Станок поперечно-строгальный модели 7212 предназначен для обработки методом строгания или фрезерования различных поверхностей корпусных и базовых деталей, других изделий из чугуна, стали и сплавов цветных металлов в условиях единичного и мелкосерийного производства.

1.2 Пути и цели модернизации станков

Повышение производительности металлорежущих станков является важной проблемой для заводов машиностроения. Производительность станков может быть повышена проведением ряда мероприятий.

В настоящее время усилия станкостроителей направлены на совершенствование узлов металлорежущих станков.

Область применения поперечно-строгальных станков может быть расширена за счет дополнительных устройств, из которых основными для станков данной группы являются: фрезерные, шлифовальные и копировальные устройства. Фрезерные и шлифовальные устройства позволяют переходить от строгания к фрезерованию или шлифованию без перестановки обрабатываемой детали, благодаря чему отпадают потери времени и расходы, связанные с транспортировкой и установкой детали. С помощью копировального устройства могут быть точно и рационально обработаны сложные профильные поверхности. Мероприятия по расширению технологических возможностей станков в значительной степени относятся также и к обработке тяжелых деталей.

Во всем цикле механической обработки тяжелых деталей значительную долю составляет вспомогательное время, потребное на установку, выверку, снятие и транспортировку деталей. В связи с этим стремятся произвести обработку детали при минимальном количестве ее перестановок.

В настоящее время существует два основных способа обработки тяжелых деталей, позволяющих сократить количество перестановок. Первый способ заключается в том, что изделие устанавливается на неподвижной плите и обрабатывается переносными станками (фрезерными, строгальными, сверлильными и т. д.).

По второму способу изделие, установленное на одном из тяжелых станков, подвергается обработке, не только свойственной данному станку, но и дополнительной при помощи всевозможных устройств, расширяющих его технологические возможности.

В ряде случаев бывает целесообразно выполнять на строгальных станках фрезерные операции.

На станке сохраняются строгальные суппорты, и станок используется как комбинированный строгально-фрезерный станок. В зависимости от размера фрезерных головок и станка они могут устанавливаться либо в виде самостоятельного узла непосредственно на поперечину взамен одного из строгальных суппортов, либо на строгальные суппорты.

На поперечно-строгальных станках также можно осуществлять фрезерование. Для этой цели на ползуне взамен суппорта устанавливают фрезерную головку, которая может поворачиваться на 360о, что дает возможность фрезеровать поверхности, расположенные под различными углами. Привод головки осуществляется через пару конических зубчатых колес от шлицевого вала, проходящего внутри ползуна. Шкив вращается на самостоятельных подшипниках в кронштейне, укрепленном на стенке станины. Электродвигатель располагается внутри станины, вращение на шкив передается клиновыми ремнями.

Движение ползуна осуществляется с помощью реечной передачи и ряда зубчатых колес, установленных взамен кулисы от реверсивного электродвигателя.

Переключение направления вращения электродвигателя происходит в крайних положениях ползуна от конечных выключателей, управляемых упорами.

В момент реверса ползуна стол станка перемещается на величину, равную от 0,8 до 0,9 диаметра фрезы от отдельного электродвигателя, соединенного зубчатой передачей с винтом подачи стола.

На поперечно-строгальных станках также может осуществляться и шлифование. В этом случае шлифовальная головка может устанавливаться на передний торец ползуна взамен строгального суппорта, либо непосредственно в резцедержатель суппорта.

Обработку сложных профильных поверхностей на поперечно-строгальном станке можно произвести, если установить копировальное устройство.

Например, американской фирмой «Рокфорд» было разработано гидравлическое копировальное приспособление, применяемое на выпускаемых этой фирмой продольно- и поперечно-строгальных станках. Агрегат сконструирован по методу копирования с шаблона при помощи трейсера, управляющего движениями инструмента. При применении этого устройства на продольно - и поперечно-строгальных станках управление резцов происходит непосредственно от гидравлики суппорта без вспомогательных передач винтами и зубчатыми колесами. Этим способом можно вести обработку фасонных деталей, имеющих как постоянное, так и переменное сечение по всей обрабатываемой длине.

Также поперечно-строгальные станки оснащаются специальными приспособлениями для протягивания и приспособлениями для прессовых работ.

Приспособление для выполнения прессовых (гибочных) работ устанавливается на стол станка и закрепляется болтами. Оно состоит из плиты, на которой закрепляется матрица с режущим ножом. Перед матрицей устанавливаются в зависимости от профиля и размера заготовки сменная планка, а также направляющая втулка и упор.

Пуансон с ножом закрепляется в суппорте станка вместо откидной доски резцедержателя.

Заготовка подается через направляющую втулку до упора. При движении ползуна с пуансоном вперед заготовка изгибается и отрезается ножами.

При обратном движении ползуна готовая деталь удаляется, и процесс повторяется.

В частности, предлагаются различные системы и методы смазки подшипников. Недостатки и дороговизну гидростатических и магнитных подшипников пытаются уменьшить путём создания гибридных конструкций. Так, фирма NTN (Япония) предложила комбинацию аэростатического и магнитного подвеса, а фирма Okuma (Япония), используя этот шпиндель, получила высочайшее качество обработанной поверхности.

Базовые элементы конструкций станков всё чаще изготавливают из новых материалов. Всё большую популярность завоёвывает полимербетон, обладающий следующими преимуществами в сравнении с чугуном: прекрасными демпфирующими свойствами; превосходной тепловой стабильностью, высокой химической стабильностью, отсутствием необходимости в окраске, коротким циклом производства, сокращением объёмов последующей обработки, возможностью изготовления сложных форм из нескольких простых путём склейки. Необходимость снижения массы подвижных узлов высокоскоростных станков требует применения и других конструкционных материалов. В их числе керамика, алюминиевые сплавы, упрочнение углеродным волокном, пластмасса и др.

Упорная работа ведётся по расширению технологических возможностей станка. Станок приспосабливают для выполнения более широкого круга работ в пределах его основного технологического назначения или для выполнения ранее не свойственных ему работ.

Общие тенденции развития конструкций станков сводятся к созданию многооперационных станков вместо высокоскоростных, т.к. концентрация различных операции вместо простой интенсификации рабочего процесса даёт больший эффект повышения производительности.

Значение высокоскоростной обработки и в особенности высокоскоростного фрезерования значительно возросло с появлением новых конструкций станков и инструментов, позволяющих снимать большой объем материала, что приводит к снижению времени обработки при одновременном повышении качества поверхности готовых деталей.

1.3 Постановка задачи на дипломное проектирование

Рассматривая приведенные выше доводы, становится ясно, что вопрос модернизации и реконструкции устаревшего парка металлообрабатывающих станков носит актуальный характер. Учитывая перечисленный объем номенклатуры новейших изделий и отдельных узлов для металлообрабатывающих станков, направления модернизации оборудования могут быть очень разнообразны, и из этого разнообразия мы можем самостоятельно определить, какой вид реконструкции нам нужно провести для повышения производительности и качества обработки оборудования.

Задачей этого дипломного проекта является реконструкция поперечно-строгального станка. За базу выбран поперечно-строгальный станок модели 7307.Модернизация коробки скоростей позволит перейти от управления станком с рукояток, на электромагнитные муфты, с целью упрощения управления станком. Перерасчет передаточных отношений с целью расширения диапазона числа двойных ходов ползуна. Модернизация узла «ползуна» применение саморегулируемый зазор, в соединении винт-гайка, что позволит увеличить срок службы механизма. Для уменьшения инерционных нагрузок при возвратно-поступательном движении ползуна предусматривается изменение кулисного механизма станка, что позволяет увеличить число двойных ходов за счет модернизации коробки скоростей. Модернизация узла суппорт, установка 4-х позиционной резцовой головки, это позволяет расширить технологические возможности станка. Так же предусматривается модернизация механизма переключения скоростей с целью упрощения управления станком. Модернизация коробки подач позволит снизить уровень шума, возникающий при работе станка. В совокупности эти изменения должны повысить производительность и качество обработки изделий данной моделью металлообрабатывающего станка.

2. Описание базовой конструкции станка

2.1 Назначение и область применения станка

Поперечно-строгальный станок модели 7307 предназначен для обработки горизонтальных, вертикальных и наклонных плоских и фасонных поверхностей с наибольшей длиной обработки 710 мм, а также для прорезания всевозможных канавок и пазов. Станки могут применяться в механических цехах машиностроительных заводов, в инструментальных и ремонтных цехах других отраслей промышленности.

Наличие на станках механических подач, суппорта упоров на столе, автоматической откидки резца при обратном ходе ползуна обеспечивает возможность многостаночного обслуживания /1/.

При изготовлении станков с поворотным столом или гидрокопировальным устройством расширяются эксплуатационные возможности станка в обработке поверхностей со сложным прямым и криволинейным профилем при полном сохранении универсальности станков

2.2 Основные данные станка

Габариты станка, мм:

длина……………………………………………………………...…2980

ширина…………………………………………………………...….1400

высота…………………………………………………………….....1656

Ход ползуна, мм:

наименьший……...…………………….………………………………20

наибольший……...……………………..……………………………..720

Наибольшие размеры верхней рабочей поверхности стола, мм

длина……….………………………………………………………….560

ширина………………………………………………..……………….450

Наибольшая величина перестановки ползуна, мм…………………….410

Количество пазов рабочей поверхности стола…………………………...3

Размеры пазов стола, мм:

расстояние между пазами……………………………………………100

ширина пазов…………………………………………………………..18

Наибольшая величина перемещения стола, мм:

в горизонтальном направлении……………………………...………710

в вертикальном направлении……………….……………………….370

Число ступеней скорости перемещения ползуна………………………...8

Пределы чисел двойных ходов ползуна в минуту……………..10,6 - 118

Число горизонтальных подач стола……………………………………..20

Пределы горизонтальных подач стола, мм/дв.ход……...………..0,2 - 4,0

Скорость ускоренного перемещения стола, м/мин:

в горизонтальном направлении……………………………...………..…3,0

в вертикальном направлении………………………………...………….0,6

Наибольшее усилие резания на ползуне, кН…………………….……...12

Масса станка с электрооборудованием, кг…………………………...3000

2.3 Описание основных узлов станка

2.3.1 Станина

Станина представляет собой литой корпус коробчатой формы, укрепленной на фундаментной плите, которая крепится болтами к фундаменту. Фундаментная плита служит резервуаром для масла. Прочность и жесткость станины обеспечиваются наличием внутренних ребер. К верхней части станины прикреплены направляющие планки в форме «ласточкина хвоста». Одна из планок регулируется винтами (на боковой стенке станины), что обеспечивает плотность посадки в направляющих /16/.

На передней стенке станины расположены направляющие вертикального перемещения поперечины. На боковых и задней стенках станины расположены окна, закрытые крышками, служащие для монтажа и осмотра механизмов, размещенных в станине.

Для отвода масла, стекающего с направляющих ползуна, на задней стенке станины установлен лоток. Сзади на фундаментной плите установлен кронштейн для крепления электродвигателя, а сбоку располагается гидроагрегат.

В фундаментной плите имеется резьбовая пробка для заливки и контроля уровня масла в станке, а также пробка для слива масла.

2.3.2 Коробка скоростей

Коробка скоростей имеет три вала, смонтированных на подшипниках качения непосредственно в корпусе станины. Привод к коробке скоростей осуществляется от индивидуального электродвигателя при помощи клиноременной передачи ведомому шкиву, который смонтирован на двух шариковых подшипниках. Подшипники напрессованы на втулку, закрепленную на приводном валу.

Передача вращения и крутящего момента от приводного шкива на первый вал коробки скоростей осуществляется электромагнитной муфтой, управление муфтами осуществляется при помощи кнопок.

В электромагнитной муфте подвижные диски жестко связаны с зубчатым колесом, закрепленным на приводном шкиве винтами. Неподвижные диски жестко связаны со шлицами приводного вала. При нажатии кнопки ПУСК ПОЛЗУНА подвижные диски входят в контакт с неподвижными, и вращение передается приводному валу. В это же время отключается тормозная электромагнитная муфта, закрепленная на валу. При нажатии кнопки СТОП ПОЛЗУНА электромагнитная муфта отключается и включается тормозная электромагнитная муфта.

Приводной вал несет на себе два подвижных блока зубчатых колес, соединенных с валом шлицами.

Второй вал коробки скоростей несет на себе пять неподвижных зубчатых колес, соединенных со шлицевым валом.

Третий вал несет на себе один подвижный блок зубчатых колес и неподвижное зубчатое колесо, которое входит в зацепление с зубчатым колесом кулисного механизма. Зубчатые колеса соединены с валом шлицами. За счет переключения блоков зубчатых колес кулисному механизму сообщается восемь скоростей.

Приводной шкив, с укрепленным на нем зубчатым колесом, приводит в действие через другое зубчатое колесо шестеренчатый насос централизованной смазки и далее через зубчатое колесо, закрепленное через на втулке-поводке, которая жестко соединена с подвижными дисками электромагнитной муфты, приводит во вращение вал ускорения.

При нажатии кнопки УСКОРЕННОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ электромагнитная муфта срабатывает и приводит во вращение вал ускорения. От вала ускорения через зубчатые колеса, звездочку и цепь движение передается на механизм коробки подач, который сообщает ускоренное движение поперечине станка.

Монтаж коробки скоростей осуществляется с осевой фиксацией наружных колец подшипников в правой стенке станины с помощью пружинных колец, посаженных во втулке или в корпусе станины.

2.3.3 Механизм переключения скоростей

Механизм переключения скоростей селективного действия выполнен в виде самостоятельной сборочной единицы и смонтирован внутри станины. Работа механизма заключается в следующем. При повороте рукоятки на себя до упора валик-шестерня рейками перемещает селективные диски до касания друг с другом, а диски через тяги и вилки перемещают подвижные блоки коробки скоростей в нейтральное положение. Только в этом положении возможен поворот селективных дисков по часовой стрелке или против часовой стрелки, так как диск в это время выйдет из сопряжения со штифтом. Для включения необходимой скорости, отсчет которой ведется по лимбу, рукоятку поворачивают по часовой или против часовой стрелки до требуемого положения относительно неподвижной риски, после чего рукоятку возвращают в первоначальное рабочее положение. В случае если при переключении скоростей зубчатые колеса коробки скоростей окажутся в положении «зуб в зуб», необходимо кратковременно нажать толчковую кнопку. При этом произойдет проворот зубчатых колес, после чего следует произвести включение.

2.3.4 Ползун

Ползун представляет собой пустотелую отливку из алюминиевого сплава, снабженную внутри ребрами жесткости. Снизу ползун имеет наклонные направляющие в форме «ласточкина хвоста», которыми он скользит по направляющим, образованным станиной и клиньями. Подвижный клин должен быть отрегулирован так, чтобы ползун совершал свое возвратно-поступательное движение легко и без люфта.

Прямолинейное возвратно-поступательное движение ползуна осуществляется кулисой, соединенной с ползуном посредством серьги, пальца, кулака и винта. К передней части ползуна крепится суппорт (резцовая головка).

При работе помимо установки ползуна на нужную длину хода и на число двойных ходов в минуту требуется также установить вылет ползуна, обеспечивающий обработку в требуемом месте.

При вращении валика приводятся в движение конические зубчатые колеса, последние через гайки приводят во вращение винт, который, перемещаясь при помощи кулака, устанавливает ползун в нужное положение относительно обрабатываемого изделия.

С левой стороны ползуна смонтирована часть механизма автоматического откидывания резца при обратном ходе ползуна, состоящая из вилки, штанги и фрикционного тормоза, прикрепленного к клиновой планке. Штанга перемещается вдоль оси относительно ползуна на длину 7 мм. Один конец штанги находится в опоре, а другой во вкладыше фрикционной коробки.

Вкладыши из тормозной фрикционной ленты поджимаются к штанге винтами с усилием, необходимым для откидывания резца при обратном ходе ползуна. В начале обратного хода ползуна штанга остается неподвижной на длине хода 7 мм, так как штанга тормозится тормозными вкладышами, находящимися во фрикционной коробке, и резец поднимается над деталью. Как только опора доходит до вилки, штанга начинает двигаться вместе с ползуном, преодолевая силу трения во вкладышах фрикционной коробки, и на всей длине хода ползуна резец находится в приподнятом положении.

В начале перемещения ползуна, с суппортом в направлении рабочего хода штанга остается неподвижной. Пружина возвращает планку в исходное положение, тем самым резец возвращается в рабочее положение. Ползун, пройдя 7 мм свободного хода относительно штанги в направлении рабочего хода, движется вместе со штангой, преодолевая силу трения во вкладышах фрикционной коробки.

Для включения и выключения механизма автоматического откидывания резца служит рукоятка.

2.3.5 Механизм кулисный

Механизм кулисный преобразует вращательное движение кулисного зубчатого колеса в возвратно-поступательное прямолинейное движение ползуна.

Кулисный механизм смонтирован внутри станины и получает движение от коробки скоростей при зацеплении зубчатого колеса с зубчатым колесом коробки скоростей. Зубчатое колесо привернуто к корпусу барабана и передает ему движение с восемью ступенями частоты вращения.

На торце корпуса кулисного барабана в призматических направляющих установлен палец, на котором насажен камень, входящий в направляющие прорези, расположенные вдоль кулисы. При вращении барабана палец увлекает за собой камень кулисы, который перемещается в направляющих кулисы и заставляет ее качаться вокруг нижней оси.

Верхний конец кулисы шарнирно связан серьгой, надетой на палец с ползуном. Кулиса, совершающая качательное движение, сообщает ползуну прямолинейное возвратно-поступательное движение.

Длину хода ползуна можно изменить поворотом кривошипной рукоятки, надеваемой на выступающий торец винта со шлицами. На конце винта нарезаны шлицы, передающие вращение зубчатому колесу, которое передает вращение зубчатому колесу, закрепленному на коническом зубчатом колесе валика. Далее вращение передается коническому зубчатому колесу Незакрепленному на винте. Винт входит своим резьбовым концом в гайку пальца. При вращении винта палец перемещается относительно центра корпуса.

Длина хода ползуна отмечается втулкой, на которой нанесены деления с цифровыми обозначениями длины подач ползуна.

2.3.6 Коробка подач

Коробка подач осуществляет горизонтальные подачи стола и ускоренное перемещение в горизонтальном и вертикальном направлениях. Коробка подач вмонтирована в боковой нише станины со стороны выступающего конца кулисного корпуса.

Движение механизму подач передается от эксцентрика, насаженного на барабан и вращающегося вместе с ним. Вращаясь, эксцентрик кулисного барабана своей поверхностью соприкасается с роликом, который через ось

сообщает качательное движение рычагу. Рычаг через валик передает свое движение зубчатому сектору. Зубчатый сектор поворачивает свободно сидящий на ступице конического зубчатого колеса зубчатый сектор с поводком. Поводок имеет ось, на которой установлена собачка, упирающаяся в зубья храпового колеса. Храповое колесо насажено на ступицу конического зубчатого колеса, свободно сидящего на валу. Колесо находится в зацеплении с коническим зубчатым колесом, которое свободно сидит на валу подачи и имеет на торце кулачки, входящие в зацепление с кулачками полу муфты.

Кулачковая полумуфта, сидящая на шлицевом валу подачи, пружиной прижата к кулачкам конического зубчатого колеса. Кулачки конического зубчатого колеса и кулачковые полумуфты под действием пружины находятся постоянно в зацеплении и, кроме передачи вращения валу подачи, выполняют роль предохранительной муфты.

При жестком упоре стола или поперечины полумуфта отжимается от зубчатого колеса, и кулачки полумуфты проскальзывают по кулачкам конического зубчатого колеса. Передача усилия в этом случае от коробки подач на вал прекращается, при этом создаются характерные щелчки.

Обратный отвод зубчатого сектора производится пружиной, при этом собачка проскальзывает по скосам зубьев храпового колеса, и движение подачи не производится.

Подача стола происходит только при холостом (обратном) движении ползуна. Величину подачи устанавливают поворотом корпуса с помощью рукоятки.

Положение выбранной подачи указывается на шкале корпуса. Изменение величины подачи осуществляется удалением или приближением плеча с роликом рычага к эксцентрику кулисного механизма, в результате чего изменяется угол поворота зубчатого сектора и соответственно поводка, при этом собачка захватывает большее или меньшее число зубьев храпового колеса. Величина подачи зависит от числа зубьев, через которое перескакивает собачка по храповому колесу.

Для отвода рычага от кулачка эксцентрика поворачивают рукоятку корпуса, соединенного с зубчатым колесом, сидящем на валу. Зубчатое колесо зацепляется с зубчатым сектором, свободно сидящем на валике. На валике посажен рычаг с роликом. Преодолевая сопротивление пружины, зубчатый сектор отводит рычаг от кулачка эксцентрика, вследствие чего подача уменьшается. При полном отводе рычага с роликом подача прекращается.

2.3.7 Поперечина

Поперечина смонтирована на прямоугольных вертикальных

направляющих передней стенки станины. Она состоит из собственно поперечины, перемещающейся по вертикальным направляющим станины, и стола, перемещающегося по горизонтальным направляющим поперечины.

Для перемещения стола движение от коробки подач сообщается валу, на котором закреплено коническое зубчатое колесо, находящееся в постоянном зацеплении с коническими зубчатыми колесами,

На ступицах конических колес установлены зубчатые колеса, с которыми может зацепляться блок зубчатых колес, сидящий на валу вертикальной подачи, или блок зубчатых колес, сидящий на валу (винте) горизонтальной подачи.

Реверсирование движения (вверх, вниз, на себя или от себя) производится рукоятками через систему рычагов и блоков зубчатых колес. Стол получает горизонтальное перемещение через винт и гайку, а вертикальное перемещение через вал, зубчатые колеса, гайку и винт.

Стол служит для установки и закрепления обрабатываемых деталей. Детали крепятся к столу болтами, входящими в Т-образные пазы.

Мелкие детали закрепляются в тисках, устанавливаемых на столе. Стол имеет горизонтальное и вместе с поперечиной вертикальное перемещение от руки и механическое прерывистое и непрерывно ускоренное. Стол должен перемещаться по направляющим поперечины легко, но с плотным к ним прилеганием, что регулируется подтягиванием винтов. Поперечина со столом должна легко, но с плотным прилеганием перемещаться по направляющим станины. Регулировка осуществляется клином.

При больших нагрузках применяют подставку, поддерживающую передний край стола, отрегулировав ее по высоте.

2.3.8 Электрооборудование

На станке установлено следующее электрооборудование:

а) электродвигатель 4А13286УЗ;

б) электромагнитные муфты:

- пусковая ЭТМ094-1Н8;

- тормозная ЭТМ066-1А8;

- ускоренного перемещения стола ЭТМО74-1Н8;

в) светильник местного освещения НКС01х100/ПОО-ОЗУ4 с лампой М024-40.

Вводный автоматический выключатель и аппараты цепей управления установлены в электрошкафу, укрепленном на задней стенке станины.

На станке применяются следующие величины напряжений:

а) переменного тока частотой 50 Гц:

- силовая цепь 380 В;

- цепь управления 110 В;

- цепь местного освещения 24 В;

б) постоянного тока - цепь питания и управления электромагнитными муфтами 24 В.

3. Конструкторская часть

3.1 Обоснование модернизации станка

В настоящее время в российской промышленности имеется большой парк морально и физически устаревших поперечно-строгальных станков моделей ,7305, 7305Т, 7307, 7307ГТ, 7В35, 7В36, 7Б35 и т.д. Возраст этих станков достигает 30-40 лет, поэтому их конструкционные решения не отвечают современным требованиям, предъявляемым к станкам. Кроме того, высокий износ узлов и потеря точностных параметров вызывают проблемы с их эксплуатацией. Всё это требует обновления станочного оборудования, но большинство предприятий в современной экономической обстановке не имеют для этого достаточных средств. Поэтому в данных условиях экономически целесообразно производить модернизацию имеющегося оборудования, в результате чего потребитель получает современный станок, в конструкции которого воплощён наш многолетний опыт производства станков, соответствующий всем требованиям к точности (для данного станка), оснащённый современными комплектующими и системами управления. При этом заказчик, сдав станок на модернизацию, может не ждать когда пройдёт весь производственный цикл модернизации станка, а получить модернизированный станок данной модели (или станок другой модели) из имеющегося на заводе задела по станкам. При этом из цены приобретенного станка вычитается оценочная стоимость сданного станка.