Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Классификация станков

Станки - металлорежущие машины для изготовления частей других машин в основном путем снятия с заготовки стружки режущим инструментом. Многое из того, что производится в результате человеческой деятельности в настоящее время, делается на металлорежущих станках или с помощью машин, изготовленных с применением таких станков. Их спектр очень широк - от строгальных станков с ручным управлением до компьютеризованных и роботизированных систем. Более 500 разных типов существующих металлорежущих станков могут быть подразделены не менее чем на десять групп по характеру выполняемых работ и применяемому режущему инструменту: разрезные, токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные, строгальные, зубообрабатывающие, протяжные, многопозиционные автоматические и др.

Режущий инструмент того или иного вида (резец, фреза и т.п.) снимает с обрабатываемого (металлического, пластмассового, керамического) изделия стружку примерно так же, как это происходит при чистке картофеля ножом. Материал режущего инструмента должен быть значительно более твердым и прочным, чем материал обрабатываемой детали. Станок оборудуется механизмом, обычно состоящим из салазок, шпинделей, ходовых винтов и столов с поперечным и продольным перемещением, который позволяет перемещать инструмент относительно обрабатываемой детали. На станках с ручным управлением такое относительное перемещение задает оператор, пользуясь маховичками подачи для перемещения суппорта с резцедержателем. На станках с числовым программным управлением (ЧПУ) перемещения задаются программой последовательных команд, записанной в памяти компьютера.

Программа включает и выключает приводные механизмы, например электродвигатели и гидроцилиндры, которые осуществляют подачу суппорта с автоматическим регулированием взаимного положения обрабатываемой детали и режущей кромки.

Станки почти всех типов выпускаются как с ручным управлением, так и в варианте с ЧПУ. В механических мастерских бытового обслуживания, в любительских домашних, на машиностроительных заводах чаще всего встречаются разрезные, сверлильные, токарные, фрезерные и шлифовальные станки.

Разрезные станки предназначены для разрезания и распиловки сортового проката (прутков, уголков, швеллеров, балок). Режущим инструментом служат сегментная дисковая пила, абразивные диски или ножовочное полотно. Главное движение - вращение диска или возвратно-поступательное движение ножовочного полотна. Автоматические разрезные станки работают на разных скоростях, оборудуются устройствами периодической подачи заготовки и системами двухкоординатного управления рабочим столом.

Сверлильные станки, пожалуй, наиболее распространенный тип станков. Назначение - просверливание и обработка отверстий, главные движения - вращение и подача режущего инструмента (сверла). Сверло подается вручную или автоматически с переключением скорости подачи и вращения. В зависимости от материала детали и сверла, глубины сверления и диаметра отверстия частота вращения шпинделя может быть постоянной, имеющей ряд фиксированных значений или переменной.

Токарные станки. Главным движением токарного станка является вращение заготовки, а режущие инструменты (обычно однолезвийные) регулируемо закрепляются на неподвижной станине.

Резец может подаваться по направляющим вдоль или поперек оси шпинделя. Заготовка закрепляется либо в патроне шпинделя, либо в центрах передней и задней бабки. Скорость подачи может регулироваться вручную или автоматически посредством ряда клиноременных или зубчатых передач, приводящих в движение ходовой винт и поперечные салазки суппорта. Скорость вращения заготовки регулируется в широких пределах в соответствии с выбранными режимами резания. Приводной электродвигатель может иметь как фиксированную, так и переменную частоту вращения. На токарных станках (а они составляют основу станочного парка) обычно выполняют операции обработки цилиндрических поверхностей, поперечной обточки и обрезки, нарезания винтовой резьбы и расточки осевых отверстий.

Существуют токарные станки разных видов, типов и размеров. Токарно-револьверный станок, часто применяемый для изготовления одинаковых деталей, снабжается несколькими режущими инструментами, закрепленными в поворотном (револьверном) суппорте. Блок управления револьверного токарного станка с ЧПУ дает команды движения шпинделя, поворота и перемещения револьверных суппортов, перемещения задней бабки. В тех случаях, когда очень велик вес заготовки или ее форма такова, что заготовку легче обрабатывать на горизонтальном столе, применяются большие токарно-карусельные станки. Рабочий стол такого станка вращается вместе с заготовкой, а режущие инструменты подаются либо сбоку, либо с торца заготовки.

На станках с ЧПУ предусматривается автоматическое управление перемещением стола и скоростью шпинделя. В некоторых случаях сам шпиндель устанавливается на салазках, допускающих его независимое перемещение в осевом или вертикальном направлении. Станок с ЧПУ такого типа позволяет серийно и с высокой точностью обрабатывать трехмерные поверхности, например, лопастей воздушных винтов и лопаток турбин.

Копировально-фрезерные станки обрабатывают сложные криволинейные поверхности, например, пуансонов и матриц для штампования листового металла, форм для литья под давлением и экструдирования. Индикаторный щуп проходит по фигурному профилю копира, а рабочая фреза передает этот профиль обрабатываемой детали.

Шлифовальные станки. Такие станки, главным движением которых является вращение шпинделя шлифовального круга, позволяют обрабатывать детали с высокой степенью точности и чистоты. Обрабатываемая деталь закрепляется на станочном столе, который можно перемещать в разных направлениях при помощи микрометрических винтов. Материалом абразивного круга обычно служит карбид кремния или оксид алюминия, но для обработки закаленной стали применяется карбид бора, а для шлифования стекла и керамики - природный или синтетический алмаз.

Другие станки. К ним относятся, в частности, строгальные, протяжные и зуборезные станки. Последние предназначаются для нарезания зубчатых колес различных типов - цилиндрических с прямыми и косыми зубьями, конических, шевронных, червячных, - применяемых в современном машиностроении. Протяжные станки используются для точной обработки наружных и внутренних поверхностей любого профиля специальным многолезвийным инструментом, зубья которого за один проход снимают весь припуск.

2. Общая характеристика токарно-затыловочного станка К96

Станок предназначен для затыловання зубьев червячных, фасонных и модульных фрез с прямыми и винтовыми канавками, а также метчиком на станке K96 можно, кроме этого, производить нарезание резьбы и шлифование затылованных инструментов.

Технические характеристики станка:

Высота центров в мм………………………………………260

Расстояние между центрами в мм………………………….750

Максимальный диаметр затылования инструмента над суппортом

в мм…………………………………………………………. 290

Число скоростей вращения шпинделя………………….….8

Пределы прямых чисел оборотов шпинделя в минуту… 4,5-50

Пределы обратных чисел оборотов шпинделя в минуту…..9-100

Мощность электродвигателя в кВт……………………….…2,5

Габариты станка в мм…………………………….1200/700/1800

Масса станка в кг…………………………………….…..800

Общий вид станка К96

Основные узлы станка: А - передняя бабка с коробкой скоростей; Б - затыловочный суппорт; В-задняя бабка; Г - станина станка; Д - основание станка; Е - фартук; Ж - привод затыловання и деления; З - гитара подач и резьбы.

Органы управления:

1 - рукоятка реверсирования продольною перемещения фартука с суппортом; 2 - рукоятка включения звена увеличения шага; 3 и 4 - рукоятки управления коробкой скоростей; 5 - рукоятка управлении перебором; 6 - маховичок ручного продольного перемещении суппорта; 7-рукоятка ручного поперечного перемещения суппорта; 8 - рукоятка ручного перемещения верхней части суппорта; 9 - рукоятка включения и выключения маточной гайки ходового винта; 10 - рукоятка зажима пиноли задней бабки; 11 - рычаг закрепления задней бабки на станине станка; 12 - маховичок ручного перемещения пиноли задней бабки; 13 и 14 - рукоятки включения, выключения и реверсирования вращения шпинделя.

3. Движения в станке

Движение резания - вращение шпинделя с затылуемым инструментом. Продольная подача - прямолинейное поступательное движение суппорта с режущим инструментом вдоль оси шпинделя. Движение образования винтовой линии - также продольные перемещения суппорта с режущим инструментом, но кинематически увязанные с вращением шпинделя и определяемые шагом винтовой линии. Затыловочно-делительное движение - прямолинейное возвратно-поступательное перемещение суппорта в радиальном направлении за время поворота затылуемого инструмента на одни зуб. Вспомогательные движения - ручное продольное перемещение суппорта, ручное поперечное перемещение суппорта, ручное перемещение верхней части суппорта и ручное перемещение пиноли задней бабки.

4. Принцип работы

Обычная архимедова спираль может быть образована сочетанием двух движений: равномерного вращения затылуемого инструмента и равномерного поступательного прямолинейного перемещения резца в радиальном направлении на величину равную шагу спирали за один оборот заготовки.

Винтовая архимедова спираль требует сочетания трех движений. Кроме двух указанных движений, для образования винтовой архимедовой спирали необходимо еще поступательное перемещение резца вдоль оси вращения затылуемого инструмента на величину равную шагу винтовой линии за один оборот шпинделя.

Однако затылуемые фрезы имеют не один зуб, a z зубьев, следовательно, задача усложняется тем, что необходимо образовать не одну архимедову спираль, а z спиралей, начала которых расположены на равных расстояниях друг от друга по окружности, иначе говоря, образовать z-заходную спираль.

Для непрерывного образования многозаходных архимедовых спиралей необходимо вместо радиального перемещения в одном направлении сообщить резцу прямолинейное возвратно-поступательное движение с числом двойных ходов за один оборот шпинделя равным количеству заходов спирали.

Затылуемый инструмент закрепляется на оправке в центрах станка и получает вращательное движение. Режущий инструмент устанавливается в затыловочном суппорте Б, которому сообщается поперечное возвратно-поступательное затыловочное движение, согласованное с вращением заготовки.

При затыловании дисковых фрез суппорту сообщается только периодическая ручная поперечная подача.

При затыловании цилиндрических участков фасонных фрез суппорту сообщается также механическая продольная подача, величина которой не связана с параметрами фрезы и зависит исключительно от выбранных режимов резания.

При затыловании червячных фрез величина продольного перемещения суппорта за одни оборот шпинделя должна соответствовать шагу фрезы. Для затылования фрез с винтовыми канавками затыловочный суппорт получает дополнительное движение, осуществляемое посредством дифференциального механизма.

5. Кинематика станка К96

Кинематическая схема

Движение резания

Шпиндель 5 станка приводится в движение фланцевым двухскоростным электродвигателем мощностью 2.5 кВт, причем низшая скорость (700 об/мин) используется только для прямого вращения шпинделя, а высшая (1400 об/мин) - только для его обратного вращения.

От электродвигателя движение передается через шестерни 26-73 валу 1 коробки скоростей и далее посредством одного из двух двойных подвижных блоков шестерен Б₁ и Б₂ валу 2. Полый вал 3 получает вращение от вала 2 через шестерни 50-65. Когда, как показано на схеме, муфта М₃ перебора выключена, а шестерня 65 введена в зацепление с шестерней 65, закрепленной на валу 3, последний сообщает вращение шпинделю 5 через зубчатую передачу 65 - 65, вал 4 и шестерни 20-80. При включенной муфте М₃ шпиндель 5 получает вращение от вала 3 через шестерни 26-104, вал 4 и шестерни 20-80.

Движение подачи

Это движение заимствуется от шпинделя 5, когда включена кулачковая муфта М₁. Ходовой винт 8, связанный с разъемной маточной гайкой Г_м, получает вращение от шпинделя через реверс с цилиндрическими шестернями 35-30-30-35, вал 6 и гитару сменных колес а-b и c-d. Так как в этом случае перемещение суппорта не имеет строгой кинематической связи с вращением шпинделя, то подбор сменных колес производят приблизительно исходя из выбранной величины подачи, обеспечивающей заданную чистоту поверхности зубьев.

Движение образования винтовой поверхности

При затыловании режущих инструментов с небольшим шагом резьбы это движение, так же как и движение подачи, заимствуется от шпинделя и через кулачковую муфту М₁, реверс и гитару сменных колес передается ходовому винту 8. Однако в этом случае подбор сменных колес а, b, с и d должен производиться точно в соответствии с шагом t резьбы по формуле

При затыловании режущих инструментов с крупным шагом включается кулачковая муфта М₂, тогда движение образования винтовой поверхности заимствуется от шпинделя через переборные шестерни, и в расчетную формулу по подбору сменных колес необходимо ввести передаточное число перебора.

Затыловочно-делительное движение

Это движение также заимствуется от шпинделя и через перебор, шестерни 65-50-39, вал 9, шестерни 50-54, вал 10, шестерни 54-50, вал 11, гитару сменных колес a₁-b₁ и c₁-d₁, вал 13, конический дифференциал, Т-образный вал 14, обгонную муфту М₀, шестерни 29-29, ходовой вал 15, коническую передачу 30-30 и вал 16 сообщается кулачку К. Пружина П прижимает ролик Р_к, закрепленный в поперечных салазках суппорта, к кулачку К, благодаря чему вращательное движение кулачка К преобразуется в прямолинейное возвратно-поступательное движение поперечных салазок суппорта.

Сменные колеса делительной гитары подбираются из условия, чтобы при повороте шпинделя на один оборот кулачок К совершил z оборотов (z - число зубьев затылуемой фрезы). Уравнение кинематической цепи для определения сменных колес имеет вид

Где i_n - передаточное отношение перебора (1/4 или 1/16);

I_диф - передаточное отношение дифференциала равноt 1/2;

N - число подъемов кулачка.

Подбор сменных колес гитары деления производится по формуле

станок шпиндель модернизация токарный

Для затылования режущих инструментов с винтовыми канавками дополнительное приращение скорости вращения кулачка К сообщается от ходового винта 8 через коническую передачу 48-36, вал 17, шестерни 36-24, вал 18, сменные колеса a₂-b₂ и c₂-d₂ гитары дифференциала, вал 20, червячную передачу 3-18, конический дифференциал, Т-образный вал 14. муфту обгона М₀. шестерни 29-29, ходовой вал 15, коническую передачу 30-30 и вал 16.

Сменные колеса гитары дифференциала подбираются из условия, чтобы При продольном перемещении суппорта на величину шага винтовой канавки 7 кулачок К совершил дополнительно z оборотов. Уравнение кинематической цепи приращения движения кулачка К имеет вид

Отсюда можно определить формулу для подбора сменных колес гитары дифференциала:

Вспомогательные движения

Ручное продольное перемещение суппорта осуществляется маховичком М_x1 через вал 21 шестерни 24-64, вал 22 и реечную передачу 14 - рейка m=3 мм. Маховичок М_х2 служит для ручного проворачивания привода при настройке станка.

6. Обоснование модернизации части конструкции станка

Для модернизации главного движения наиболее подходящим мехатронным модулем является мотор-шпиндель.

Внедрение данного мехатронного модуля дает преимущества, такие как: уменьшение веса станка примерно на 10%, увеличение производительности, уменьшение стоимости станка, ликвидация потерь КПД двигателя на редукторе, возможность использования более высоких (по сравнению с традиционной конструкцией) скоростей, сокращение числа базовых деталей в 1,5 раза, сокращение в 1,5 раза металлоемкости.

Конструкции и элементы шпиндельных узлов, предназначенных для скоростной обработки, существенно отличаются от традиционных. В конструкциях привода главного движения высокоскоростных станков при максимальных частотах вращения шпинделя более 10000 об/мин практически невозможно использовать электродвигатель с механической редукцией. Поэтому, в этих станках применяются устройства типа «мотор-шпиндель», в которых ротор электродвигателя смонтирован непосредственно на валу шпинделя.

Мотор-шпиндель

Устройства типа «мотор-шпиндель» относятся к приводу прямого действия (Direct Drive). Данные устройства состоят из следующих основных узлов: шпиндельный вал с узлом крепления инструмента /1/, статор и ротор электродвигателя /2/, шпиндельные опоры (подшипники) /3/, система охлаждения /4/, датчики (частоты вращения и положения ротора /5/, температуры), разъемы и каналы связи (электрических сигналов, системы охлаждения, системы смазки) /6/.

При создании скоростных шпиндельных узлов возникают жесткие требования к статической и динамической устойчивости. Шпиндельные опоры конструируются как на базе подшипников качения, так и на базе гидростатических, гидродинамических и электромагнитных подшипников.

Список источников

1. В.И. Анурьев «Справочник конструктора-машиностроителя». Т.1 - М.: Машиностроение, 1992 г.

2. В.И. Анурьев «Справочник конструктора-машиностроителя». Т.2 - М.: Машиностроение, 1992 г.

3. В.И. Анурьев «Справочник конструктора-машиностроителя». Т.3 - М.: Машиностроение, 1992 г.

4. О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко «Проектирование электрических машин» - М.: Высш.шк., 1984 г.

5. Андросов А.А., Спиченков В.В., Андрющенко Ю.Е. «Основы конструирования машин: Учебное пособие /ДГТУ», Ростов н/Д. 1993 г.

6. А.Г. Косилова, Р.К. Косилова «Справочник технолога-машиностроителя». Т.1 - М.: Машиностроение, 1986 г.

Размещено на Allbest.ru