Многоцелевые сверлильно-фрезерно-расточные станки (МС) предназначены для комплексной обработки корпусных, плоских и других деталей произвольной формы и представляют собой высокоавтоматизированное металлорежущее оборудование с ЧПУ, обеспечивающее производительную обработку в полуавтоматическом или автоматическом режиме. Основной отличительной особенностью
Рис. 1. Структура многоцелевого станка
МС является обеспечение высокопроизводительного и точного выполнения процесса резания при сверлильных, расточных и фрезерных работах. В ряде случаев на МС могут выполняться и другие виды обработки, например, точение, шлифование, строгание.
По сравнению с традиционными станками сверлильно-фрезерно-расточной группы МС характеризуются высоким уровнем автоматизации цикла обработки вследствие широких возможностей устройств ЧПУ и оснащения системами автоматической смены инструментов и заготовок.
На рис. 1. представлена структура МС, в состав которого помимо собственно станка входят дополнительные системы и устройства, обеспечивающие автоматизацию основных и вспомогательных циклов обработки. Сплошными рамками очерчены элементы, обязательно входящие в состав МС.
В табл. 1 приведена классификация МС по технологическим признакам. Более подробно о технологических возможностях МС.
Для МС основного исполнения точность относительного положения рабочих органов и траектории их перемещения, а также обрабатываемых поверхностей, соответствуют требованиям к точности основной массы деталей машиностроения. Прецизионные МС по геометрическим параметрам и точности позиционирования близки к координатно-расточным станкам соответствующего класса точности.
Таблица.1. Основные классификационные группы МС
Технологический признак | Классификационные группы |
1. Интеграция видов обработки | 1. Сверлильно-фрезерно- расточные 2) Фрезерно-расточные 3) Сверлильно-фрезерные 4) Сверлильно-фрезерно-расточные с возможностью других видов обработки (точение, шлифование т.д.) |
2. Концентрация обработки | 1.С единичными инструментами 2.С многошпиндельными головками 3.Комбинированные с единичными инструментами и многошпиндельными головками |
3)Степень универсальности | 1) Для обработки с одной стороны 2) Для обработки с четырех сторон 3) Для обработки с пяти сторон и под различными углами |
4)Точность | Основного исполнения Прецизионные |
Основные типы компоновок МС, их особенности и область применения приведены в табл. 13.2. Значительная часть МС имеет одностоечную компоновку с неподвижным крестовым или продольно-подвижным бесконсольным столом. При этом, как правило, используется стойка портального типа, по которой вертикально перемещается шпиндельная бабка с жестким неподвижным шпинделем.
Разделение перемещений между столом и стойкой облегчает достижение высокой точности траекторий и координатных перемещений рабочих органов благодаря отсутствию на всей длине перемещения консольного расположения стола относительно станины и уменьшению взаимного влияния его перемещений при крестовой конструкции. Имеется возможность неограниченного увеличения длины стола и его продольного перемещения в вертикальных станках для длинномерных деталей.
Ограничение перемещений стола по линейным координатам улучшает условия сбора и отвода стружки, стыковки с устройствами автоматической смены обрабатываемых деталей. В связи с этим даже при небольших раз мерах рабочей поверхности стола применяют компоновки с крестовой стойкой, а в крупных станках - компоновки с неподвижным или перемещающимся по одной линейной координате столом.
В МС с поворотным вокруг двух осей координат столом также используют компоновку с неподвижным или перемещающимся только по одной координате столом. В станках с шириной стола до 400 - 500 мм широко используют компоновку с крестовым суппортом на вертикальных направляющих стойки, аналогичной компоновки широкоуниверсальных фрезерных станков. Компоновку с поворотным вокруг горизонтальной оси столом с вертикальной рабочей поверхностью также используют в МС небольших размеров, что обеспечивает надежный отвод стружки и СОЖ, удобство выполнения токарной обработки.
Двухстоечную компоновку применяют в станках нормальной точности для обработки крупных деталей и в прецизионных станках всех типоразмеров. Станки с подвижным порталом имеют существенно меньшую массу и занимают меньшую площадь, чем станки с неподвижным порталом и подвижным столом.
Система автоматической смены инструментов характеризуется наибольшими размерами автоматически сменяемых инструментов, вместимостью инструментального магазина и быстродействием процесса смены (временем "от реза до реза"). Система автоматической смены обрабатываемый заготовок характеризуется размерами рабочей поверхности столов- спутников, вместимостью пристаночного накопителя спутников и временем, затрачиваемым на цикл смены.
Таблица.2. Основные типы многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков
Тип и схемы станков | Основные компоновочные и конструктивные особенности | Область применения | ||
Горизонтальные с крестовым столом | Станки с горизонтальным шпинделем, смонтированным в шпиндельной бабке, имеющей вертикальное (а) или горизонтальное (б) перемещение по направляющим неподвижной стойки. Поворотный вокруг вертикальной оси стол имеет крестовое перемещение в горизонтальной (а) или вертикальной (б) плоскости | Станки с шириной стола преимущественно 200 1250 мм (а) и до 500 мм (б). Используются для комплексной обработки корпусных деталей с четырех сторон и под разными углами в одной плоскости. Отличаются сравнительно небольшими габаритными размерами и массой | ||
Горизонтальные с крестовой стойкой | Станки с горизонтальным шпинделем, смонтированным в шпиндельной бабке, имеющей вертикальное перемещение по направляющим крестово-подвижной в горизонтальной плоскости стойки. Неподвижный поворотный или поворотно- наклонный стол | Станки с шириной стола преимущественно свыше 800 мм. Используются для комплексной обработки средних и крупных корпусных деталей, в том числе с пяти сторон и под различными в пространстве углами. Улучшенные условия стыковки с устройствами автоматической смены заготовок и встраивания в ГПС | ||
Горизонтальные с продольно- подвижным столом | Станки с горизонтальным шпинделем, смонтированным в шпиндельной бабке, имеющей вертикальное перемещение по направляющим поперечно-подвижной стойки. Продольно- подвижный поворотный (а) или наклонно-поворотный (б) стол. Станки типа (а) могут оснащаться поворотными или наклонно- поворотными шпиндельными бабками | Станки с шириной стола преимущественно 500 1250 мм. Используются для комплексной обработки средних корпусных деталей. Улучшенные условия для прецизионной обработки, в том числе с пяти сторон и под различными углами в пространстве. При оснащении многошпиндельными головками используются в гибком серийном производстве. Улучшенные условия для встраивания в ГПС | ||
Вертикальные с крестовым столом | Станки с вертикальным шпинделем, смонтированным в шпиндельной бабке, имеющей вертикальное перемещение по направляющим неподвижной стойки. Стол имеет крестовое перемещение в горизонтальной плоскости. Может оснащаться наклонным поворотным вокруг горизонтальной оси столом | Станки с шириной стола до 1000 мм. Используются для комплексной обработки плоских деталей. При оснащении поворотным столом позволяют обрабатывать детали произвольной формы, в том числе типа тел вращения, пол произвольными углами в вертикальной плоскости | ||
Вертикальные с крестовой стойкой | Станки с вертикальным шпинделем, смонтированным в шпиндельной бабке, имеющей вертикальное перемещение по направляющим кресгово-подвижной в горизонтальной плоскости стойки. Неподвижный стол с горизонтальной рабочей поверхностью. Оснащаются поворотными вокруг горизонтальной оси или поворотно-наклонными столами | Станки с шириной стола до 1000 (1250) мм. Используются для комплексной обработки плоских деталей. При оснащении поворотным или поворотно-наклонным столом позволяют обрабатывать детали произвольной формы, в том числе тел вращения, под произвольными углами в вертикальной плоскости или пространстве. Улучшенные условия стыковки с АСЗ и встраивания в ГПС | ||
Вертикальные двухстоечные с подвижным столом | Станки с вертикальным шпинделем, смонтированным в шпиндельной бабке или ползуне, имеющих крестовое пересечение на неподвижном портале. Продольно подвижный стол. Станки оснащают угловыми и поворотными шпиндельными головками | Станки с шириной стола 500 - 5000 мм. Используются для комплексной обработки средних и крупных, в том числе длинномерных деталей произвольной формы. При оснащении шпиндельными головками возможна обработка с пяти сторон и под различными в пространстве углами | ||
Вертикальные двухстоечные с подвижным порталом | Станки с вертикальным шпинделем, смонтированным в шпиндельной бабке или ползуне, имеющих крестовое пересечение на продольно-подвижном портале. Неподвижный стол-плита. Станки оснащаются угловыми и поворотными шпиндельными головками | Станки с шириной стола 1000 - 5000 мм. Используются аналогично станкам с подвижным столом. Обеспечивают обработку деталей большой массы и в условиях ограниченных производственных площадей, однако с умеренными режимами обработки | ||
Основным параметром типоразмерных рядов многоцелевых станков (ГОСТ 27491-87) принята ширина рабочей поверхности стола (стола-снутника), которая для основной массы выпускаемых станков имеет пределы 200 - 2000 мм с коэффициентом геометрической прогрессии ф = 1,25.
Величины координатных перемещений рабочих органов проектируют таким образом, чтобы обеспечить обработку наибольших устанавливаемых на стол деталей и возможность выхода инструмента за пределы обрабатываемых поверхностей. В крупных вертикальных станках для возможности обработки боковых сторон детали с помощью угловых головок перемещения рабочих органов во многих случаях увеличены.
Несущая система МС состоит из станины, одностоечной или двухстоечной колонны и базовых деталей стола и шпиндельной бабки. Высокие требования к производительности и точности обработки вызывают необходимость обеспечения повышенной жесткости несущей системы. В то же время существует регламентация высоты загрузки столов- спутников на станок. В этих условиях обеспечение требуемой жесткости связано не только с оптимальным конструированием элементов несущей системы, но и с рациональным выбором компоновки станка.
В станках с крестовым столом или крестовой стойкой необходимость использования промежуточных базовых деталей (салазки стола или стойки) приводит к уменьшению высоты станины, однако при небольшом перемещении стола возможно использование цельной станины, что повышает ее жесткость. В МС используют три основных типа направляющих: качения, комбинированные - скольжения по основным несущим граням и качения по боковым граням, скольжения но всем граням. Наибольшее распространение имеют направляющие качения с роликовыми опорами.
В комбинированных направляющих, как правило, скольжение сохраняют но несущим основную нагрузку граням, причем нагрузка на эти поверхности может быть частично снята с помощью подпружиненных роликов или роликовых опор.
Шпиндельный узел МС является сложным многофункциональным механизмом, который служит не только для вращения, но и автоматической замены, зажима и угловой ориентации инструмента. Наибольшее распространение в МС получили невьщвижные шпиндели на подшипниках качения. Подшипниковые опоры шпинделя монтируют либо в корпусе шпиндельной бабки, либо в вынесенном вперед стакане с фланцем для его крепления на корпусе бабки. Конструкция шпинделя в съемном стакане позволяет создать на единой базе различные модификации шпиндельных бабок по размеру и конфигурации поверхностей для закрепления инструмента или деталей, диапазону частот вращения, с изменяемым положением оси шпинделя, а также облегчает монтаж и ремонт шпиндельных узлов.
Механизм угловой ориентации шпинделя, необходимый для работы механизма смены инструментов, может осуществляться с механической фиксацией заданного углового положения или с помощью датчиков без механической фиксации. В корпусе шпиндельной бабки смонтирован также механизм главного привода, зубчатый подвижный блок которого зацепляется с одной из закрепленных на шпинделе шестерен.
В быстроходных шпинделях МС особое значение приобретает термостабилизация шпиндельного узла и механизмов привода главного движения, расположенных, как правило, в одном корпусе со шпинделем. В прецизионных МС часто применяют специальные системы термостабилизации с холодильными машинами. Такие системы имеют отдельный от общей системы смазки бак и насос, с помощью которого масло(рабочим телом могут бьпъ также вода или другие жидкости) из теплообменника холодильной машины подается к шпиндельному узлу и другим механизмам, являющимся активными источниками тепловыделения или подвергающимся нежелательным температурным воздействиям. Теплота отбирается от шпиндельного узла путем пропускания масла по нескольким продольным каналам или винтовому каналу в гильзе шпинделя или в охватывающем ее стакане.
Для зажима инструментальных оправок в шпинделе служит механизм, расположенный в сквозном осевом отверстии. Оправка, захватывается за грибообразный ввернутый в ее задний торец хвостовик шариковыми или рычажными замками. Усилие зажима создается с помощью пакета тарельчатых пружин, а разжима - с помощью гидравлического цилиндра, смонтированного на заднем торце шпиндельного устройства.
При повышенных требованиях к точности и стабильности установки инструмента в шпиндельными замками. Усилие зажима создается с помощью пакета тарельчатых пружин, а разжима - с помощью гидравлического цилиндра, смонтированного на заднем торце шпиндельного устройства.
При повышенных требованиях к точности и стабильности установки инструмента в шпиндель хвостовики оправок при смене очищаются, преимущественно путем обдува воздухом.
В приводах главного движения используются регулируемые электродвигатели постоянного или переменного тока в сочетании с механическими коробками передач с небольшим (два-четыре) количеством ступеней с прямой передачей вращения на шпиндель при высоких скоростях. Перемещения рабочих органов осуществляются от регулируемого высокомоментного электродвигателя постоянного или переменного тока. Наиболее широко в приводах прямолинейного перемещения применяются шариковые или роликовые передачи винт-гайка качения. Зубчато-реечные и червячно-реечные механизмы используются в случаях линейного перемещения рабочего органа не менее, чем на 4000 - 5000 мм; червячные и зубчатые передачи - в приводах поворотных столов.
Системы автоматической смены инструментов (АСИ) являются одним из неотъемлемых средств автоматизации цикла работы МС. В состав устройств АСИ входят инструментальные магазины, являющиеся накопителем инструментальных оправок, блоков режущих инструментов или инструментальных шпинделей и автооператоры, предназначенные для съема и установки инструментов в шпинделе (суппорте) станка или магазине.
Автоматическая смена инструментальных оправок в шпинделе обычно проводится с помощью автооператоров двухплечим рычагом, имеющим на концах захваты, стыкующиеся с V-образной канавкой фланца оправки.
В устройствах АСИ с неподвижно установленным автооператором для возможности расположения инструментального магазина в удобном по различным конструктивным причинам месте применяют транспортные перегружатели. При расположении магазина на стойке перегружатели обычно выполняют в виде поворотных на 90' или подвижно- поворотных кантователей, устанавливающих инструмент в позицию смены.
Когда магазин расположен отдаленно от шпиндельной бабки, то применяют перегружатель в виде подвижной на специальных направляющих каретки, на которой смонтированы механизмы захвата и ориентации инструмента.
Широко применяются традиционные системы АСИ с двумя основными типами инструментальных магазинов: дисковыми (барабанными) и цепными. Дисковые, или барабанные, магазины достаточно просты по конструкции, однако с увеличением количества инструментов их диаметр растет; поэтому их вместимость редко превышает 40 инструментов.
Затраты на смену инструментов оцениваются по времени "от реза до реза", которое включает время отвода отработавшего инструмента из позиции окончания обработки в позицию смены, собственное время автоматической смены инструментов и время подвода следующего инструмента в позицию начала следующего перехода обработки. Собственное время автоматической смены инструментов, которое характеризует быстродействие системы, включает в себя время работы механизмов устройства АСИ, не совмещенное с другими рабочими циклами станка.
Система автоматической смены заготовок (АСЗ) помимо повышения производительности станков способствует возможности работы МС без постоянного присутствия оператора.
В связи с многообразием формы заготовок обычно проводится смена столов- спутников, на которых эти заготовки предварительно закрепляются. Рабочая поверхность столов-спутников снабжена крепежными отверстиями или Т-образными крепежными пазами для закрепления детали и технологической оснастки. Нижняя базовая плоскость, защищенная от повреждений выступами, служит для установки, а цилиндрические или конические базовые отверстия - для ориентации стола-спутника на столе станка. Для ориентации и выверки детали или технологической оснастки на столах- спутниках выполняются центрирующее и поверочные отверстия, упорные планки или направляющие пазы прямоугольного сечения. Последние обычно используют в столах-спутниках с Т-образными пазами и располагают вдоль направления Т-образных пазов или (и) перпендикулярно им. Для зажима стола- спутника на станке служат нижние Т-образные пазы.