Шахаев Ж.А. Наладка и кинематика токарно-винторезного станка 16к20
Подождите немного. Документ загружается.
3 Токарно-винторезный станок модели 16К20
Станок предназначен для выполнения разнообразных токарных
работ: нарезания правой и левой метрической, дюймовой, одно- и
многозаходных резьб с нормальным и увеличенным шагом; нарезания
торцовой резьбы и т. д.
Станок 16К20 — базовая модель, изготовляемая с расстоянием между
центрами 710, 1000, 1400 и 2000 мм. На ее основе выпускают несколько
модификаций: станок 16К20Г с выемкой в станине, 16К25 облегченного типа
для обработки заготовок диаметром 500 мм над направляющими станины,
16К20П повышенного класса точности, 16К20ФЗ с программным управлением
и различные специализированные станки, налаженные на обработку конкрет-
ных деталей по чертежам заказчиков.
Станок 16К20 имеет широкие технологические возможности, на нем
можно обрабатывать детали как из незакаленной, так и закаленной стали, а
также из труднообрабатываемых материалов. При использовании литого
основания, образующего со станиной рамную конструкцию, возросла
жесткость упругой системы станка, что позволило увеличить
виброустойчивость станка и точность обработки. В качестве шпиндельных
опор применены подшипники особо высокой точности. Поэтому станок имеет
повышенную жесткость шпиндельного узла и общую жесткость конструкции.
Это позволяет вести обработку с большими силами резания, полностью
используя мощность привода,
Для увеличения надежности и долговечности работы станка применена
централизованная система обильного смазывания шпиндельной бабки и
коробки подач, причем масло, поступающее в систему, подвергается двойной
очистке. Введены устройства для централизованного смазывания
направляющих станины и суппорта.
Задняя бабка станка установлена на аэростатической опоре, что
значительно снижает давление при ее перемещении и изнашивание
направляющих станины. Форма передней призматической направляющей
станины выбрана с углами, обеспечивающими более равномерное
распределение износа по граням направляющих. Верхние и нижние
направляющие станины закалены; они, так же как и ходовой винт и валик,
надежно защищены от попадания мелкой стружки и пыли.
Применение перечисленных выше конструктивных и технологических
усовершенствований, а также использование для изготовления основных
деталей материалов с повышенной износостойкостью привело к увеличению
расчетного срока службы станка 16К20 до первого капитального ремонта до 10
лет.
Техническая характеристика станка
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм:
над станиной 400
над суппортом 220
Наибольший диаметр обрабатываемого прутка, проходящего через
отверстие шпинделя, мм 50
Число скоростей шпинделя 22
Пределы частот вращения шпинделя, мин-
1
12,5—1600
Предельная подача, мм/об:
продольная 0,05—2,8
поперечная 0,025—1,4
Шаг нарезаемой резьбы: метрической, мм 0,5—112
дюймовой, ниток на 1" 56—05
Мощность электродвигателя, кВт 10
Частота вращения вала электродвигателя, мин-
1
1460
3.1 Основные узлы и их назначение
Основные узлы токарно-винторезного станка 16К20 и органы его
управления указаны на рисунке 2.
Основными его узлами являются станина; передняя (шпиндельная)
бабка, в которой может быть размещена коробка скоростей; коробка подач;
суппорт с резцедержателем и фартуком; задняя бабка.
Станина служит для монтажа всех основных узлов станка и является его
основанием. Наиболее ответственной частью станины являются направляющие,
по которым перемещаются каретка суппорта и задняя бабка.
Передняя бабка закреплена на левом конце станины. В ней находится
коробка скоростей станка, основной частью которой является шпиндель.
Развертка коробки скоростей станка 16К20 показана на рисунке 3. В некоторых
станках коробка скоростей размещена в передней тумбе станины. В этом случае
она связана со шпинделем ременной передачей. Такие станки называют стан-
ками с разделенным приводом.
Рисунок 2 – Токарно-винторезный станок 16К20 и органы его
управления:
А — передняя (шпиндельная) бабка; Б — суппорт; В — задняя бабка; Г —
фартук; Д — станина; Е — коробка подач; 1 — рукоятка управления
фрикционной муфтой главного привода; 2 — вариатор подачи, шага резьбы и
отключения механизма подачи; 3 — вариатор подачи и типа нарезаемой резьбы;
4 — вариатор подачи и шага резьбы; 5 — переключатель на левую или правую
резьбу; 6 — рукоятка установки нормального или увеличенного шага резьбы и
положения при делении на заходы резьбы (многозаходной); 7 и 8 — рукоятки
установки частоты вращения шпинделя; 9 — вводный автоматический
выключатель; 10 — лампа сигнальная; 11 — включение насоса СОЖ; 12 — ука-
затель нагрузки станка; 13 — ручное перемещение поперечных салазок
суппорта; 14 — регулируемое сопло СОЖ; 15 — местное освещение; 16 —
рукоятка поворота и зажима резцедержателя; 17 — рукоятка перемещения
верхних салазок суппорта; 18 — рукоятка включения двигателя ускоренного
хода; 19 — рукоятка управления перемещениями каретки и салазок суппорта;
20 — зажим пиноли задней бабки; 21 — рукоятка закрепления задней бабки на
станине; 22 — маховичок перемещения пиноли задней бабки; 23 — рукоятка
включения и отключения муфты главного привода; 24 — рукоятка включения и
отключения разъемной гайки ходового винта; 25 — включение подачи; 26 —
винт закрепления каретки на станине; 27 — кнопочная станция двигателя
главного привода; 28 — рукоятка включения и выключения реечной шестерни;
29 — маховичок ручного перемещения каретки суппорта.
Рисунок 3 - Развертка коробки скоростей станка 16К20
Задняя бабка служит для поддержания обрабатываемой заготовки при
работе в центрах, а также для закрепления инструментов при обработке
отверстий (сверл, зенкеров, разверток) и нарезания резьбы (метчиков, плашек).
Задняя бабка станка 16К20 (Рисунок 4) имеет плиту и может
перемещаться по направляющим станины. В отверстии корпуса 2 задней бабки
имеется выдвижная пиноль 3, которая перемещается с помощью маховика 8 и
винтовой пары 5—6. Рукояткой 4 фиксируют определенный вылет пиноли, а
вместе с ней и заднего центра 1. Корпус 2 бабки с помощью винтовой пары 13
может смещаться в поперечном направлении относительно плиты 10. Руко-
яткой 7 с помощью эксцентрика 9, тяги 11 и башмака 14 заднюю бабку можно
закреплять на станине станка. Винтами 12 и 15 регулируется степень ее
закрепления. В корпусное гнездо пиноли можно установить не только задний
центр, но и режущий инструмент для обработки отверстий (сверло, зенкер и
др.). Задняя бабка имеет пневматическое устройство, которое служит для
создания воздушной подушки, облегчающей перемещение бабки по станине и
снижающей изнашивание направляющих. Пневматические устройства
подключаются к цеховой сети сжатого воздуха.
Рисунок 4 – Задняя бабка станка 16К20
Коробка подач (Рисунок 5) служит для передачи вращения от шпинделя
или от отдельного привода ходовому валу 4 или ходовому винту 3, а также для
изменения их частоты вращения для получения необходимых подач или
определенного шага при нарезании резьбы. Это достигается изменением
передаточного отношения коробки подач. Коробка подач связана со шпинделем
станка гитарой со сменными зубчатыми колесами. Муфты 1 и 2 служат для
передачи напрямую вращения ходовому винту и ходовому валику.
Фартук предназначен для преобразования вращательного движения
ходового вала и ходового винта в прямолинейное поступательное движение
суппорта.
Рисунок 5 – Развертка коробки подач станка 16К20
Суппорт служит для закрепления режущего инструмента и
сообщения ему движений подачи. Суппорт (Рисунок 6, а) состоит из
каретки (нижних салазок) 1, которая перемещается по направляющим станины,
поперечных салазок 2, скользящих по направляющим каретки 1, поворотной
части 5 с направляющими, по которым перемещается резцовая каретка (верхняя
каретка) 4. Поворотную часть суппорта можно устанавливать под углом к
линии центров станка. У суппорта имеется задний резцедержатель 3,
который устанавливают на поперечных салазках и используют
для прорезания канавок.
Резцедержатель станка 16К20 (Рисунок 6, б) можно фиксировать и
надежно закреплять с помощью конусного сопряжения с опорой. Фиксация в
основных четырех положениях осуществляется подпружиненным шариком,
расположенным в резцедержателе и заскакивающим в гнезда конусного
основания. При повороте резцедержателя рукояткой 1 вначале колпак 2 сходит
по резьбе с центрального винта 3 опоры, затем подпружиненные фрикционные
колодки, связанные со штифтами, прижимаются к расточке колпака и таким
образом передают вращение на резцедержатель.
При зажиме вначале поворачивается колпак вместе с резцедержателем, а
после колпак, преодолевая трение колодок, навинчивается на винт
окончательно, надежно закрепляя резцедержатель.
Рисунок 6 – Суппорт и резцедержатель станка 16К20
3.2 Кинематика токарно-винторезного станка
Виды движения. Главное движение — вращение шпинделя с
заготовкой; движения подач — перемещение каретки в продольном и салазок в
поперечном направлениях; вспомогательные движения — быстрые
перемещения каретки в продольном и салазок в поперечном направлениях от
отдельного привода и др.
Кинематическая схема станка приведена на рисунке 7.
3.2.1 Привод главного движения
Вращение шпинделю передается от электродвигателя (N = 10 кВт; п =
1460 мин
-1
) через клиноременную передачу
268
148
и коробку скоростей. Муфта
М
1
служит для включения, выключения и изменения направления вращения
шпинделя.
Движение от электродвигателя на шпиндель может передаваться по
двум кинематическим цепям:
а) по короткой цепи (без перебора), что дает 12 высших ступеней частот
вращения шпинделя:
=
48
60
или
60
30
47
29
или ,
38
38
или
55
21
34
56
или
39
51
985,0
268
148
1460
шп
n
б) по длинной цепи (с перебором), что дает еще 12 частот вращения:
60
30
72
18
45
45
или
60
15
38
38
или ,
47
29
или
55
21
34
56
или
39
51
985,0
268
148
1460
=
шп
n
Таким образом, шпиндель станка получает всего 24 значения частот
вращения. Практически же шпиндель имеет только 22 частоты вращения, так
как значения п = 500 мин
-1
и п = 630 мил
-1
повторяются дважды.
Станок должен быть налажен на заранее подобранную по режимам
резания частоту вращения. Максимальная частота вращения шпинделя (при
работе без перебора)
1-
max
мин 1600
48
60
38
38
34
56
268
148
985,01460 ≈⋅=n
минимальная (при работе с перебором)
1-
min
мин 5,12
60
30
72
18
60
15
55
21
39
51
268
148
985,01460 ≈⋅=n
3.2.2 Привод подач
Привод подач состоит из звена увеличения шага, механизма реверса,
гитары сменных колес, коробки подач и механизма передач фартука. Движение
подачи осуществляется или непосредственно от шпинделя через пару зубчатых
колес
60
60
, как показано на схеме (нормальное соединение), или через звено
увеличения шага, которое расположено в коробке скоростей и имеет три пере-
даточных отношения:
.32
45
45
15
60
18
72
30
60
;8
45
45
45
45
18
72
30
60
;2
45
45
30
60
321
====== iii
Рисунок 7 – Кинематическая схема станка 16К20
1- верхние салазки суппорта с механической подачей; 2 – гайка регулирования усилия подачи
Для изменения направления вращения ходового винта служит
реверсивный механизм. Правое вращение винта производится через пару
зубчатых колес
45
30
,
левое - через передачу
45
25
25
30
.
Дальше вращение передается сменным зубчатым колесам гитары: передачу
64
86
86
40
=
N
L
L
K
применяют при нарезании метрических и дюймовых резьб и для
подачи по ходовому валу.
Коробка подач имеет две основные кинематические цепи. Одна цепь
служит для нарезания дюймовых резьб (16 вариантов):
28
35
или
48
15
35
28
или
45
18
33
30
28
28
или ,
28
35
или ,
42
30
или
30
25
34
38
28
28
.
Другая цепь предназначена для нарезания метрических резьб (16
вариантов):
28
35
или
48
15
35
28
или
45
18
28
28
или ,
35
28
или ,
30
42
или
25
30
28
28
.
В первом случае ходовой винт получает движение, когда муфты М
2
, М
3
и М
4
выключены, а М
5
включена. Во втором случае муфта М
2
выключена, а
муфты М
3
—М
5
включены. Вторую кинематическую цепь используют также для
получения продольной или поперечной подач, при этом вращение с вала XVIII
на ходовой вал передается через зубчатые колеса
35
28
39
24
40
23
. Муфта М
5
выключена.
При нарезании резьбы с повышенной точностью движение на ходовой
винт передается напрямую, т. е. коробка подач отключена, а муфты М
2
и М
5
включены. Аналогично нарезают специальные резьбы. В обоих случаях резьбу
на требуемый шаг настраивают подбором сменных зубчатых колес гитары.
Коробка подач станка состоит из основной и множительной передач.
Первая дает возможность получать основной ряд стандартных резьб.
Множительная передача предназначена для увеличения (в 4 раза) числа
нарезаемых на станке стандартных резьб.
3.2.3 Нарезание резьб
Уравнения кинематических цепей от шпинделя к ходовому винту при
нарезании резьбы составляют из условия, чтобы за один оборот шпинделя
суппорт с резцом переместился вдоль оси заготовки на шаг Р нарезаемой
резьбы (при однозаходной резьбе).
Для нарезания метрической резьбы со стандартным шагом Р (в этом
случае передача к коробке подач осуществляется непосредственно от
шпинделя, минуя звено увеличения шага) уравнение кинематической цепи от
шпинделя к ходовому винту имеет следующий вид: