РЕВОЛЬВЕРНЫЕ ГОЛОВКИ

 

Общие сведения. В револьверной головке помещают несколько инстру­ментальных шпинделей или инструментов. Смена инструментов на рабочей позиции станка осуществляется путем ее поворота- Револьверные головки мо­гут иметь 4, 5,6, 12,16 позиций (граней).

Достоинства револьверных головок: простота конструкции, небольшие затраты времени на смену инструмента (2...3 с). Их недостатки: небольшое число размещаемых инструментов, недостаточная жесткость, относительно низкая точность коротких шпинделей.

Револьверными головками оснащают токарные автоматы, агрегатные станки, токарные, вертикально-сверлильные и вертикально-фрезерные станки с ЧПУ.

Типы револьверных головок. Инструменты, закрепленные непосредствен­но в револьверной головке (резцы, сверла и др.) , в процессе обработки дета­ли вращения не получают. Инструментальный шпиндель, находящийся на ра­бочей позиции головки, приводится во вращение, а резьбонарезной также и реверсируется.

Оси инструментов могут быть направлены радиально (рис. 13.9, а), парал­лельно оси головки (рис. 13.9, б), под углом к ней (рис. 13.9, в). В последнем случае число позиций в головке может быть увеличено, так как распо­ложение инструментов, соседних по отношению к находящемуся в рабочей позиции, позволяет увеличить длину рабочего хода головки. В револьверных головках станков типа 'гибкий модуль" инструменты устанавливаются как в радиальном направлении, так и в осевом.

 

.

Применяются комбинации двух револьверных головок, которые могут быть расположены концентрично (рис. 13.10, а) или эксцентрично (рис. 13.10, б) . В одной из них устанавливают резцы, в другой — стержневые инструменты и борштанги. Это позволяет увеличить концентрацию операций на станке.

Эта же цель достигается путем размещения двух револьверных головок на одном корпусе, на двух отдельных корпусах, находящихся на одних салазках, или на разных салазках. При большом числе стыков жесткость револьверной головки снижается.

 

Механизмы делительного вращательного движения. Для поворота револь­верной головки применяются электрический, гидравлический, пневматичес­кий источники энергии и их комбинации. В состав привода поворота могут входить: двигатель (электрический, гидравлический, пневматический), пере­даточный механизм (зубчатая или червячная передача) и делительный меха­низм (кулачковый, мальтийский, зубчато-рычажный в сочетании с гидроци­линдром. Делительные механизмы обеспечивают поворот револьверной го­ловки на определенный постоянный угол и обычно применяются в станках, работающих по жесткой программе в массовом производстве. В станках с ЧПУ при необходимости поворота револьверной головки на различные углы, задаваемые программой, и вращения без остановок в промежуточных пози­циях применяются механизмы с управляемым жестким упором ударного действия или с упором, вводимым в гнездо; упоры могут одновременно слу­жить фиксаторами. В револьверных головках современной конструкции ме­ханические преобразователи движения заменяют управляемым электрическим приводом, осуществляющим также торможение поворотного устройства.

Часто используется метод позиционирования, состоящий в том, что исполнительный орган с замедлением перебегает позицию фиксации, а затем выхо­дит на эту позицию при обратном вращении головки с малой скоростью. При применении регулируемого электропривода используют улучшенный трапе­цеидальный закон изменения скорости, оптимизируя работу механизма пово­рота на этапах разгона и торможения.

Механизмы фиксации. Эти механизмы обеспечивают необходимую точ­ность позиционирования и жесткость головки под нагрузкой.

Механизмы одинарной фиксации допускают относительно большую по­грешность индексации. Для ее снижения фиксатор располагают на возможно большем расстоянии от оси поворота головки.

Для фиксации револьверных головок и поворотных столов станков с ЧПУ применяют зубчатые торцовые муфты. Муфту образуют две полумуфты с зубчатыми венцами, которые представляют собой плоские конические коле­са с прямыми или круговыми зубьями. Высота прямых зубьев изменяется вдоль радиуса колеса (рис. 13.11), их поперечное сечение совпадает с про­филем зубьев рейки при . Круговые зубья имеют постоянную высоту (рис. 13.12), на одной полумуфте они выпуклы, на другой вогнуты. Угол про­филя составляет 2O...45⁰. Зубья контактируют по всей длине. Муфты с прямы­ми зубьями более технологичны, с круговыми зубьями более жестки.

Одна полумуфта закреплена на неподвижном корпусе, другая — на пово­ротной части револьверной головки. Перед поворотом головка расфиксируется путем отвода ее от корпуса.

Благодаря увеличению числа отдельных фиксирующих пар и усреднению погрешностей деления механизм обладает повышенной точностью. Его недо­статки: потери времени на разъединение венцов, возможность всасывания пы­ли при уменьшении давления внутри механизма отвода поворотной части го­ловки.

Механизм фиксации, состоящий из трех зубчатых венцов (рис. 13.13), работает следующим образом. Подъем венца 1 приводит к расфиксации го­ловки. Затем происходит поворот головки вместе с зубчатым венцом 2. После опускания венец 1 зацепляется с венцами 2 и 3, и происходит фиксация поворотного устройства. Этот механизм обладает следующими преимуществами: устранено всасывание обычно запыленного воздуха в его внутреннюю по­лость, уменьшено время на фиксацию и расфиксацию благодаря снижению массы поднимаемого узла. Однако по сравнению с механизмом, состоящим из двух венцов, он имеет пониженную жесткость, обусловленную наличием до­полнительных контактных поверхностей и износом зубьев венцов 2 и З. Контакт венцов можно сделать более полным, если обеспечить податливость вен­ца/.

 

 

Проектирование зубчатых торцовых муфт с прямыми зубьями. Геомет­рические параметры муфт на первом этапе определяют предварительно, на втором уточняют по критериям жесткости и прочности стыка и необходимого усилия затяжки, на третьем проверяют экспериментально.

Выполнив эскизный проект револьверной головки, определяют наружный диаметр муфты D_е , задаются числом зубьев z = 96 (если головка должна иметь 4, 6, 8 или 12 позиций) или z = 72 (если требуется позиционирование через каждые 5° ). Вычисляют модуль зубчатых венцов

и округляют его до стандартного значения, равного 2; 2,5; 3 и 4 мм.

Рабочая высота зуба

средний радиус венца

длина зуба (ширина венца)

 

Определив геометрические параметры муфты, находят минимальную си­лу, необходимую для ее затяжки. На расчетной схеме (рис. 13.14) верхняя (подвижная) полумуфта с прикрепленным к ней узлом, например поворот­ной частью револьверной головки, не показана. В момент резания на револь­верную головку действуют составляющие силы резания и сила затяжки Р, направленная по нормали к условной площадке стыка колец и проходящая через их центр 0. Если составляющие силы резания перенесли в начало координат, на револьверную головку, кроме сил действуют три момента:

Результирующая сил Р и Р _z создает равномерное давление в точках сты­ка между плоскими кольцами, находящихся на окружности среднего радиуса:

(13.1)

где S — площадь проекции контактных поверхностей на плоскость Q:

коэффициент, учитывающий неравномерность и прерывистость контакта:

Суммарный момент от моментов

Суммарный момент увеличивает давление на одной половине кольца на и на столько же уменьшает его на другой. Максимальное значение в точках кольца на окружности радиуса R

(13.2)

где осевой момент инерции области Q.

Так как то

Момент M_z увеличивает давление на одной стороне зубьев на и на столько же уменьшает на другой стороне:

(133)

Максимальное и минимальное давление в точках контакта, находящих­ся на окружности радиуса R:

(13.4)

С учетом зависимостей (13.1)—(13.3) получаем

Жесткость стыка считается достаточной, если в процессе черновой обработки ни в одной его точке на окружности радиуса R давление не становится меньше допускаемого , принимаемого равным (1...2) МПа. Это условие соблюдается, когда сила затяжки удовлетворяет соотношению

(13.5)

В результате упругих деформаций поверхностей зубьев муфты режущая кромка инструмента в направлении осей Z и У смещается на δ_z и δ_y:

(13.6)

(13.7)

где и — значения угловой контактной податливости стыка зубьев относительно осей X и Y- ; к — коэффициент контактной податливости стыка:

Зубчатые венцы муфт проектируют в следующем порядке. Выполняют эскизный проект револьверной головки, на основе которого определяют гео­метрические параметры зубчатого венца и координаты х_р,у_р, z_p точки при­ложения силы резания. Принимают значения параметров Исходя из требуемой жесткости станка, допустимые смещения режущей кромки инструмента в результате деформации поверхностей зубьев принимают равными 0,05-0,1 общего допустимого смещения режущей кром­ки. Например, при проектировании револьверной головки токарно-револьверного станка усилия Р_x, Р_у, Р_z, схему нагружения и координаты точки приложения нагрузки можно установить по ГОСТ 17—70 (проверка 17).

Определяют составляющие силы резания и моменты типового получисто­вого режима обработки. При этой нагрузке по зависимостям (13.6) и (13.7) про­веряют, не превосходят ли расчетные значения допустимые и Если оказалось, что или увеличивают R. Затем находят модуль т , округляют его до стандартного и повторяют расчет и

Определяют нагрузки на муфту для типового чернового режима обработ­ки. При этих нагрузках по зависимости (13.5) вычисляют требуемое усилие затяжки муфты.

По зависимости (13.4) рассчитывают максимальное давление на боковых поверхностях зубьев и сравнивают с допускаемым [ a_Q ], которое принимают равным 700 МПа. Если условие прочности не соблюдается, необхо­димо изменить конструктивные параметры зубчатых венцов.

Проектирование зубчатых торцовых муфт с круговыми зубьями. На ос­нове эскизного проекта револьверной головки определяют наружный диаметр муфты D_g и проверяют ее зубья на прочность по зависимости

где М— крутящий момент, создаваемый нагрузкой и приведенный к оси по­лумуфты, Н-м; [σ] — допускаемое напряжение сопротивления разрыву для материала муфты, МПа.

Затем вычисляют модуль муфты

и округляют до стандартного. Определяются другие параметры муфты ( см. рис. 13.12):

высота зуба

зазор между головкой и ножкой

высота фаски

рабочая высота зуба

высота головки

высота ножки

ширина венца

 

средний радиус муфты

радиус продольной кривизны

толщина выпуклого зуба

толщина вогнутого зуба

Радиус продольной кривизны уточняют по зависимости

где половина угла охвата режущим инструментом зубьев муфты при ее изготовлении: целое число охваченных инструментом угловых полушагов.

Напряжение среза зубьев

сравнивают с допускаемым

Среднее контактное давление на боковых сторонах зубьев

должно быть меньше допускаемого

Примеры револьверных головок. Револьверная головка (рис. 13.15, а) предназначена для автоматической индексации режущих инструментов на то­карном станке с ЧПУ. Инструменты закрепляются на инструментальном диске с горизонтальной осью вращения (рис. 13.15,б).Основные размеры шестипозиционной головки — L = 500 мм, L ₁ = 70 мм, L₂ = 315 мм, D = 310 мм, десяти- и двенадцатипозиционной —L = 540 мм, L_l = 90 мм, L₂ =328 мм, D= 410 мм.

От ротора 9 (рис. 13.16) электродвигателя 10 движение передается водилу 12 планетарного редуктора, а от него зубчатому блоку 7, венцы которо­го являются сателлитами этого редуктора. Один сателлит входит в зацепление с неподвижным зубчатым колесом 13, другой — с подвижным 6. С помощью торцовой зубчатой муфты ступица этого колеса связана с кулачком 2, управ­ляющим индексацией головки. Ступица колеса б выполнена в вице винта с трапецеидальной резьбой, который сопрягается с гайкой 5, соединенной с по­воротной гильзой 3. К гильзе прикреплены инструментальный диск 1 и полумуфта 15 с круговыми зубьями, служащая для фиксации поворотной части головки. Вторая полумуфта 14 прикреплена к ее корпусу. С поворотной частью головки посредством штанги и муфты соединен измерительный преоб­разователь круговых перемещений 11, выполненный с герметичными магнитоуправляемыми контактами (герконами)

Цикл работы головки начинается пуском электродвигателя 10. При этом приводятся во вращение зубчатое колесо 6 и кулачок 2. Благодаря тому что зубчатая муфта сцеплена и гильза 3 пока не вращается, гайка 5, а вместе с ней и гильза 3 перемещаются влево, происходит расцепление фиксирующей муфты. В момент, когда разъединение муфты заканчивается, уступ кулачка со­прикасается с пальцем 18. При дальнейшем вращении кулачка палец под дейст­вием скоса на детали 16 входит в паз кулачка и двигатель 10 соединяется с гильзой 3; инструментальный диск 1 приводится во вращение против часовой стрелки.

 

 

 

Когда инструментальный диск повернется на угол₈ на 3..,5^е превышающий заданный по программе, по команде измерительного преобразователя 11 происходит реверс двигателя 10 и всех вращающихся частей головки. При этом фиксаторы 17 а 18 под действием пружин бразователя 11 происходит реверс двигателя 10 и всех вращающихся частей головки. При этом фиксаторы 17 а 18 под действием пружин попадают в пазы фланца 16 и гильза 3 фиксируется. При дальнейшем вращении винта 6 гильза перемещается впра­во, происходит сцепление и затягивание зубчатых полумуфт. Это контроли­руется микропереключателем 8.

В конце цикла фиксации инструментального диска вращение ротора электродвигателя прекращается, и максимальный ток, протекающий через его статор, приводит к срабатыванию токового реле. Двигатель выключается.

К работающему инструменту по каналу 4 подводится смазочно-охлаждающая жидкость.

Револьверные головки с вращающимися шпинделями позволяют произ­водить на токарных станках сверление радиальных отверстий, фрезерование шпоночных пазов и т.д. В отверстиях на торце инструментального диска 1 (рис. 13.17,а) устанавливают державки 2 с неподвижными инструментами, а в радиальных отверстиях помещают шпиндельные узлы, с помощью которых закрепляются и приводятся во вращение инструменты 3 разного назначения. Инструменту, находящемуся в рабочей позиции, движение передается от электродвигателя 4 через вал 5. Револьверные головки могут быть оснащены сменяемыми шпиндельными блоками с радиальным или осевым расположе­нием инструмента (рис. 13.17, б). Инструмент, находящийся в рабочей пози­ции, соединяется с приводом вращения с помощью торцовой муфты, имею­щейся на первому валу шпиндельного блока.