Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Вопрос 11: Конструкции токарных обрабатывающих центров. Конструкции узлов полярной координаты.





В настоящее время в машиностроении широко используются токарные многооперационные (многоцелевые, обрабатывающие центра) станки, предназначенные для комплексной обработки деталей типа фланец, крышки, маховики и т.д. Для изготовления, которых требуются не только
токарные операции, но и операции, связанные со сверлением, фрезерованием различных поверхностей, расположенных на периферии детали. Такая концентрация операций позволяет
резко сократить количество оборудования, увеличить производительность за счет сокращения транспортных операций и перестановки детали также позволяет повысить качество.

Одной из основных задач при создании токарных многоцелевых станков является обеспечение двух режимов обработки:

• обычного точения неподвижным инструментом (в этом случае шпиндель приводится во вращение от электродвигателя главного привода);

• периферийной обработки вращающимся инструментом (вне центровочных отверстий, шпоночных пазов, сложных поверхностей и пр.)

Во втором случае шпиндельные узлы вместе с соответствующим приводом образуют механизм полярной (круговой) координаты, которая в зависимости от условий обработки может иметь:

- непрерывное управление с дискретностью угловых перемещений шпинделя порядка 0.001°

- при контурном фрезеровании поверхностей типа конусов, кулачков и других
фасонных элементов;

- позиционное управление с дискретностью 1-2° - при сверлении, нарезании резьб, зенкеровании и развертывании нецентровых отверстий, цековке и др.

Узел полярной координаты должен обеспечить: высокую точность и отсутствие люфтов; высокую осевую, изгибную и пружинную жесткость; высокую надежность работы (при смене
режимов обработки); высокий КПД, малые габариты; блочное исполнение.

Высокое качество привода полярной координаты может быть достигнуто за счет: использования кинематических цепей повышенной точности и жесткости; применения передач с
большим передаточным числом и высоким КПД (волновые передачи); применение в кинематической связи привода полярной координаты со шпинделем беззазорных пар; установки точного роторного датчика на выходном звене привода.



Известны следующие варианты исполнения шпинделей:

с одним двигателем - для станков малых и средних типоразмеров, в этом случае инерционные нагрузки ротора (двигателя) оказывают малое влияние на точность позиционирования шпинделя;

с двумя двигателями — для крупных станков, более мощный двигатель используется при точении, а меньший- периферийной обработке. Включение- отключение привода полярной координаты может осуществляться посредством электромагнитных или зубчатых муфт, работающим по командам ЧПУ и сцеплением- расцеплением

кинематических пар, обеспечивающих связь привода полярной координаты со шпинделем станка.

Первый вариант исполнения не обеспечивает высокой надежности работы привода, а при втором варианте имеет место снижение жесткости привода, обусловленное наличием

большого числа подвижных элементов и стыков.

На рис. 1... 9 представлены кинематические схемы привода полярной координаты шпинделя токарных многоцелевых станков. Приводы, схемы которых изображены на рис.2...9 являются непрерывными.

На рис.1 показана схема одно двигательного привода шпинделя, обеспечивающего режимы точения и внецентрового сверления и фрезерования. При втором режиме шпиндель индексируется с дискретностью 1.. .25°, точность позиционирования ±0,01°, повторяемость ±0,005°. Фиксация

шпинделя 1 в заданном положении осуществляется посредством зубчатого колеса 2 (z=144) и фиксирующего зубчатого сектора 3, перемещаемого штоком гидропривода 4; 5 - приводной
электродвигатель; 6 - ременная передача.

На рис.2 (1- шпиндель; 2 - зубчатая передача; 3 - ременная передача; 4- приводной электродвигатель; 5 - роторный датчик (преобразователь)) дана схема однодвигательного привода главного движения, обеспечивающего в режиме периферийной обработки в
сочетании с перемещениями по линейным координатам X и Z формирование сложных поверхностей.

Дискретность условного перемещения шпинделя по координате С (вращение шпинделя) составляет 0,001°. Положение шпинделя контролируется роторным датчиком 5.

В варианте, приведенном на рис.3, скоростное вращение шпинделя 1 при точении осуществляется от привода, основой которого является электродвигатель 8. от которого вращение на шпиндель 1 передается посредством ременной передачи 9. Шпиндель оснащен тормозным устройством 6 и роторным преобразователем (датчиком) 7. Перемещение шпинделя на меньших скоростях при периферийной обработке осуществляется с помощью привода полярной координаты, содержащего регулируемый электродвигатель 10 с роторным преобразователем 11 и зубчатое колесо 2, подвижное колесо 3 и зубчатое колеса 4-5. Отклонение привода полярной координаты осуществляется посредством шестерни 3, выводимой из зацепления с зубчатым колесом 2 соответствующим механизмом. Наличие роторных датчиков 7 и 11 соответственно
в приводах скоростей цепи и полярной координаты позволяет контролировать угловое положение колес 2 и 3 и исключить возможность столкновения вершин зубьев указанных элементов.

Основание шпинделя 1 тормозным устройством 6 обеспечивает надежную фиксацию шпинделя и детали при обработке в режиме позиционирования, выборку люфтов в цепи привода полярной координаты (при включении тормозного устройства 6 в режиме «подтормаживание»).

В приводе на рис.4 режим точения осуществляется при передаче вращения шпинделю 1 от двигателя 2 через ременную передачу 3. Программируемое угловое перемещение шпинделя
в режиме позиционирования и контурной обработки от электродвигателя (регулируемого) 4 полярной координаты передается через редуктор 5 и червячную передачу 6, колесо которой установлено на опорах качения в шпинделе 1. связь червячного колеса со шпинделем осуществляется через электромагнитную муфту 7 при отключенном скоростном приводе.

Повышение надежности работы привода главного движения при этом может быть достигнуто путем использования различных конструктивных схем связи привода полярной координаты, снабженного элементами передачи (зубчатое колесо, червяк), взаимодействующими в данный
момент с элементом передачи (зубчатое или червячное колесо), установленным на шпинделе станка. Перемещение привода полярной координаты в крайние фиксированные положения «сцеплено» и «расцеплено» осуществляется автономным приводом, управляемым устройствами ЧПУ.

На рис.5 приведена схема перемещения привода полярной координаты шпинделя 1 станка. Привод размещен на поворотном рычаге 3, перемещение которого осуществляется от
гидроцилиндра 4. В положении «сцеплено» движение от привода на шпиндель 1 передается через зубчатое колесо 5, самоцентрированное на приводе и колесо 6, закрепленное на шпинделе 1. Для исключения попадания «зуб в зуб» колес 5 и 6 используется датчик резьбонарезания 7 шпинделя 1 и роторный датчик привода 10. В крайних положениях рычаг 3 взаимодействует с упорами и контролируется конечными выключателями. В приводе используется волновой редуктор с
передаточным отношением i=80, регулируемый электродвигатель привода полярной координаты 2, двигатель скоростного вращения 8, ременная передача 9.

На рис.6 показана схема полярной координаты шпинделя, выполненная также с угловым перемещением привода в положения «сцеплено» и «расцеплено». Сам привод 1 размещен
в подвеске 2, закрепленной на корпусе шпиндельной бабки 3 станка. Перемещение корпуса привода полярной координаты 4 осуществляется с помощью гидропривода 5. В крайних
положениях привода, контролируемых конечными выключателями, корпус 4 взаимодействует с упорами, один из которых в положении «сцеплено» выполнен регулируемым; 6 и 10 - электродвигатели скоростного вращения и привода полярной координаты; 7 и 11 - роторные преобразователи; 8 - размыкаемая червячная передача; 9 - ременная передача.

На рис.7 автономный узел 2 кинематических связан со шпинделем 1 станка посредством расцепляемой пары червяк -червячное колесо 3-4. Угловое перемещение узла 2 относительно оси 5 осуществляется в автоматическом режиме механизмом поворота привода полярной координаты
6,выполненном в виде унифицированного узла, который обеспечивает ввод в зацепление червяка 5, кинематических связанного с приводом узла 2.

Включение привода полярной координаты шпинделя блокируется конечными в ыключателями при «утыкании» вершин зубьев червяка и червячного колеса.

Режим сцепления осуществляется при медленном вращении привода 2, что позволяет гарантированно обеспечить надежное сцепление червячной пары 3-4. Положение «сцеплено» фиксируется датчиком углового положения шпинделя. По завершении операций периферийной обработки расцепление червячной 3-4 производится реверсированием механизма 6, после чего поворотный корпус с узлом 2 отводится в положение «расцеплено» с помощью соответствующего
устройства. 7,10 - электродвигатели скоростного вращения и привода полярной координаты; 8,11 - роторные преобразователи (датчики); 9.12 - ременные передачи.

Достоинство варианта: высокая жесткость, точность и надежность работы.

На рис.8 приведена схема привода полярной координаты шпинделя станка с линейным перемещением узла последнего в положения «сцеплено» и «расцеплено».

Привод содержит электродвигатель 2 постоянного тока с частотным регулированием, промежуточный редуктор 3 и червяк 4, которые размещены в корпусе 5, имеющем возможность перемещения в направлении, перпендикулярном оси шпинделя станка от гидропривода 6. При периферийной
обработке червяк 4 сцеплен с червячным колесом 7, закрепленным на шпинделе 1 станка.

Перед точением привод полярной координаты отклоняется за счет осевого перемещения корпуса 5 гидроприводом 6, при этом червяк 4 выводится из зацепления с червячным колесом 7. 9 - электродвигатель скоростного вращения; 8,10 – роторные преобразователи.

Недостаток схемы - увеличенные массовые и габаритные характеристики станка. Схема привода на рис.9 выполнена в виде автономного узла, содержащего редуктор, размещенный в корпусе 2, вертикальные направляющие которого установлены на кронштейне 3, закрепленном на шпиндельной бабке 4 станка. На валу 5 червячного колеса насажено зубчатое колесо 6, которое
при перемещении корпуса 2 посредством гидроцилиндра 7 по направляющим в вертикальной плоскости вводится в зацепление с зубчатым колесом 8, закрепленном на шпинделе станка. Движение при внецентровой обработке от электродвигателя 10 посредством червячной пары 9 и зубчатой пары 6-8 передается шпинделю 1. Крайние положения корпуса 2 контролируются конечным выключателем. Скоростное вращение шпинделя осуществляется от регулируемого
электродвигателя 11 через две поликлиновые ременные передачи 12,13 и перебор 14. Контроль угловых положений шпинделя 1 и шестерни 6 с помощью преобразователей 15 и 16 исключает возможность «утыкания» вершин зубьев колес 6 и 8.

Достоинство схемы: возможность регулирования величины люфта в конечном звене передачи и червячной паре, беззазорное соединение вала ротора электродвигателя с входным валом редуктора и червячного колеса с входным валом.

При выборе конструктивного решения привода полярной координаты шпинделя следует принимать во внимание следующие факторы: типоразмер станка; сложность, жесткость

и точность работы привода; надежность работы; габариты и
металлоемкость привода.

Привод вращающегося инструмента токарных
металлорежущих станков

Конструктивно инструментальная система токарных многоцелевых станков реализуется в виде:

инструментальных магазинов, связанных посредством манипуляторов или роботов с инструментальными головками, закрепленных на поперечных салазках станка стационарно или с
возможностью программируемого поворота, обеспечивающего последовательный ввод в обработку радиального или осевого неподвижного и вращающегося инструмента, инструмента для
обработки детали под углом;

револьверных многопозиционных головок, оснащенных неподвижным и вращающимися (радиальными и осевыми) инструментами, вращающимся инструментом для обработки деталей под углом.

Инструментальные головки систем с магазином имеют исполнения: в зависимости от количества одновременно установленных инструментов- одно- и двухинструментальные; в зависимости от числа управляемых координат- стационарного типа, с одной и двумя поворотными координатами.

На рис. 10 показана одноинструментальная головка, входящая в инструментальную систему патронно- центрового токарного многоцелевого станка. Головка, имеющая ось вращения, расположенную под углом 45° к оси Z станка, фиксируется в двух положениях, что обеспечивает возможность установки инструмента в осевом и радиальном направлениях.

Привод вращающегося инструмента содержит регулируемый электродвигатель 11 с номинальной мощностью 4.5кВт и nmax=4500 об/мин, пару косозубых 9, 10 и пару
конических зубчатых колес 18, 19, а также муфту 2 с внутренними зубьями, сцепленную с шестерней 3 инструментального шпинделя 4. Изменение положения оси гнезда корпуса 6 производится при размыкании плоскозубчатых колес 7 и 8, штоком 13 (шток-рейка), гидроцилиндра 14,
сцепленным с зубчатым колесом 12 и контролируемыми конечными выключателями.

1- зажимной сухарь блока; 5- инстументальный блок; 15- неподвижный корпус; 14- гидроцилиндр поворота головки; 16- гидроцилиндр зажимного блока; 17- гидроцилиндр закрепления инструментального блока.

Достоинства инструментальной системы данного исполнения:

большая жесткость и точность установки блоков, вращающихся инструментов; меньшие потери времени на смену инструментов, загрузка инструментов совмещена с процессом обработки.

Недостаток ~ размещение инструментального шпинделя внутри хвостовика, что ограничивает величину передаваемого на инструмент крутящего момента.

На рис. 11 приведена схема инструментальной головки, имеющей две полярные координаты и оснащенной двумя гнездами для неподвижного и вращающегося инструментов.

Полярная координата А с осью вращения диска 3, перпендикулярной плоскости поперечных направляющих салазок, обеспечивает обработку отверстий и пазов, расположенных под углом к оси вращения, кратным 2,5°. Другая поперечная координата головки Б, ось поворота корпуса 4 которой параллельна плоскости направляющих поперечных салазок, обеспечивает возможность обработки на детали шпоночных пазов и подобных элементов «вразгонку» немерным инструментом.

Инструментальная головка подобного исполнения обладает расширенными технологическими возможностями, высокой жесткостью и точностью, исключает возможность столкновения с углами станка и обрабатываемой деталью.

На рис. 11: 1 - суппорт; 2 - поперечные салазки; 5 и 6 - гнезда для вращающегося и неподвижного инструментов.

Накопителем инструментальной системы станка служит кассета с инструментами, установленная на тележке размещенной у правого торца станины станка с возможностью перемещения с шагом, равным расстоянию между гнездами кассеты. Емкость кассеты - 48 инструментов. Мощность электродвигателей привода инструмента в зависимости от типоразмера станка составляет 6.9, 8.7 и 12.6 кВт.

Диапазон частот вращения инструментальных шпинделей головок - 30.. .2200 (30.. .3000) об/мин.

Привод вращения инструмента головки 4 (рис.12) содержит электродвигатель 11, связанный клиноременной 9,10 и конической зубчатой передачами с инструментальным шпинделем 2. Угловое положение последнего контролируется роторным преобразователем 7.

Линейное перемещение головки в направлении, перпендикулярно плоскости направляющих салазок,
осуществляется приводом, содержащим регулируемый электродвигатель 13, связанный клиноременной передачей 12 с винтом шарико-винтовой пары 14. Дискретность перемещения головки по оси Y - 0,001 мм.

Угловое перемещение инструментальной головки 4 осуществляется электродвигателем 11 с дискретностью 0,01° при зафиксированном посредством пальца 20 шпинделя 2. При обкатке ведущей конической шестерни сцепленного с ней ответного зубчатого колеса, жестко связанного со шпинделем 2,
происходит поворот головки, угловое положение которой контролируется при этом роторным преобразователем 15, сцепленным с корпусом головки зубчатой парой 10. При обработке головка 4 подтормаживается гидротормозом 5. Угловое положение головки через 90° фиксируется пальцем 17,
перемещаемым штоком гидроцилиндра 18. Мощность электродвигателя 11 - 5,4 кВт. Диапазон частот вращения инструментштьных шпинделей - 12...3000 мин"1. Линейное перемещение головки по оси Y - 160 м.

На рис.12: 1 - гидроцилиндр фиксации шпинделя головки; 3 - коническая зубчатая передача; 6 и 16 -

зубчатые передачи; 8 - электромагнитные муфты; 15 - роторный преобразователь; 19 - гидроцилиндр разжима шпинделя; 20 - палец, фиксатор шпинделя.

Приводы вращения инструментального шпинделя и линейного перемещения головки по координате Y снабжены устройствами натяжения ремней.

В последнее время при разработках револьверных головок прослеживается тенденция к отказу от традиционных схем базирования и фиксации с использованием плоских зубчатых шестерен, отличающихся сложностью технологических процессов изготовления. Компоновка и конструктивное исполнение головок все более приближается к прецизионным шпиндельным узлам.

На рис.13 показана схема револьверной головки (многопозиционной) с периферийной фиксацией, в природе которой установлен регулируемый электродвигатель 2, связанный с датчиком 1. Ротор э электродвигателя 2 жестко соединен с генератором волновой передачи 3, гибкое колесо которой закреплено на валу 13 диска 6, установленном на подшипниках 5 и 7 в корпусе 4 головки. Закрепленный с помощью разжимных пружинных колец на валу 13 диск 6 выполнен с пазами, число которых равно количеству гнезд
инструментальных гнезд диска 10 и с которыми взаимодействует фиксирующий палец 12, оснащенный
гидроприводом 11 фиксации головки. К корпусу 4 крепится фланец 8, в котором с возможностью периодического взаимодействия с диском 10 размещены тормозные элементы 9; перемещение их осуществляется при подаче давления. Поворотом диска 10 с инструментами из позиции в позицию производится при отвернутом фиксирующем пальце 12 приводом, включающим электродвигатель 2 и волновую передачу 3. В данном положении диск 30 фиксируется пальцем 12 и тормозится элементами 9. Конструкция головки обеспечивает реверсирование и установку заданного инструмента при угловом повороте диска 10. Частота вращения диска 5...20 мин"1. Передаточное отношение волновой передачи -20.

Достоинства: простота конструкции, обусловленная использованием элементов унифицирования, высокая жесткость и точность.

Анализ показывает, что для 96% деталей, обрабатываемых на станках, вполне достаточно 5...6 вращающихся инструментов, используемых в наладке. Наличие в накопителе 8... 10 и более гнезд для установки вращающихся инструментов является во многих случаях убыточным и создает «страховочный запас» технологических возможностей, часто не реализуемых в работе и удорожающих конструкцию.

Привод инструментальных шпинделей по месту размещения ведущих звеньев (по отношению к шпинделю) может реализоваться по двум схемам:

- с размещением ведущих звеньев в поворотном диске (накопителе) револьверной головки (с внутренним размещением привода);

- с внешним приводом, размещенным в неподвижном корпусе револьверной головки.

В первом случае (рис. 14а), движение от электродвигателя посредством ременной зубчатой передачи
передается на центральный вал, от которого через конические зубчатые передачи - на инструментальные шпинделя или промежуточные валы с муфтами, с которыми сцепляются приводные муфты инструментальных блоков.

На рис. 14а центральный привод состоит из: 1 и 6- прямой и угловой блоки; 2- диск головки; 3 и 4- конические зубчатые колеса; 5- промежуточный вал с полумуфтами; 7- электродвигагель привода инструмента; 8 и 10- шкивы; 9- зубчатый ремень; 11- корпус головки; 12- центральный вал.

Максимальное число вращающихся инструментов в головке-4

Недостаток схемы: повышенный уровень шума, вращение инструментальных шпинделей в ненагруженных позициях. Такие же недостатки у схемы, в которой движение от электродвигателя передается на инструментальные шпинделя посредством ременной зубчатой передачи, ремень которой
охватывает несколько ведомых шкивов, соединенных с инструментальными шпинделями накопителя (рис. 146).

На рис.146, боковой привод (с одновременным охватом нескольких ведомых шкивов): 1 и 6- шкивы; 2 и 4- угловой и прямой инструментальные блоки; 3- диск головки; 5- зубчатый ремень; 7- электродвигатель привода инструмента; 8- корпус головки.

В схеме привода, размещенного в неподвижном корпусе блока (рис.146) шпиндель инструментального блока, находится в позиции обработки, сцепляется с ведущим валом привода посредством включаемой или подпружиненной муфты. Такое выполнение привода вращающегося инструмента обеспечивает значительное упрощение конструкции, уменьшение уровня шума, повышение точности и жесткости механизма при одновременном увеличении количества устанавливаемых в головке вращающихся инструментов (10 всех ее позиций), возможность передачи на шпиндель инструментальный большого крутящего момента.

На рис.14в в привод, размещенный в корпусе головки: 1- промежуточный вал с полумуфтой; 2 и 4- прямой и угловой инструментальные блоки; 3- диск головки; 5- зубчатые ремни; 6, 7 и 10- шкивы, 8- электродвигатель привода инструмента; 9- корпус головки.

На рисунках 15....21 даны дополнительные схемы револьверных головок с вращающимися инструментами. Рассмотреть и самостоятельно разобраться в их конструкции, оценить их применяемость.

На рис.23а - 23г приведены кинематические схемы узлов токарного обрабатывающего центра Ш420Ф40. Станок предназначен для обработки деталей типа фланец, колесо. На станке выполняется токарная обработка инструментом, установленным в отверстие инструментальной головки (рис.22а, 226). После выполнения токарных операций выполняются операции сверления и фрезерования поверхностей,
расположенных с торца детали вращающимся инструментом, закрепленным в оправках (рис.23г) и поверхностей, расположенных с цилиндрической части инструментом, закрепленным в шпинделях оправок (рис.23в).





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015- 2019 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.