Приводы станков

Привод — устройство, служащее для приведения в действие исполнительных звеньев станка. В привод входит также источник движения. Привод должен обеспечивать возможность регулирования скорости движения исполнительных звеньев станка.

Приводы станков подразделяют на ступенчатые и бесступенчатые. К ступенчатым относят приводы со ступенчатыми шкивами, с шестеренными коробками скоростей и приводы в виде многоскоростных асинхронных электродвигателей. Возможны также ступенчатые приводы, являющиеся комбинацией упомянутых выше механизмов. К бесступенчатым приводам можно отнести приводы с механическими вариаторами, электродвигатели постоянного тока с регулируемой частотой вращения, гидравлические приводы и комбинированные, представляющие собой сочетание регулируемого электродвигателя постоянного тока или привода с вариатором со ступенчатой коробкой скоростей, или, наоборот, механического вариатора с многоскоростным асинхронным электродвигателем переменного тока.

Современные металлорежущие станки имеют индивидуальные или многодвигательные приводы. Источником энергии в станках обычно является электродвигатель. Электродвигатель может быть расположен рядом со станком (рис. 2.4, а), внутри него (рис. 2.4, б), на станке (рис, 2.4, в), встроен в переднюю бабку (рис. 2.4, г и д) и т. д.

Привод с шестеренной коробкой скоростей является наиболее распространенным типом привода главного движения в металлорежущих станках. Его достоинством являются компактность, удобство в управлении и надежность в работе. Но приводы с шестеренными коробками скоростей не имеют бесступенчатого регулирования скорости, у них сравнительно низкий КПД на высоких частотах вращения при широком диапазоне регулирования.

Существует много различных конструкций коробок скоростей (рис. 2.5), однако все они представляют собой сочетание отдельных типовых механизмов. Коробки скоростей различают по способу переключения скоростей и компоновке.

По способу переключения скоростей коробки бывают с передвижными (скользящими) колесами; с кулачковыми, фрикционными и электромагнитными муфтами; с комбинированным переключением; со сменными колесами.

Применение того или иного способа переключения в коробках скоростей зависит от назначения станка, от частоты переключений и продолжительности рабочих ходов. Передачи с передвижными блоками колес могут передавать большие крутящие моменты при сравнительно небольших размерах зубчатых колес. Кроме того, в таких коробках в зацеплении находятся только те зубчатые колеса, которые передают вращение шпинделю. Значит, остальные колеса в это время не изнашиваются. Указанные преимущества позволяют широко применять для изменения частоты вращения шпинделя передвижные блоки зубчатых колес в коробках скоростей главным образом универсальных станков. В передвижных блоках используют прямозубые колеса.

Недостатки этих коробок скоростей:

• невозможность переключения передач на ходу;
• необходимость блокировки, предотвращающей одновременное включение в работу блоков зубчатых колес, совместная работа которых не предусмотрена;
• относительно большие размеры по длине.

Для коробки с кулачковыми муфтами характерны малые осевые перемещения муфт при переключениях, возможность использования в передачах косозубых и шевронных колес, а также меньшие усилия для переключения, чем у передвижных блоков колес. Вместе с тем кулачковые муфты не позволяют переключать передачи на ходу при большой разности частот вращения; им присущи потери мощности на вращение неработающей пары колес и изнашивание.

Использование фрикционных и электромагнитных муфт в коробках скоростей дает возможность быстрого и плавного переключения передач на ходу. Недостатками таких коробок являются:

• потери мощности на вращение неработающей пары колес и изнашивание;
• большие радиальные и осевые размеры при передаче больших крутящих моментов;
• снижение КПД станка вследствие трения в выключенных муфтах;
• нагревание муфт;
• необходимость их частого регулирования;
• передача теплоты от муфт шпиндельному узлу.

При относительно редкой наладке привода шпинделя на операцию в автоматах, полуавтоматах, специальных и операционных станках в массовом и серийном производстве используют сменные колеса (рис. 2.6). Частоту вращения шпинделя в этом случае изменяют путем смены колес α и b между смежными валами при неизменном расстоянии между их осями. Так как расстояние между осями этих колес остается неизменным, то обязательным условием правильного сцепления сменных колес при такой конструкции привода является постоянство суммы их чисел зубьев (а + b = const). Сменные колеса в приводе главного движения применяют иногда в сочетании с шестеренными коробками скоростей.

В зависимости от компоновки различают коробки скоростей, встроенные в шпиндельную бабку, и коробки скоростей с разделенным приводом. Коробка скоростей, встроенная в шпиндельную бабку (рис. 2.7), позволяет получить 24 значения частоты вращения шпинделя.

Коробка скоростей вертикально-сверлильного станка показана на рис. 2.8. Частота вращения шпинделя в ней изменяется передвижными блоками зубчатых колес. На крышке 3 корпуса 1 коробки установлен приводной электродвигатель, соединенный с первым валом коробки муфтой 6. Передвижные блоки колес 7 и 8 дают возможность сообщить гильзе 2 шесть (при односкоростном двигателе) различных значений частоты вращения. Гильза 2 имеет внутренние шлицы, посредством которых вращение передается шпинделю. Зубчатые колеса 4 и 5 являются сменными. Частота вращения шпинделя:

n_шп = n_двi_к.с

где n_шп, n_дв — соответственно частоты вращения шпинделя и вала электродвигателя; i_к.с — передаточное отношение коробки скоростей.

У некоторых моделей токарных, револьверных и фрезерных станков коробка скоростей вынесена из шпиндельной бабки, вращение шпинделю передается через ременную передачу (рис. 2.9). Большие частоты вращения шпиндель 4 получает от коробки скоростей 1 через ременную передачу 2. В этом случае муфта 3 включена, а зубчатые колеса z₂ и z₃, жестко закрепленные на пустотелой втулке, путем осевого смещения втулки выключены. Малые частоты вращения шпинделя получают при выключенной муфте и включенных зубчатых колесах z₂ и z₃. В этом случае вращение от коробки скоростей 1 передается шпинделю 4 через ременную передачу 2 и зубчатые колеса z₁/z₂ и z₃/z₄.

Разделенный привод с разгруженным шпинделем обеспечивает более плавное вращение шпинделя и его часто применяют в точных станках.

Коробки скоростей с электромагнитными муфтами, позволяющими применять дистанционное управление, применяют в различных автоматах и полуавтоматах, в том числе станках с ЧПУ. Для унификации привода главного движения таких станков выпускают унифицированные автоматические коробки скоростей (АКС) семи габаритов, рассчитанные на мощность от 1,5 до 55 кВт; число ступеней скоростей от 4 до 18.