесину, за счет чего исключается вероятность проскальзывания.
Механизмы непрерывного движения заготовок по окружности бывают карусельные и барабанные. И те и другие перемещают заготовки по окружности.
На карусельном столе фрезерного станка (рис. 75, в) имеется несколько мест для заготовок 3, оборудованных зажимными устройствами. На загрузочном участке зажимы подняты и заготовка свободно укладывается на непрерывно поворачивающийся стол. При подходе к зоне обработки ножевой головкой 5 зажимы срабатывают, а после окончания обработки вновь поднимаются, давая возможность снять обработанную заготовку и положить на ее место новую. Поскольку стол непрерывно вращается, на таких станках осуществляется проходная обработка: фрезерование, шлифование и т.д.
В барабанных механизмах (рис. 75, г) крепление заготовок 3 происходит в центрах 6,как показано на схеме шлифовального станка. После обработки их абразивным эластичным цилиндром 7 центры автоматически разжимаются и обработанная деталь падает в приемный бункер.
Механизмы возвратно-поступательного движения могут перемещать инструмент (суппорты, шарнирно-рычажные системы) или заготовку (столы, каретки).
Суппорты имеют, как правило, многокоординатную настройку и прямолинейное перемещение от пневмо- или гидроцилиндра. Они широко применяются в сверлильно-присадочных станках, линиях агрегатной обработки и другом оборудовании. На рис. 75,д показан суппорт 8 со сверлом, который с помощью цилиндра 9 перемещается по направляющим 10. После высверливания отверстия в заготовке 3 происходит ускоренный отвод суппорта.
Шарнирно-рычажные механизмы подачи обеспечивают прямолинейное и криволинейное движение подачи. В первом случае они выполнены в виде многозвенных шарнирных устройств с прямила- ми, обеспечивающими прямолинейную траекторию режущего инструмента (торцовочные, сверлильно-фрезерные станки). В механизмах криволинейного движения подачи режущий инструмент закрепляется на конце рычага, качающегося на оси. В зависимости от положения оси качения различают маятниковые механизмы (закреплен один конец рычага) и балансирные (рычаг закреплен посередине). На рис. 75, е приведена схема балансирного торцовочного круглопильного станка с гидравлическими и пневматическими цилиндрами 11. Пила 12 перемещается по дуге окружности и распиливает заготовку 3.
Для перемещений заготовки на значительные расстояния в качестве механизма подачи используют каретку. Например, в шипорезном станке (рис. 75, ж) каретка 13 с закрепленными на столе заготовками 3 перемещается по направляющим качения 14длиной до 1,5 м и последовательно обрабатывается пилой 15, шипорезными и проушечными головками (на схеме не показаны).
Шаговые механизмы предназначены для периодического перемещения заготовок во время их обработки. В простейшем случае, когда не предъявляется высоких требований к базированию заготовок в направлении их перемещений (например, при проходных операциях), применяют штанговые механизмы с шарнирными упорами (рис. 75, з). Упоры 17 закреплены на штангах 19 шарнирно. Пружина 16 отжимает упор к ограничителю 18 таким образом, что при рабочем ходе штанги по стрелке vs заготовка 3прижимается к рабочей поверхности упора. При обратном (холостом) ходе упоры поворачиваются заготовками по стрелке А и не препятствуют возврату штанги в исходное положение. Для ориентирования штанги имеются ролики 20. Привод осуществляется от гидроцилиндра, присоединяемого через систему зубчатых передач.
Расчет механизмов подачи с жесткой связью сводится к определению мощности привода и прочностных показателей элементов различных передаточных и исполнительных механизмов.
Потребная мощность двигателя привода подачи, кВт:
где ?п — КПД механизма подачи, определяемый как произведение КПД всех элементов кинематической цепи.
Тяговое усилие Fr, Н:
где а — коэффициент запаса, а = 1,3... 1,5; Fc — суммарная сила сопротивления подаче, Н:
где Fs — составляющая сил резания по направлению подачи, Н; ?F — суммарная сила трения, Н.
М 
еханизмы подачи с фрикционной связью. Вмеханизмах подачи с фрикционной связью органы подачи (вращающиеся вальцы или движущиеся конвейеры) перемещают заготовки за счет сил сцепления поверхностей древесины и органов подачи. Этот вид подачи является специфическим для деревообрабатывающего оборудования и характеризуется тем, что заготовка может проскальзывать относительно тягового органа в зависимости от сил сопротивления подачи, конструкции тягового органа и т. д. Различают механизмы с непрерывным движением (рис. 76, а—в) и шаговые (рис. 76, г).
Механизмы с непрерывным движением наиболее распространены в деревообрабатывающем оборудовании. Это объясняется тем, что в технологии изделий из древесины широко используется проходной способ обработки, а наиболее простую и эффективную подачу при таком способе обеспечивают вальцовые, гусеничные и вальцово-гусеничные механизмы фрикционного типа.
Сила тяги подающего вальца определяется по схеме на рис. 77, а:
где qт — сила давления подающего вальца в зоне трения; ? — коэффициент сцепления вальца с древесиной; f — коэффициент трения заготовки по столу, f = 0,3...0,4.
Из уравнения (262) видно, что подача будет тем надежнее, чем больше разница между ? и f. Однако при увеличении qT происходит смятие древесины и пробуксовка. Для увеличения ? поверхность вальца делают рифленой (см. рис. 76, б, в) или надевают бандаж из фрикционного материала (например, резины). Кроме того, ? зависит от радиуса вальца и механических свойств древесины. Для гладких стальных вальцов радиусом 50... 125 мм ? = 0,25... 0,4, для рифленых и покрытых резиной вальцов ? ~ 0,4...0,8.
Если подающий валец расположен снизу, необходимое qT создается прижимным роликом (рис. 77, б):
где G — вес заготовки; ? — приведенный коэффициент трения качения ролика по древесине; ? = (С + fxrx)/r = 0,1, где fx — коэффициент трения; С — коэффициент трения осей в цапфах; r — радиус ролика; rх — радиус цапф.
Если масса заготовки невелика, ею можно пренебречь, и формула (263) примет вид
Сравнивая формулу (264) с (262), можно сделать вывод, что тяговое усилие такого механизма будет больше, поскольку ? < f. Если подача осуществляется двумя роликами (рис. 77, в),
Фрикционные конвейерные тяговые органы представляют собой металлические плоские рифленые звенья, связанные в бесконечную цепь, или гибкие плоские бесконечные конвейерные ленты с поверхностью из фрикционного материала. Заготовки базируются на движущемся конвейере и прижаты к нему подпружиненным роликом (рис. 77, г). В этом случае
При двусторонней тяге (рис. 77, д, ё)
Сравнивая формулы (264) и (266), (265) и (267), видим, что тяговое усилие в обоих случаях одинаковое. Однако при гусеничной подаче давление приходится на всю базовую поверхность заготовки, что предохраняет древесину от смятия и предотвращает пробуксовку.
При расчетах механизмов подачи (мощности, общего тягового усилия и т.д.) необходимо для каждой конкретной конструкции составить схему действия сил (резания, трения, тяги и инерции).
Вальцовый механизм подачи состоит из нескольких (1... 12) нижних и верхних вальцов, которые могут быть гладкими, рифлеными или обрезиненными, цельными или секционными. На рис. 78, апоказана конструкция секционного рифленого переднего вальца рейсмусового станка. На валу 2, вращающемся в двух сферических шарикоподшипниках 7, смонтирован ряд секций внутренних 3 и наружных 4 колец, соединенных упругими элементами 5. Вращение на вал передается через звездочку 6цепной передачи. При использовании секционных вальцов можно пропускать одновременно несколько разнотолщинных заготовок по ширине.
На рис. 78, б—г показаны два типа соединения наружных и внутренних колец: пружинами и резиновыми кольцами. По первому варианту (см. рис. 78, б, в)относительное положение колец и средней части вальца фиксируется пружинами 1, по второму (см. рис. 78, г) — передача крутящего момента от средней части вальца к кольцам и их относительное смещение обеспечиваются резиновыми втулками 1.Предпочтительно использование вальцов, резиновые амортизаторы которых разгружены от передачи крутящего момента.
П 
рижим вальцов может быть пружинный или пневматический. На рейсмусовом станке прижим вальцов осуществляется пружинами, на четырехсторонних продольно-фрезерных станках возможны оба варианта. При использовании пружин (рис. 78,д) корпус 3 вала вальцов 7 жестко связан со штоком5 корпуса 4. При подъеме вальцов пружина 6сжимается и создает усилие прижима. При пневматическом прижиме (рис. 78,ё) прижимное усилие создается пневмоцилиндром3. Вальцы шарнирно закреплены на кронштейне. В обоих вариантах вращение на вальцы поступает с общего привода через цепную или зубчатые передачи 1, телескопические шарнирные валы 2.
Гусеничные и вальцово-гусеничные механизмы (см. рис. 76, б, в)имеют перед вальцовыми следующие преимущества: более равномерный прижим обрабатываемой детали на большой площади, что снижает давление, благодаря чему даже рифленые звенья гусеницы не оставляют заметного отпечатка на материале; снижение возможности поперечных смещений материала, в результате чего достигается прямолинейность обработки. Основной недостаток гусеничной подачи — сравнительно быстрый износ направляющих.
В простейшем механизме подачи гусеница расположена над столом, по которому она перемещает заготовки. Для создания необходимого тягового усилия и компенсации разницы толщины деталей гусеница или ее звенья должны быть подпружинены. Иногда для облегчения движения заготовки применяют гладкие нижние ролики. На рис. 76, вгусеница расположена снизу, тяговое усилие обеспечивается верхними прижимными вальцами.
В некоторых вальцово-гусеничных механизмах подачи для увеличения тягового усилия верхние прижимные вальцы выполнены приводными. На рис. 76, б представлена схема с двумя гусеницами для станков, обрабатывающих очень короткие или тонкие детали, листовой материал, либо для станков с особыми условиями базирования заготовок.
Ш 
аговые вальцовые механизмы применяются в лесопильных рамах с толчковой подачей. На рис. 76, г дана схема простейшего шагового механизма для толчковой подачи бревна 8 с помощью вальцов 7, периодически приводимых во вращение кривошипом 3коленчатого вала 4.Этот кривошип с помощью шатуна 2 и кулисы 5 с фрикционной собачкой 10периодически поворачивает по стрелке фрикцион 9,а следовательно, и систему зубчатых колес 6 привода вальцов. В зависимости от расположения кривошипа на коленчатом валу различают лесопильные рамы с подачей бревна за холостой или рабочий ход пильной рамки. Величина хода регулируется винтовым механизмом 1,изменяющим рабочую длину кулисы.
Базирующие устройства
Общие сведения о базировании заготовок на машинах. Базированием называется процесс ориентирования обрабатываемой заготовки относительно определенных, называемых установочными, поверхностей машины для обеспечения необходимого ее расположения при обработке.
Заготовки базируются относительно главного обрабатывающего органа с помощью технологических баз заготовки по установочным поверхностям базирующих элементов машины.
Технологической базой называют совокупность поверхностей, линий или точек заготовки, по отношению к которым ориентируются поверхности детали при обработке.
Базирующими элементами машины называют ее устройства, предназначенные для базирования заготовок. Ими могут быть не только столы, каретки, суппорты, направляющие линейки, угольники, упоры, но и другие устройства.
Установочными поверхностями базирующих элементов машины являются поверхности для базирования заготовки, соприкасающиеся с ее технологической базой (рис. 79, а).Для ориентировки тела в пространстве необходимо лишить его шести степеней свободы: трех поступательных перемещений вдоль осей координат х, у, z и трех вращений вокруг этих же осей (рис. 79, б). Заготовку ориентируют с помощью трех установочных поверхностей — главной, направляющей и упорной (рис. 79, в). Нижняя поверхность Азаготовки, несущая три базирующие точки 1, 2, 3, соприкасается с главной установочной поверхностью и называется главной базирующей поверхностью. Обычно это поверхность с наибольшими габаритными размерами, т.е. пласть призматической заготовки. Боковая поверхность В заготовки, несущая две базирующие точки 4 и 5, соприкасается с направляющей установочной поверхностью и называется направляющей базирующей поверхностью.
В качестве нее выбирается поверхность, отличающаяся наибольшей протяженностью, обычно одна из кромок призматического тела. Торцовую поверхность С заготовки, несущую на себе одну опорную точку 6 и соприкасающуюся с упорной установочной поверхностью, называют упорной базирующей поверхностью.
Виды базирования.В зависимости от характера взаимодействия установочных поверхностей с базирующими поверхностями заготовки различают три способа базирования — неподвижное, подвижное и комбинированное (рис. 80).
Неподвижным называется базирование, при котором базирующие поверхности заготовки в процессе обработки не перемещаются относительно установочных поверхностей базирующих устройств машины. Однако заготовка, оставаясь неподвижной относительно базирующих устройств, движется вместе с ними относительно инструмента (или инструмент относительно заготовки), причем движение может быть поступательным или вращательным.
При позиционной обработке заготовка неподвижна и на нее надвигается инструмент. На рис. 80, а сверлильный суппорт 2 высверливает отверстие в заготовке 1. При проходной обработке деталь вместе с базирующими устройствами перемещается мимо инструмента. На рис. 80, б торцы заготовки 3, закрепленной в суппорте 7, опиливаются пилой 2.
Неподвижное базирование при вращении заготовки возможно в центрах или патроне. В лущильном станке (рис. 80, в) с чурака 3, зажатого центрами 1, надвигающимся ножом2 срезается шпон.
Подвижным (скользящим) называется базирование, при котором базирующие поверхности заготовки в процессе обработки перемещаются (скользят) относительно установочных поверхностей базирующих устройств машины.
На рис. 80, д показан случай подвижного базирования при поступательном движении. Заготовка 2 главной базирующей поверхностью скользит по установочным поверхностям переднего 1 и заднего 4 столов фуговального станка, базируясь на них в процессе обработки ножами, установленными на валу 3. Случай подвижного базирования при вращательном движении иллюстрирует схема станка для шлифования круглых деталей (рис. 80, ё) и круглопалочного станка (рис. 80, ж).
Комбинированным называется базирование, при котором часть базирующих поверхностей заготовки в процессе обработки остается неподвижной, а часть перемещается относительно установочных поверхностей базирующих устройств машины (рис. 80, и, з).
Конструкции базирующих устройств.К системе базирующих устройств относятся: собственно базирующие элементы — установочные базы машины; зажимные и прижимные элементы и средства механизации базирования.
Элементы базирующих устройств могут быть специальными и универсальными. Часто элементы механизмов подачи (конвейеры, суппорты), а иногда и механизмы главного движения (центры, патроны) одновременно являются элементами базирования.
Собственно базирующие элементы машин отличаются большим разнообразием: столы, направляющие линейки, упоры, роликовые конвейеры, каретки, конвейеры, кулачки, патроны и т.д.
Во избежание отхода базирующих поверхностей заготовок от установочных поверхностей машины необходимо обеспечить их плотное и непрерывное соприкосновение силовым замыканием, которое достигается либо собственной массой, либо под действием рук рабочего, либо с помощью специальных приспособлений, прижимных или зажимных устройств.
Прижимными устройствами(прижимами) называют устройства силового замыкания со скользящим контактом с заготовкой, а зажимными(зажимами) — с неподвижным контактом. Зажимные и прижимные устройства по принципу действия можно разделить на четыре вида: винтовые, пневматические, эксцентриковые и пружинные. В современных станках применяют поршневые (пневматические), эксцентриковые и пружинные устройства.
Зажимы пневматические (рис. 81, а) могут быть поршневые и диафрагменные, одно- и двустороннего действия. Эти устройства являются быстродействующими, с легким ручным или автоматизированным управлением. Без учета потерь на трение усилие зажима на штоке для цилиндра двустороннего действия:
где F3 — усилие на штоке, Н; Р—давление в воздушной сети, 0,5 МПа; D — диаметр поршня, см.
Усилие на штоке в одностороннем цилиндре меньше из-за действия силы сопротивления пружины q, Н:
Диафрагменные цилиндры отличаются компактностью, малой массой, отсутствием трущихся поверхностей, но имеют ограниченный ход штока (30...35 мм).
Усилие на штоке диафрагменного одностороннего цилиндра:
где F3 — усилие на штоке, Н; D — внутренний диаметр по контуру зажима диафрагмы, см; d — диаметр диска на диафрагме, см; Р — давление в сети, МПа.
Гидравлические зажимы аналогичны пневматическим, но работают при давлении в гидросети 5...6,5 МПа.
Эксцентриковые (рис. 81, б) и кулачковые зажимные устройства работают за счет радиального усилия, развивающегося при изменении расстояния от центра вращения эксцентрика или кулачка до рабочей поверхности. К эксцентриковым относят механизмы с профилем звена, очерченным по дуге окружности, к кулачковым — по математической кривой, когда не требуются большие силы зажима.
Величина зажимного усилия эксцентрикового устройства определяется по формуле
где Q — сила, приложенная к рукоятке, Н; l — плечо, мм; е — эксцентриситет, мм; D— диаметр эксцентрика, мм;/— коэффициент трения на поверхности эксцентрика.
Величина усилия на рычаге обычно принимается Q = 40... 80 Н.
Применяются торцевые кулачки (рис. 81, в), рабочий профиль которых сформирован по винтовой линии. Кулачок снабжается рукояткой. При повороте кулачка двуплечий рычаг зажимает заготовку. Сила зажима определяется, как в винтовых устройствах, с учетом передаточного отношения рычага:
где Q — сила, приложенная к рукоятке, Н; l — плечо, мм; rср — средний радиус скольжения опорной точки плеча рычага, мм; ? — угол подъема линии профиля кулачка; ? — угол трения; а, b — длины плеч рычага.
На станках с проходной обработкой заготовки прижимают к базирующим поверхностям роликовыми элементами (рис. 82,а). Ролик 1 в прижимном устройстве устанавливается на оси штока 4, который перемещается в осевом направлении цилиндра2. Цилиндр закрепляется на подвижной балке 3, которая при наладке станка может перемещаться по колонне 7в вертикальном направлении. Усилие прижима создается за счет упругости пружины 5 колпачком6.
В некоторых станках в качестве прижимных элементов используются плоские пружины (рис. 82, б).На форматных и шипорезных станках с проходной обработкой применяют прижимные устройства с гибкой лентой (клиновой ремень, рис. 82, в).Несущим элементом устройства является рама 2, на которой смонтированы опоры шкивов 1 и 6. Опора шкива 6 подвижная, что позволяет производить натяжение ленты 4 натяжным механизмом 5. Жесткость ленте придают ролики 7, закрепленные на осях подпружиненных кронштейнов. Рама 2 установлена на суппорте 3, что позволяет производить наладку прижимного устройства.