Основы кинематики металлорежущих станков

Данный модуль является основополагающим, так как в нем рассматриваются фундаментальные основы станковедения. К этим основам в логической последовательности относятся:

- теоретические основы формообразования поверхностей в машиностроении в приложении к станковедению;

- понятия о кинематической группе, воспроизводящей конкретное формообразующее или вспомогательное движение;

- понятие о кинематической структуре станка как объединению кинематических групп;

- теоретические основы настройки расчетных цепей станков.

В модуле в качестве приложения рассматриваются также специфические механизмы, на основе которых синтезируется кинематическая структура станков. Как правило, эти механизмы не изучаются в предшествующих обще инженерных дисциплинах.

При изучении теоретических основ формообразования поверхностей необходимо принятое в данном модуле понятие геометрической поверхности, как следа образующей при ее перемещении по направляющей (по Монжу), рассмотреть на примерах получения простейших поверхностей на основе пространственного представления. Затем уяснить возможность получения воспроизводящих линий (образующей и направляющей) посредством режущего инструмента. Для этого необходимо предварительно понять сущность определения понятия “вспомогательный элемент, или характеристический образ инструмента”, посредством которого при резании воспроизводятся образующая и направляющая реальной поверхности. На следующем этапе необходимо рассмотреть возможные методы получения воспроизводящих линий вспомогательным элементом, выполненным в виде точки и в виде линии, совпадающей и несовпадающей по форме и протяженности с воспроизводимой линией. Рассматривая сочетания возможных 4-х методов получения воспроизводящих линий по 2, определить 16 возможных классов получения поверхностей. Исключить из полученных классов теоретически неосуществимые. На конкретных примерах из практики обработки резанием рассмотреть ряд схем резания с точки зрения классов воспроизведения поверхностей.

В заключение основ формообразования необходимо рассмотреть параметры настройки исполнительных движений, воспроизводящих образующую и направляющую, и их влияние на темп воспроизведения поверхности и правильность ее геометрической формы.

Основы формообразования на более высоком теоретическом уровне, чем это изложено в данном УМК, можно изучить по монографии [2.6].

Изучать понятие о кинематической группе наиболее рационально на примере воспроизведения винтовой поверхности профильным (фасонным) резцом. При изучении этого понятия необходимо осознать физический смысл понятий “внутренняя связь”, “внешняя связь”, “звено соединения связей”, отображающих физическую сущность функционирования кинематической группы. В данном примере внутренняя связь кинематической группы – это кинематическая (структурная) цепь, связывающая два исполнительных органа: шпиндель, несущий заготовку и суппорт, несущий резьбовой резец. Эта связь воспроизводит траекторию сложного винтового движения, подчиняющегося известному в физике правилу буравчика. Затем на реальных примерах следует рассмотреть это же понятие при воспроизведении элементарных круговой и прямолинейной траекторий исполнительного движения, воспроизводимых элементарными вращательной и поступательной исполнительными кинематическими парами. При этом следует обратить внимание на то обстоятельство, что переход от внутренней связи, воспроизводящей траекторию сложного движения, к внутренней связи, воспроизводящей траекторию элементарного (простого) движения, равнозначен переходу количества в качество. Внутренняя связь, воспроизводящая вращательную или прямолинейную траекторию, не обеспечивает изменение формы траектории, а внутренняя связь, воспроизводящая траекторию сложного движения, обеспечивает такую возможность за счет введения в ее структуру соответствующего органа настройки.

При изучении понятия “кинематическая структура станка” необходимо обратить внимание на то, что каждое формообразующее и вспомогательное движение воспроизводится отдельной кинематической группой, а объединение групп в структуру станка может осуществляться через общий двигатель, через общую часть внутренней и внешней связи, через общую исполнительную пару, через общий корпус в различном сочетании этих конструктивных элементов. Следует также учесть, что в современных станках с числовым программным управлением каждая кинематическая группа как формообразующая, так и вспомогательная имеет отдельный электродвигатель. Причем отдельные группы формообразования и деления могут быть соединены между собой через электронные связи.

В кинематической структуре станке основными кинематическими группами являются группы формообразования, деления и врезания. Именно эти группы определяют качественные характеристики любого станка. В тоже время в учебной литературе при классификации станков по кинематическому признаку учитывают только формообразующие группы. По этому признаку различают станки с элементарной структурой, содержащей только простые кинематические группы, станки со сложной структурой, содержащей только сложные кинематические группы, и станки с комбинированной структурой, содержащей как простые, так и сложные кинематические группы. Вероятно при изучении станков с позиций кинематической структуры целесообразно в классификационные индексы структуры вводить также информацию о группах деления и врезания.

При изучении основ настройки (по Г. Головину) расчетных цепей необходимо обратить внимание на то, что в основу теоретической концепции положен известный в механике принцип возможных перемещений. Из этого принципа следует, что, намечая расчетную цепь, можно любой из ее конечных звеньев считать ведущим, кроме случаев когда один из них является источником энергии движения.

Конечной целью основ настройки является вывод формул настройки для органов настройки исполнительных движений на траекторию, скорость и путь. При этом следует иметь в виду, что формула настройки для параметра “путь“ характерна только для движения деления, осуществляемого отдельной группой деления. Поэтому при изучении этой составляющей модуля необходимо рассмотреть все возможные варианты задания расчетных перемещений конечных звеньев расчетных цепей и написания уравнений кинематических цепей (по Г. Головину уравнений кинематического баланса), по которым выводятся формулы настройки.

Параметр настройки “исходное положение (исходная точка) “, а также параметр “путь“ для движений формообразования, врезания и вспомогательных движение устанавливаются упорами систем управления.

 

Вопросы для самопроверки:

1. Приведите определение поверхности, принятое в станковедении. Пояснить принципиальное различие между геометрической (теоретической) и реальной поверхностью, получаемой при обработке на станках.

2. Приведите определение понятия вспомогательного элемента (характеристического образа инструмента). На конкретных примерах различных инструментов охарактеризовать их вспомогательные элементы.

3. Охарактеризуйте возможные методы образования воспроизводящих линий (образующей и направляющей).

4. Охарактеризуйте возможные при обработке резанием классы воспроизведения поверхностей. Привести конкретные примеры. Дать сравнительную оценку различных классов воспроизведения поверхностей по производительности и точности.

5. Приведите классификацию движений на металлорежущих станках по функциональному признаку. Охарактеризуйте влияние движений на качество получаемых поверхностей и на производительность обработки.

6. Сформулируйте понятие о кинематической группе на конкретном примере.

7. Приведите определения понятий внутренней и внешней связей, звена соединения связей.

8. Назовите параметры настройки настройки исполнительных движений и охарактеризуйте их влияние на качество воспроизводимых поверхностей и производительность формообразования.

9. Сформулируйте понятие о кинематической структуре станка. Приведите 3 – 4 примера кинематических структур станков различной сложности.

10. Приведите систему классификации станков по их кинематической структуре. Проиллюстрируйте систему конкретными примерами.

11. Дайте определение понятия расчетной кинематической цепи. Поясните методику назначения такой цепи. Раскройте принципиальную разницу между структурной и расчетной цепями. Приведите примеры.

12. Охарактеризуйте методику задания расчетных перемещений для расчетных цепей различного вида.

13. Опишите на конкретных примерах методику составления уравнения кинематической цепи (кинематического баланса).

14. Назовите механизмы для ступенчатого изменения скорости. Для каждого вида механизмов укажите предпочтительную область использования.

15. Опишите конструктивную схему 2-х колесной гитары сменных зубчатых колес. Изложите методику подбора колес для этой гитары.

16. Опишите конструктивную схему 4-х колесной гитары сменных зубчатых колес. Изложите методику подбора сменных зубчатых колес.

17. Опишите конструктивную схему 6-ти колесной гитары сменных зубчатых колес. Охарактеризуйте особенности подбора зубчатых колес для этой гитары.

18. Охарактеризуйте реверсивные механизмы, используемые в станках. Для каждого вида механизмов прокомментируйте достоинства и недостатки.

19. Опишите конструктивные схемы планетарных и непланетарных суммирующих механизмов. Назовите их назначение в кинематической структуре станков.

20. Изложите методику определения передаточных отношений планетарных суммирующих механизмов на основе формулы Виллиса.

21. На примерах непланетарных суммирующих механизмов проиллюстрируйте сложение (вычитание) движений на выходном звене.