7.3. Расточные станки. Конструкции

7.3.1 Горизонтальные расточные станки (грс)

предназначены для обработки корпусных дета­лей и отличаются большой степенью универ­сальности.

Кроме расточных работ на них можно проводить сверление, нарезание внутренних и наружных резьб, развертывание, зенкование, обтачивание цилиндрических поверхностей и торцов, фрезерование концевыми и торцовы­ми фрезами

Расширению технологических возможно­стей способствует оснащение станков монти­руемыми стационарно или навесными на пе­реднем торце шпиндельной бабки планетар­ными суппортами (плансуппортами), которые обеспечивают возможность радиальной подачи инструмента при обработке и позволяют вы­полнять растачивание отверстий различного диаметра одним инструментом, протачивание канавок, подрезку торцов и другие подобные операции. В станках с ЧПУ радиальное пере­мещение резцедержателей плансуппорта может являться одной из автоматически управляемых координат станка. Области применения и ос­новные особенности различных типов ГРС приведены в табл.7.10.

В качестве основных параметров ГРС используемых при построении типоразмерных рядов (ГОСТ 2110-85) принимаются ширина рабочей поверхности стола и диаметр выдвиж­ного шпинделя.

Станины станков с крестовым столом выполняются, как правило, цельными, а с подвижной стойкой - составными. В обоих случаях для обеспечения жесткости станка при работе необходимо предусмотреть жесткий, качественный фундамент. Направляющие скольжения подвижных рабочих органов вы­полняются прямоугольными и обеспечивают длительное сохранение точности.

Таблица 7.10. Основные типы горизонтально-расточных станков

Тип и схемы станков	Основные компоновочные и конструктивные особенности	Область применения
С неподвижной стойкой и крестовым столом 1)	Станки с выдвижным шпин­делем, вертикально переме­щаемой по неподвижной стойке шпиндельной бабкой; крестовым поворотным сто­лом; подвижной вдоль оси задней стойкой с люнетом для поддержания длинных расточных оправок (а) или без задней стойки (б)	Станки с шириной рабочей поверхности стола 800 - 2000 мм и диаметром вы­движного шпинделя 80 - 160 мм. Используются для обработ­ки корпусных деталей в условиях единичного и мел­косерийного производства, а при оснащении устройст­вами ЧПУ - в серийном производстве
С поперечно-подвижной стойкой и продольно- подвижным столом 2)	Станки с выдвижным шпин­делем, вертикально переме­щаемой по поперечно- подвижной стойке шпин­дельной бабкой; продольно- подвижным поворотным столом. Стойка, как прави­ло, выполняется портального типа с симметричным рас­положением шпиндельной бабки между направляющи­ми стойки	Станки с шириной рабочей поверхности стола 800 - 2000 мм и диаметром вы­движного шпинделя 80 - 160 мм. Используются для обработ­ки корпусных деталей в условиях единичного и мел­косерийного производства, а при оснащении устройст­вами ЧПУ - в серийном производстве
С продольно-подвижной стойкой и поперечно- подвижным столом 3)	Станки с выдвижным шпин­делем (с выдвижным шпин­делем и ползуном); верти­кально перемещаемой по продольно-подвижной стой­ке шпиндельной бабкой и поперечно-подвижным по­воротным столом. Станки могут оснащаться задней стойкой	Станки с шириной рабочей поверхности плиты стала до 2500 мм и более, диаметром выдвижного шпинделя 125 - 320 мм. Используются для обработ­ки средних и крупных кор­пусных деталей в условиях единичного и мелкосерий­ного производства
С крестовой или продольно- подвижной стойкой и непод­вижным новоротным или не­поворотным столом 4)	Станки с выдвижным шпин­делем (ползуном); верти­кально перемещаемой шпиндельной бабкой на крестовой (а) или продоль­но-подвижной (б) стойке; столом-плитой, на которую устанавливается . обрабаты­ваемая деталь или поворот­ный стол. Станки с кресто­вой стойкой могут изготов­ляться в переносном вариан­те	Используются для обработ­ки крупных и особо круп­ных деталей произвольной формы в единичном и се­рийном производства

Рис. 7.12. Механизм зажима инструмента в шпинделе станка

Рис.7.13. Шпиндельный узел расточного станка:

а - со встроенным плансуппортом; б - с навесным илансулпортом

В современных моделях станков исполь­зуются стальные закаленные направляющие базовых узлов при пластмассовом покрытии по основным несущим граням и опорах каче­ния по боковым 1раням. В некоторых крупных ГРС используются гидростатические направ­ляющие стола и стойки, либо системы гидро­разгрузки направляющих скольжения. Шпин­дельное устройство ГРС состоит из расточного и полого фрезерного шпинделей, причем рас­точной шпиндель перемещается в осевом на­правлении внутри фрезерного шпинделя и вращается вместе с ним в подшипниковых опорах. Расточной шпиндель имеет внутрен­ний конус Морзе или с конусностью 7 : 24 для установки инструментальных оправок. В стан­ках с ЧПУ расточной шпиндель оснащается устройством автоматического зажима-разжима инструмента (рис.7.12). Полый фрезерный шпиндель на переднем конце снабжен флан­цем, имеющим посадочную наружную цилин­дрическую поверхность, торцовые шпоночные пазы (шпонки) и резьбовые отверстия для закрепления инструментов или приспособле­ний. Встроенная планшайба с радиальным суппортом монтируется на дополнительном шпинделе, охватывающем полый шпиндель, поэтому при оснащении станка плансуппортом и сохранении размера расточки под пе­реднюю опору шпиндельного устройства диа­метр выдвижного шпинделя уменьшается. На рис. 7.1 показан разрез по шпинделю бабки станка, оснащенного: встроенным плансуппортом и навесным плансуппортом. В станках с ЧПУ используются программно-управляемые плансуппорты, обеспечивающие точное пози­ционирование резца в автоматическом цикле, а следовательно, дополнительные возможности обработки - растачивание отверстий со слож­ным профилем продольного сечения, компен­сацию износа инструмента и т.д.

Вращение шпинделя осуществляется от асинхронного электродвигателя через много­ступенчатую коробку скоростей либо от регу­лируемого электродвигателя постоянного тока с использованием зубчатого перебора (рис.7.14) с ограниченным количеством ступеней (две-четыре).

Рис.7.14. Привал главного движения горизонтально-расточного станка с ЧПУ

Осевое перемещение шпинделя, ради­альное перемещение суппорта планшайбы, перемещения стола и шпиндельной бабки осуществляются от общего, групповых или индивидуальных электродвигателей. Конст­рукция с использованием регулируемых элек­тродвигателей, непосредственно связанных с шариковыми винтовыми передачами, харак­терна для станков с ЧПУ.

Станки с ручным управлением снабжают расположенным на шпиндельной бабке штур­вальным устройством для перемещения шпин­дельной бабки и стола. Включение штурваль­ного устройства в работу осуществляется с помощью электромагнитной муфты, управ­ляемой с пульта станка.

7.2.3. Координатно-расточные станки (КРС) предназначены для окончательной обработки отверстий и плоскостей, требования к геомет­рии и взаимному расположению которых на­ходятся на высшем уровне требований к точ­ности, предъявляемой к деталям общего ма­шиностроения. На КРС, в основном, выпол­няют следующие виды обработки: растачива­ние, развертывание, сверление и резьбонарезание, подрезка торцов, чистовое фрезерова­ние. Кроме того, на этих ставках во многих случаях проводятся разметка и измерения де­талей, обрабатываемых на других станках более низкой точности. Станки применяются в еди­ничном и серийном производстве, инструмен­тальных и ремонтных цехах машиностроитель­ных производств.

Широко распространена модификация станков, приспособленная для работы абра­зивным инструментом - так называемые координатно-шлифовальные станки.

По технологическому признаку КРС можно условно разделить на традиционные станки, используемые для финишных опера­ций обработки и измерений обработанных поверхностей, и координатные сверлильно-фрезерно-расточные станки, приспособленные для комплексной обработки обрабатываемых деталей с умеренными припусками или из легких конструкционных материалов и осна­щаемые устройствами ЧПУ и устройствами автоматизации смены инструментов и обраба­тываемых деталей.

Классификация станков по компоновоч­ному признаку приведена в табл.7.11

Таблица 7.11. Основные типы координатно-расточных станков

Тип и схемы станков	Основные компоновочные и конструктивные особенности	Область применения
Одностоечные 1)	Вертикальные одношпиндель- ные станки с выдвижным шпинделем. Шпиндельная головка смонтирована с воз­можностью установочного перемещения по призматиче­ской колонне, закрепленной на жесткой станине, которая служит также основанием не­подвижного по высоте кресто­вого стола	Станки с шириной стола 250 - 630 мм. Используются в единичном и мелкосерийном производстве
Одностоечные с невыдвиж­ным шпинделем 2)	Вертикальные одношпиндель- ные станки с невыдвижным шпинделем. Шпиндельная головка смонтирована на на­правляющих колонны с воз­можностью рабочих и вспо­могательных перемещений. Неподвижный по высоте кре­стовый стол также смонтиро­ван на жесткой, общей для него и призматической колон­ны, станине	Станки с шириной стола 400 - 630 мм. Оснащенные устройством ЧПУ и, в неко­торых случаях, устройствами автоматической смены инст­рументов используются в по­вторяющемся мелкосерийном и серийном производстве
Двухстоечные 3)	Станки с вертикальным (а) или вертикальным и горизон­тальным (б) выдвижными шпинделями. Вертикальная бабка смонтирована на травер­се с возможностью горизон­тального перемещения по ней; траверса имеют вертикальное установочное перемещение по стойкам портала, закреплен­ного на станине, которая слу­жит также основанием под­вижного по одной координате (продольное направление) сто­ла	Станки с шириной стола 400 - 2000 мм. Используются в единичном и мелкосерий­ном производстве. При осна­щении горизонтальной шпиндельной бабкой и пово­ротным столом обеспечивает­ся прецизионная обработка корпусных деталей без их переустановки
Двухстоечные с невыдвиж­ным шпинделем 4)	Вертикальные одношпиндель- ные станки с выдвижным шпинделем. Шпиндельная бабка смонтирована с возмож­ностью горизонтального пере­мещения по траверсе, верти­кальным перемещением кото­рой по направляющим стоек неподвижного портала осуще­ствляются установочные и рабочие перемещения по оси шпинделя. Портал установлен на жесткой станине, служащей также основанием подвижного по одной координате стола	Станки с шириной стола 800 - 2000 мм. Оснащенные поворотными автоматизиро­ванными столами и угловыми головками станки использу­ются для многосторонней прецизионной обработки средних и корпусных деталей произвольной формы в мел­косерийном и серийном про­изводстве

В качестве основного параметра КРС принимается ширина рабочей поверхности стола.

Станины, стойки и другие элементы не­сущей системы КРС изготовляют из высоко­качественных чугунов с естественным или искусственным старением и проектируют та­ким образом, чтобы подвижные рабочие орга­ны никогда не располагались на базовых дета­лях консольно, а деформации под действием нагрузок и тепла были по возможности сим­метричными относительно плоскостей сим­метрии станка. Жесткость хорошо оребренных станин коробчатого сечения обеспечивает воз­можность установки станков даже крупных размеров на три точки опоры, что снижает влияние воздействий на станок со стороны фундамента.

Направляющие рабочих органов КРС по профилю бывают чаще всего комбинирован­ными (одна V-образная, другая - плоская), либо прямоугольными. Для обеспечения ми­нимальных погрешностей траекторий рабочих органов продольный профиль направляющих выполняется таким, чтобы компенсировать упругие деформации базовых деталей при пе­ремещении рабочего органа. В связи с этим, основным типом направляющих являются направляющие скольжения, в которых чугун­ные направляющие базовых деталей с непря­молинейным профилем взаимодействуют с антифрикционными пластмассовыми наклад­ками на направляющих с прямолинейным профилем подвижных рабочих органов.

В направляющих качения, которые "при­меняются, в основном, в координатных сверлильно-фрезерно-расточных станках исполь­зуют чугунные закаленные направляющие в сочетании с роликами достаточно большого диаметра, обеспечивающими умеренное давление на опорные поверхности. На рис. 7.15 показаны типовые схемы направляющих рабо­чих органов станков.

Рис. 7.15. Типовые схемы направляющих координатно-расточных станков

Шпиндельные узлы, чаще всего пиноль- ного тина, монтируют на суперпрецизионных подшипниках. Традиционно используют регу­лируемые роликовые радиальные подшипники в сочетании с упорным подшипником в пе­редней опоре, расположение которого вблизи конца шпинделя способствует уменьшению линейного смещения этого конца при тепло­вых деформациях. Можно использовать также в обеих или одной, преимущественно перед­ней опоре, дугитексированные радиально-упорные шарикоподшипники, хорошо вос­принимающие умеренные радиальные и осе­вые нагрузки при достаточно высоких частотах вращения. На рис. 7.165показаны распро­страненные конструктивные схемы шпиндель­ных узлов КРС. Концы шпинделей с конусом Морзе используют только в станках неболь­ших размеров. В шпиндельный узел станков с конусностью 7 : 24 встраивают меха­низм ручного или автоматического зажима инструмента, а при автоматической смене и устройство для очистки конуса и хвостовика инструмента от загрязнения. В станках с ЧПУ используют и невыдвижные шпиндели, а ра­бочие и установочные перемещения осуществ­ляют шпиндельной бабкой или поперечиной.

Привод главного движения осуществля­ется от асинхронного двигателя через коробку скоростей для малых станков с ручным управ­лением или от регулируемого электродвигателя с использованием двух-, трехступенчатого перебора.

Привод подачи шпинделя в станках с ручным управлением получает движение от главного привода, имеет небольшую коробку подач и механизм включения тонкой ручной подачи от отдельного маховичка. В некоторых ручных станках и во всех станках с ЧПУ при­вод подачи шпинделя выполняется независи­мым - от регулируемого двигателя с возмож­ностью регулирования минутной подачи в широких пределах и осуществления быстрых перемещений.

Перемещение стола и шпиндельной го­ловки по траверсе на станках с ручным управ­лением осуществляется вручную либо механи­зировано, но с ручной доводкой в заданную координату. Такие станки снабжены оптиче­скими счетными устройствами линейных ко­ординат с точностью отсчета 0,001 мм (для шпиндельных устройств могут использоваться системы отсчета более грубые с точностью отсчета 0,01 мм). В станках с автоматическим позиционированием используют типовые для станков с ЧПУ приводы подачи в прецизион­ном исполнении и измерительные системы с непосредственным измерением положения рабочего органа, высокой разрешающей спо­собностью (дискретность отсчета 0,001 и даже 0,0001 мм) и блоками управления, обеспечи­вающими коррекцию результатов точности и повторяемости позиционирования.

Рис.7.16. Шпиндельные узлы координатно-расточных станков:

а - с цилиндрическими роликоподшипниками шпинделя; 6-е коническими

Характерной особенностью привода пе­ремещений траверсы в станках с ЧПУ является использование двух винтовых механизмов с раздельными электродвигателями, располо­женных на каждой стойке портала и управ­ляемых от раздельных согласованных между собой измерительных преобразователей, что обеспечивает постоянную параллельность тра­версы рабочей поверхности стола.

Для повышения точности расточных ра­бот в КРС используются зажимные устройства для фиксации подвижных рабочих органов в заданном положении. Конструкция таких уст­ройств предусматривает тарированное усилие зажима и должна исключать при срабатывании какой-либо сдвиг фиксируемого рабочего ор­гана. Например, зажим может осуществляться через закрепленные на подвижных рабочих органах ленты, жесткие в направлении пере­мещения и податливые в поперечном направ­лении (см. рис.7.15).

Практически во всех современных стан­ках используют автоматические системы ком­пенсации деформации станины при переме­щении стола и автоматической стабилизации температуры корпусных деталей с целью уменьшения тепловых деформаций станка.

Значительно расширяются технологиче­ские возможности КРС при использовании поворотных и наклонно-поворотных дели­тельных столов, оснащенных оптическими, индукционными или фотоэлектронными из­мерительными преобразователями и обеспечи­вающих поворот и наклон рабочей план­шайбы с точностью ± (3 ÷ 5)".