книги из ГПНТБ / Кашепава М.Я. Современные отечественные и зарубежные координатно-расточные станки обзор

ЗАЩИТА НАПРАВЛЯЮЩИХ

Узлы защиты направляющих КРС можно разделить на следу­ ющие типы: жесткие н телескопические щитки, защитные устрой­ ства с лентами, гармоникообразные кожухи (мехи).

Жесткие щитки наиболее просты в изготовлении и эксплуата­ ции; их недостатки — увеличение габарита станка и отсутствие герметизации направляющих. Жесткие щитки применяют фирмы

Телескопические щитки — набор коробчатых элементов незамк­ нутого профиля, вставленных последовательно один в другой — более надежны и эффективны, чем жесткие, но при условии тща­ тельного их изготовления. Они незначительно увеличивают габарит станка, поэтому чаще применяются в крупных станках (моделей 2Д450, 2455 и станках фирм Kolb, Burkhardt и др.).

Устройство для защиты направляющих КРС модели 2455 при­ ведено в работе [13].

Предложенное устройство улучшает защиту направляющих от стружки и пыли. Защитные секции перемещаются в пазах непод­ вижных кронштейнов, установленных на станине, и снабжены под­ пружиненными скребками, расположенными на боковых и нижней гранях каждой секции.

Основные требования к конструкциям — малые зазоры между щитками и тщательное центрирование последних. Телескопические щитки в некоторых странах выпускаются централизованно (напри­ мер, фирмой Hennig, ФРГ).

Защитные устройства с лентами (металлическими, капроновыми и др.), натянутыми над направляющими, получают все большее

применяется на станках с направляющими качения, особенно чув­ ствительными к попаданию загрязнения в рабочую зону.

Гармоникообразные кожухи (мехи)—устройства с упругим складчатым элементом, который сжимается или растягивается при перемещении узла — применяются для защиты вертикальных по­ верхностей (направляющие шпиндельной бабки), на которые не может попасть стружка.

72

ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ

Работоспособность и точность станка во многом зависят от кон­ струкции шпиндельного узла, поэтому отечественные заводы и зарубежные фирмы постоянно ужесточают требования к точности его изготовления, температуре нагрева подшипников, внброустойчивости и долговечности шпинделей.

Ш П И Н Д Е Л Ь Н Ы Е О П О Р Ы

Опорами шпинделей в современных КРС служат подшипники качения (роликовые и шариковые) различных типов.

Большая часть станков отечественных заводов и зарубежных фирм имеет шпиндели с двумя опорами, разнесенными по концам

(Италия), показанных на 12 Европейской станкостроительной вы­

этом усложняется технология изготовления деталей и регулировки узла в целом и происходит дополнительное тепловыделение.

В качестве радиальных опор шпинделей широко применяются роликовые одно- и двухрядные подшипники, обеспечивающие вы­ полнение чистовых и получистовых работ (в том числе и фрезеро­ вание) с большой производительностью.

Наибольший интерес представляют следующие конструкции.

Роликоподшипники радиальные двухрядные с короткими ци­ линдрическими роликами. Отечественные радиальные двухрядные роликоподшипники типа 3 000 000 особо легкой серии обладают вы­ сокой несущей способностью, жесткостью" и быстроходностью. Они устанавливаются в станках моделей 2455 (рис. 4, о), 2В460 (рис. 4,6), 2Б460 и 2А470 и изготовляются по специальным тех­ ническим условиям. Подшипники фирм SKF (Швеция) для шпин­ делей применяют фирмы Newall, Oerlikon, Kolb и др.

Двухрядные цилиндрические роликоподшипники, изготовлен­ ные заводами пли фирмами, выпускающими станки со шпинделями без регулировки зазора в подшипниках используются в станках мо­ делей 2411 (рис. 4, в), 2421, 2А430, 2431 (последних выпусков) и в станках фирмы Hauser.

Однорядные цилиндрические роликоподшипники без регулиров­ ки зазора устанавливаются в станках моделей 2А450 (рис. 4,г), 2В440А и в станках фирмы Lindner. Необходимый зазор (натяг)

обеспечивается подбором комплекта доведенных роликов по инди­ видуальным замерам диаметров внутренних и наружных колец подшипников.

Двухрядные цилиндрические роликоподшипники без внутренне­ го кольца применены в станках моделей 2D450 (рис. 4, д) и

73

2Д450Пр. Роликовые подшипники собственной конструкции без колец использует фирма Hauser (модель Р-325). Не имеют проме­ жуточных втулок шпиндели и гильзы станков малых типоразмеров фирмы SIP (модели МР-1Н и МР-2Р).

Отказ от подшипниковых колец объясняется стремлением уменьшить количество стыков в конструкции шпинделя и увели­ чить жесткость и виброустойчивость шпиндельного узла путем уве­ личения толщины стенок гильзы и диаметра шпинделя. Однако это решение требует специальных дорогостоящих сталей с худшей обрабатываемостью и освоения сложного процесса их термической обработки.

Конические роликоподшипники широко используются фирмами SIP, Mitsui Seiki; стала применять такие подшипники и фирма Kolb на станке модели ОРСО-70 вместо подшипников типа SKF.

Большое распространение на КРГС получили конические роли­ коподшипники типа Garnet. Однорядный конический роликопод­ шипник с буртом на наружном кольце в передней опоре полого шпинделя и однорядный конический роликоподшипник с широким наружным кольцом и встроенными пружинами в задней опоре ис­ пользованы в станке модели 3SOE фирмы Dixi.

Однорядный конический роликоподшипник с буртом на наруж­ ном кольце в передней опоре полого шпинделя и однорядный кони­ ческий роликоподшипник без бурта на наружном кольце в задней опоре установлены в отечественных КРГС моделей 2459, 2458 и 2457.

Особенности подшипников типа Garnet [20]: сепаратор с отвер­ стиями занимает почти все свободное пространство между дорож­ ками качения наружного и внутреннего колец; применяются полые ролики; создается система каналов, по которым под влиянием центробежных сил циркулирует смазка.

В сепараторе переднего кольца двухрядных роликоподшипников Garnet на один ролик больше, чем в сепараторе заднего кольца, что улучшает динамические свойства подшипника. Бурт на наруж­ ном кольце позволяет использовать при монтаже очень удобную базу в виде плоского торца шпиндельной бабки.

Подшипники типа Garnet обеспечивают высокие точность, жест­ кость, динамические свойства и дают возможность проводить на станках получистовое растачивание и фрезерование с высокой про­ изводительностью. Вместе с тем они вызывают больший нагрев, чем цилиндрические роликовые подшипники, поэтому необходимо (особенно для КРС классов точности А и С) применять специаль­ ную систему охлаждения и смазки.

Радиальные игольчатые подшипники с упругим наружным кольцом, выпускаемые фирмой INA (ФРГ), применила фирма Perrin в станках моделей AV-3 и AV-4, показанных на 11 Европей­ ской выставке металлорежущих станков. В подшипниках отсутст­ вует внутреннее кольцо, внутренняя дорожка качения шлифуется на шпинделе.

76

Шариковые радиально-упорные дуплексированные подшипники с предварительным натягом установлены в станках фирм Fosdick, Pratt & Whitney, Coventry Gauge и др. Эти подшипники хорошо воспринимают радиальные и осевые нагрузки, однако использова­ ние их для работы с тяжелыми режимами нецелесообразно.

Шариковые упорные подшипники в качестве осевой опоры шпинделей применяют фирмы Newall, Hauser и другие, а также все отечественные заводы.

Роликовые упорные подшипники в качестве осевой опоры при­ меняет фирма Perrin в станках моделей AV-3 и AV-4.

Размещение подшипников в опорах шпинделей

Наиболее часто подшипники в опорах располагаются следую­ щими способами:

двухрядные роликовые подшипники с конусным отверстием во

станках фирмы Newall). Такое расположение упорных подшипни­ ков теоретически способствует уменьшению линейного смещения конца шпинделя по высоте из-за тепловых деформаций; однако общее выделение тепла в зоне передней опоры будет значительнее, чем при размещении упорных подшипников в верхней опоре (или по одному в каждой опоре), и может при достаточно напряжен­ ном режиме работы привести к заклиниванию гильзы шпинделя в отверстии шпиндельной головки;

двухрядные (или однорядные) роликовые подшипники с конус­ ным или цилиндрическим отверстием во внутреннем кольце — в нижней и верхней опорах в сочетаниичс двумя упорными шарико­ выми подшипниками в верхней опоре шпинделя — применены в отечественных станках моделей 2455 и 2В460 (см. рис. 4,а,б), 2В440А, 2А450 (см. рис. 4, г). Такая конструкция шпинделя позво­ ляет применить подшипники наименьшего размера и более равно­ мерно распределить в шпиндельном узле источники тепловыделе­ ния;

ней опорах. Так расположены подшипники в станках малых типо­ размеров моделей 2411 (см. рис. 4, в) и 2421;

сдвоенные конусно-роликовые подшипники — в нижней опоре шпинделя и одинарный конусно-роликовый подшипник с выбором

но-роликовых подшипников — в нижней опоре шпинделя и одинар­ ного ролико-цилиндрического подшипника — в верхней опоре (в

77

станке модели Оптимат 4А фирмы Matheys), а также одинарные конусно-роликовые подшипники — в нижней и верхней опорах шпинделя (в станках модели 1520/0 фирмы Newall, 43Н48 фирмы Herbert De Vlieg, KBNE-30 фирмы Kolb, LB14C фирмы Lindner. Обладая высокой радиальной и осевой жесткостью, конические роликовые подшипники позволяют вести работы с повышенными режимами, в том числе и фрезерование, с большими сечениями стружки;

радиальные игольчатые подшипники без внутреннего кольца с

В сдвоенных конических роликовых подшипниках в тех же це­ лях производится тщательный подбор длины промежуточной проставочной втулки между внутренними кольцами подшипников.

Выборка зазора в радиально-упорных подшипниках задних опор шпинделей часто производится комплектом пружин, например

подшипника Garnet размещаются пружины, необходимые для со­ здания осевого предварительного натяга.

Представляют интерес радиальные игольчатые подшипники с саморегулированием величины предварительного натяга фирмы INA. Основная особенность этих подшипников [20] — наличие упругодеформируемого наружного кольца. Сжимая это кольцо в осе­ вом направлении, можно создать предварительный натяг, при ко­ тором во всем диапазоне скоростей вращения шпинделя обеспечи­ вается его беззазорная работа.

Присоединительные поверхности шпинделя и способы крепления инструмента

На современных КРС присоединительные поверхности шпинде­ лей под инструмент выполняются в виде внутренних и наружных конусов и только в шпинделе станков фирмы Fosdick имеется 'Из­ готовленное с большой точностью цилиндрическое отверстие.

Как следует из табл. 1, 2, 3, 10 и 11, где приведены типы и размеры конусов современных КРС, наиболее часто в качестве внутреннего конуса шпинделя применяется конус Морзе (№ 0— 5). Конус Морзе применяется на станках Каунасского станкозаво­ да и ведущих зарубежных фирм (SIP, Hauser, Mitsui Seiki и др.). Длинный пологий конус обеспечивает надежное центрирование инструмента в шпинделе станка, высокую повторяемость размеров при работе с предварительно настроенным инструментом, передачу для станков малого и среднего типоразмеров необходимого крутя-

78

щего момента без дополнительных пазов и лысок. Однако при применении инструментов с конусом Морзе (в особенности при недостаточной толщине стенок шпинделя) нарушаются существую­ щие зазоры-натяги в переднем подшипнике шпинделя и прилага­ ются значительные усилия для удаления инструмента из конуса.

Конус Морзе № 4 (наибольший конус, встраиваемый в шпин­ делях КРС) имеет относительно небольшой диаметр (31, 26 мм) тела хвостовика инструмента у торца. В целях повышения жест­ кости крепления инструмента, предназначенного для растачивания отверстий большого диаметра и получистового фрезерования боль­ шими фрезами, фирмы вынуждены выполнять на конце шпинделя наружный несамотормозящий конус. Такая конструкция применена и на КРС моделей 2411, 2421 и 2431 (последних выпусков).

На станках моделей 2В440А, 2А450, 2Д450, 2455, 2457, 2458,

хорошее его центрирование в шпинделе. В целях предохранения от провертывания хвостовика инструмента в конусе шпинделя на торцовой поверхности выполняются пазы, в которые входят соот­ ветствующие выступы хвостовика инструмента.

Для обеспечения строгого постоянства положения микроскопа-

лях применяется принятый в международных стандартах крутой несамотормозящий конус с углом при вершине а=16°35'40" (ко­ нусность 7:24 по ГОСТ 15945—70). Введение такого конуса позво­ ляет механизировать и автоматизировать смену инструмента на современных станках, поскольку усилия выталкивания инструмен­ тов для конусов Морзе велики.

Некоторые фирмы (например, Newall), чтобы обеспечить по­ стоянство положения инструмента относительно шпинделя при его повторных установках, применяют инструмент с разной шириной шпоночных выступов.

Зажим инструмента в конусе шпинделя осуществляется гайкой или винтом-стяжкой (шомполом), проходящим по оси шпинделя. Быстрая ручная смена инструмента при повороте гайки на неболь­ шой угол (<90°) достигается согласованием заходов резьбы и рас­ положения пазов на шпинделе и гайке.

С помощью гайки на наружном конце шпинделя производится крепление инструмента в станках моделей 2В440А, 2А450, 2457, 2458, 2459, а также в станках фирм Newall, Fosdick и др.

Чтобы избежать перекоса инструмента в конусе шпинделя от несимметричных усилий зажима, при изготовлении зажимных гаек следует строго проверять перпендикулярность упорных поясков

79

резьбе. Однако применение зажимных гаек затрудняет автоматиза­ цию зажима и смены инструмента.

На станках с внутренним конусом типа Морзе и наружным ко­ нусом шпинделя крепление инструмента производится обычно винтом-стяжкой. На некоторых станках малых типоразмеров ин­

При механизации зажима инструмента чаще всего используют­ ся следующие виды движения:

I — вращение (с малым числом оборотов) шомпола от элект­ родвигателя при заторможенном шпинделе;

I I —вращение шпинделя при заторможенном шомполе;

I I I — поступательное перемещение гильзы шпинделя (с приме­ нением пружинных элементов и гидравлических устройств).

Зажим инструмента первого типа применен на отечественных КРС моделей 2455 (не последних выпусков) и 2А470.

На рис. 5, а представлено шпиндельное устройство, а на рис. 5, б механизм зажима инструмента в конусе шпинделя станка моде­ ли 2А470. Внутри шпинделя установлен шомпол 3, фиксирующий конический хвостовик инструмента / в коническом отверстии шпинделя (см. рис. 5, о).

Штанга 1 (см. рис. 5, б) может вращаться и перемещаться в осевом направлении. Вращение штанги осуществляется от двига­ теля 2 через зубчатые колеса 3 и 4, фрикционную электромагнит­ ную муфту 5, зубчатые колеса 6 и 7, вал 8, муфту 12 с пальцем 14 и втулку 15 с пазами на торце, сидящую неподвижно на конце затяжной штанги /.

При зажиме (освобождении) инструмента шпиндель должен находиться в крайнем положении — при минимальном вылете, так как при этом включается торможение цепи главного привода. Ука­

деля отключается питание главного двигателя и осуществляется торможение цепи главного привода. Нажатием на кнопку «Отжим инструмента» включается двигатель 2. При этом резьбовой конец шомпола вывинчивается из хвостовика инструмента до тех пор.

80

пока бурт 17 шомпола не упрется в подшипник 16. После этого штанга, продолжая вращаться, будет выталкивать хвостовик инст­ румента из конического отверстия шпинделя. Двигатель останав­ ливается по сигналу от реле времени.

5

Рис. 5. Шпиндельное устройство (а) и механизм зажима инструмента (б) оте­ чественного КРС модели 2А470

Для отжима инструмента фрикционная электромагнитная муф­ та 5 подключается в сеть более высокого, чем для зажима, напря­ жения и передает больший крутящий момент. Для зажима инстру­ мент нужно ввести в коническое отверстие шпинделя и нажать кнопку «Зажим инструмента». Привод вращения шомпола осуще­ ствляется по той же кинематической цепи, только двигатель будет вращаться в противоположном направлении, а фрикционная муф­ та 5 передавать меньший крутящий момент.

81

шпинделя, и двигатель остановится. При выдвижении шпинделя из крайнего положения электроблокировка отменяется. Под дей­ ствием пружины 13 (см. рис. 5, б) муфта 12 с пальцем 14, стерж­ нем 9 продвигается до буртика вала 8 и отключает микропереклю­ чатель 11.

Зажим и отжим инструмента от привода главного движения осуществляется на КРГС модели 3SOE фирмы Dixi (рис. 6).

~"1

Рис. 6. Разрез по шпинделю координатно-расточиого горизонтального станка мо­ дели 3SOE фирмы Dixi

Зажим (отжим) инструмента и вращение шпинделя управляет­ ся с помощью трех электромагнитных зубчатых муфт. При вклю­ чении преобразователя начинает работать муфта 1, обеспечиваю­ щая соединение привода главного движения со шпинделем в момент переключения обмоток асинхронного двигателя преобразо­ вателя со звезды на треугольник, и притягивается муфта 2.

82