Відкрита лекція на тему: "Сидерати - як спосіб виживання"
Lr1 2 n
1. КІНЕМАТИЧНА
СТРУКТУРА ВЕРСТАТІВ
Мета: вивчити основні методи формоутворення на
верстатах;
вивчити і засвоїти поняття кінематичної структури
верстатів;
освоїти питання кінематичної настройки верстатів
тапорядок їїпроведення.
Завдання: ознайомитись з будовою, керуванням і
Обладнання,
пристосування,
наочне
приладдя:
призначенням вертикально-свердлувального
верстату2Н135;
визначити необхіднівиконавчірухи верстату;
провести аналіз кінематичних груп та побудувати
структурно-кінематичнусхемуверстата;
здійснити кінематичнунастройкуверстата;
скласти звіт провиконануроботу
вертикально-свердлильний верстат моделі2Н135;
плакат “Кінематична схема верстата”
Теоретичні відомості
Конструкція будь-якого верстата першочергово характеризується його
кінематичною структурою, поданою у вигляді кінематичної схеми. Не
зважаючи на велику кількість верстатів, призначених для виконання не
тільки різноманітних, але й однотипних технологічних операцій,
кінематична структура будь-якого верстата базується на досить загальних
кінематичних закономірностях, яким підпорядковуються всі верстати.
2. Знання цих закономірностей допомагає як при вивченні конструкції
існуючихверстатів,такі приконструюванні нових.
Методика кінематичного аналізу базується на розгляді взаємозв’язку
між деталлю, яка виготовляється на даному верстаті, ріжучим
інструментом, схемою технологічної обробки та кінематичною структурою
верстата і дає можливість перетворити кінематичну схему будь-якої
складності до однієї із порівняно небагатьох типових схем, вивчення яких
незавдаєтруднощів.
1. Формоутворенняна верстатах.
1.1. Методи формоутворення поверхонь.
Будь-яку поверхню можливо уявити як слід руху однієї лінії (твірної)
по іншій (направляючій). Обидві ці лінії називаються відтворюючими, до
тогожтвірна може бути направляючоюі навпаки (рис.1).
Рисунок 1. –Утворенняповерхонь.
1– твірнавідтворююча лінія;2– направляючавідтворююча лінія.
Узгоджені відносні рухи заготовки та ріжучого інструмента, які
неперервно утворюють відтворюючі лінії, називаються
формоутворюючимиі позначаються Ф.
При обробці поверхонь різанням, залежно від виду ріжучого інструменту і
формийогоріжучої кромки,використовуються4 методи формоутворення:
Метод копіювання (рис. 2, а) полягає в тому, що форма відтворюючої
лінії утворюється у вигляді копії форми ріжучої кромки інструмента або
його профілю. Для отримання відтворюючої лінії формоутворюючих
рухів не потрібно (Ф = 0). Інструмент або заготовка отримують
установчийрух врізання (Вр).
3. Метод обкату (рис. 2, б) полягає в тому, що форма відтворюючої лінії
утворюється у вигляді огинаючої ряду послідовних положень, що займає
ріжуча кромка інструмента при обкатці нею без ковзання утворюваної
лінії (Ф=1).
Метод сліду (рис. 2, в) полягає в тому, що форма відтворюючої лінії
утворюється у вигляді сліду ріжучої точки кромки інструмента при
відносномурусі інструментаі заготовки (Ф =1).
Метод дотику (рис. 2, г) полягає в тому, що форма відтворюючої лінії
утворюється у вигляді огинаючої місць дотику багатьох ріжучих кромок
інструмента, що обертається, в результаті відносних рухів осі обертання
ріжучогоінструмента і заготовки (Ф= 2).
Рисунок 2. –Методи утвореннявідтворюючих ліній.
1– лініяріжучої кромки iнструменту;2– утворюванівідтворюючі лінії;
3 – траєкторія руху точки А ріжучої кромки інструменту; 4 – piжуча точка
інструменту; 5 – точки дотику ріжучої точки 4 інструмента до утворюваної
відтворюючої лінії; 6 – траєкторія ріжучої точки 4 інструмента; VlV2 –
відноснішвидкості.
4. 1.2. Умовні позначеннярухів.
Всі формоутворюючірухи одночасноє рухами різання. Рух швидкості
різанняпозначається Фv,рух подачіФs.
Залежно від форми відтворюючої лінії та методу її утворення, рухи
бувають простимиі складними.
Простірухи: обертовіФ (О), поступальні Ф (П).
Складні рухи – рухи, траєкторії яких утворені в результаті
узгодженості взаємозалежних двох чи більше обертових чи поступальних
рухів, атакожїх поєднань. Наприклад:Фv(О1О2),Фv(О1П2П3) іт.ін.
Нумерація всіх рухівнаскрізна. Наприклад:Фv(О1О2), Фs(П3О4).
Інші виконавчі рухи мають позначення: установчі (Уст), ділення (Д),
керування (К),допоміжні (Доп).
1.3. Утворення поверхонь.
Для утворення поверхні необхідно утворювати обидві відтворюючі
лінії. Тому утворення поверхні характеризується поєднанням двох з
чотирьох методів. У випадках, коли формоутворюючий рух бере участь в
утворенні двох відтворюючих ліній (дублюється), загальне число
формоутворюючих рухів (Ф) при утворенні поверхонь стає меншим на
одиницю по відношенню до теоретично підрахованої суми. Наприклад, при
круглому шліфуванні обидві відтворюючі лінії утворюються з
використанням методу дотику (табл. 1). Твірна – за рахунок рухів Фv(О1),
Фs1(О2), направляюча– за рахунок рухів Фv(О1), Фs2(П3). Формоутворюючий
рухФv(О1)дублюється.Ф дорівнюєтрьом, а саме:Фv(О1),Фs1(О2), Фs2(П3).
1.4. Порядоквизначення комплексу небіднихвиконавчихрухів
верстата.
Порядок визначення комплексунеобхідних виконавчихрухів верстата
подановтабличномувигляді(табл.1)по графам:
1. Визначення відтворюючих ліній, що утворюють оброблювану поверхню
(гр. 1).
2. Визначення схеми обробки (гр.2).
5. 3. Визначення методів формоутворення обох відтворюючих ліній та
необхідної кількостіформоутворюючихрухів (гр.3, 4,5).
4. Визначення необхідної кількості та складу інших виконавчих рухів
(гр. 6).
2. Кінематична структура верстатів.
2.1. Кінематична група.
Кожен виконавчий рух у верстатах здійснюється кінематичною
групою (КГ). В склад КГ входять: джерело руху, виконавчий орган
(органи), кінематичні зв’язки та органи настройки, які забезпечують
необхідні параметрируху.
Кожна КГ включає в себе два якісно різних види кінематичного
зв’язку–внутрішнійта зовнішній.
Внутрішній кінематичний зв’язок (ВКЗ) – сукупність кінематичних
ланок та їх з’єднань, які забезпечують якісну характеристику руху, тобто
його траєкторію. В простих КГ ВКЗ здійснюється з’єднанням двох ланок
виконавчої групи, які дотикаються, однією з них є сам виконавчий орган.
Так в КГ яка реалізує рух Фv(О), ВКЗ забезпечується зв’язком між
виконавчим органом (шпинделем) і підшипниками, на яких він
змонтований (табл.2).
В складних КГ ВКЗ реалізується у вигляді кінематичного ланцюга,
який поєднує рухомі виконавчі органи групи і забезпечує чітку
функціональну узгодженість їх переміщень та швидкостей (табл. 2).
Кількість ВКЗ угрупі менша на одиницювід кількості простих рухів, з яких
складається складний рух. Наприклад, при застосуванні черв’ячних фрез з
прямими стружковими канавками необхідно забезпечити складний
формоутворюючий рух Фv(О1П2П3), в склад якого входять три простих рухи
О1, П2 і П3 КГ, яка реалізує цей формоутворюючий рух, має два ВКЗ, а саме:
О1П2 – ланцюг затилування, який забезпечує узгодження обертання
заготовки (О1) з радіальною подачею інструмента (П2); О1П3 – гвинторізний
ланцюг, який забезпечує узгодження обертання заготовки (О1) з
поздовжньою подачеюінструмента (П3).
6. Таблиця 1. – Порядок визначення комплексу нео6хідних
виконавчих pyxiв верстата
9. Зовнішній кінематичний зв’язок (ЗКЗ) – сукупність кінематичних
ланок та їх з’єднань, які забезпечують кількісну характеристику руху, тобто
його швидкість, напрям, шлях та вихідну точку. ЗКЗ призначений для
передачі енергії від джерела руху у ВКЗ групи і реалізується у вигляді
кінематичноголанцюга між джереломрухуі однієюз ланокВКЗгрупи.
Для складання структурних схем кінематичних груп верстата
використовуються умовні позначення елементів, щонаведенів таблиці2.
Органи настройки на вихідну точку і лях у більшості випадків і
структурних схемах не позначається, так як регулювання цих параметрів, як
правило, здійснюється вручну.
Органи настройки, які регулюють кількісні характеристики руху, завжди
розміщуються вЗКЗ групи.
Органи настройки, які регулюють якісну характеристику рух, тобто
його траєкторія, розміщуються тільки у ВКЗ групи. В простих КГ орган
настройки на траєкторію відсутній. В складних КГ органів настройки на
траєкторію може бути декілька, але не менше від загальної кількості ВКЗ у
групі. Наприклад, при нарізані різі різцем небідно забезпечити один
складний формоутворюючий рух Фv(О1П2) (табл. 1). КГ, яка реалізує цей
рух, має один ВКЗ, а саме О1П2, тобто гвинторізний ланцюг, який
забезпечує узгодження обертання заготовки (О1) з поздовжньою подачею
інструмента (П2). Таким чином КГ як мінімум повинна мати один орган
настройки на траєкторію на забезпечення кроку гвинтової лінії. Якщо на
верстаті нарізається як метрична, так і модульна різі, то КГ повинна мати
додатковий орган настройки на траєкторію, який забезпечує кратність кроку
ціломучислу(дляметричної різі) абочислу(для модульноїрізі).
2.2. Складання і аналіз структур кінематичних груп.
Складання і аналіз структур КГ верстата проводять послідовно від
однієїдодругоїв такомупорядку:
1. Визначають кількість виконавчих органів. Як правило, вона відповідає
числупростихрухів, які утворюють виконавчийрух.
2. Визначають ВКЗ групи.
3. Визначають джерелорухуіЗКЗгрупи.
4. Визначають числоірозміщення органів настройки параметрівруху.
10. Таблиця 2. – Умовні позначення елементів структурно-
Позначення
елемента
кінематичних схем
Назва Позначення
елемента
Назва
Електродвигун
(джерелоруху)
-гітаразміннихколіс
-багатошвидкісногоелектродвигуна
змінногострумуабопостійногострум
у
Виконавчийорган:
-обертовий
-поступальний
Змінанапрямуруху:
-механічнийреверс
-електричнийреверс
(електродвигуном)
Кінематичнізв’язки:
-зовнішні
-внутрішні
-простіКГ
-складніКГ
Ділянкикінематичногозв’язкуз
постійнимпередаточнимвідношення
м
Спеціальнімеханізми:
-перетворенняобертовогорухуу
зворотнійпоступальний(загальне
позначення)
-гвинтовий
-рейковий
К
і
л
ь
к
і
с
н
а
Я
к
і
с
н
а
Органнастройки:
-загальнепозначення
Попараметруруху:
1.Швидкість:
-головногоруху
-подачі
2.Шлях:
-прямолінійний
-коловийнезамкнутий
3.Напрям
4.Вихіднаточка
-перетворенняобертовогорухуу
зворотньо-поступальний(загальне
позначення)
-кулачковий
-кривошипно-шатунний
-кулісний
5.Траєкторія
-загальнепозначення
Поназвікінематичноголанцюга
-гвинторізний
-обкату
-керування(розподільчийвал)
-сумуючий(деференціал)
-зубооброблюючихверстатів
-складовереверсивнеколесо
-плоскереверсивнеколасо
Додатковіпозначення
Настройкашляхом:
-блоківпересувнихшестерень
11. При аналізі необхідно вказати на деякі особливості структур КГ, а
саме:
1. Виконавчі органиможуть одночасноналежати двом, абодекількомКГ.
2. Одне джерелорухуможе належати декількомабовсімКГ.
3. Як джерело руху однієї КГ може використовуватись виконавчий орган
іншої КГ.
4. Кінематичне з’єднання КГ між собою може здійснюватись по зовнішніх
зв’язках, по внутрішніх зв’язках через загальний виконавчий орган, а
також комбіновано, тобто зовнішній зв’язок однієї КГ може включати
частинуабовесьвнутрішній зв’язокіншої КГі навпаки.
3. Кінематична настройка верстатів.
Кінематична настройка верстатів – настройка його кінематичних
ланцюгів, яка забезпечує необхідні параметри рухів виконавчих органів
верстата, а також, при необхідності, умови кінематичного узгодження
переміщень абошвидкостей виконавчих органівміжсобою.
Як органи настройки металорізальних верстатів найчастіше
використовуються гітари змінних зубчатих коліс або пасових передач,
варіатори, регульовані електродвигуни, коробки швидкостей і подач
(табл.2).
Характеристика органів настройки – загальне передаточне
відношення і органа при обході кінематичного ланцюга в напрямку від
початкового елемента до кінцевого (від ведучого до веденого), або
1
i
при
зворотномуобході.
Формула настройки – визначення передаточного відношення органа
настройки.
Кінцева мета настройки – підбір та установка відповідних зубчатих
коліс в гітарах змінних коліс; вибір зачеплення відповідних зубчатих коліс в
коробках швидкостейі т. ін.
Порядок настройки.
По кінематичній схемі верстата визначити кінематичний ланцюг, в
якомурозміщений даний орган настройки.
12. Для даного кінематичного ланцюга скласти умови кінематичного
узгодження (УУ) переміщень абошвидкостей йогокінцевих ланок.
Скласти рівняння кінематичного балансу кінематичного ланцюга, в
l
i
якомуневідомим єпередаточне відношенняі органа настройки.
Визначити формулу настройки шляхом розв’язання рівняння
кінематичногобалансувідноснопередаточноговідношення.
4. Аналіз кінематичної структури інастройки вертикально-
свердлильного верстата мод.2Н135.
Аналізупідлягають тільки механізованірухи уверстаті.
4.1. Призначення верстата.
Верстат призначений для свердління, розсвердлювання, зенкерування,
розвертування, зенкування, цекування, різенарізання мітчиками в умовах
одиничного і дрібносерійного виробництва. Кінематична схема верстата
приведенанарис. 3.
4.2. Визначення необхіднихвиконавчихрухів верстату.
Визначення необхідних виконавчих рухів представимо в табличному
вигляді, а саме:
відтворюючі лінії оброблюваних поверхонь втабл.3;
схеми обробки, методи формоутворення та необхідні виконавчі рухи в
табл. 4.
Виходячи з аналізу необхідних механізованих виконавчих рухів,
відзначаємощо:
1. Рух різання– формоутворюючийрух обертання інструментуФv (О1).
2. Рух подачі Фs (П2) кінематично співпадає з рухами врізання Вр(П2) і
Вр(П3). Тому для реалізації даних рухів використовується один
кінематичний ланцюг.
16. 3. При нарізанні різі рух П2(подача на крок) забезпечується
самозагвинчуванням інструмента за рахунок його закріплення в
“плаваючому” патроні (пружний зв’язок поосіінструмента).
4.3. Аналіз структур кінематичнихгруп і побудова структурно-
кінематичної схеми верстата.
1) Кінематична групарухурізання Фv(О1).
Джерелоруху– електродвигун М1.
Виконавчий орган–шпиндель (валVIна рис.3).
ВКЗ– кінематичне з’єднання шпинделя зпідшипниками.
ЗКЗ – ланцюг головного руху, кінематичний ланцюг між шпинделем (між I
та VI на рис.3).
Длявизначення числа органівнастройки необхідноврахуватитаке:
- рух Фv(О1) простий, тобто орган настройки на траєкторію
відсутній;
- шпиндель здійснює обертовий рух (замкнута колова траєкторія),
тобтооргани настройки на початковуточкуішлях відсутні;
- для забезпечення нарізання різі мітчиком і плашками, шпиндель
повиненвиконуватиякпряме,такі зворотнеобертання(реверс).
Виходячи з цього у ЗКЗ групи можуть бути розміщеними тільки
органи настройки на швидкістьі напрям (реверс).
Відповідно до кінематичної схеми (рис. 3), кінематична група Фv(О1) має
такі органи настройки:
- настройка на швидкість іv у вигляді коробки швидкостей з блоками
пересувних шестерень між II i VI валами;
- настройка на напрям Р, здійснюється за рахунок реверсування
електродвигуном М1.
Використовуючи відповідні умови позначень (табл. 2) креслимо
структурно-кінематичнусхемугрупи (рис.4).
ЗКЗгрупиподано увигляді ланцюга:М1 – Р– 1–iv– 2.
2) Кінематична групарухуподачіФs (П2).
Джерелоруху–шпиндель.
Виконавчий орган– піноль.
17. ВКЗ – кінематичне з’єднання піноль з колоною направляючою
шпиндельної бабки.
ЗКЗ – ланцюг подачі, кінематичний ланцюг між шпинделем і піноллю
(між VIвалом ірейкоюn=3 ммнарис.3).
Длявизначення числа органівнастройки необхідноврахуватитаке:
- рух Фs (П2) простий, тобто орган настройки на траєкторію
відсутній.
Виходячи з цього, у ЗКЗ групи можуть бути розміщені всі чотири
органи настройки на кількісні параметри руху, а саме органи настройки на
початковуточку, напрям,швидкістьі шлях.
Відповідно до кінематичної схеми (рис. 3), кінематична група Фs(П2) має
такі органи настройки:
- настройка на швидкість іs у вигляді коробки подач з блоками
пересувних шестерень, розміщених міжVIIIi Xвалами;
- настройка на шлях іl у вигляді лімба Л, розміщеного на
розгалуженні основного ланцюга (вал XIII). Глибина обробки визначається
положеннямкулачка на лімбіЛ.
Органи настройки на початкову точку і напрям відсутні. Відвід
інструмента (свердлильної головки) до заготовки та його відвід після
закінчення обробки здійснюється вручну за допомогою штурмувального
пристрою.
Кінематична група Фs(П2) приєднується зовнішнім зв’язком до
виконавчогооргана (шпинделя) кінематичноїгрупиФv(О1).
Використовуючивідповідні умовні позначення (табл.2) креслимо
структурно-кінематичнусхемугрупи (рис.4). ЗКЗ групи подано увигляді
ланцюга:
3 - C1 - iS - C2 - 4 - 5
C3 - i1- 6
де C1, C2, C3– ділянки кінематичноголанцюгаміж валами VI i VII, XI і XII,
XII і XIII відповідно(рис.3).
18. Рисунок 4. –Структурно-кінематична схема вертикально-свердлильного
верстата мод.2Н135.
4.4. Кінематична настройка верстата.
1. Рух Фv(О1).
Умова узгодження:
nдв,об/хв nшп, об/хв
Рівняння кінематичногобалансу:
Число частот обертання шпинделя – 12, а саме (наближено): 31.5; 45;
63;90;125;175;255;355;500;710;1000;1400об/хв.
20. Висновки:
1. При вивченні кінематичної структури верстата необхідно чітко
встановити, які технологічні операції виконуються на верстаті, та який
інструментвикористовується.
2. Аналіз форми оброблюваної поверхні, ріжучої частини
металорізального інструмента і методів формоутворення відтворюючих
лінійцілкомвизначаєкомплекснеобхідних виконавчихрухів уверстаті.
3. Структурний аналіз виконавчих рухів систематизує процес вивчення
кінематики верстатів шляхом визначення складу та розміщення органів
настройкипараметрів цих рухів укінематичній схемі верстата.
4. Побудова структурно-кінематичної схеми верстата необхідна як при
розробці кінематики нового верстата, так і при вивченні конструкції
існуючого.
Список літератури:
1. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов/
Под. Ред. В.Э.Пуша.–М.:Машиностроение,1985.–256 с.
2. Металлорежущие станки: /Под. Ред. Н.С.Очеркана.– М.:
Машиностроение, 1965,т.1.–764 с.
3. Маеров А.Г. Устройство, основы конструирования и расчет
металлообрабатывающих станков и автоматических линий: Учебное
пособие для техникумов.– М.:Машиностроение, 1986.– 368 с.
