Механизмы подачи

Механизмами подачи называются устройства машин, осуществляющие движение подачи, т. е. движение, необходимое для повторения главного движения. В современных машинах используются механизмы, придающие движение подачи инструменту или заготовке. Все механизмы подачи делятся на две группы: с жесткой и фрикционной связью.

Механизмы подачи с жесткой связью. Связь между подающими органами и объектом перемещения обеспечивает строго определенное (без проскальзывания) перемещение этого объекта. Заготовка проталкивается по базирующим поверхностям (подвижное базирование) или подача осуществляется специальными устройствами с закрепенными в них заготовкой или инструментом (неподвижное базирование).

Перемещение осуществляется с помощью цепной, зубчато-реечной, винтовой и других передач, а также гидравлических и пневматических устройств.

По характеру движения различают три вида механизмов подачи: с непрерывным или возвратно-поступательным движением и шаговые (рис. 29.15). При этом заготовка может перемещаться по прямолинейной или криволинейной (в большинстве случаев по дуге окружности) траектории.

Механизмы непрерывного движения. Для прямолинейного перемещения заготовок наибольшее распространение получили конвейеры с упорами или зажимами. На рис. 29.15, а изображен конвейер концеравнительного станка с упорами. Заготовки располагаются поперек двух направляющих балок 4. Под балками проходят две тяговые цепи 1 с прикрепленными к ним с определенным шагом жесткими упорами 2, которые, упираясь в кромку заготовок 3, подают их к пилам.

Реже применяется вальцовый механизм с шипами (рис. 29.15, б). Его используют, например, на участках четырехсторонней обработки брусковых деталей, где обрабатывают заготовки малых размеров и вальцовый механизм не может развить достаточное усилие подачи. Шипы, расположенные на образующей вальца, внедряются в древесину, за счет чего исключается вероятность проскальзывания. В отличие от использования рифленых вальцов не происходит смятия поверхностного слоя древесины.

Механизмы непрерывного движения заготовок по окружности бывают карусельные и барабанные. И те и другие перемещают заготовки по окружности.

На карусельном столе фрезерного станка (рис. 29.15, в) имеется несколько мест для заготовок 3, оборудованных зажимными устройствами. На загрузочном участке зажимы подняты и заготовка свободно укладывается на непрерывно поворачивающийся стол. При подходе к зоне обработки ножевой головкой 5 зажимы срабатывают, а после окончания обработки вновь поднимаются, давая возможность снять обработанную заготовку и положить на ее место новую. Поскольку стол непрерывно вращается, на таких станках осуществляется проходная обработка: фрезерование, шлифование и т. д.

В барабанных механизмах (рис. 29.15, г) крепление заготовок 3 происходит в центрах 6, как показано на схеме шлифовального станка. После обработки их абразивным эластичным цилиндром 7 центры автоматически разжимаются и обработанная деталь падает в приемный бункер.

Механизмы возвратно-поступательного движения могут перемещать инструмент (суппорты, шарнирно-рычажные системы) или заготовку (столы, каретки).

Суппорты имеют, как правило, многокоординатную настройку и прямолинейное перемещение от пневмо- или гидроцилиндра. Они широко применяются в сверлильно-присадочных станках, линиях агрегатной обработки и другом оборудовании. На рис. 29.15, д показан суппорт 8 со сверлом, который с помощью цилиндра 9 перемещается по направляющим 10. После высверливания отверстия в заготовке 3 происходит ускоренный отвод суппорта.

Шарнирно-рычажные механизмы подачи обеспечивают прямолинейное и криволинейное движение подачи. В первом случае они выполнены в виде многозвенных шарнирных устройств с прямилами, обеспечивающими прямолинейную траекторию режущего инструмента (торцовочные, сверлильно-фрезерные станки). В механизмах криволинейного движения подачи режущий инструмент закрепляется на конце рычага, качающегося на оси. В зависимости от положения оси качения различают маятниковые механизмы (закреплен один конец рычага) и балансирные (рычаг закреплен посередине). На рис. 29.15, е приведена схема балансирного торцовочного круглопильного станка с гидравлическими и пневматическими цилиндрами 11. Пила 12 перемещается по дуге окружности и распиливает заготовку 3.

Для перемещений заготовки на значительные расстояния в качестве механизма подачи используют каретку. Например, в шипорезном станке (рис. 29.15, ж) каретка 13 с закрепленными на столе заготовками 3 перемещается по направляющим качения 14 длиной до 1,5 м и последовательно обрабатывается пилой 15, шипорезными и проушечными головками (на схеме не показаны).

Шаговые механизмы предназначены для периодического перемещения заготовок во время их обработки. В простейшем случае, когда не предъявляется высоких требований к базированию заготовок в направлении их перемещений (например, при проходных операциях), применяют штанговые механизмы с шарнирными упорами (рис. 29.15, з). Упоры 17 закреплены на штангах 19 шарнирно. Пружина 16 отжимает упор к ограничителю 18 таким образом, что при рабочем ходе штанги по стрелке v_s заготовка 3 прижимается к рабочей поверхности упора. При обратном (холостом) ходе упоры поворачиваются заготовками по стрелке А и не препятствуют возврату штанги в исходное положение. Для ориентирования штанги имеются ролики 20. Привод осуществляется от гидроцилиндра, присоединяемого через систему зубчатых передач.

Расчет механизмов подачи с жесткой связью сводится к определению мощности привода и прочностных показателей элементов различных передаточных и исполнительных механизмов.

Потребная мощность двигателя привода подачи, кВт:

. (29.27)

Тяговое усилие F_Т, Н:

, (29.28)

где F_С — суммарная сила сопротивления подаче, Н; a — коэффициент запаса, a = 1,3...1,5; h_п — КПД механиз­ма подачи, определяемый как произведение КПД всех элементов кинематической цепи.

F_c = F_s + åF, (29.29)

где F_s — составляющая сил резания по направлению подачи, Н; åF — суммарная сила трения, Н.

Механизмы подачи с фрикционной связью. В механизмах подачи с фрикционной связью органы подачи (вращающиеся вальцы или движущиеся конвейеры) перемещают заготовки за счет сил сцепления поверхностей древесины и органов подачи. Этот вид подачи является специфическим для деревообрабатывающего оборудования и характеризуется тем, что заготовка может проскальзывать относительно тягового органа в зависимости от сил сопротивления подачи, конструкции тягового органа и т. д. Различают механизмы с непрерывным движением и шаговые (рис. 29.16).

Механизмы с непрерывным движением наиболее распространены в деревообрабатывающем оборудовании. Это объясняется тем, что в технологии изделий из древесины широко используется проходной способ обработки, а наиболее простую и эффективную подачу при таком способе обеспечивают вальцовые, гусеничные и вальцовогусеничные механизмы фрикционного типа.

Сила тяги подающего вальца определяется по схеме на рис. 29.17, а.

F_т = q_тj – q_тf = q_т (j – f), (29.30)

где q_т — давление подающего вальца в зоне трения; j — коэффициент сцепления вальца с древесиной; f —коэффициент трения заготовки по столу, f » 0,3...0,4.

Из уравнения видно, что подача будет тем надежнее, чем больше давление вальца q_т и разница между j и f. Однако при увеличении q_т происходит смятие древесины и пробуксовка. Для увеличения j поверхность вальца делают рифленой (рис. 29.17, б, в) или надевают бандаж из фрикционного материала (например, резины). Кроме того, j зависит от радиуса вальца и механических свойств древесины. Для гладких стальных вальцов радиусом 50...125 мм j » 0,25...0,4, для рифленых и покрытых резиной вальцов j » 0,4.. .0,8.

Если подающий валец расположен снизу, необходимое q_т, создается прижимным роликом (рис. 77, б).

F_т = (q_т + G) j – q_тm = q_т (j – m)+Gj, (29.31)

где G — масса заготовки; m — приведенный коэффициент трения качения ролика по древесине; m = (C+f₁r₁)/r = 0,1, где f₁ — коэффициент трения; С — коэффициент трения осей в цапфах; r — радиус ролика; r₁ — радиус цапф.

Если масса заготовки невелика, ею можно пренебречь, и формула (29.31) примет вид

F_т = q_т (j – m). (29.32)

Сравнивая ее с формулой (29.30), можно сделать вывод, что тяговое усилие такого механизма будет больше, поскольку m < f.

Если подача осуществляется двумя роликами (рис. 29.17, в),

F_т = q_тj+(q_т+G)j = (2q_т+G)j. (29.33)

Фрикционные конвейерные тяговые органы представляют собой металлические плоские рифленые звенья, связанные в бесконечную цепь, или гибкие плоские бесконечные конвейерные ленты с поверхностью из фрикционного материала. Заготовки базируются на движущемся конвейере и прижаты к нему подпружиненным роликом (рис. 29.17, г)

F_т = q_тj – q_тm = q_т(j – m). (29.34)

При двусторонней тяге (рис. 29.17, д, е)

F_т = q_тj + (q_т + G)j = (2q_т + G)j. (29.35)

Сравнивая формулы (29.32), (29.33), (29.34) и (29.35) видим, что тяговое усилие в обоих случаях одинаковое. Однако при гусеничной подаче давление приходится на всю базовую поверхность заготовки, что предохраняет древесину от смятия и предотвращает пробуксовку.

При расчетах механизмов подачи (мощности, общего тягового усилия и т. д.) необходимо для каждой конкретной конструкции составить схему действия этих сил (резания, трения, тяги и инерции).

Вальцовый механизм подачи состоит из нескольких (1...12) нижних и верхних вальцов, которые могут быть гладкими, рифлеными или обрезиненными, цельными или секционными. На рис. 29.18, а показана конструкция секционного рифленого переднего вальца рейсмусового станка. На валу 2, вращающемся в двух сферических шарикоподшипниках 1 смонтирован ряд секций внутренних 3 и наружных 4 колец, соединенных упругими элементами 5. Вращение на вал передается через звездочку 6 цепной передачи. При использовании секционных вальцов можно пропускать одновременно несколько разнотолщинных заготовок по ширине.

На рис. 29.18, б – г показаны два типа соединения наружных и внутренних колец: пружинами и резиновыми кольцами. По первому варианту (рис.29.18, б, в) относительное положение колец и средней части вальца фиксируется пружинами 1, по второму (рис. 29.18, г) — передача крутящего момента от средней части вальца к кольцам и их относительное смещение обеспечиваются резиновыми втулками 1. Предпочтительно использование вальцов, резиновые амортизаторы которых разгружены от передачи крутящего момента.

Прижим вальцов может быть пружинный или пневматический. На рейсмусовом станке прижим вальцов осуществляется пружинами, на четырехсторонних продольно-фрезерных станках возможны оба варианта. При использовании пружин (рис. 29.18, д) корпус 3 вала вальцов 7 жестко связан со штоком 5 корпуса 4. При подъеме вальцов пружина 6 сжимается и создает усилие прижима. При пневматическом прижиме (рис. 29.18, е) прижимное усилие создается пневмоцилиндром 3. Вальцы шарнирно закреплены на кронштейне 4. В обоих вариантах вращение на вальцы поступает с общего привода через цепную или зубчатые передачи 1, телескопические шарнирные валы 2.

Гусеничные и вальцово-гусеничные механизмы имеют перед вальцовыми следующие преимущества: более равномерный прижим обрабатываемой детали на большой площади, что снижает давление, благодаря чему даже рифленые звенья гусеницы не оставляют заметного отпечатка на материале; снижение возможности поперечных смещений материала, в результате чего достигается прямолинейность обработки. Основной недостаток гусеничной подачи — сравнительно быстрый износ направляющих.

В простейшем механизме подачи гусеница расположена над столом, по которому она перемещает заготовки. Для создания необходимого тягового усилия и компенсации разницы толщины деталей гусеница или ее звенья должны быть подпружинены. Иногда для облегчения движения заготовки нижние ролики делают гладкими. На рис. 29.16, в гусеница расположена снизу, тяговое усилие обеспечивается верхними прижимными вальцами. В вальцово-гусеничных механизмах подачи для увеличения тягового усилия верхние прижимные вальцы выполнены приводными. На рис. 29.16, б представлена схема с двумя гусеницами для станков, обрабатывающих очень короткие или тонкие детали, листовой материал, или для станков с особыми условиями базирования заготовок.

Шаговые вальцовые механизмы применяются в лесопильных рамах с толчковой подачей. На рис. 29.16, г дана схема простейшего шагового механизма для толчковой подачи бревна 8 с помощью вальцов 7, периодически приводимых но вращение кривошипом 3 коленчатого вала 4. Этот кривошип с помощью шатуна 2 и кулисы 1 с фрикционной собачкой 10 периодически поворачивает по стрелке фрикцион 9, а следовательно, и систему зубчатых колес 6 привода вальцов. В зависимости от расположения кривошипа на коленчатом валу различают лесопильные рамы с подачей бревна за холостой или рабочий ход пильной рамки 5. Величина хода регулируется винтовым механизмом 1, изменяющим рабочую длину кулисы.

Расчет механизмов подачи с фрикционной связью имеет те же характерные особенности, что и расчет механизмов, состоящих из тяговых и нажимных элементов. Рас­чет начинается с составления расчетной схемы. На рис. 29.19 приведены рас­четные схемы станков. Сила для этих механиз­мов описывается форму­лами:

 

. (29.36)

(29.37)

где —суммарная сила трения прижимов и элемен­тов скольжения;

q'— дав­ление прижима, Н (здесь и в дальнейших расчетах учитывается, что на прак­тике давление однотипных элементов принимается одинаковым);

f — коэффи­циент трения скольжения;

т — число прижимов с кон­тактирующими элементами скольжения.

, (29.38)

где — суммарная сила трения от воздействия при­жимов с контактирующими элементами качения; q"— давление прижима, Н; μ — коэффициент трения каче­ния гладких вальцов по дре­весине; r — радиус вальца прижима качения, см; n – число прижимов с кантактирующими элементами качения.

, (29.39)

где — суммарная сила трения от воздействия на заготовку e неприводных вальцов, расположенных в столе станка под приводными вальцами, H;

Q — давление приводного вальца, Н; r' — радиус неприводного вальца, расположенного в столе станка, см; e — число подающих вальцов.

F₄ = (mq' + nq" + G_Д ± S₂) f₁, (29.40)

где F₄ — сила трения заготовки о стол станка, Н; G_Д — масса детали, кг.

F₅ = (mq' + nq" + G_Д + G_к ± S₂) f₁ , (29.41)

где F₅ — сила трения конвейера по направляющим, Н; G_к — масса верхней ветви конвейера, кг; f₁ — коэффициент трения скольжения конвейера по направляющим (сталь по чугуну — 0,05...0,06; сталь по текстолиту — 0,1...0,12).

Определим усилие сопротивления подаче Р_с для станков, технологические схемы которых представлены на рис. 29.19.

Круглопильный станок с вальцовой подачей (рис. 29.19, а):

P_с = S₁ + (G_Д + S₂) f. (29.42)

Рейсмусовый станок (рис. 29.19, б):

. (29.43)

Принимаем r₁' = r₂' = r' ; q₁' = q₂' = q' ; Q₁ = Q₂ = Q. Тогда

. (29.44)

Круглопильный станок с конвейерной подачей (рис. 29.19, в):

. (29.45)

Принимаем ; r₁ = r₂ = r₃ = r₄ = r.

Тогда . (29.46)

Расчет давления подающих элементов. Тяговое усилие, развиваемое подающим элементом, определяется по формуле

, (29.47)

где — коэффициент сцепления.

Подставляя эту формулу в формулу (29.28), получаем

или (29.48)

Подставляя теперь (29.48) в уравнение для определения усилия сопротивления подаче Р_c и решая его относительно Q, получаем давление на подающий элемент, которое обеспечивает подачу. Для станков, изображённых на рис. 29.19, требуемое давление определится по формулам, приведённым ниже.

Круглопильный станок с вальцовой подачей:

. (29.49)

В начале и конце обработки одной заготовки подача осуществляется одной парой вальцов, поэтому

Q = Q₁ = Q₂.

Рейсмусовый станок:

. (29.50)

Круглопильный станок с вальцово-гусеничной подачей:

. (29.51)

Мощность привода подачи рассчитывается по формуле (29.27)