Многоцелевые станки для обработки корпусных и плоских деталей

Металлорежущие станки, предназначенные для выполнения большого числа различных технологических операций без переустановки обрабатываемых деталей, имеющих устройство автоматической смены инструмента и оснащенных системами ЧПУ, называют многоцелевыми (МЦ). Корпусные и плоские детали можно обрабатывать с одной установки с нескольких сторон (до пяти). Типовыми технологическими операциями являются растачивание, сверление, зенкерование, развертывание, цекование, нарезание резьбы метчиками, фрезерование плоскостей, контуров и фасонных поверхностей. При высокой концентрации выполняемых технологических операций для МЦ характерна высокая точность обработки (6-7 квалитет).

МЦ снабжают необходимым режущим инструментом, расположенным в специальном инструментальном магазине. В соответствии с заданной управляющей программой используется любой инструмент из магазина, требуемый для обработки соответствующей поверхности. Все более широкое применение находят также устройства автоматической смены заготовок, предварительно закрепленных на столах-спутниках.

Рис. 90 Общий вид МЦ с горизонтальной осью вращения шпинделя.

МЦ для обработки корпусных и плоских деталей по компоновке выполняют горизонтальными, вертикальными и продольно-обрабаты­вающими. При горизонтальной компоновке (рис.90) ось вращения шпинделя Ш расположена горизонтально, и такие станки чаще всего используют для обработки сложных корпусных деталей. Шпиндельная бабка ШБ перемещается (координата Y) по вертикальным направляю­щим стойки 3, которая может быть подвижной (координата Z) или не­подвижной. Отдельные станки имеют выдвижной шпиндель. На про­дольном столе (координата X) расположен поворотный стол 1. На верхнем торце стойки смонтирован инструментальный магазин М. В устройство автоматической смены инструмента входит автооператор А. Поворотная платформа 4 служит для установки на столе-спутнике очередной заготовки во время обработки предыдущей детали той же или совершенно иной конфигурации.

На МЦ вертикальной компоновки (рис. 91) ось вращения шпинделя Ш расположена вертикально. Станки удобны при обработке многих плоских деталей сложной формы (штампов, пресс-форм, рычагов, кры­шек, фланцев и т.д.). Шпиндельная бабка ШБ перемещается (коорди­ната Z) по вертикальным направляющим стойки. Шпиндель обычно выдвижной. Продольный и поперечный суппорты обеспечивают пере­мещение детали по координатам X и Y Варианты конструкции инстру­ментального магазина М и автооператора А весьма разнообразны.

Типоразмерные ряды МЦ строятся по ширине стола (от 100 до 5000 мм) с коэффициентом геометрической прогрессии 1,26. Величины перемещения рабочих органов назначают по наибольшему размеру заготовок, устанавливаемых на стол, с учетом возможности выхода режущего инструмента за пределы обрабатываемых поверхностей. В условиях мелкосерийного и серийного производства доля машинного времени в общем времени работы МЦ достигает 70-90% (для срав­нения: доля машинного времени на универсальных станках составляет 20-30%), а производительность изготовления деталей превышает про­изводительность обработки на универсальных станках до 10 раз.

Современные МЦ имеют в приводах главного движения чаще всего достаточно мощные электродвигатели постоянного тока с двухзонным регулированием частоты вращения, что обеспечивает работу каждого инструмента в оптимальных режимах. Диапазон регулирования частоты вращения таких электродвигателей от номинальной при постоянной мощности достигает 8:1, а при постоянном крутящем моменте до 1:1000. Механическая часть приводов значительно упрощена и пред­ставляет собой двух- и трехступенчатую коробку скоростей, благодаря чему достигаются высокие динамические качества приводов.

Приводы подач МЦ обеспечивают широкий диапазон регулирования рабочих подач (до 10000 раз и более) при постоянном крутящем момен­те, высокую скорость вспомогательных перемещений (до 20 м/мин), достаточные тяговые усилия, стабильность и надежность работы. Вы­полнение этих требований обусловливает широкие возможности МЦ, их высокую точность и производительность. Наибольшее распростра­нение имеют приводы подач с регулируемыми высокомоментными элек­тродвигателями постоянного тока, которые передают движение рабо­чему органу через винтовую пару качения.

Рис. 91 Общий вид вертикального МЦ.

Рис. 92 Кинематическая схема МЦ мод. ИР320ПМФ4.

Кинематическая схема станка мод. ИР320ПМФ4 с горизонтальной осью вращения шпинделя приведена на рис. 92. Привод главного движения имеет две кинематические цепи. В диапазоне частот враще­ния шпинделя 1290-5000 мин ^-1 движение от электродвигателя постоян­ного тока M1 передается через ременную передачу 1, 2 и зубчатую муфту 5. В диапазоне частот вращения шпинделя 13-1290 мин ^-1 движе­ние от M1 передается через передачу 1, 2 и зубчатые колеса 4, 3, 6 и 7. Прямолинейные перемещения по координатам осуществляются как в режиме установочных движений, так и в режиме подач от высокомоментных электродвигателей М2, М3 и М4 через винтовые пары качения 8-9, 27-28, 29-30. Вращение поворотного стола (координа­та В) осуществляется от высокомоментного электродвигателя М5 в двух режимах. В режиме скоростного вращения (обтачивание) зубчатая муфта 17 передает движение на стол с частотой вращения 10-200 мин ^-1 через зубчатые колеса 14, 15, 13, 12, 11, 10. В следящем режиме (круговое фрезерование) муфта 17 подключает зубчатые колеса 18, 19, 20, 21, 22, 16, в результате чего частота вращения стола снижается до 0,05-10 мин ^-1. Привод поворота инструментального магазина содержит высокомоментный электродвигатель М6 и зубчатые колеса 23, 24. Привод устройства автоматической смены столов-спутников с заго­товками имеет электродвигатель М7 и червячную передачу 26, 25.

На рис. 93 показан пример привода главного движения МЦ гори­зонтальной компоновки. Электродвигатель 1 соединен муфтой 2 с шлицевым валом 3. Через поликлиновой ремень 7 вращение передается на втулку 9, смонтированную на подшипниках 8 в корпусе 6. На правом конце втулка имеет зубчатый венец, который может быть соединен либо с зубчатым колесом 4 блока 10, либо с зубчатой муфтой 12. В первом случае вращение шпинделю 14 передается через колесо 13. Во втором случае вращение шпинделю передается непо­средственно от втулки 9. Переключение двухступенчатой коробки ско­ростей производится гидроприводом с помощью вилки 11, установ­ленной на штанге 5.

Шпиндельные узлы МЦ являются многофункциональными механиз­мами, которые служат для установки режущего инструмента, сооб­щения ему вращения и автоматической замены. При этом требования к основным характеристикам шпиндельных узлов (точности, жесткости, диапазону регулирования частот вращения, быстроходности, надеж­ности и долговечности) постоянно повышаются. Наиболее распро­странены в МЦ невыдвижные шпиндели на подшипниках качения (рис. 94). Опоры шпинделя монтируются либо в корпусе шпиндельной бабки, либо в вынесенной вперед гильзе 11 с фланцем для ее крепления в корпусе бабки. Такая конструкция шпинделя позволяет создать на единой конструктивной базе различные модификации шпиндельных узлов по размеру и конфигурации поверхностей для закрепления инст­румента, диапазону регулирования частот вращения, положению оси вращения шпинделя, а также облегчает монтаж, регулировку и ремонт шпиндельных узлов.

Рис. 93 Привод главного движения МЦ горизонтальной компановки.

Рис. 94 Шпиндельный узел горизонтального МЦ.

Рис. 95 Привод датчика угловой ориентации шпинделя.

На рис. 94 шпиндель 8 установлен в гильзе 11 на двухрядных роликовых подшипниках 14 и 21, воспринимающих радиальную нагрузку. Осевую нагрузку воспринимает шариковый упорно-радиальный подшипник 12. Натяг в переднем радиальном подшипнике регулируется изменением толщины кольца 16 и перемещением через промежуточное кольцо 13 внутреннего кольца подшипника (с конической шейкой) гайками 9 и 10. Натяг в аналогичном заднем подшипнике изменяется за счет толщины кольца 20 при затягивании болтов 7, в результате чего через втулку 22 смещается внутреннее кольцо подшипника.

Крутящий момент на шпиндель передается от привода главного движения через зубчатую муфту 23. Крутящий момент на режущий инструмент передается через две торцовые шпонки 17. Инструментальные оправки 15 базируются в шпинделе по коническому отверстию. Зажим оправок осуществляется тарельчатыми пружинами 24; усилие зажима можно регулировать гайкой 25. На переднем конце тяги 6 имеется замок, который при перемещении тяги соединяется посредством шариков 19 с хвостовиком 18 оправки. Освобождение оправки выполняется гидроблоком 28 через втулку 4, расположенную в ступице 5. В поршне 27 гидроблока на подшипнике установлен упор 29, который перемещает тягу 6. Освобождение оправки инструмента контролируется бесконтактными датчиками 1, 2, 3.

Коническое отверстие шпинделя и конус оправки обдуваются сжа­тым воздухом через канал 26.

В корпусе гидроблока (рис. 95) с гидроцилиндром 1 расположен привод датчика 5 угловой ориентации шпинделя. Привод состоит из зубчатого колеса 8, передающего вращение от шпинделя, и сдвоенного колеса 7, позволяющего компенсировать боковой зазор в зубчатом за­цеплении. Датчик крепится на корпусе винтами 6. Ориентацией шпин­деля в заданном угловом положении (для смены инструмента) управ­ляет система ЧПУ. Бесконтактные датчики 3, 4 установлены на крон­штейне 2.