Структурная кинематическая схема и движения в станках.

Структурная кинематическая схема широкоуниверсального консольно-фрезерного станка приведена на рис. 4.2а. В станке два привода главного движения. Более мощный горизонтальный шпиндель 6 получает движение В₁ от электродвигателя М1 через коробку скоростей iv₁. Шпиндель поворотной головки 11 получает движение В₂ от автономного привода.

Уравнение кинематического баланса (у.к.б.):

Привод подач содержит коробку подач is с электродвигателем М₃, механизмы для распределения движения между столом П₄, салазками П₃ и консолью П₅, передачу винт-гайка для перемещения каждого из этих узлов.

У.к.б. цепи профильных подач (П₄)

Ц.к.б. цепи поперечных подач (П₃)

Ц.к.б. цепи вертикальных подач (П₅)

Вспомогательные движения.Ускоренное перемещение стола, салазок и консоли осуществляется от электродвигателя М₂ через is по более коротким кинематическим цепям. Поворот шпиндельной головки (В6 и В7) осуществляется при наладке станка для получения необходимого взаимного положения инструмента и детали.

Структурные кинематические схемы горизонтального и вертикального консольно-фрезерных станков приведены на рис. 4.2б и 4.2в. Эти станки имеют по одному шпинделю. А в остальном структурные кинематические схемы приводов главного движения и подач идентичны. Отличие только во вспомогательных движениях.

Рис. 4.2. Структурные кинематические схемы консольно-фрезерных станков:

1 – консоль; 2 – станина; 3 – салазки; 4 – продольный стол; 5 – поворотная плита; 6 – серьги; 7 – шпиндель; 8 – хобот; 9 – дополнительная шпиндельная головка; 10 – накладная фрезерная головка; 11 - шпиндельная головка; 12 – коробка подачь.

С конструкцией станков и наладкой их на основные виды работ студенты подробно знакомятся при выполнении лабораторных работ. Типовые поверхности, получаемые при обработке на консольно-фрезерных станках показаны на рис. 4.3а.

Рис. 4.3. Типовые поверхности, обрабатываемые на:

а) консольно-фрезерных станках;

б) горизонтальных фрезерных станках с использованием делительной головки.

4.2. БЕСКОНСОЛЬНЫЕ ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ

Бесконсольные вертикальные и горизонтальные фрезерные станки (рис.4.4) отличаются тем, что в вертикальном направлении по направляющим стойки 5 перемещается шпиндельная бабка 4. А салазки 2, несущие стол 3 перемещаются только в горизонтальной плоскости по направляющим станины 1 (крестовый стол). При такой компоновке значительно повышается жесткость станка. Такие станки целесообразно использовать при обработке крупногабаритных заготовок торцовыми фрезами.

 

Рис. 4.4. Бесконсольно-фрезерные станки:

а) вертикальный; б) горизонтальный.

1 – станина, 2 – горизонтальный, 3 – стол, 4 – шпиндельная бабка, 5 – вертикальная стойка.

4.3. ПРОДОЛЬНО - ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ

Продольно-фрезерные станки бывают одностоечные и двухстоечные (рис. 4.5).

Эти станки предназначены для обработки плоскостей крупногабаритных деталей в основном торцовыми фрезами. Поэтому их стол 2 имеет лишь одну степень свободы – перемещается прямолинейно по направляющим станины 1, остальные движения сообщаются шпиндельным головкам. Главным движением в станке является вращение шпинделей. Продольно-фрезерные станки по компоновке отличаются числом стоек (4) и фрезерных головок (3). Есть одностоечные и двухстоечные станки без поперечины. У них на каждой стойке находится одна головка. Большинство станков с поперечиной 6 на двух стойках. Число фрезерных головок разное от 1 до 4.

Рис. 4.5. продольно-фрезерный станок:

1 – станина, 2 – стол, 3 – шпиндельные головки, 4 – стойки, 5 – балка, 6 – боковые шпиндельные головки, 7 – траверса.

 

4.4. КАРУСЕЛЬНО-ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ.

Карусельно-фрезерные станки предназначены для обработки плоскостей литых, кованных и штампованных деталей по методу непрерывного торцового фрезерования.

 

На рисунке показан карусельно-фрезерный двухшпиндельный станок. Такая компоновка узлов станка позволяет вести фрезерование непрерывно.

Подробнее смотри [9, стр. 73-74].

 

5. СТРОГАЛЬНЫЕ, ДОЛБЕЖНЫЕ И ПРОТЯЖНЫЕ СТАНКИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

В седьмую группу входят строгальные, долбежные и протяжные станки. Эта группа – единственная, в которой главное движение резания является прямолинейным. На строгальных и долбежных станках обработка ведется резцами, на протяжных – протяжками.

5.1. СТРОГАЛЬНЫЕ СТАНКИ.

Строгальные станки разделяются на:

- продольно-строгальные:

а) одностоечные (первого типа);

б) двухстоечные (второго типа);

- поперечно-строгальные (третьего типа);

Продольно-строгальные станки наиболее крупные во всей группе (длина стола 6…12 м), главное движение в них сообщается заготовке, во всех остальных станках – инструменту.

Строгальные станки предназначены для обработки резцами плоских поверхностей, канавок, пазов, фасонных поверхностей. Эти станки эффективны при обработке узких длинных поверхностей.

Преимуществом строгальных станков по сравнению с фрезерными является простота конструкции инструмента, что важно для единичного и мелкосерийного производства, и возможность обработки литых поверхностей с абразивными включениями на поверхности заготовки “под корку”, т.е. режется более мягкий слой, а корка надламывается.

Основной недостаток станков данной группы – возвратно-поступательный характер главного движения. Наличие обратного (вспомогательного) хода, даже ускоренного и неблагоприятные динамические явления в процессе реверсирования снижают производительность.

ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬНЫЕ СТАНКИ.

Продольно-строгальные станки предназначены для обработки сравнительно крупных заготовок. Основными параметрами являются: наибольшая длина (ход стола) – 2…12 м, ширина строгания (0,6-5 м), наибольшая высота подъема поперечины (0,55-4,5 м).

Конструктивная компоновка и основные узлы и движения.Общий вид и компоновка станка аналогична компоновка продольно-фрезерного станка и показана на рис.5.1. Стол 2 с заготовкой перемещается возвратно-поступательно (П₁) по станине 1 относительно резцов, закрепленных в двух вертикальных (поз. 5;7) и боковом (горизонтальном) поз. 10 суппортах. Боковой суппорт 10 перемещается в вертикальном направлении по стойке 3, движение П₇, а установленные на нем салазки (9) перемещаются в поперечном направлении, движение П₆. Вертикальные суппорта 5 и 7 установлены на поперечине 4 и перемещаются в горизонтальной (П₂, П₃) и вертикальной (П₄, П₅) плоскостях. Поперечина 4 при наладке перемещается по направляющим портала, т.е. по стойкам 3, связанным балкой 6.

 

 

Рис 5.1 Конструктивная компоновка, основные узлы и движения Продольно-строгального станка:

а) структурная кинематическая схема

1-станина; 2-строл; 3-стойка; 4-поперечина (траверса); 5,7-вертикальные суппорты;

6-шпиндельная каретка; 8-механизм подачь; 9-боковой суппорт.

Структурная схема и движения в станке.Главное движение сообщается столу от двигателя М₁ через коробку скоростей iv и косозубую реечную передачу. Автоматический цикл станка следующий: медленное врезание резца в заготовку - разгон стола до заданной скорости резания Vрх – рабочий ход – уменьшение скорости стола перед выходом резца – быстрый возврат стола (обратный ход – вспомогательный) на скорости Vxx>>Vpx – подача суппортов с резцами.При обратном ходе резцы приподнимаются.

Движения подачи - прерывистые поступательные перемещения вертикальных суппортов в поперечном (П₂; П₃), вертикальном (П₄;П₅) и наклонном направлениях и бокового суппорта 9, ввертикальном (П₇) и горизонтальном (П₆) направлениях.

Уравнение кинематического баланса бокового суппорта:

Вертикальная подача:

Горизонтальная подача:

Уравнение кинематического баланса цепи подач вертикальных суппортов

где Рg = Р₂; Р₃; Р₄; Р_5.

Периодическая подача суппорта с резцами выполняется во время реверсирования стола с помощью храпового механизма или с использованием электромеханического устройства.

Установочное перемещение. При наладке станка поперечина перемещается (П₈) от двигателя М₄. После установки поперечина зажимается. Ползуны вертикальных суппортов могут быть повернуты на угол для обработки поверхностей под углом.

ПОПЕРЕЧНО-СТРОГАЛЬНЫЕ СТАНКИ.

Поперечно-строгальные станки служат для обработки мелких и средних деталей. Основным их размером является наибольшая длина хода ползуна (200-2400 мм). Главное движение сообщается инструменту.

Проработать самостоятельно [Колев Н.С. стр. 85...87].

ДОЛБЕЖНЫЕ СТАНКИ(4 ТИПА).

Проработать самостоятельно [Колев Н.С, стр. 90].

5.2 ПРОТЯЖНЫЕ СТАНКИ.

Основные сведения о протяжных станках.Протяжные станки предназначены для обработки внутренних и наружных поверхностей различной формы чаще всего в условиях серийного и массового производства. Станки имеют большую производительность, обеспечивают высокую точность обработки и при этом просты по конструкции и в работе.

Протяжные станки классифицируются:

1) по степени универсальности - станки общего назначения и специальные;

2) по направлению и характеру рабочего движения - горизонтальные, вертикальные, непрерывного действия и др.;

3) по назначению для внутреннего и наружного протягивания, в протяжных станках движением резания является прямолинейное перемещение либо протяжки, либо заготовки при неподвижном инструменте.

Движение подачи отсутствует, подача и форма профиля обеспечиваются подъемом зубьев протяжки, а форма профиля детали – профилем инструмента. За счет усложнения инструмента упрощена конструкция станков и достигнута высокая производительность. Эти станки применяют преимущественно в массовом и серийном производстве.

Основные параметры протяжных станков: наибольшая тяговая сила, максимальная длина хода протяжки.

Наибольшее распространение получили горизонтальные и вертикальные станки для внутреннего протягивания. Вертикально протяжные станки имеют две каретки (рабочую и вспомогательную) и протяжки для этих станков должны иметь два хвостовика. Вертикальные станки, по сравнению с горизонтальными, занимают значительно меньшую площадь, проще автоматизировать загрузку и выгрузку деталей.

ВЕРТИКАЛЬНО-ПРОТЯЖНЫЕ СТАНКИ.

Устройство, основные узлы и движения. На станине станка 1 установлена рабочая каретка 7с приводом от штока гидравлического цилиндра 11. Протяжка 8 двигается сверху вниз сквозь заготовку 5 и зажимается в рабочем патроне 9, закрепленном в нижней части рабочей каретки 2. Кроме рабочей каретки имеется вспомогательная 13, которая предназначена для подвода и отвода протяжки и удержания ее над обрабатываемой деталью с помощью автоматического патрона 12.

Цикл работы станка. Заготовка 5 устанавливается на неподвижный стол 3. Вспомогательная каретка с протяжкой перемещается из крайнего верхнего положения вниз (П₂). После ввода протяжки в заготовку и в рабочий патрон вспомогательная каретка 7, имеющая привод от гид­равлического цилиндра 10, останавливается. Протяжка зажимается рабочим патроном 9, включается ход рабочей каретки и протяжка протягивается сквозь заготовку. Затем деталь снимается с неподвижного стола. При обратном ходе, когда каретка доходит до верхнего положения, рабочий патрон 9 автоматически разжимается и освобождает протяжку. Одновременно патрон вспомогательной каретки 12 зажимает протяжку и перемещает ее в крайнее верхнее положение. Затем цикл повторяется.

Существует два метода протягивания: свободное и координатное. При свободном протягивании заготовка не крепится, а свободно лежит своей установочной поверхностью на опорной плоскости базирующего элемента приспособления. Заготовка центрируется в плоскости ХОУ направляющим конусом протяжки. Перпендикулярность оси Z к плоскости ХОУ достигается за счет самоустанавливающегося элемента (подвижный шаровой сегмент).

В случае если поверхности заготовки, подлежащие протягиванию, закоординированы относительно ее базовых поверхностей, то заготовка должна быть закреплена в приспособлении (например, протягивание шпоночного паза в зубчатом колесе под ножкой зуба).

 

Рис. 5.2. Вертикально-протяжной станок:

а) Структурная кинематическая схема: 1 – основание, 2 – тумба, 3 – стол, 4 – приспособление, 5 – деталь, 6 – станина, 7 – рабочая каретка, 8 – протяжка, 9 – патрон; 10, 11 – гидроцилиндры, 12 – вспомогательный патрон, 13 – вспомогательная каретка.

б) Типовые поверхности, обрабатываемые на протяжных станках.

 

6. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ.

Шлифовальные станки предназначаются для чистовой обработки деталей с помощью абразивного инструмента и обеспечивают высокую точность размеров и геометрической формы, и малую шероховатость поверхности деталей,

К конструкции шлифовальных станков предъявляют повышенные требования в отношении геометрической точности, жесткости, виброустойчивости, износостойкости и температурных деформаций.

Особенности конструкции механизмов подач: высокая точность позиционирования, наличие механизмов дискретных перемещений и микро перемещений; исключение зубчатых передач, вызывающих крутильные колебания; применение ременных передач и гидропривода. Главным движением у всех шлифовальных станков является вращение шлифовального круга. Движения подачи у станков различных типов различные.

Классификация. Шлифовальные станки относятся к третьей группе и подразделяются на:

- круглошлифовальные;

- внутришлифовальные;

- обдирочно-шлифовальные;

- специализированные шлифовальные, например шлицешлифовальные;

- заточные;

- плоскошлифовальные;

- притирочные и полировальные;

6.1. КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ.

Круглошлифовальные станки предназначены для наружного шлифования цилиндрических, конических, а также торцовых поверхностей тел вращения.

По степени универсальности эти станки делят на: простые и универсальные. На простых станках можно обработать конические поверхности с малой конусностью, на универсальных - поверхности с большой конусностью, что возможно за счет одновременного поворота передней и шлифовальной бабок.

По способу базирования заготовки круглошлифовальные станки делятся на: центровые и бесцентровые. Круглошлифовальные станки характеризуются наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки и ее длинно.

Схемы основных движений при шлифовании показаны на рис.6.1а.

Основные движения при шлифовании. Главным движением у всех шлифовальных станков является вращение шлифовального круга: Vкр. 35…50 м/сек. Вращение детали (V₃ м/мин), обычно в 60...100 раз меньше Vкр.

Круговая подача V₃ или величина, соответствующая скорости вращения детали (подача на шлифовальный круг по окружности детали в единицу времени).

Продольная подача S₁ - относительное перемещение круга или детали вдоль ее образующей. Продольная подача устанавливается или в долях высоты (ширины) круга на оборот детали (режимы резания), или в мм/мин (на станке).

Поперечная (радиальная) подача S₂ - перемещение круга или детали перпендикулярно обрабатываемой поверхности. Поперечная подача соответствует слою металла, удаляемого за одинарный или двойной ход стола и измеряется в мм/ход или мм/дв.ход. При врезном шлифовании непрерывная поперечная подача определяется в мм/мин. При врезном шлифовании может применяться осцилляция шлифовального круга, (т.е. колебательное движение круга вдоль оси с малой амплитудой в пределах 0,5…3 мм и высокой частотой) с целью повышения качества обработки.

Типовые поверхности, обрабатываемые на круглошлифовальных станках, показаны на рис.6.1б, а схема обработки цилиндрической и торцевой поверхностей - на рис.6.1в.

Рис. 6.1. Круглошлифовальные станки:

а) схема круглого центрового шлифования: 1 - методом продольных подачь, 2 – методом врезания.

б) типовые поверхности, обрабатываемые на кругло шлифовальных станках.

в) схема обработки цилиндрической части и торца.

Компоновка и кинематическая структура круглошлифовального станка.Типовая компоновка и кинематическая структура круглошлифовального станка показаны на рис.6.2а.

 

 

Рис. 6.2а. Компоновка и кинематическая структура круглошлифовального станка:1 – станина, 2 – стол, 3 – передняя бабка, 4 – центр, 5 – поводковый патрон, 6 – шлифовальный круг, 7 – алмазодержатель, 8 – шлифовальная бабка, 9 – задняя бабка, Б – устройство для правки круга, В – устройство для балансировки круга.

По горизонтальным направляющим станины - 1 перемещается стол - 2, на котором смонтирован поворотный верхний стол с передней и задней бабками - 3,9. В качестве опор шпинделя передней бабки используют подшипники качения или гидростатические подшипники. Шпиндель передней бабки может вращаться, а может быть и неподвижен. В нем установлен центр - 4. Вращение детали осуществляется от поводка планшайбы - 5 [см. Пуш стр.105 и стр.107 рис.7.4]. На станине закреплена плита, по поперечным направляющим которой перемещается шлифовальная бабка - 8. Шлифовальная бабка содержит следующие основные узлы:

- шлифовальный шпиндель, установленный на гидродинамических подшипниках скольжения;

- устройство для автоматической балансировки круга;

- устройство для правки круга и компенсации износа круга (в некоторых моделях).