animateMainmenucolor
activeMenucolor
Станкостроительный завод Металлообрабатывающие станки и инструмент
г. Набережные Челны
Обратная связь
Главная / ЧПУ станок / Токарный станок / Модернизация токарного станка для нарезания винтовых поверхностей

Модернизация токарного станка для нарезания винтовых поверхностей

Модернизация токарного станка - это изменение конструкции оборудования с целью расширения функциональных возможностей, повышения точности и надежности и улучшения технических и эксплуатационных характеристик. В основном, в модернизации нуждаются образчики, оснащенные системами числового программного управления (ЧПУ). Станки универсального типа модернизировать не всегда выгодно, поэтому, как правило, реконструкция сводится к замене патронов, приводных систем и оснастке агрегатов цифровыми системами индексации.

Модернизация токарного станка в настоящее время может потребоваться для получения винтовых поверхностей с переменным, плавно возрастающим шагом. Например, при изготовлении шнеков для экструдеров, применяемых в химической промышленности при производстве пластмасс, необходимо, чтобы объем пластмассы уплотнялся непрерывно. В данной работе предложена модернизация токарных станков универсального типа и токарных станков с ЧПУ. Рассмотрим механизм модернизации для универсального токарного станка (рис. 1), основанный на принципе постоянного, непрерывного увеличения шага.

Рис. 1. Кинематическая схема универсального токарного станка

Имеется дифференциальный конический механизм (принцип его действия широко рассмотрен в зубофрезерных станках), на один вход которого подают движение от механизма настройки на основной (опорный) шаг. Это шаг, близкий к шагу первого витка (например, равный 40 мм) и на длине 2000 мм необходимо увеличить его в 1,5 раза. Это обеспечивает переменное добавочное движение дифференциального механизма на червяк. Это движение задают кулачком, построенным по логарифмической спирали, который приводит в движение рейку. Обязательное условие: при постоянной скорости кулачка скорость рейки должна непрерывно возрастать. Уравнение логарифмической спирали имеет вид:

ρ = ae(ku),

где ρ - радиус-вектор; a, k - постоянные коэффициенты; u - текущий угол.

Эскиз построения кулачка приведен на рис. 2.

Рис. 2. Эскиз построения кулачка

На другой вход дифференциала движение передают от шпинделя через гитару сменных зубчатых колес [(a1/b1)(c1/d1)] для настройки на опорный шаг:

1об * (30/30)*(a1/b1)*(c1/d1)*iдиф tх.в = 40 мм,

где tх.в = 8 мм - шаг ходового винта, iдиф = - 1 - передаточное отношение дифференциала;

 1об *(a1/b1)*(c1/d1) = 5 об. (оборотов).

Выполняя модернизацию токарного станка вращение кулачка задают через гитару сменных зубчатых колес [a2/b2].

Условие настройки: кулачок должен совершить один полный оборот или чуть более за число оборотов шпинделя, необходимых для образования полной винтовой линии по всей длине заготовки. Например, шпиндель должен совершить 40 оборотов:

1об * (a2/b2) * (20/1) = 40 об.

Рейка приводит в движение зубчатое колесо, которое передает вращение на червяк. Так как на водило дифференциального механизма вращение передают через червячную передачу, которая понижает число оборотов, необходимо установить постоянную зубчатую передачу с передаточным числом (20/100). Для настройки степени согласования шага согласно заданию необходимо установить гитару сменных зубчатых колес [(a3/b3)(c3/d3)], с помощью которой мы настраиваем степень изменения шага:

nоб(z4) * (100/20)*(a3/b3)*(c3/d3)*(2/20) = nоб(zч2).

Величину nоб(z4) определяют следующим образом. Например, кулачок имеет подъем 150 мм; соответственно, при полном обороте кулачка рейка перемещается на 150 мм и если реечное колесо имеет число зубьев z = 4 и модуль m = 1, то оно совершит 2,387 об. Для того, чтобы определить необходимое число оборотов червяка, равное изменению шага, следует равномерно распределить повышение шага на заданную величину по всей длине заготовки за заданное число оборотов шпинделя. Для заданного примера составим ряд равномерно увеличивающихся шагов: 40; 40,5; 41; 41,5; 42; 42,5; 43; 43,5; …;59; 59,5; 60 (в мм).

Всего 40 членов ряда, сумма которых равна 2000 мм. Чтобы обеспечить нарезание такой винтовой поверхности необходимо непрерывно увеличивать число оборотов ходового винта. Также составим ряд значений оборотов: 0,0625; 0,125; 0,1875; 0,25; 0,3125; …; 2,375; 2,4375; 2,5 (в об.).

Всего 40 членов ряда, сумма которых равна 51,25 об. Таким образом, за весь период обработки мы должны добавить на ходовой винт 51,25 об.

Теперь определим величину nоб(zч4):

nоб(z4)tч.пiдиф = 51,25 об,

где iч.п = 2/20; iдиф = 2; тогда имеем:

nоб(z4) = 256,25 об.

(a3/b3)*(c3/d3) = 21,47

При модернизации токарного станка, для обеспечения лучших условий и для снятия больших усилий с передачи рейка - зубчатое колесо необходимо связать реечное колесо со следящим золотником. Это обеспечивает лучшие условия связи кулачка с рейкой, т. е. возникают меньшие усилия и улучшаются передаточные отношения. Появляется возможность применения мелкомодульного реечного колеса (например, m = 1). В результате за тот же ход рейки реечное колесо совершает большее число оборотов. Это упрощает настройку и уменьшает нагрузку в зоне контакта рейка-кулачок.

Механизм, обеспечивающий переменное добавочное движение на ходовой винт, присоединяют с помощью муфт М1 И М2 соответственно к шпинделю станка и к валу ходового винта.

В принципе, установка координаты, обеспечивающей получение прогрессивного шага, возможна на универсальном токарном станке соосно с ходовым винтом верхнего суппорта. Но при этом необходимо вместо резцедержателя установить устройство, обеспечивающее подачу инструмента с отскоком в конце обрабатываемой винтовой линии.

В процессе разработки технического решения, для того чтобы была проведена подобная модернизация токарного станка, найден еще один вариант на станок универсального типа (рис. 3) для нарезания винтовых поверхностей с непрерывно увеличивающимся шагом.

Рис. 3. Кинематическая схема универсального токарного станка с шаговым двигателем

Также, как и в предыдущем варианте, имеется дифференциальный конический механизм. На один вход, которого подают вращение от шпинделя через гитару сменных зубчатых колес [(а1/b1)(с1/d1)]. Таким образом, производится настройка на основной опорный шаг. Условия настройки гитары зубчатых колес рассмотрены в предыдущем варианте. А на другой вход дифференциального механизма подают добавочное движение, необходимое для непрерывного увеличения шага нарезаемой винтовой поверхности.

Главной особенностью технического решения при модернизации токарного станка является установка шагового двигателя, связанного с червяком дифференциального механизма. Шаговый двигатель имеет возможность регулирования скорости вращения червяка. Настройку шагового двигателя обеспечивают электронной схемой. На вал связанный с валом шпинделя через зубчатую передачу (z4/z5), устанавливают датчик положения шпинделя, который отслеживает число оборотов, сделанных шпинделем. Последовательность импульсов, идущих с датчика, преобразовывается в напряжение при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Затем напряжение необходимо преобразовать в частоту. Для этого устанавливается управляемый генератор частоты (УГЧ). В качестве управляемого генератора частоты можно использовать микросхему КР1108ПП1. Эта микросхема является преобразователем «напряжение-частота», преобразующая напряжение от 0 до 10 В в частоту от 0 до 10 кГц; при этом крутизна преобразования равна 1 кГц/В, а нелинейность преобразования менее 10(-8). Колебание температуры в пределах рабочего диапазона не влияет на стабильность частоты выдаваемой микросхемой. Далее полученную частоту подают на делитель, который уменьшает в целое число раз подводимую к нему частоту. Частоту с делителя подают на электронный коммутатор, который управляет шаговым двигателем.

Таким образом, очевидными преимуществами рассмотренной схемы с применением шагового двигателя при модернизации токарного станка являются:

  • уменьшение металлоемкости;
  • уменьшение габарита; простота настройки;
  • повышение кинематической точности ввиду исключения механических передач из цепи настройки.

В цепь дифференциала можно встроить любой серводвигатель, работающий в следящем режиме, но установка шагового привода более проста в условиях небольшого производства.

Рассмотрим схему модернизации токарного станка с ЧПУ для нарезания винтовых поверхностей с переменным, равномерно увеличивающимся шагом (рис. 4).

Рис. 4. Блок-схема устройства модернизации токарного станка с ЧПУ для нарезания винтовых поверхностей с переменным прогрессирующим шагом

Последовательность импульсов, идущих от датчика резьбонарезания, преобразовывают в напряжение с помощью ЦАП, на выходе которого устанавливают УГЧ. В качестве УГЧ можно использовать микросхему КР1108ПП1. Эта микросхема является преобразователем «напряжение-частота». Она преобразует напряжение от 0 до 10 В в частоту от 0 до 10 кГц; при этом крутизна преобразования равна 1 кГц/В, а нелинейность преобразования менее 10(-8). Колебание температуры в пределах рабочего диапазона не влияет на стабильность выдаваемой частоты микросхемой. Функция частоты имеет вид:

v = f(n)

где v — частота, Гц, n - частота вращения шпинделя станка, об/мин.

Таким образом, при увеличении числа и повышается напряжение на входе микросхемы И соответственно происходит увеличение частоты на выходе. Далее полученную частоту v подают через триггер на делитель, который уменьшает в целое число раз подводимую к нему частоту. Устанавливают триггер со счетным входом, который изменяет свое состояние на противоположное с каждым входным сигналом, т. е. на делитель подают два тактовых сигнала от триггера. Сигнал, идущий с интерполятора обеспечивает настройку на основной опорный шаг. На схему «или» кроме сигнала с интерполятора поступает частота с делителя, обеспечивающая необходимое приращение шага.

Таким образом, построив предлагаемую схему модернизации токарного станка с ЧПУ можно осуществлять нарезание винтовых поверхностей с переменным прогрессирующим шагом.

Вас может заинтересовать

Axis T2

Гарантия, доставка, лизинг, трейд-ин, рассрочка

Токарный станок с ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ

1 560 000 руб.

заказать

Axis T5

Гарантия, доставка, лизинг, трейд-ин, рассрочка

Токарный станок с ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ

цена по запросу

заказать

Axis T7

Гарантия, доставка, лизинг, трейд-ин, рассрочка

Токарный станок с ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ

цена по запросу

заказать

Рассрочка

На 6, 12 месяцев и более, досрочное погашение

Станки в рассрочку под 0%!

Станки в рассрочку под 0%!

цена по запросу

заказать