ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.Фрезерные станки с ЧПУ. Основными типами являются станки:
· бесконсольные с крестовым столом (рис.1);
Рисунок 1 – Рабочая зона бесконсольного фрезерного станка
· консольно-фрезерные (рис.2);
Рисунок 2 – Станок консольно-фрезерный горизонтальный модели ОРША-Ф32Г
Станок предназначен для фрезерования плоских и фасонных поверхностей всеми видами фрез.
Станок имеет горизонтальный фрезерный шпиндель с конусом ISO-50 и высоконадежный гидромеханизм зажима инструмента.
· продольно-фрезерные (рис.3)
Рисунок 3 - Продольный фрезерно-расточной станок с ЧПУ
с подвижным порталом
Станок предназначен для комплексной обработки крупногабаритных деталей методами фрезерования, сверления и растачивания с пяти сторон.
Особенности компоновки станка:
· неподвижный стол;
· продольно перемещающийся портал, несущий две фрезерно-расточные бабки;
· устройства автоматической смены фрезерных головок; устройства автоматической смены инструмента.
Продольный фрезерно-расточной станок с подвижным порталом с ЧПУ мод. МС620ГМФ4-16Б2
Краткая техническая характеристика
| Наибольший крутящий момент на шпинделе, Нм | 4 000 |
| Мощность двигателя главного движения, кВт | |
| Диапазон частот вращения шпинделя, 1/мин | 10....1 600 |
| Размеры рабочей поверхности стола, мм: | |
| Длина | 16 000 |
| Ширина | 2 000 |
| Расстояние от рабочей поверхности стола до поперечины, мм: | 1 000 |
На базе станка возможно изготовление различных моделей и модификаций станков с другими параметрами. При этом диапазон максимальных размеров обрабатываемых деталей составит:
| диапазон, мм: | От | До |
| Длина | 8 000 | 25 000 |
| Ширина | 2 000 | 3 500 |
| Высота | 1 000 | 1 500 |
В группе фрезерных станков применяют самые различные системы ЧПУ: контурные (незамкнутые и замкнутые); комбинированные, позволяющие производить как контурную обработку (рис.4, а), так и позиционирование; реже – прямоугольные для обработки простых контуров (рис.4, б).
а)
б)
Рисунок 4 - Обработка фрезерованием
а) контурная обработка;
б) позиционирование и обработка простых контуров.
Число управляемых координат, как правило, три, из них одновременно управляемых две, а в станках, имеющих поворотные фрезерные головки (рис.5) и поворотные столы, их может быть четыре или пять. Дискретность перемещений составляет 0,001; 0,01 мм.
Рисунок 5 - Обработка фрезерованием сложного контура
1.1 Вертикально-фрезерный консольный станок 6Р13РФ3-37. Станок предназначен для обработки заготовок сложного профиля (штампов, пресс-форм, кулачков и т.д.) в условиях единичного и мелкосерийного производства торцовыми и концевыми фрезами. Размер рабочей поверхности стола 1600´400 мм.
В станке применяется контурное устройство ЧПУ. Обработка сложных поверхностей осуществляется сочетанием одновременного движения по двум или трем координатам. Дискретность перемещения по осям координат 0,01 мм.
Общий вид станка показан на рис. 6. На станине 8 монтируют узлы и механизмы станка. Спереди станина имеет направляющие, закрытые кожухом 9, по которым перемещается консоль 1. На горизонтальных направляющих смонтированы салазки 2, по продольным направляющим которых передвигается стол 3. На привалочной плоскости станины закреплена фрезерная бабка 6, по вертикальным направляющим которой перемещается ползун 7 со шпинделем 5. В соответствии с требованиями безопасности труда ползун имеет защитный щиток 4. Сзади станка расположен шкаф 10 с электрооборудованием и ЧПУ.
|
| Рисунок 6 - Общий вид фрезерного станка 6Р13Ф3-37 |
Для обработки заготовок средних размеров наиболее оптимальным вариантом является компоновка с крестовым столом, обеспечивающая наибольшую жесткость и точность обработки, удобство обслуживания.
Выпускают вертикально-фрезерные бесконсольные станки с крестовым столом (Рис. 7) одношпиндельные и с револьверной головкой с шириной стола 250, 400 и 630 мм, а также горизонтальные станки с крестовым поворотным столом. В таких станках крестовый стол имеет перемещение по двум взаимно перпендикулярным осям X¢ и Y¢.
Рисунок 7 - Крестовый стол станка с ЧПУ
Рабочую поверхность стола 2 выполняют с высокой точностью. Средний Т-образный паз калиброван по Н8, по нему выставляют приспособление и заготовки. Стол перемещается от гидроцилиндра 3 по направляющим салазок 4, выполненных в форме ласточкина хвоста. Боковой зазор в направляющих регулируют клином 1. Салазки 4 перемещаются по прямоугольным направляющим основания в поперечном направлении от гидроцилиндра 5.
Кинематическая схема станка показана на рис. 8.
Главное движение. Шпиндель VIII получает от электродвигателя М1 через коробку скоростей с тремя передвижными блоками зубчатых колес Б1, Б2, Б3 и передачи Z = 39-39, Z = 42-41-42 в шпиндельной головке. Механизм переключения блоков обеспечивает получение 18 частот вращения и позволяет выбирать требуемую частоту вращения без последовательного прохождения промежуточных ступеней.
Движения подач. Вертикальная подача ползуна со смонтированным в нем шпинделем осуществляется от высокомоментного двигателя М 2 через зубчатую пару Z = 44-44 и передачу винт-гайка качения VII с шагом Р = 5 мм. Предусмотрено ручное перемещение ползуна. На валу XI установлен датчик обратной связи – трансформатор типа ВТМ-1В. Поперечная подача салазок осуществляется от высокомоментного двигателя М 4, через беззазорный редуктор 22/52/44 и винт-гайку качения XVII с шагом Р = 10 мм.
|
| Рисунок 8 - Кинематическая схема вертикально-фрезерного станка 6Р13Ф3-37 |
Продольная подача стола происходит от высокомоментного электродвигателя М 3 через беззазорный редуктор 
и винт-гайку качения XIII с шагом Р = 10 мм. В редукторах продольного и поперечного перемещений установлены датчики обратной связи – трансформаторы типа ВТМ-1В. Зазор в направляющих стола и салазок выбирают клиньями. Зазор в передачах винт-гайка качения устраняют поворотом обеих гаек в одну сторону на нужное число зубьев.
1.2 Бесконсольные фрезерные станки (вертикальные, с крестовым столом) применяются для обработки крупных заготовок со снятием припуска большой толщины на высоких режимах резания (Рис. 9). Фрезерование осуществляется в основном торцевыми головками и торцевыми фрезами (с твердосплавными пластинками). У станков этого типа крестовый стол 3 расположен на неподвижной станине 1 и имеет возможность перемещаться в продольном и поперечном направлениях. Станки выпускают в основном со столом шириной 630, 800 и 1000 мм.
Шпиндельная бабка 6 с коробкой скоростей монтируется на вертикальных направляющих стойки 8 станины 1. Вращение шпинделю 5 сообщается от электродвигателя 7. Поперечное перемещение стола 3 производится посредством салазок 2, на которых он расположен. Продольное и поперечное движения подачи стола осуществляются от коробки подач 9, находящейся в станине. Управление станком происходит обычно от пульта 4. Особенностями конструкции станка являются отсутствие консоли, наличие массивных станины и стойки, повышенная мощность и быстроходность, червячно–реечный привод стола. Все это создает жесткость конструкции станка и позволяет обрабатывать детали на повышенных режимах.
|
| Рисунок 9 - Вертикально-фрезерный бесконсольный станок |
На рис. 10 приведена кинематическая схема вертикально-фрезерного бесконсольного станка.
Главное движение – вращение шпинделя VI от электродвигателя М1 (N = 37 кВт, n = 1460 мин–1) через зубчатую пару 
и четыре переключаемых двойных блока (два блока Z = 24–32 и Z = 28–36 на валу II и по одному блоку Z = 32–48 и Z = 22–60 на валах IV и V). Всего шпиндель имеет 12 различных частот вращений от 40 до 1250 об/мин.
Наименьшую и наибольшую частоты вращения шпинделя можно определить по цепи главного движения:
;
.
|
| Рисунок 10 - Кинематическая схема вертикально-фрезерного бесконсольного станка мод. 6А54 |
Привод подач. Электродвигатель М2 (N = 4,2 кВт, n = 1470 мин–1) через упругую муфту 1 передает движение в коробку подач, где с помощью четырех передвижных двойных блоков (Z = 33–29, Z = 26–22, Z = 32–48, Z = 56–20), установленных на валах VIII, IX и XI, можно получить 16 различных подач. С вала XII коробки подач движение передается через предохранительную муфту 2 и зубчатую пару 
на червячную пару 
дифференциального механизма 3. При отключенном двигателе М3 ускоренных ходов вал XIV неподвижен и вращение передается коническими колесами 
дифференциала на вал XV и далее или до червячно-реечной передачи по цепи продольного перемещения стола 
, или до винта XVI поперечного перемещения по цепи: муфта 8, цепная передача 
, винт t = 10 мм.
Наименьшие продольную и поперечную подачи стола определяют из выражений:
Соответственно наибольшие подачи будут 1600 и 770 мм/мин.
Вспомогательные движения. Для перемещения шпиндельной бабки по вертикали надо включить муфту 5 на валу XV, тогда движение будет передаваться по цепи 
на реечную пару. Быстрые перемещения стола в продольном и поперечном направлениях, а также шпиндельной бабки по вертикали производятся от отдельного электродвигателя М3 (N = 6 кВт, n = 1470 мин–1). Вращение от электродвигателя передается через упругую муфту 4 и червячную пару 
на вал XIV дифференциала.
На левом Т-образном конце вала XIV расположены два конических зубчатых колеса Z = 18, которые, обкатываясь вокруг правого конического колеса Z = 36 и валу XV вдвое большую частоту вращения, чем имеет вал XIV.
Быстрое перемещение стола осуществляется со скоростями, которые определяются из уравнений:
мм/мин;
мм/мин.
Скорость быстрого перемещения шпиндельной бабки находят из уравнения
мм/мин.
Изменение направлений движений узлов станка производят реверсированием электродвигателей.
Продольное перемещение стола с помощью кулачков может быть настроено на полуавтоматический цикл работы. Ручное продольное перемещение стола производят маховиком 9 и далее по цепи через червячную пару 
, муфту 8, зубчатые колеса 
на червячно-реечную пару. Поперечное перемещение стола от руки осуществляют маховичком 10, вращение которого по цепи 
передается гайке 11 при неподвижном винте XVI.
В крупных фрезерных станках блоки переключать вручную сложно, поэтому для этой цели используют гидравлические или электрические устройства.
Схема гидравлического переключения блоков зубчатых колес показана на рис. 11.
Блоки колес 1–4 переключаются вилками 5, 6, 7 и 8, которые перемещаются вместе с соответствующими плунжерами 9, 10, 11 и 12. Плунжеры смонтированы в гидроцилиндрах 13, 14, 15 и 16. Положение плунжера с вилкой зависит от того, в какую полость гидроцилиндра масло подается от насоса 17 и из какой полости оно идет на слив. Устанавливается это с помощью поворотного золотника 18, управляющего распределением потока масла к гидроцилиндрам.
|
| Рисунок 11 - Принципиальная схема гидравлического переключения блоков зубчатых колес |
В том случае, когда на одном валу расположено несколько блоков зубчатых колес, одновременное включение которых во избежание поломки зубьев недопустимо, в механизме управления положением блоков шестерен должна быть предусмотрена блокировка. В схеме на рис. 8.17 блокировка предусмотрена для блоков зубчатых колес 1 и 2. Для этой цели плунжеры 9, 10 вместе с вилками 5, 6 в отличие от остальных плунжеров и вилок имеют специальное блокирующее устройство в золотнике 18. Кроме двух крайних положений, еще имеется среднее, нейтральное положение, фиксируемое гидравлически. Фиксацию производят подачей масла в обе полости цилиндра, при этом полые поршни 19 или 20 сдвигаются и фиксируют плунжер с вилкой в среднем положении. При соединении одной из полостей цилиндра со сливом, плунжер под давлением масла в другой полости перемещается вместе с вилкой и блоком колес.
2. Фрезерные обрабатывающие центры. Повышение производительности и расширение технологических возможностей многооперационных фрезерных станков идет по пути концентрации операций, увеличения числа инструментов в инструментальном магазине
(20 … 100 и более инструментов), повышение жесткости конструкций базовых деталей станка (Рис.12).
Рисунок 12 - Общий вид многооперационного станка:
1 – шпиндельная бабка; 2 – шпиндель; 3 – магазин;
4 – автооператор; 5 – стол станка
Технологические возможности фрезерных многооперационных станков - обрабатывающих центров (ОЦ) показаны на рис.13.
Рисунок 13 - Технологические возможности горизонтально-фрезерного ОЦ
По чертежу детали создается 3-D модель детали и заготовки (Рис.14).
а б
в
г
Рисунок 14 – Электронная модель детали (а) и заготовки детали (б) КОРПУС и оснастки(в, г)
Затем моделируется технологический процесс механической обработки (Рис.15).
….
Рисунок 15 – Фрагмент технологического процесса
На рис. 16 представлен новый технологический процесс, реализуемый на современном оборудовании.
а б
Рисунок 16 – Преимущества современных многооперационных станков:
базовый техпроцесс (а); новый техпроцесс(б)
Контрольные вопросы
1. Какие конструктивные и технологические особенности имеют многооперационные станки?
2. Какие дополнительные операции можно выполнять на многооперационных станках фрезерной группы?
3. Как осуществляется крепление инструмента в шпинделях станков?
4. Расскажите о работе многооперационного фрезерного станка.
5. Расскажите о работе многооперационных станков для обработки корпусных и плоских деталей.
6. Для чего применяются устройства для автоматической смены инструмента?
ЗАДАНИЕ
1. Покажите основные узлы компоновки консольных и бесконсольных станков.
2. Составьте уравнение кинематического баланса цепи главного движения и подач.