Расточные станки

На расточных станках можно сверлить, рас­сверливать, зенкеровать, растачивать и развертывать от­верстия, подрезать торцы резцами, фрезеровать поверхности и пазы, нарезать резьбу метчиками и резцами и т. д. (рис. 11.6).

Расточные станки подразделяют на горизонтально-расточные, координатно-расточные и алмазно-расточные (отделочно-расточные). Алмазно-расточные станки применяют для тонкой (алмазной) обработки, на них можно растачивать отверстия с отклонением поверхности от цилиндричности в пределах 3—5 мкм. Ко­ординатно-расточные станки предназначены для обработ­ки точных отверстий в тех случаях, когда нужно полу­чить точные межцентровые расстояния или расстояния осей отверстий от базовых поверхностей (в пределах 0,005— 0,001 мм).

Рис. 11.6. Работы, выполняемые на горизонтально-расточных станках:

а — растачивание цилиндрических отверстий; б — сверление отверстий; в — обработка вертикальной поверхности торцовой фрезой; г — обработка горизонтальных плоских фасонных поверхностей; д — обработка торца резцом; е — нарезание внутренней резьб резцом
^ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ГОРИЗОНТАЛЬНО-РАСТОЧНЫЙ СТАНОК 2620В

Станок (рис. 11.7) предназначен для обработки дета­лей больших размеров и массы. На нем можно растачивать, сверлить, зенкеровать и развертывать отверстия, нарезать наружну: и внутреннюю резьбы, цековать и фрезеровать поверхности. На стайке целесообразно обрабатывать детали, у которых нужно растачивать несколько параллельно расположенных отверстий с точным расстоянием между их осями. Станок имеет неподвижную переднюю стойку, поворотный стол с продольным и поперечны перемещением относительно оси шпинделя и планшайбу с радиальным суппортом.

^ Техническая характеристика станка

Диаметр выдвижного шпинделя, мм................................................... 90

Размеры стола, мм:
длина...................................... 1250
ширина.................................... 1120
Наибольшие перемещения стола, мм:
поперечное............................. 1000
продольное............................... 1090
Наибольшее вертикальное перемещение шпиндельной бабки, мм 1000
Наибольшая масса устанавливаемой заготовки, кг........................... 2000
Наибольшее осевое перемещение выдвижного шпинделя, мм....... 710
Частота вращения, мин^-1:
шпинделя..................................... 12,5—1600
планшайбы............................. 8—200
Осевая подача шпинделя, мм/мин.................................................... 2,2—1760
Мощность электродвигателя главного движения, кВт................... 8,5/10
Масса станка, т.................................................................................... 12,5

Принцип работы станка заключается в следующем. Инстру­мент крепят в шпинделе или в суппорте планшайбы, он получает главное движение — вращение. Заготовку устанавливают непо­средственно на столе или в приспособлении. Столу сообщается продольное или поперечное поступательное движение. Шпиндель­ная бабка перемещается в вертикальном направлении по перед­ней стойке (одновременно с ней вертикально перемещается опор­ный люнет на задней стойке). Расточный шпиндель получает по­ступательное перемещение (при растачивании отверстий, нареза­нии внутренней резьбы и т. п.). Суппорт планшайбы перемещается по планшайбе в радиальном направлении. Все эти движения являются движениями подач.

Рис. 11.7. Универсальный горизонтально-расточный станок 2620В:

1 — задняя стойка; 2 — люнет; 3 — станина; 4 — продольные салазки стола; 5 — поперечные салазки стола; 6 — поворотный стол; 7 — планшайба; S — радиальный суппорт; 9 — шпиндельная бабка; 10 — передняя стойка; 11 — шкаф электрооборудования; 12 — электромашинный агрегат

^ Движения в станке (рис. 11.8). Главное движение — враще­ние шпинделя и планшайбы. Шпиндель и планшайба станка вра­щаются от двухскоростного электродвигателя мощностью N = = 8,5/10 кВт через коробку скоростей с двумя тройными блоками зубчатых колес Б₁ и Б₂. Планшайба 4 начинает вращаться при включении муфты М₁, которая приводит в движение зубчатое ко­лесо 21, свободно посаженное на валу IV. От вала IV через передачу получает вращение пустотелый вал VII и закрепленная на нем планшайба 4.

Уравнение кинематической цепи для минимальной частоты вращения планшайбы:

мин^-1.

Шпиндель 6 получает вращение через колеса (как покакано на схеме) или через зубчатые колеса в зависимости от положения муфты М₂.

Уравнение кинематической цепи для минимальной частоты вращения шпинделя:

мин^-1

^ Подачи и быстрые установочные перемещения рабочих органов станка осуществляются от регулируемого электродвигателя М2 мощностью N = 2,1 кВт, работающего в системе генератор — двигатель. Подача и скорость установочных перемещений регулируются в широких пределах путем бесступенчатого изменения частоты вращения вала электродвигателя. Движение рабочих органов станка реверсируется также электродвигателем.

От этого электродвигателя могут осуществляться следующие механические подачи и установочные движения рабочих органов: осевая подача расточного шпинделя 6 и радиальная подача суп­порта 5, вертикальное перемещение шпиндельной бабки 3 и одно­временное перемещение люнета 1, поперечная и продольная по­дачи стола 2.

Осевое перемещение расточного шпинделя может осуществля­ться механически и вручную. Осевая подача расточного шпинделя сообщается от электродвигателя постоянного тока М2 мощностью N = 2,1 кВт через цилиндрическую пару , электромагнитную муфту М₅, коническую пару , цилиндрические колесa , коническую передачу , муфту М₆, цилиндрические колеса и ходовой винт с шагом р = 20 мм.

При нарезании резьбы необходимо, чтобы за один оборот шпин­деля осевое перемещение его было равно шагу нарезаемой резьбы. Расчетная кинематическая цепь при нарезании резьб начинается от шпинделя 6 и заканчивается его осевым перемещением. Необ­ходимый шаг нарезаемой резьбы обеспечивается подбором сменных зубчатых колес .

Радиальное перемещение суппорта планшайбы осуществляется через планетарный механизм. Корпус планетарного механизма вращается от вала VII планшайбы через косозубую передачу .

Кроме того, центральное зубчатое колесо z = 16 этого механизма вращается от вертикального вала через червячную пару , муфту М₈ и цилиндрическую пару . Планетарный механизм, суммируя оба эти движения, вращает вал с зубчатым колесом z = 35 и через зубчатую передачу , конические колеса и червячно-реечную передачу перемещает радиальный суп­порт планшайбы.

Суппорт расположен на планшайбе, которая может вращаться с различной частотой n'. Это усложняет механизм подач суппорта. Для осуществления движения суппорта на планшайбу свободно насажено зубчатое колесо z = 100, которое получает вращение от зубчатого колеса z = 35, посаженного на левом ведомом валу планетарной передачи. У этой передачи для данного станка ведущими являются корпус (водило) и вал с зубчатым колесом z = 16. Обозначим частоту вращения вала с колесом z = 16 через n₁ частоту вращения корпуса (водила) n_o, а частоту вращения ведомого вала через n₄. Для определения частоты вращения валов планетарной передачи используют формулу Виллиса:

,

где m — число наружных зацеплений (для данного случая m = 2).

Подставив в формулу Виллиса значения чисел зубьев зубча­тых колес z₁, z₂, z₃ и z₄, получим

.

Отсюда выводим формулу для определения частоты вращения ведомого вала:

.

Теперь находим частоту вращения зубчатого колеса z = 100 при выключенном механизме подач, т. е. при n₁ = 0 и при план­шайбе, вращающейся с частотой n':

,

тогда .

Следовательно, частота вращения зубчатого колеса z = 100 при выключенном механизме подач будет совпадать с частотой вра­щения планшайбы, т. е. зубчатое колесо z = 100 будет вращаться синхронно с планшайбой и суппорт не будет иметь радиального перемещения. Для определения величин радиального перемещения суппорта необходимо знать передаточное отношение i -передачи от вала с зубчатым колесом z = 16 до вала с колесом z = 23:

при n_о = 0 n₄ = , т. е. .

Тогда уравнение кинематической цепи подачи радиального суппорта будет иметь вид

мм/мин.

Вертикальное перемещение шпиндельной бабки осуществля­ется вертикальным ходовым винтом с шагом р = 8 мм при вклю­ченной муфте М₃.

Вертикальное перемещение люнета производится ходовым вин­том с шагом р = 6 мм одновременно и синхронно с вертикальным перемещением шпиндельной бабки. Точное положение люнета относительно оси шпинделя по высоте корректируют вручную, вращая гайку, перемещающую люнет.

Продольное перемещение стола осуществляется ходовым вин­том с шагом р = 10 мм при включенной муфте М₄, поперечное перемещение стола — от электродвигателя N = 2,1 кВт с помо­щью винта с шагом р = 8 мм. Стол поворачивается либо от от­дельного электродвигателя МЗ мощностью N — 1,5 кВт, либо вручную.

Рис. 11.8. Кинематическая схема станка 2620В
АЛМАЗНО-РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ

На алмазно-расточных станках выполняют тонкое рас­тачивание точных цилиндрических и конических отверстий, а при наличии дополнительной оснастки их используют также для обработки торцов, канавок, фасонных поверхностей вращения и т. п. Алмазно-расточные станки подразделяют на вертикальные и горизонтальные, одно- и многошпиндельные. Горизонтальные стан­ки могут быть односторонними и двусторонними.

На алмазно-расточных станках обрабатывают детали при вы­соких скоростях резания (до 1000 м/мин), малых подачах (0,01 — 0,1, мм/об) и малых глубинах резания (0,05—0,5 мм). В качестве инструментов применяют алмазные и твердосплавные резцы.

^ Движения в станке (рис. 11.9). Главным движением в алмаз­но-расточных станках является вращение шпинделя с инструмен­том. Вертикальные одношпиндельные алмазно-расточные станки имеют разделенный привод главного движения, т. е. вращение шпинделю от коробки скоростей передается через ременную пере­дачу. В горизонтальных алмазно-расточных станках, предназначенных для более точных работ, коробка скоростей отсутствует; электродвигатель расположен вне станка, и шпинделям расточных головок вращение сообщается только с помощью ременной пере­дачи. Необходимая частота вращения шпинделя настраивается ступенчатыми или сменными шкивами.

Рис. 11.9. Алмазно-расточные станки: а — вертикальный; б — горизонтальный

Движение подачи в вертикальных одношпиндельных станках сообщается шпинделю, в горизонтальных односторонних и дву­сторонних станках — столу с установленным приспособлением для закрепления заготовки. Стол совершает сложный цикл рабо­чих и быстрых перемещений, подавая заготовку то к одним, то к другим шпиндельным головкам, установленным на мостиках. В специализированных алмазно-расточных станках движение по­дачи сообщается шпиндельным головкам, а заготовка остается не­подвижной. Для получения подач чаще всего используют гид­равлический привод, бесступенчато регулирующий подачу.

Точность вращения шпинделя в значительной степени определя­ет выходную точность обработки. Шпиндели монтируют на вы­сокоточных подшипниках качения или скольжения. Вращение на шпиндель для получения малых параметров шероховатости обрабатываемой детали передается ременной передачей. Шпиндель и закрепленные на нем детали обычно уравновешивают. Приме­нение гидравлической установки дает возможность не только при­менять бесступенчатое регулирование подачи, но также автомати­зировать цикл перемещения стола и другие вспомогательные опе­рации. Электродвигатели, насосы и другие механизмы станка вы­носят за пределы станка, что также способствует повышению точ­ности и уменьшению тепловых деформаций базовых деталей станка.

Тонкое (алмазное) растачивание имеет следующие достоин­ства: в порах обработанной поверхности отсутствуют абразивные зерна, наблюдаемые при обработке абразивным инструментом (шлифованием и хонингованием); высокая точность обработки отверстий, отклонение от кругдости 0,003—0,005 мм и параметр шероховатости поверхности Ra = 0,16... 0,63 мкм.
^ КООРДИНАТНО-РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ

На координатно-расточных станках можно размечать и центровать, сверлить, развертывать и окончательно растачивать отверстия, обрабатывать фасонные контуры, фрезеровать торцы бобышек и др. Станки этого типа применяют для обработки точ­ных отверстий в тех случаях, когда расстояния между их осями или расстояния их осей до базовых поверхностей детали должны быть выдержаны с очень высокой точностью.

Точные расстояния между осями обработанных отверстий и принятыми базовыми поверхностями получают на этих станках без применения каких-либо приспособлений для направления инструмента. Для точного отсчета перемещений подвижных уз­лов станка координатно-расточные станки имеют специальные устройства: точные ходовые винты с лимбами и нониуса­ми, жесткие и регулируемые концевые меры вместе с ин­дикаторными устройствами, точные линейки в сочетании с оптическими приборами и индуктивные проходные вин­товые датчики. При этом применяют механические, оп­тико-механические, оптиче­ские, оптико-электрические и электрические системы.

Координатно-расточные станки бывают одно- и двухстоечные. Одностоечные координатно-расточные станки обычно снабжают крестовым столом, который может перемещаться в двух взаимно перпенди­кулярных направлениях (продольном и поперечном). Шпиндель имеет вращательное движение и движение подачи в осевом направ­лении. У двухстоечных координатно-расточных станков стол мо­жет перемещаться только в продольном направлении, а попе­речное перемещение по траверсе получает головка со шпинделем. Координатно-расточные станки можно использовать как из­мерительные машины для проверки размеров деталей и особо точ­ных разметочных работ. Во избежание температурных влияний окружающей среды на точность работы эти станки необходимо устанавливать в изолированном помещении, где поддерживается температура 20 °С.

Основной особенностью одностоечного координатно-расточного станка 2А450 (рис. 11.10) является то, что он оборудован оптиче­скими устройствами, позволяющими отсчитывать целую и дроб­ную части размера. Поэтому точность отсчета перемещений стола не зависит от механизмов, перемещающих стол, и не нарушается даже при изнашивании этих механизмов. В условиях нормальной эксплуатации станок обеспечивает точность установки межцент­ровых расстояний в прямоугольной системе координат 0,001 мм, в полярной системе — 5 угл. с.

Координаты отсчитывают с помощью точных масштабных зер­кальных валиков и оптических приборов. Зеркальные валики представляют собой стержни из коррозионно-стойкой стали, на которых нанесены тонкие винтовые риски с точным шагом. Поверхность валиков доведена до зеркального блеска. Координаты устанавливают по точным шкалам при наблюдении через специальные микроскопы. Зеркальный валик размещают на столе станка и перемещают вместе с ним. На рис. 11.11 показана схема хода лучей при наблюдении продольно расположенного размера. От осветительного элемента 3 на поверхность валика 2 направля­ется пучок света, который отражается от валика и, проходя, через ряд призм и линз, попадает в микроскоп 1. В микроскоп видна освещенная поверхность валика и риска 5. Риска может быть в положениях s₁, s₂ или s₃. Для правильного отсчета положений стола его надо передвигать до тех пор, пока риска 5 не располо­жится точно между двумя неподвижными линиями 4 ви­зира (эти линии нанесены на тонкую стеклянную пластинку). Следовательно, если риска 5 видна в положениях s_lили s₃, то стол нужно сдвинуть так, чтобы риска заняла положе­ние s₂.

Рис. 11.10. Координатно-расточный станок 2А450:

1 — станина; 2 — стойка; 3 — шпин­дельная бабка; 4 — стол

Перемещения измеряют с помощью шкал зеркальных валиков. Перемещения, равные целым миллиметрам, отсчитывают по масштабным линейкам с миллиметровыми делениями. Перемеще­ния, составляющие доли миллиметров, отсчитывают по лимбам, закрепленным на валиках со шкалами. Точность отсчетов зависит от точности шага рисок масштабного валика.

Сущность индуктивного метода отсчета координат, который применяют на некоторых координатно-расточных станках, состоит в следующем. На станке имеется индуктивный винтовой механизм (рис. 11.12), который содержит винт-якорь 5 и датчик, состоящий из проходных гаек 1 и 2 с шагом 5 мм. Шаг винта-якоря также равен 5 мм. Датчик прикреплен к столу и переме­щается вместе с ним. Гайки являются сердечниками, на которые намотаны катушки, создающие в гайках магнитный по­ток при прохождении тока. Между наружной поверхностью винта и внутренней поверхностью гайки имеется радиальный зазор 0,3— 0,4 мм.

Каждая из гаек-сердечников смещена относительно другой на полшага. Суммарные воздушные зазоры между торцами витков гаек 1 и 2 и винта-якоря 5 будут равны и минимальны лишь вод­ном относительном положении. Это положение повторяется на каж­дом шаге винта-якоря. Во всех других случах при перемещении в пределах шага увеличение зазоров в одном полудатчике сопро­вождается уменьшением их в другом. Это приводит к изменению силы тока в цепи электроиндикатора (микроамперметра со шка­лой ±100 мкА). Когда зазоры в обоих полудатчиках равны, сила тока в цепи электроиндикатора будет равна нулю. Таким образом, при перемещении датчика вместе со столом относительно винта будет фиксироваться точное положение стола через каждые 5 мм.

Рис. 11.11. Оптическая система для отсчетов положения стола

Рис. 11.12. Индуктивный винтовой механизм
Установка точного положения стола в пределах Меньше 5 мм (до 0,001 мм) достигается следующим образом. При наборе коорди­нат винт-якорь 5 поворачивают вокруг оси маховичком 9 через конические колеса 16—17 и цилиндрическую передачу 18—7. Величину поворота винта-якоря наблюдают по лимбу. Затем при работе станка, когда стол движется, датчик точно фиксирует ну­левое положение.
Таким образом, создается непрерывная индуктивная шкала от­счета координат. Учитывая, что датчик при движении со столом фиксирует каждый шаг винта-якоря, т. е. каждые 5 мм, необходи­мо, чтобы электроиндикатор включался только перед требуемым витком. Для этого служит передвижной упор 21, который устанав­ливают при наборе координат в соответствии с требуемым разме­ром напротив заданного витка винта-якоря. Упор 21 закреплен на гайке 19, находящейся на вспомогательном винте 6. Винт 6 вра­щается от маховичка 9 через конические колеса 16—17.
На датчике закреплены два микропереключателя 4 и 3, ко­торые последовательно срабатывают при нажатии на упор 22 во время движения стола. Микропереключатель 4 за 2,5—3 мм до требуемой координаты выключает быстрый ход стола или салазок и одновременно включает медленную рабочую подачу. Микропере­ключатель 3 срабатывает за 0,8—1,2 мм до заданной координаты, подготовляя реле для подачи команды «Стоп» электродвигателю привода стола, а также включает электроиндикатор и его сиг­нальную лампочку. При достижении столом заданного размера дат­чик подает сигнал поляризованному реле, а от него через про­межуточное реле магнитному пускателю, отключающему электро­двигатель привода подачи, и стол автоматически останавливается. Точность останова зависит от скорости движения стола и состав­ляет ±0,02 мм.
Для наладки на требуемую координату служит лимб 10, при­водимый во вращение маховичком 9 через червячную пару и пока­зывающий величину в миллиметрах, лимб 11, указывающий доли миллиметров, и нониусный лимб 15, с помощью которого устанав­ливают тысячные доли миллиметров. Точно винт 5 и его лимбы устанавливают рукояткой 13 через зубчатые колеса 12 и 14.

После обработки первого базового отверстия лимб 11 устанав­ливают в нулевое положение. Отключают лимб//фрикционной муфтой. Лимб 10 связывается с червячным колесом 8фрикционными вальцами, находящимися под воздействием пружин. Благодаря этому лимб можно также установить в нулевое положение. Поло­жение стола определяют по линейке 20.

Для автоматического исправления ошибок отсчетного меха­низма (неточность шага и биение винта-якоря, неточность электри­ческой системы механизма) имеется специальный корригирующий диск, который через рычажную систему в соответствии с заранее обнаруженными ошибками поворачивает нониусный лимб. Кон­струкция и принцип работы датчика для набора и установки по­перечных координат аналогичны рассмотренным.