Многоцелевые станки

Станки, оснащенные ЧПУ и устройством автоматической смены инструмента, предназначенные для выполнения большого числа различных технологических операций без переустановки обрабатываемых деталей, называют многоцелевыми (МС).

По назначению МС делятся на две группы: для обработки корпусных и плоских деталей и для обработки деталей типа тел вращения.

Характерными особенностями МС являются: высокая концентрация производимых на них технологических операций (черновая, получистовая и чистовая обработка сложных деталей, в том числе точение, растачивание, расфрезерование, фрезерование, сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьб и др.); оснащенность большим числом режущих инструментов; высокая точность (6–7-й квалитеты) выполнения чистовых операций; оснащенность (в большинстве случаев) устройствами для автоматической смены заготовок, предварительно закрепленных на приспособлениях-спутниках (ПС).

  Рис. 15.16. Постоянные технологические циклы вариантов обработки, используемые на станках мод. ИР320ПМФ4

МС оснащаются контурными УЧПУ, имеют бесступенчатое регулирование (в широком диапазоне) частоты вращения шпинделя и подач и высокие скорости быстрых перемещений, отличаются высокой жесткостью, точностью и надежностью.

МС используют для обработки сложных деталей или комплекта деталей. Один МС заменяет два станка с ЧПУ или 8–10 станков с ручным управлением.

МС для обработки корпусных и плоских деталей по компоновке делятся на горизонтальные, вертикальные и продольнообрабатывающие.

Для обработки сложных деталей типа валов используют токарно-сверлильные, токарно-сверлильно-фрезерные многоцелевые станки, которые по компоновке близки к токарным станкам.

Обработка деталей на МС по сравнению с их обработкой на фрезерных, сверлильных и расточных станках имеет ряд особенностей.

Установка и крепление детали должны обеспечивать свободный доступ инструментов к обрабатываемым поверхностям, т. к. только в этом случае возможна многосторонняя обработка без переустановки детали.

Обработка на МС не требует, как правило, специальной оснастки, так как крепление заготовки осуществляется с помощью упоров и прихватов. МС снабжены магазином инструментов, помещенным на шпиндельной головке, рядом со станком или в другом месте. Для фрезерования плоскостей используют фрезы небольшого диаметра и обработку производят строчками. Консольный инструмент, применяемый для обработки неглубоких отверстий, имеет повышенную жесткость и обеспечивает заданную точность обработки. Отверстия, лежащие на одной оси, но расположенные в параллельных стенках заготовки, растачивают с двух сторон, поворачивая для этого стол с заготовкой. Если заготовки корпусных деталей имеют группы одинаковых поверхностей и отверстий, то для упрощения составления технологического процесса и программы изготовления таких деталей, а также повышения производительности обработки (в результате сокращения вспомогательного времени) в память УЧПУ станка вводят постоянные циклы наиболее часто повторяющихся движений (при сверлении, растачивании, фрезеровании). В этом случае программируется только обработка первого отверстия (поверхности), а для остальных – задаются лишь координаты (X и Y) их расположения.

В качестве примера на рис. 15.16 показаны некоторые постоянные технологические циклы, включенные в программное обеспечение и используемые при обработке на станке модели ИР320ПМФ4.

Комплект режущего и вспомогательного инструмента, поставленного с МС, имеет расширенную номенклатуру.

Как видно из рис. 15.17 комплект включает в себя ряд шпиндельных оправок и патронов (а – м), переходных оправок и патронов (и – ф).

Непосредственно в шпинделе станка закрепляются: оправки а, б и в для расточного инструмента; оправки г. д, и е – для фрез с торцовой или продольной шпонкой, передающей инструменту крутящий момент;

цанговый патрон ж для стандартных сверл, зенкеров, разверток, фрез диаметром до 20 мм и специальных фрез диаметром 20–40 мм, имеющих цилиндрический хвостовик; патрон з для метчиков; патрон и для переходных оправок н-ф, позволяющих регулировать осевые размеры инструментов вне станка; оправка-центроискатель к; оправка р для концевого инструмента с конусом Морзе и с поводком; оправка м для концевого инструмента с конусом Морзе, без поводка.

В зависимости от типа станка и требований заказчика комплект может изменяться.

    Рис. 15.17. Комплект режущего и вспомогательного инструмента для многоцелевых станков, предназначенных для обработки корпусных и плоских деталей

Многоцелевой станок мод. ИР320ПМФ4 (рис. 15.18). Станок предназначен для обработки корпусных деталей с наибольшими размерами (250 × 250 × 250 мм).

Техническая характеристика: размеры (длина × ширина) рабочей поверхности стола 320 × 320 мм, частота вращения стола 200 мин^-1. частота вращения шпинделя 13-5 000 мин^-1, число инструментов в магазине–36, точность линейного позиционирования – 0,005 мм, точность углового позиционирования – 5 угл. с., время смены инструмента – 14 с., скорость быстрых перемещений до 10 м/мин.

Все узлы станка смонтированы на жесткой Г-образной станине 2.

Шпиндельная бабка 4, смонтированная в ползуне, перемещается по вертикальным направляющим стойки 3. Поворотный стол 5 перемещается по направляющим станины 7, которая крепится на общем основании 2.

На стойке 3 расположен инструментальный магазин 8 барабанного типа.

Рис. 15.18. Общий вид станка мод. ИР320ПМФ4

Загрузка инструмента осуществляется следующим образом: ползун со шпинделем отводится в крайнее заднее положение и перемещается вверх под магазин до совпадения осей шпинделя и гнезда магазина. При ходе ползуна вперед конусная оправка инструмента захватывается гнездом шпинделя, а при ходе ползуна вниз инструмент извлекается из гнезда магазина.

Станок снабжен устройством автоматической смены столов-спутников 6 (ПС). Гидро- и пневмооборудование 1, электрооборудование и УЧПУ смонтированы на общем основании 2.

Вертикальное расположение рабочей поверхности поворотного стола улучшает условия для удаления из зоны обработки.

Привод вращения шпинделя (см. рис. 15.19) от электродвигателя М1 постоянного тока осуществляется по двум цепям:

1) в диапазоне частот вращения 1 290-5 000 мин^-1: электродвигатель М 1 – ременная передача 1, 2 и зубчатое колесо 4 – зубчатая муфта 5 (муфта 5 сдвинута вправо – шпиндель);

2) в диапазоне частот вращения 13-1290 мин^-1: электродвигатель М 1 – ременная передача 1, 2 – зубчатые колеса 4, 3 – зубчатые колеса 6, 7 – шпиндель.

Все прямолинейные перемещения по координатным осям осуществляются от высокомоментных электродвигателей М 2, М 3 и М 4 постоянного тока посредством шариковых винтовых пар 27 и 28, 29 и 30, 8 и 9 соответственно.

Привод вращения стола осуществляется от высокомоментного электродвигателя М 5 по двум цепям:

1) следящий режим с частотой вращения 0,05-10 мин^-1, обеспечивающий круговое фрезерование (муфта 17 сдвинута вверх): электродвигатель М 5 – вал II – зубчатые колеса 18, 19 – вал III – зубчатые колеса 20, 21, 22, 16 – вал IV – зубчатые колеса 14, 15, 13, 12, 11, 10 – вал V (стол);

2) режим скоростного вращения (муфта 17 сдвинута вниз) с частотой вращения 10-200 мин^-1, обеспечивающей обтачивание: электродвигатель М 5 – вал II – зубчатые колеса 14, 15, 13, 12, 11, 10 – вал V (стол).

Привод поворота магазина осуществляется от высокомоментного электродвигателя М 6 через зубчатые колеса 23 и 24, а привод устройства автоматической смены ПС – от электродвигателя М 7 через червячную передачу 26-25.

Рассмотрим устройство некоторых узлов станка.

Рис. 15.19. Кинематическая схема станка мод. ИР 320 ПМФ4

Шпиндельное устройство (см. рис. 15.20) монтируется в гильзе 5, которая крепится на переднем торце ползуна. На заднем торце шпинделя 6 расположена полумуфта 2 и шестерня 3, передающие крутящий момент шпинделю, а на переднем торце – две шпонки 7, передающие крутящий момент инструменту. Механизм зажима инструмента расположен внутри шпинделя и управляется как автоматически (от УЧПУ), так и вручную (с пульта станка).

Оправки 8 зажимаются в шпинделе 6 тарельчатыми пружинами 4, усилие которых регулируют гайками 13 и 14. На переднем конце тяги 12 имеется замок, соединяющийся с хвостовиком 9 инструментальной оправки в процессе ее зажима. При перемещении тяги 12 в стакане 11 шарики 10 зажимают инструментальные оправки. Освобождение инструмента осуществляется тягой 1 при ее перемещении поршнем гидроцилиндра, смонтированного в гидроблоке. В тяге 1 имеется отверстие, через которое подается воздух для обдува конуса шпинделя.

На заднем торце ползуна соосно со шпинделем монтируется гидроблок (см. рис. 15.21). На нем размещаются: гидроцлиндр 6 переключения частоты вращения шпинделя, гидроцилиндр 8 с поршнем 7 отжима инструмента в шпинделе и гидроцилиндр 10 ориентации шпинделя.

Рис. 15.20. Шпиндельное устройство

Гидроцилиндр 6 закреплен на корпусе гидроцилиндра 8. Шток 5 гидроцилиндра 6 переключает зубчатый блок коробки скоростей и зубчатую полумуфту 2 (рис. 15.20).

Бесконтактные конечные выключатели 4 и 3 контролируют включение первой и второй ступеней коробки скоростей, а выключатели 15 и 14 – отжим и освобождение инструмента и подачу воздуха. Гидроцилиндр 10 также смонтирован на корпусе гидроцилиндра 8. Рычаг 11 фиксирует положение шпинделя при перемещении штока 9 гидроцилиндра 10.

Конечные выключатели 13 и 12 контролируют фиксацию и расфиксацию ориентированного положения шпинделя, а конечный выключатель 2 – частоту вращения шпинделя и его остановку перед фиксацией. На торце гидроблока может быть смонтирован датчик 1 отсчета оборотов шпинделя, управляемый от УЧПУ и обеспечивающий согласованную работу главного привода и привода подач, что необходимо при нарезании резьбы и других технологических операций.

Рис. 15.21. Гидроблок

Инструментальный магазин (см. рис. 15.22) имеет основание 3, которое (посредством оси 4 и двух платиков 5) устанавливают на верхнем торце стойки. Поворотинструментального магазина осуществляется от электродвигателя 6 через обечайку 1, которая вращается на роликовых опорах.

Привод поворота и фиксации инструментального магазина показан на рис. 15.23. На выходном валу 3 электродвигателя установлено зубчатое колесо 14, которое сопряжено с зубчатым венцом 2, жестко закрепленным на обечайке 1 инструментального магазина. Колесо 14 имеет два паза, взаимодействующие с конечными выключателями 4. Последние (при поиске необходимого гнезда в процессе автоматической смены инструмента) контролируют угол поворота инструментального магазина и его торможение. Исходное положение магазина также контролируется конечным выключателем, взаимодействующий с упором, установленным на корпусе магазина.

Рис. 15.22. Инструментальный магазин

На валу 3 электродвигателя смонтирован фланец 13, в котором выполнены два полукруглых паза, фиксирующих магазин в позиции смены инструмента. В один из этих пазов заходит ролик 5, установленный на штоке 7 гидроцилиндра 9. Шток перемещается в корпусе 8, установленном на основании 6 магазина. Фиксация и расфиксация магазина контролируется бесконтактными конечными выключателями 10 и 11, которые взаимодействуют с планкой 12,закрепленной на штоке 7.

Рис. 15.23. Привод поворота и фиксации инструментального магазина

Рис. 15.24. Гнездо магазина

Гнездо магазина (рис. 15.24) имеет корпус, который устанавливают в пазы обечайки и губок 3, смонтированных на осях 2 в корпусе 1. Инструмент, размещенный в гнезде, зажимается кольцевой плоской пружиной 4, установленной по наружному диаметру губок и зафиксированных от проворота штифтами.

Многоцелевой станок мод. ИР500МФ4 (рис. 15.25). Станок служит для обработки корпусных деталей.

Техническая характеристика: размеры (длина × ширина) рабочей поверхности стола 500 × 500 мм, частота вращения шпинделя 21-3000 мин^-1, число инструментов в магазине – 30, дискретность задания перемещений – 0,002 мм, число управляемых координат (из них одновременно) 3/2, скорость быстрых перемещений подвижных органов до 10 м/мин.

Узлы станка смонтированы на общей жесткой станине 11. По ее направляющим перемещается в продольном направлении стойка 3 (подача по оси Z).

Внутри стойки расположена бесконсольная шпиндельная бабка 2, имеющая вертикальное перемещение (подача по оси Y). Поворотный стол 1 движется по направляющим станины в поперечном направлении (подачи по оси Х). Магазин 5 смонтирован на верхнем торце стойки, инструмент заменяется автооператором 6. Двухпозиционный поворотный стол 7, смонтированный на отдельной станине 10, обеспечивает быструю смену заготовок. Инструмент закрепляется в шпинделе 4.

  Рис. 15.25. Многоцелевой станок ИР500МФ4  

Во время обработки заготовки на спутнике 12, другую заготовку устанавливают на спутнике 8. После обработки спутник 12 автоматически перемещается на стол 7, который затем поворачивается на 180°, а спутник 8 с заготовкой поступает на стол 1 для обработки. Обработанную деталь снимают со спутника 12 и устанавливают на него следующую заготовку. УЧПУ расположено в шкафу 9.

Кинематическая схема МС мод. ИР500МФ4 приведена на рис. 15.26.

    Рис. 5.26. Кинематическая схема МС мод. ИР500МФ  

Главное движение шпиндель 2 получает от электродвигателя М 1 постоянного тока посредством двухступенчатой коробки скоростей. Частоту вращения шпинделя изменяют путем регулирования частоты вращения электродвигателя и с помощь коробки скоростей. Переключение зубчатого блока (z =23 и 56) осуществляется гидроприводом.

Приводами перемещений шпиндельной бабки (по оси Y), стойки (по оси Z) и стола (по оси X) служат высокомоментные электродвигатели М 2, М 3, М 4 постоянного тока, соединенные муфтами с шариковыми винтами.

Поворот стола 1 осуществляется от высокомоментного электродвигателя М 5 посредством червячной передачи (z =1 и 72), а привод поворота инструментального магазина 3 – от высокомоментного электродвигателя М 6 через зубчатую передачу.

    Рис. 15.27. Привод поворотного стола МЦ  

Вариант конструкции привода поворотного стола МЦ, показанный на рис. 15.27, содержит червячную передачу 15, 14. Червяк 15 соединен через муфту с высокомоментным электродвигателем М 5 (см. рис. 15.26). Поворотный стол 5 вместе с фланцем 13 и гидроцилиндром 11 установлен на неподвижной оси 1 в корпусе 18 прямоугольного стола. Перед поворотом выводятся из зацепления полумуфты 2 и 3, фиксирующие поворотный стол относительно корпуса 18, для чего стол приподнимается поршнем 10.

При этом масло подается по каналу К₄ и стол вместе с гидроцилиндром перемещается вверх до тех пор, пока не будет выбран зазор в упорном шарикоподшипнике 19 и не выйдут из зацепления полумуфты 2 и 3. Электродвигатель М 5 через червячную передачу поворачивает гидроцилиндр и связанный с ним шпонкой 4 стол на заданный угол. По окончании поворота масло подается по каналу К₁, и стол опускается с фиксацией зубьями полумуфт.

В верхней части поворотного стола расположен гидроцилиндр 9 для закрепления столов-спутников 7, которые базируются пальцами 6, 12 и поджимаются фланцем 8 при подаче масло по каналу К₂. Для снятия спутников с фиксаторов масло подается по каналу К₃ в верхнюю полость гидроцилиндра 9. Основной стол оснащен комбинированными направляющими: скольжения (с пластмассовыми накладками 21, 17 и 16) и качения (с роликами 23, 22 и 20).

Автооператор (см. рис. 15.28) размещен над шпиндельной бабкой станка. Между его захватами – рычагами 9 и 10 установлены пружины 13, стремящиеся повернуть захваты относительно осей 11 и 12. Захваты смонтированы в корпусе 20, соединенном с гильзой 18. В крышке 17 гильзы закреплен шарикоподшипник 16, посаженный на конец штока 15 гидроцилиндра 21. При перемещении поршня 22 вместе со штоком 15 движется и гильза 18 с захватами. При этом инструментальные оправки изымаются из гнезда магазина или из посадочного конуса шпинделя. Чтобы затем поменять инструменты местами, необходимо повернуть на 180° корпус 20 с захватами, для чего служит гидроцилиндр 8.

Шток цилиндра соединен с рейкой 3, которая находится в зацеплении с зубчатым венцом 2, закрепленным на стакане 1. Правый конец стакана сопряжен (двумя длинными шпонками 14 и 19 с гильзой 18). Поэтому гильза (а вместе с ней и корпус 20 захватов) поворачивается вместе со стаканом 1. Длинные шпоночные пазы позволяют гильзе с захватами совершать необходимые продольные перемещения.

Чтобы захватить инструмент из магазина, корпус автооператора 4 поднимается (гидроцилиндром 6) по направляющим 5 и 7 в крайнее верхнее положение, при котором один из захватов фиксирует фланец инструментальной оправки, подготовленной (соответствующим поворотом магазина) к подаче в шпиндель станка. В дальнейшем при изъятии из магазина и переносе в шпиндель оправка удерживается пружинами 13.

Рис. 15.28. Автооператор

Чтобы в момент поворота корпуса 20 захватов оправка (с инструментом) не выскочила из захвата под действием центробежной силы, предусмотрено предохранительное устройство. В крайнем правом положении корпуса 20 (т. е., когда происходит поворот) внутренние концы К рычагов (см. рис. 15.27, б) упираются в шпонки 14 и 19, что не позволяет рычагам сблизиться и освободить оправку.

Устройство автоматической смены столов-спутников с обрабатываемыми деталями показано на рис. 15.29 (см. также рис. 15.25). Спутник 11 устанавливают на поворотную платформу 7 (вместимостью два спутника), на которой смонтированы гидроцилиндры 10 и 13 с Т-образными захватами 6 и 14 на штоках. При установке на платформу (перемещение по стрелке Б) спутник скобой 12 входит в зацепление с захватом 14. Спутник базируется в позиции ожидания и может перемещаться гидроцилиндром 10 по роликам 8 и 9. Очередную заготовку закрепляют на спутнике во время обработки предыдущей заготовки в позиции ожидания либо вне платформы.

    Рис. 15.29. Устройство автоматической смены ПС  

После завершения обработки заготовки стол автоматически передвигается к устройству смены спутников, и фигурная скоба спутника входит в зацепление с захватом 6, предварительно выдвинутым штоком по стрелке А. Затем гидроцилиндром 13 спутник с обрабатываемой заготовкой перемещается на платформу. Чтобы поменять два спутника местами, платформа со стойкой 15 поворачивается на 180° и с помощью привода, имеющего гидроцилиндры 5, 16 и реечную передачу 4-3. Положение платформы относительно стола станка можно регулировать болтами 2, 17, расположенными на плите 1.

Дата добавления: 2014-12-29