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

Механизм зажима инструмента включается при нажатии конца конуса инструмента на шомпол 3. Шомпол 3 через изолирующий стержень 4 воздействует на конечный выключатель 5, который дает команду на отключение муфты / и включение муфты 6, после чего блокируется вращение шпин­ деля.

Шомпол вращается и втяги­ вает инструмент при помощи резь­ бы. По достижении определенного усилия муфта 2 отходит (происхо­ дит смещение мелкозубых полу­ муфт относительно друг друга), изменяется величина тока в об­ мотке муфты и отключается муф­ та 2— в результате инструмент зажат. Затем отключаются соот­ ветствующие реле, происходит торможение электродвигателя, от­ ключается муфта 6, а муфта / включается.

Отжим инструмента происхо­ дит нажатием соответствующей кнопки на пульте управления, при этом муфты 6 и 2 включаются, муфта 1 отключается, и затем че­ рез соответствующее реле вклю­ чается электродвигатель на вра­ щение в противоположную сторо­ ну. Окончание процесса отжима определяется реле времени.

Зажим инструмента по типу I I использован на КРС моделей 2411, 2421 и 2431. Механизм зажима инструмента станка модели 2431 (рис. 7) состоит из шомпола 10 с резьбой, кулачковой муфты 5, зуб­ чатой предохранительной муфты 3, ручки включения 1 и промежу­ точной втулки 11.

83

бовой конец заторможенного шомпола 10, втягивает инструмент в конусное отверстие шпинделя. Резьбовой шомпол притормаживает­ ся муфтой .3 с моментом, необходимым для надежного крепления инструмента (усилие зажима регулируется гайкой 2). Срабатыва­ ние муфты вызывает отключение двигателя. При вращении шпин­ деля в обратную сторону резьбовой шомпол вывинчивается из промежуточной .втулки и выталкивает из конуса шпинделя инстру­ мент, который при этом (в момент выключения вращения двигателя от реле времени) остается ввернутым в промежуточную втулку.

Зажим инструмента по I I I типу использован на КРС моделей 2Д450, 2Д450Пр и 2455 (последних выпусков).

При движении гильзы вверх шлицевый вал коробки скоростей через гайку сжимает спиральную пружину 2 (см. рис. 4,d), при повороте инструмента, вставленного в приемный конус шпинделя, хвостовик («байонетного» типа) удерживается в замке промежу­ точной втулки 3, зафиксированной от проворота в шпинделе. При движении гильзы вниз пружина разжимается и закрепляет инстру­ мент в конусе шпинделя. Крутящий момент передается инструмен­ ту через два паза на шпинделе и соответствующие выступы на хвостовике закрепляемого инструмента.

Зажим инструмента с использованием комплекта тарельчатых пружин о отжимом и освобождением инструмента от гидроцилинд­ ра применен.на станках модели 2455 (последних выпусков) и КВ-5, КВ-6 и КС-4 фирмы Oerlikon, на многооперационном многоинстру­ ментальном станке модели Jidic Н-5В фирмы Mitsui Seiki. Стер­ жень зажимного устройства последнего станка имеет центральное отверстие, через которое продувается воздух, очищающий хвосто­ вик вставляемого инструмента от пыли.

Способы передачи вращательного движения шпинделю от при­ вода главного движения. Для передачи вращательного движения используются обычно шлицевые или двухшпоночные соединения, обеспечивающие передачу движения на длине хода гильзы шпин­ деля (а для некоторых одностоечных станков и на длине хода шпиндельной головки).

Для станков малых размеров шпиндель изготовляют заодно с хвостовиком, например в малых отечественных станках моделей 2411 (см. рис. 4, s), 2421, 2431 и 243В и станках фирмы Hauser.

Для станков средних и крупных типоразмеров хвостовик шпин­ деля чаще всего изготовляется раздельно от шпинделя и соеди­ няется с ним посредством различных соединительных элементов, обеспечивающих передачу необходимого крутящего момента. На некоторых станках связь шпинделя с приводом главного движе­ ния осуществляется посредством длинного шлицевого (или шпо­ ночного) вала, проходящего внутри шпинделя, причем в последнем протягивается шлицевое (см. рис. 4, г и 4, д) или шпоночное от­ верстие.

84

ния на шпиндель длинные шлицевые валы, входящие в шпиндель. Такие валы имеют небольшое осевое перемещение, что позволяет несколько сократить его длину и избежать применения деталей, выступающих за габарит станка по высоте.

С целью уменьшения вредного влияния на шпиндель биения деталей привода применяются конструктивные решения, обеспечи­ вающие соосность осей вращения шпинделя и выходного вала привода. Это достигается более точным изготовлением связующих деталей, а также вводом специальных промежуточных элементов. Так, в двухстоечных станках моделей 2455, 2В460 и 2А470 приме­ няются промежуточные втулки, существенно уменьшающие толчки и вибрацию, возникающие из-за несоосности приводных элементов.

Промежуточная втлука (4) станка модели 2А460 показана на рис. 5, а. На одностоечных станках моделей 24П, 2421 и 2431 при­ вод шпинделя осуществляется через промежуточную втулку и кре­

6267—59) и ЦИАТИМ 203 (ГОСТ 8773—63). Причем периодиче­ ское пополнение смазки возможно без разборки шпинделя (на КРС моделей 2В460 и 2А470). Следует иметь в виду', что примене­ ние консистентной смазки предъявляет более высокие требования к защите подшипников шпиндельных узлов от загрязнения извне.

Специальную консистентную смазку с большим периодом служ­

вязкости применяют фирмы Hauser, Lindner, Newall и другие, а также отечественные заводы.

Масло веретенное АУ (ГОСТ 1642—50) 'применяется для смазки

85

также централизовано от станции гидравлики (на КРГС моделей 2457, 2458 и 2459).

Перечисленные первые три способа подачи смазки на шпиндель вызывают трудности в дозировке подаваемого масла и требуют ежедневного внимательного отношения оператора к эксплуатируе­ мой машине.

Применение масел указанных марок обеспечивает длительную работу шпиндельного узла с нагревом подшипников не более 10— 15°С (t° избыточная).

Смазка масляным туманом дает возможность увеличить число оборотов шпинделя и повысить период службы. Применяется на большинстве моделей станков фирмы Newall, на станке PW-1000 фирмы Pratt & Whitney и других, а также на отечественных КШС моделей ЗА282, 3283 и 3289.

ГИЛЬЗА ШПИНДЕЛЯ

Гильза шпинделя на всех отечественных и большинстве зару­ бежных КРС (за исключением американских) сопряжена с корпу­ сом шпиндельной бабки по ци­ линдрической поверхности сколь­ зящего трения без промежуточ­ ных втулок. Отверстие под гильзу (обычно L>2,5 D) тщательно обрабатывается, окончательно притирается или хонингуется и затем промывается керосином.

Лишь станки некоторых фирм (Kolb, Viner, Австрия) имеют в шпиндельной головке специаль­ ную толстостенную втулку.

Эти направляющие обеспечивают условия жидкостного трения, вы­ сокую точность и равномерность установочных перемещений, до-

86

статочно высокую жесткость и почти полное отсутствие износа ра­ бочих поверхностей. Однако для их применения необходимы допол­ нительные устройства и аппаратура, надежная защита рабочих поверхностей от попадания абразивных частиц и грязи, тонкая фильтрация масла, наличие блокировки, не допускающей переме­ щения при пониженном давлении масла в карманах.

Перемещение гильзы шпинделя-КРС осуществляется с помощью реечной шестерни и рейки. На всех станках отечественногопроиз­ водства рейка нарезается и шлифуется непосредственно на гильзе шпинделя. На станках зарубежных фирм (Newall, Oerlikon, SIP я др.) применяются также гильзы с приставной рейкой. Такое кон­ структивное решение позволяет изготовлять рейку из материала, отличного от материала гильзы, применять оптимальную термооб­ работку, дающую минимальные деформации гильзы, использовать боковые плоскости рейки в качестве направляющей при поступа­ тельном перемещении гильзы. Однако такое решение технологи­ чески более трудоемко, требует особо качественного изготовления сопряжения гильзы и рейки (во избежание последующих деформа­ ций гильзы в сборе).

На КРС моделей 2411, 2421 и 2431 применен оригинальный способ передачи поступательного перемещения на гильзу шпинде­ ля (см. рис. 7) с помощью промежуточной рейки 6, имеющей спе­ циальные направляющие на задней плоскости шпиндельной голов­ ки. Связанная с рейкой вилка 8, перемещаясь в пазу 9 шпиндельной головки, передает усилие подачи на гильзу в двух точках плоскости, проходящей по оси вращения шпинделя.

Чтобы применить шариковые и гидростатические направляющие для поступательного перемещения гильзы, используют шариковые винты (фирма Newall) и штанги, связанные с верхней частью гиль­ зы специальной плитой (фирма Pratt & Whitney).

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ и т о ч н о с т и ДЕТАЛЕЙ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ

Как правило, для изготовления ответственных деталей шпин­ дельных узлов выделяются специальные термостатированные уча­ стки. Окончательная обработка гильз и шпинделей производится на специальных высокоточных шлифовальных станках, за состоя­ нием которых осуществляется постоянный контроль.

Для гильз и шпинделей отечественных станков применяются следующие материалы:

сталь 38ХМЮА с азотированием до твердости HRC 65 — гильза и шпиндель станков моделей 2411, 2421, 2431 и 2455, расточные и полые шпиндели КРГС моделей 2457, 2458 и 2459;

сталь 18ХГТ с цементацией и закалкой в масле до твердости HRC 60 —шпиндели станков 2В460 и 2А470;

сталь 12ХН2 с цементацией и закалкой в масле до твердости

87

HRC 58—62 —гильзы станков моделей 2В440А, 2А450, 2Д450, шпиндели станков моделей 2В440А и 2А450;

сталь ХВГ с закалкой в масле до твердости HRC 59 — шпин­ дель станка модели 2Д450.

Очень жесткие требования предъявляются к шпиндельным под­ шипникам. Так, ролики подшипников КРС моделей 2411 и 2421 имеют некруглость и постоянство диаметра в поперечном и продоль­ ном направлениях «=0,00015 мм и разноразмерность роликов в комплекте не более 0,0002 мм при чистоте поверхности V12. При этом обеспечивается также высокая точность посадочных поверх­ ностей гильзы, колец и шпинделя. Ниже приведены точностные параметры посадочных поверхностей гильз и шпинделей КРС мо­ делей 2411 и 2421.

Вопросы технологии изготовления деталей шпиндельных узлов, контроля качества сборки координатно-расточных станков на Московском заводе КРС и Одесском заводе фрезерных станков им. С. М. Кирова освещены в работах [17 и 18].

Отверстие под гильзу в шпиндельной головке притирается или хонингуется с последующей промывкой фильтрованным керосином. Окончательно обработанное отверстие под гильзу станков моделей 2411 и 2421 имеет точностные параметры не хуже: некруглось 0,0005 мм, непрямолинейность образующей отверстия 0,001, непо­ стоянство диаметра в продольном направлении 0,0012 мм при ше­ роховатости поверхности V11 по ГОСТ 2789—59.

При чистовом шлифовании посадочных поверхностен гильз и шпинделей учитываются конкретные размеры комплекта подшипни­ ков и отверстия в шпиндельной головке. Проводится 100%-ная паспортизация деталей. Зазор в сопряжении гильзы с корпусом шпиндельной головки у отечественных КРС составляет при диа­ метре отверстия до 90 мм — 0,004—0,006 мм при диаметре >90 мм — 0,008—0,012 мм.

В шпинделях с цилиндрическими роликовыми подшипниками подбором комплектов деталей и тонкой монтажной регулировкой обеспечивается незначительный натяг в нижней опоре (0,002— 0,004 мм) и еще меньший в верхней опоре; в ряде случаев в верх­ ней опоре имеется небольшой зазор (до 0,002 мм).

88

ПРИВОД ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ КРС

Привод главного движения современных КРС должен обеспечи­ вать вращение шпинделя в широком диапазоне скоростей, необхо­ димых для обработки различных материалов. Он должен обладать высокими динамическими качествами, осуществлять безвпбрационную получистовую обработку с большим съемом стружки и чисто­ вую обработку с высокими точностью и качеством поверхности рас­ точенных отверстий.

ТЕНДЕНЦИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Анализируя технические характеристики современных станков (см. табл. 1, 2, 3, 8, 10 и 11), можно отметить следующее.

Увеличение мощности привода главного движения крупных од­ но- и двухстоечных станков. Фирмы стремятся расширить техноло­ гические возможности и повысить производительность обработки станков. В результате ужесточаются конструкции станков (увели­ чивается диаметр гильз шпинделей, расширяется площадь направ­

Фирма Lindner на новом одностоечном станке модели LN-16 увеличила по сравнению с прежней моделью LB-15A диаметр гильзы шпинделя с 120 до 140 мм, а также применила более круп­ ный конус шпинделя (ISA50 вместо конуса 10° и Dm ^ = 50 мм). В приводе главного движения применен трехскоростной асинхрон­ ный электродвигатель мощностью 2,3/4,8/6 кет.

На существующих КРС отечественного производства мощность электродвигателей главного привода не превышает 4,5 кет, что объясняется стремлением заводов-изготовителей исключить исполь­ зование дорогостоящего оборудования на грубых, черновых рабо­ тах и повысить тем самым срок службы станков.

Расширяется диапазон скоростей вращения шпинделя в основ­ ном путем снижения нижнего предела скорости вращения, что объясняется появлением в технике новых конструкционных мате­ риалов, а также все более широким использованием нержавеющих

89

центрирования отверстий обрабатываемых деталей для совмеще­ ния осей шпинделя и базового отверстия при их первоначальной установке (определение координат базового отверстия) или при контрольных обмерах готовой продукции.

Верхний предел скорости вращения шпинделя современных станков существенно не изменился и в среднем составляет для малых станков 3000, для средних 2000—2500 и для крупных стан­ ков 1600—2000 об/мин.

Все шире вводится реверсивное вращение шпинделя, что позво­ ляет производить на станках резьбонарезные работы, например на КРГС моделей 2457, 2458 и 2459, а также на станках фирмы Dixi и др.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПРИВОДОВ

В настоящее время на КРС, выпускаемых в СССР и за рубе­ жом, в приводе главного движения используются асинхронный электродвигатель (в сочетании с зубчатой коробкой скоростей или механическим вариатором), регулируемый электродвигатель посто­

робку скоростей применяется на одно- и двухстоечных КРС с на­ чала их производства и до настоящего времени. Основные пре­ имущества такого привода: простота и надежность системы элек­ трооборудования, высокий к.п.д., постоянство передаваемой шпин­ делю мощности во всем диапазоне скоростей (в случае применения односкоростного электродвигателя), сравнительно небольшой га­ барит, вес и тепловыделение самого электродвигателя.

Недостатки этого привода: применение многоступенчатой ко­ робки скоростей для получения нужного диапазона скоростей вра­

системы переключения скоростей; повышенное выделение тепла в коробке скоростей, вызванное большим количеством одновременно работающих шестерен; трудность обеспечения бесшумной и без­ вибрационной работы на высоких скоростях вращения даже при высоком качестве шлифованных шестерен.

Кроме того, необходимость переключения блоков шестерен на другую ступень мешает изменению скорости резания во время об­ работки детали.

90

В приводе главного движения рассматриваемого типа приме­ няют одно- и многоскоростные электродвигатели.

Односкоростной электродвигатель переменного тока исполь­ зуется на отечественном КРС модели 2В460 и на станках зарубеж­ ных фирм (SIP, Mitsui Seiki и др.). Чтобы обеспечить достаточно частый ряд скоростей вращения шпинделя, необходимо применять весьма сложную коробку скоростей и систему переключения зуб­ чатых передач.

В целях сокращения количества переключаемых шестерен и уп­ рощения коробки скоростей многие фирмы применяют двух- и трехскоростные электродвигатели. Двухскоростные электродвигате­

Рис. 9. Кинематическая схема вертикальной шпиндельной головки и схема ме­ ханизма переключения скоростей станка модели 2В460

На рис. 9 приводятся схемы вертикальной шпиндельной головки

Передача вращения от электродвигателя к коробке скоростей, содержащей пять валов, тройные зубчатые блоки 2 и 3 и двойной зубчатый блок 4, осуществляется через муфту переменной жестко­ сти 5, поглощающую резкие толчки. Двигатель тормозится с по­ мощью электромагнитной муфты 6, укрепленной на корпусе го-

91

ловки. Коробка скоростей в сочетании с двухскоростным электро­ двигателем обеспечивает 21 ступень скоростей вращения шпинделя в пределах 20—2000 об/мин со знаменателем ряда геометрической прогрессии ф = 1,25. Переключение скоростей осуществляется пере­ мещением тройных 2 и 3 и двойного 4 зубчатых блоков.

Привод перемещения блоков гидравлический с электрическим

Масло подается в одну или в другую полость рабочего цилиндра или в обе полости одновременно. При этом дополнительный пор­ шень устанавливает промежуточную базу для среднего положения зубчатого блока. Поджим блока в среднем положении осуществ­ ляется за счет разности давлений масла в обеих полостях рабочего цилиндра. Фиксация зубчатых блоков в каждом рабочем положе­ нии осуществляется защелкой 13. Перед тем как произвести пере­ ключение, защелка перемещается электромагнитом и освобождает зубчатые блоки.

Для выбора скорости вращения шпинделя следует нажать ру­ коятку 14 вариатора скоростей, расположенную на основном под­ весном пульте управления 15, и повернуть ее в нужное положение. Вместе с рукояткой вариатора поворачивается кодовый барабан с кольцами, которые через пружинные контакты замыкают соот­ ветствующие электрические цепи. Если при переключении блоков шестерен торец зуба одного венца попадет в торец зуба другого венца, то для защиты торцов зубьев от интенсивного износа и для полного зацепления зубьев предусмотрено автоматическое импульс­ ное реверсивное включение двигателя главного движения при мно­ гократно уменьшенном моменте.

Для контроля окончания цикла автоматического переключения скоростей на пульте имеется сигнальная лампочка, которая гаснет по окончании цикла переключения.

243ВФ2 (рис. 10) и на многооперационном станке модели 243ВМФ2.

От асинхронного электродвигателя 7 движение через клиноременный вариатор 2 передается трехступенчатой коробке скоростей с двойным перебором. Верхний диапазон скоростей вращения шпинделя передается через зубчато-ременную передачу 3 при включенной муфте 4 (подвижной блок 5 при этом находится в нейтральном положении), а средний и нижний — через подвижной блок 5 при включенной муфте 4. Переключение двойного блока и

92