Агрегатные станки, опорный конспект

1 классификация сверлильного оборудования

Сверлильные агрегаты в соответствии с принятой в нашей стране классификацией относят ко второй группе металлорежущего оборудования. По назначению установки для сверления подразделяют на следующие виды: специализированные; универсальные; специальные. Под специализированными понимают автоматизированные агрегаты, которые способны выполнять определенные технологические процедуры. Как правило, они настраиваются на одновременное сверление нескольких отверстий в каких-либо конкретных конструкциях.

К специализированным относятся почти все советские и российские агрегатные станки, которые собираются из стандартных механизмов и составных частей. Они обычно оснащаются множеством особых инструментов и приспособлений, что ориентирует их на применение в массово-поточном и крупносерийном производстве.

Универсальное оборудование позволяет осуществлять любые технологические процедуры, связанные с выполнением отверстий и их дополнительной обработкой – фрезерно-расточной, фрезерно-токарно-расточной, токарно-расточной и т.д. Оно больше всего распространено, универсальные агрегаты используются многими предприятиями, небольшими производственными компаниями и частными лицами (настольный станок для сверления нетрудно найти в домашних мастерских наших сограждан).

Всю номенклатуру универсального оборудования делят на:

• Радиально-сверлильные установки. Они могут быть передвижными, стационарными, снабженными головками поворотного типа, переносными и другими;
• Вертикально-сверлильные. Бывают с сечением сверления 75 миллиметров (тяжелые), с сечением от 18 до 50 миллиметров (средние), с сечением 3–12 миллиметров (легкие). Любой настольный агрегат по своим параметрам относится к группе легких.
• Горизонтально-центровальные и горизонтально-сверлильные.

Агрегаты специального вида изготавливают для производства ограниченного числа операций (иногда они дают возможность выполнить всего одну операцию) в конкретной детали. В большинстве случаев их невозможно перенастроить на работу с другими заготовками.

Добавим, что радиально-сверлильный станок либо сверлильный агрегат другого типа (например, сверлильно-присадочный станок или магнитный сверлильный станок) может располагать системой числового программного управления (ЧПУ). Сверлильный станок с ЧПУ в своей маркировке имеет специальные символы (одна или две литеры и одна цифра), которые описывают некоторые особые характеристики оборудования. Понятно, что бытовые сверлильные станки не оснащаются числовым программным управлением, в этом нет никакой необходимости.

Если перед нами агрегат с обозначением «Ф1» в конце маркировки, это означает, что он имеет возможность преднабора координат и оснащен цифровой индикацией, с обозначением «Ф2» – оборудование с прямоугольными и позиционными системами ЧПУ, с «Ф3» – числовой программный комплекс является контурным.

Агрегаты без ЧПУ делятся на: полуавтоматические; с ручной и механической подачей; автоматизированные; автоматические. Кроме всего прочего, сверлильное оборудование в последние годы пополнилось большим количеством совершенно новых специальных и специализированных агрегатов, среди которых мы хотим выделить:

• деревообрабатывающий сверлильно-присадочный станок;
• инновационный магнитный сверлильный станок;
• многофункциональный токарно-фрезерно-расточной и комбинированный фрезерно-токарно-расточной центр.

О них обязательно будет рассказано в данной статье.

Жесткость

Жесткость — один из важнейших критериев металлорежущего станка. При проектировании прецизионного оборудования предусматриваются более высокая жесткость по сравнению с аналогичными машинами нормальной точности. Чем жестче будет узел, тем меньше на его функционировании будут отображены прикладываемые усилия.

Термин «жесткость» подразумевает способность оказывать сопротивление упругим смещениям относительно координатных осей, образующимся в результате воздействия нагрузки. Определить данный показатель несложно, ведь он вычисляется отношением силы, приложенной к механизму в требуемом направлении, к упругому отжатию.

Значение упругих отжатий в узлах зависит от упругих деформаций, образующихся в результате приложенных сил. В металлорежущих станках различают следующие виды деформаций:

1. Деформация комплектующих механизма, причиной которой является воздействие изгибающих, растягивающих сжимающих сил. Значения упругих смещений подсчитываются по формулам, с которыми можно ознакомится прослушав курс сопромата. Основная сложность состоит в выборе подходящей расчетной схемы, поскольку некоторые механизмы отличаются сложным конструктивным исполнением. К примеру, шпиндель можно устанавливать в опоры скольжения (независимо от того, являются они гидростатическими или гидродинамическими, магнитными или аэростатическими) и роликовые/шариковые качения. При этом построение эпюр для балок выполняется по такому же принципу, как в случае шарнирного опирания. Жесткость опор просто необходимо учитывать при расчетах, поскольку под действием приложенных сил осуществляется их деформация;
2. Контактная деформация — определяется действием сил, которые прилагаются к узлам, находящимся на телах качения. Касание элементов может осуществляться либо в определенной точке, либо по линии. Значение данного вида деформации можно рассчитать, правда, для этого необходимо прибегнуть к методу, описанному в издании «Сопротивление материалов»;
3. Деформация стыков — на показатель отжатия устройства деформация стыков оказывает наибольшее влияние. Требуемая жесткость стыка обеспечивается выбранной технологией обработки изделия (например, фрезерование, точение). Величину данного параметра определяет, количеством и размерами микронеровностей, оставшихся на обработанной поверхности в месте стыка;
4. Деформация тонких тел — планки и клинья, применяемые зачастую с целью компенсации износа контактирующих поверхностей, зажимаются между двумя плоскостями, за счет чего препятствуют полному прилеганию поверхностей. Длинная планка небольшой толщины будет касаться поверхностей лишь в определенных точках, следовательно, под воздействием силы тонкие тела будут распрямляться, а деформация — расти. Другими слова ми использование таких элементов, как планка или клин уменьшает жесткость конструкции в целом.

Рассчитывая узел на жесткость, нельзя обойти стороной сумму упругих отжатий, которые вызывают всевозможные упругие деформации.

Мероприятия, которые направлены на увеличение жесткости станка, выполняются с целью получения конструкций, способных воспринимать большие нагрузки при незначительной деформации комплектующих. Сюда можно отнести улучшение качества поверхностей, включая стыки; минимизацию стыков и кинематических цепей; производство жестких конструкций базовых устройств; ужесточение слабых звеньев типа клиньев, планок и цанг; обеспечение предварительного натяга в конструкциях, предполагающих наличие опор и направляющих качения.

Компоновки агрегатных станков

Условно делятся на четыре группы.

Рис. 3. Компоновки агрегатных станков

1. На станках нет устройства для периодического транспортирования обрабатываемых деталей, т е детали остаются неподвижными в течение всего цикла обработки (рис. 3, а) . Установив заготовку, можно обрабатывать на разных ее сторонах поверхности, точно связанные друг с другом, например отверстия в корпусе редуктора или в чашке дифференциала, цапфы крестовины карданного вала. Благодаря тому что приспособление неподвижно, можно достичь довольно высокой точности обработки.

2. Агрегатные станки имеют поворотный делительный стол (рис. 3, б). Обычно на нем помещается многопозиционное приспособление. Последовательная обработка детали производится несколькими инструментами. Возможна конструкция со столом, вращающимся вокруг центральной колонны. Иногда в центре поворотного стола устанавливается одна крупногабаритная заготовка.

3. Станки имеют барабан с горизонтальной осью вращения, на гранях которого находятся приспособления для закрепления обрабатываемых деталей (рис. 3, в). На барабанных станках детали обычно обрабатываются с двух или с трех сторон — это могут быть валы, трубы, корпусные детали Небольшие подвесные головки позволяют распространить обработку на большее число сторон.

4. Станки имеют многопозиционный стол с линейным перемещением и предназначены для обработки деталей с большим количеством повторяющихся элементов или крупногабаритных (рис. 3, г) .

Для загрузки и съема заготовок служат одна или две (на противоположных сторонах станка) позиции.

В агрегатных станках количество силовых узлов и инструментальных шпинделей, расположение осей шпинделей зависят от реализуемого на станке технологического процесса. Различают станки одноагрегатные и многоагрегатные, одношпиндельные и многошпиндельные, горизонтальные, вертикальные, наклонные и комбинированные, односторонние и многосторонние.

На однопозиционных станках обработка полностью заканчивается при постоянном положении детали На многопозиционных станках с поворотно-делительными столами обработка деталей выполняется параллельно или последовательно на нескольких позициях в разных положениях относительно инструментов.

Агрегатные станки можно оснастить загрузочными приспособлениями, и они станут автоматами. АС работают как самостоятельно, так и в составе автоматических линий.

Силовые головки агрегатных станков — это основные нормализованные узлы, определяющие их технологические возможности. Силовые головки предназначены для сообщения инструменту главного движения, рабочей подачи и установочных перемещений при сверлении, зенкеровании, развертывании и растачивании деталей из различных материалов.

В большинстве случаев осуществляются циклы движений, включающие быстрый подвод инструмента, рабочую подачу (одну или две в зависимости от технологического процесса), выдержку на жестком упоре (при необходимости), быстрый отвод и остановку в конце хода. Программа движений может быть разной и осуществляется автоматически от кулачка, установленного внутри корпуса головки.

Основными параметрами силовых головок, которые характеризуют их технологические возможности и служат основанием для выбора конструкции силовых узлов, являются мощность привода главного движения, наибольшая сила подачи, частота вращения приводного вала шпинделя головки, пределы подач, скорость быстрых перемещений, длина рабочего хода, точность переключения механизма подачи, габаритные размеры.

Рис. 4. Малогабаритная силовая головка

Существует несколько основных признаков классификации силовых головок:

• по виду привода подачи — электромеханические (кулачковые и винтовые), гидравлические и пневмогидравлические;
• по способу выполнения движения подачи — с выдвижной пи- нолью и с подвижным корпусом;
• по развиваемой мощности подачи — самодействующие (привод подачи встроен в корпус) и несамодействующие (часть механизмов — насос, панель управления — вынесена за пределы головки)

На рис. 4 показана малогабаритная силовая головка с плоскокулачковым приводом подачи и выдвижной пинолью. Корпус 2 головки смонтирован на салазках 3, закрепляемых на станине. Во время работы корпус головки неподвижен; при наладке станка корпус можно вручную (при помощи винта) перемещать вдоль салазок.

Рис. 5. Кинематическая схема самодействующей силовой головки

Принцип работы головки заключается в следующем (рис. 5) . От электродвигателя 1 через сменные шкивы 11 вращательное движение передается полому валу 4, имеющему внутренние шлицы для соединения со шпинделем 8. На полом валу имеется червяк 10, от которого через червячное зубчатое колесо 3 сменные колеса 2 и 4 и колесо 5 вращение передается зубчатому колесу 7, имеющему на своем торце кулачок 6.

К кулачку прижат при помощи пружины упор, жестко соединенный с пинолью шпинделя. Кулачок, нажимая на упор, выдвигает шпиндель вправо, обеспечивая ускоренную и рабочую подачи, а потом пружина возвращает шпиндель в исходное положение. Механизмы головки предохраняются от перегрузки шариковой муфтой Мф1, вмонтированной во втулку червячного зубчатого колеса 3. Главное движение настраивается сменными шкивами 11, а величина подачи — сменными зубчатыми колесами 2 и 4

Барабанно-кулачковые силовые головки с подвижной пинолью или подвижным корпусом применяются для сверлильно-фрезерных и резьбонарезных операций. Их мощность 0,1. . . 6 кВт. Принципиальная кинематическая схема такой головки не отличается от схемы плоскокулачковой головки.

Силовая головка с гидравлическим приводом подачи показана на рис. 6. Вращение от двигателя 11 через пару зубчатых колес 1-10 передается через связь 9 на шпиндель 6 головки. Шпиндель установлен внутри пиноли 4, подача которой сообщается гидроци- линдром 7.

При перемещении поршня 8 вправо шпиндель скользит внутри втулки 5, с которой имеет подвижное соединение, осуществляя движение подачи. На боковых поверхностях силовой головки устанавливают упоры 2 электрической и гидравлической аппаратуры управления 3.

Рис. 6. Силовая головка с гидроприводом

Гидравлические силовые головки применяют для выполнения как легких, так и тяжелых работ при обработке деталей средних и больших размеров. Эти головки годятся для выполнения силовых работ: привод главного движения 0,27. . .30 кВт, усилие подачи 0,4.. .100 кН.

Гидропривод обеспечивает бесступенчатое регулирование подачи в пределах 0,12. . .14 мм/с и скорость быстрых перемещений 50. . .125 мм/с. Благодаря точному переключению с быстрых ходов на рабочие подачи и наоборот (0,18. . . 0,47 мм) обеспечивается малое время холостых ходов.

Частота вращения инструмента до 9000 мин-1, а при сверлении отверстий диаметром менее 1 мм шпиндель делает до 24 000 мин-1 Большая жесткость, надежная защита от перегрузки и самосмазываемость деталей привода обеспечивают высокие эксплуатационные качества силовой головки.

Быстрые перемещения в агрегатных станках с гидроприводом занимают до 50 % времени работы. Увеличение скорости быстрых ходов до значений более 5 м/с вызывает рост инерционности и времени хода Введение двухскоростного подвода с переключением на скорость 2 м/с повышает стабильность точки переключения и сокращает время переключения на 27 50 %

Винтовые электромеханические головки применяются для сверлильных, расточных, а особенно часто — резьбонарезных операций. Самодействующие силовые головки обеспечивают основные движения и быстрый подвод и отвод режущего инструмента Наибольшая длина хода инструмента в зависимости от конструкции салазок составляет 500. . .800 мм, пределы подач 16,4. . .349 мм/мин, мощность электродвигателя до 14 кВт.

Пневмогидравлические силовые головки работают с применением сжатого воздуха в сочетании с гидравлическим регулированием величины подачи. Они выпускаются двух типов: с непосредственным воздействием воздуха на масло (модели ПГСГ) или пинольного типа с разделением воздуха и масла упругой диафрагмой (модели ГС-2М).

Главное движение в пневмогидравлической силовой головке — вращение шпинделей с инструментами — осуществляется от электродвигателя через зубчатую передачу, а поступательное перемещение с рабочей подачей и обратный ход — от поршня силового цилиндра с помощью сжатого воздуха.

В пневматических силовых головках вращение шпинделю сообщается от турбинки, установленной в корпусе головки, там же расположен пневмоцилиндр подачи. До соприкосновения инструмента с изделием происходит быстрое перемещение шпинделя, а затем следует рабочая подача, которая в такой головке не регулируется, а зависит от твердости обрабатываемого материала.

Пневматические и пневмогидравлические силовые головки просты по конструкции, легко перенастраиваются, со самосмазывающей системой трущихся поверхностей, с бесступенчатым регулированием подач. Но они имеют малые усилия подач и энергоемки из-за затрат на получение сжатого воздуха.

Силовые столы и бабки

Для выполнения операций, требующих больших затрат мощности: фрезерования, растачивания, подрезки больших торцов, — от силовых головок требуется повышенная жесткость. Описанные ранее силовые головки не отвечают этому требованию. Для повышения жесткости пришлось изменить конструкцию: механизм главного движения отделили от механизма подачи, и получились два узла — силовой стол и силовая бабка. На рис. 7 представлен такой агрегат.

Рис. 7. Силовой стол с установленной на нем силовой бабкой

Базовым в нем является силовой стол 4, установленный в направляющих салазках 5. Привод стола осуществляется с помощью двух электродвигателей, редуктора 1 и пары винт — гайка. В зависимости от назначения станка на силовом столе устанавливают сверлильные, фрезерные, обточные, подрезные, алмазно-расточные и другие силовые бабки 2.

Можно установить зажимное приспособление с обрабатываемой заготовкой. Бабка имеет отдельный привод главного движения, заканчивающийся приводным валом 3, который вращает шпиндель шпиндельной коробки. Коробка устанавливается на плоскость А силового стола и закрепляется к плоскости Б силовой бабки. Цикл работы агрегата обеспечивают упоры 6 и конечные переключатели.

Полученный агрегат обеспечивает надежную и стабильную подачу в пределах 0,2. . . 2,2 мм/с, быстрые ходы со скоростью 0,07. . . 0,11 м/с, усилие подачи 3. . .100 кН и возможность нарезания резьбы. Установленная мощность привода главного движения от 0,8 до 30 кВт.

В то же время у данного узла сложная электрическая схема, ступенчатое изменение подачи, на нем трудно получить очень малые подачи Большая масса оборудования снижает точность исполнения команд во время быстрых перемещений. Управление циклом движений стола производится переставными упорами и бесконтактными путевыми переключателями типа БВК.

В силовых столах наряду с винтовыми парами скольжения используются винтовые пары качения, отличающиеся высокой долговечностью и обеспечивающие за счет плавности перемещения стола высокую стойкость режущего инструмента. Силовые столы могут работать в горизонтальном, вертикальном и наклонном положениях.

Силовые столы используются в качестве механизмов подачи агрегатных станков при обработке средних и крупных деталей. Основной рабочий цикл силовых столов, как и силовых головок: ускоренный подвод — рабочая подача (одна или две) — выдержка на жестком упоре — быстрый отвод В зависимости от типоразмера наибольшая длина хода стола составляет 250. . .1250 мм, а наибольшее усилие подачи 6,3…100 кН.

При использовании стола с гидроцилиндром обеспечиваются бесступенчатое регулирование подачи и достаточная точность переключения с быстрого хода на рабочую подачу (выбег до 0,5 мм).

Силовой стол с винтовым приводом подачи (рис.

состоит из собственно стола (подвижной плиты) 17, салазок 18 и редуктора. На столе устанавливаются приспособление с заготовкой или узлы, сообщающие инструментам главное вращательное движение (бабки сверлильные, расточные, фрезерные и др. ). Стол сообщает заготовке или бабке быстрый подвод, рабочую подачу и быстрый отвод.

Рис. 8. Кинематическая схема силового стола

Когда надо обеспечить перпендикулярность оси отверстия и его торца, обработка последнего производится на жестком упоре При этом стол упирается в отрегулированный винт, а предохранительная муфта 14 проскальзывает. Быстрый подвод и отвод столу сообщает электродвигатель 8 через зубчатые колеса 10-11 при выключенной электромагнитной муфте 13.

Кроме электромеханического привода подачи, агрегатные станки компонуются силовыми столами с гидравлическим приводом. Такой стол перемещается по направляющей плите с помощью гидроцилиндра и может использоваться в качестве механизма подачи при обработке средних и крупных деталей. Силовой стол с гидроприводом иначе называется подкатным столом.

Фрезерные бабки агрегатных станков предназначены для чернового и чистового фрезерования одним шпинделем. Устанавливаются на крестовые и силовые столы, которые сообщают им движение подачи. Бабки могут быть беспинольными, когда положение фрезы относительно бабки не меняется и настройка фрезы на размер возможна только при установке бабки на крестовый стол.

У пинольных бабок перемещение пиноли может быть как ручным, так и автоматическим, с отскоком пиноли. На силовых столах бабки устанавливаются на салазках. Мощность фрезерных бабок первого типа от 1,5 до 30 кВт с диапазоном частот вращения шпинделя от 41. . .

Расточные бабки (рис. 9) имеют модификации, предназначенные для выполнения черновых и получистовых операций: растачивания, подрезки торцов, зенкерования, — и для чистовых операций, которые выполняют растачивание и подрезку торцов и обеспечивают получение отверстий по 7-му квалитету.

Рис. 9. Расточная бабка: 1 — шпиндель; 2 — корпус; 3 — приводной шкив или зубчатое колесо.

Подрезно-расточные бабки одновременно выполняют растачивание отверстия и подрезку торцов (протачивание канавок) . Эти бабки устанавливаются на силовые или подкатные столы.

Частоты вращения шпинделей бабок, применяемых на агрегатных станках, лежат в пределах 16. . .5000 мин-1. Они могут растачивать отверстия диаметром до 200 мм, а крутящий момент и осевое усилие могут достигать, соответственно, 6300 Н • м и 25000 Н.

Термины, применяемые в стандарте, и пояснения к ним

ИНФОРМАЦИОННЫЕДАННЫЕ

1.РАЗРАБОТАН ИВНЕСЕН Министерством станкостроительной и инструментальной промышленности СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ

В.С.Васильев, д-р техн. наук; А.Н. Байков, канд. техн. наук; Н.Ф.Хлебалин, д-ртехн. наук; А.Р. Чеховский; В.В. Земляной; Л.П.Малиновская; С.В. Токарева

2.УТВЕРЖДЕН ИВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартамот 25.02.88 № 366

3.Срок первойпроверки – 1994 г., периодичность проверки – 5 лет

4.ВЗАМЕН ГОСТ 4.130-85

5.ССЫЛОЧНЫЕНОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ