Приводы токарных станков предназначены для выполнения рабочих, вспомогательных и установочных перемещений инструментов и заготовок. Их можно разделить на приводы главного движения (скорости резания) и приводы подач, которые обеспечивают координатные и вспомогательные перемещения. В зависимости от типа привода и назначения станка, к ним предъявляются специфические требования по передаче силы, поддержанию постоянной скорости, её изменению и настройке, точности перемещений, минимизации погрешности позиционирования узлов, быстродействию, надёжности, стоимости и габаритным размерам.
С развитием систем числового программного управления (ЧПУ) в металлообработке каждое движение станка чаще всего осуществляется от отдельного источника - электрического или гидравлического двигателя различных типов. Эти двигатели обладают своими особенностями, которые определяют области их рационального применения.
Для того чтобы осуществить резание, заготовка со шпинделем должна вращаться с заданным числом оборотов, а суппорты, на которых закреплены режущие инструменты, получать движение подачи.
Все рабочие и автоматизированные вспомогательные движения осуществляются от привода станка. Чтобы сообщить механизмам станка заданные движения, необходимо затрачивать определенную работу (энергию), т. е. расходовать определенную мощность.
Что же такое работа и мощность?
Механической работой называется произведение направленной Вдоль перемещения силы (Р) на путь (S). Сила измеряется в килограммах (кГ), а путь в метрах (м). Следовательно, работа А измеряется в килограммометрах:
А=Р•Ѕ кГм.
Единицей мощности называется определенная величина работы, совершенная в одну секунду. Мощность (N) может измеряться в лошадиных силах (л. с.) или в киловаттах (кВт).
Одна лошадиная сила = 75 килограммометров / секунда
Один киловатт = 1,37 л.с., а 1 л. с. = 0,736 кВт.
Чтобы осуществлять вращение вала, шпинделя или другой детали, необходимо к шестерне или к шкиву на валу приложить силу Q. Эта сила действует на плече l, равном радиусу r шестерни или шкива. Произведение силы Q в кГ на плечо l в метрах называется крутящим моментом:
М = Ql = Qr кГм.
Следовательно, крутящий момент измеряется в килограммометрах.
Для определения мощности N, которую необходимо затратить для осуществления вращения вала с заданным числом оборотов в минуту n, нагруженного крутящим моментом М, пользуются следующими зависимостями:
N = Mn/716,2 л. с. или N = Mn/975 кВт
Привод станка состоит из источника энергии (электродвигателя) и устройств, передающих движение от электродвигателя к рабочим органам (шпиндели, суппорты и др.). Передача движения от электродвигателя к узлам осуществляется при помощи ремня, цепи или зубчатых колес (шестерен), которые называются передачами. Они передают вращение с одного вала на другой или превращают вращательное движение в поступательное (прямолинейное). Валы вращаются в опорах, которые могут быть выполнены в виде подшипников скольжения или подшипников качения (рис. 1, поз. 3).
Рис. 1. Продольный разрез передней бабки и шпинделя токарно-револьверного автомата модели 1А136: 1 - кронштейн для салазок, 2 - ползун подачи прутка, 3 - втулка с подшипником 4, соединенная с трубой 5, на которую навернута цанга 15 подачи прутка, 6 - приводной шкив, 7 - корпус передней бабки, 8 - шпиндель, 9 - муфта зажима прутка, поворачивающая рычажками 10, которые перемещают трубу 11 и втулку 16, зажимающую цангу 17, 12 - гайка для подтяжки подшипника 14, 13 - пружина
Для спокойной и надежной работы шпинделей, валов и передач трущиеся поверхности в подшипниках необходимо смазывать.
Основными элементами передач являются ременные передачи со шкивами, цепные передачи со звездочки, зубчатые передачи, винтовые пары и др. Токарные автоматы с ЧПУ, для осуществления привода подачи, могут содержать гидравлические приводы.
При разработке приводов токарных станков необходимо учитывать, что современные системы электро- и гидроприводов позволяют эффективно решать задачи, связанные с регулированием и изменением скорости и направления движения. Ранее эти задачи решались исключительно с помощью механических устройств. Применение таких приводов существенно упрощает механическую часть, сокращает кинематические цепи, что повышает жесткость привода и точность перемещения. Кроме того, упрощается автоматическое дистанционное управление приводом, расширяются возможности унификации приводов, а также их выполнения в виде отдельных агрегатов (модулей).
Использование модульного комплектного электрооборудования в металлорежущих станках для осуществления всех движений имеет ряд преимуществ:
- Модульные приводы позволяют легче интегрировать станки с системами ЧПУ, упрощая их настройку и эксплуатацию.
- За счет сокращения кинематических цепей и упрощения конструкции привода достигается более высокая точность позиционирования и надежность работы.
- Приводы могут быть выполнены в виде отдельных модулей, что облегчает их замену и модернизацию, а также снижает затраты на производство и обслуживание оборудования.
На рис. 2 представлен общий вид токарного станка с унифицированными приводами. Сегодня существует тенденция к использованию в станках именно модульного комплектного электрооборудования, что значительно упрощает процесс автоматизации и интеграции с системами числового управления.
Важнейшими исходными данными для проектирования привода осуществляющего главное движение токарного станка являются диапазон регулирования частоты вращения и мощность, передаваемая приводом. Эти технические характеристики зависят от служебного назначения станка, их определяют на основе анализа технологических процессов обработки множества деталей и соответствующей номенклатуры режущего инструмента, оговоренных техническим заданием на проектирование.
Рис. 2. Унифицированные приводы токарного станка: 1 - главный привод; 2 - привод продольной подачи; 3 - привод поперечной подачи; 4 - привод поворотного резцедержателя
