15.4. Токарные станки с чпу
Токарные станки с программным управлением предназначены для наружной и внутренней обработки сложных заготовок типа тел вращения.
Токарные станки с ЧПУ классифицируют: а) по расположению оси шпинделя – на горизонтальные и вертикальные; б) по расположению направляющих – с горизонтальным, вертикальным и наклонным расположением; в) по числу используемых в работе инструментов и способам их закрепления на суппорте – в револьверной головке, в магазине инструментов; г) по виду выполняемых работ – на центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные.
Центровые станки служат для обработки заготовок типа валов с прямолинейными и криволинейными контурами, например, для обработки крупных валов и роторов электрических машин, турбин. Центровые станки составляют незначительный процент от всей группы станков.
Патронные станки предназначены для обточки, сверления, развертывания, зенкерования, цекования, нарезания резьбы метчиками в осевых отверстиях деталей типа фланцев, зубчатых колес, крышек, шкивов и т. д., возможно нарезание внутренней и наружной резьб резцом по программе. К наиболее распространенным станкам этой группы относятся станки 1А734Ф3, 1П756ДФ3 и др.
Патронно-центровые станки служат для выполнения наружной и внутренней обработки разнообразных сложных заготовок типа тел вращения и обладают технологическими возможностями токарных центровых и патронных станков.
Система ЧПУ токарно-центровых станков обеспечивает нарезание наружной и внутренней резьбы резцом по задней программе. Наиболее распространены в промышленности станки 16К20Ф3, 16К20Т1, 16К30Ф3 и др.
Токарные станки с ЧПУ выпускают с наибольшими диаметрами обрабатываемой заготовки над станиной D = 250÷5 000 мм (для патронных D = 160÷630 мм). Прутковые станки и автоматы имеют максимальный диаметр обрабатываемого прутка d = 10÷125 мм.
Карусельные станки применяют для обработки заготовок корпусов турбин, грузоподъемных машин, станин электродвигателей и других подобных деталей в тяжелом и энергетическом машиностроении, станкостроении, авиационной промышленности и других отраслях. Такие станки выпускаются как одностоечными, так и двухстоечными. В качестве примера можно привести станки одностоечные (1512Ф3, 1516Ф3 и др.) и двухстоечные (1А525МФ3, 1А532ЛМФ3 и др.) с одним, двумя, тремя суппортами.
Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3 (см. рис. 15.5) патронно-центровой предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения в замкнутом полуавтоматическом цикле, а также для нарезания резьб. Станок используют в единичном, мелко-и среднесерийном производстве.
3
4
5
6
8
9
10
7
1
2
Рис. 15.5. Станок 16К20Ф3
Техническая характеристика станка: наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над станиной 400 мм; наибольшая длина обрабатываемой заготовки 1 000 мм; число частот вращения шпинделя 22, в том числе автоматически переключаемых – 9; скорость движения продольной подачи 3 – 1 200 мм/мин; скорость быстрых продольных ходов 4 800 мм/мин; дискретность продольных перемещений 0,01 мм; дискретность поперечных перемещений 0,005 мм.
Станок 16К20Ф3 сконструирован на базе станка 16К20, поэтому компоновка, составные части и движения у этих станков одинаковы. Особенностью станка является шестипозиционный резцедержатель с горизонтальной осью поворота и съемной инструментальной головкой.
Главное
движение сообщается шпинделю VIII
(см. рис. 15.6). Источником движения служит
электродвигатель М1. Автоматическая
коробка скоростей (АКС) с электромагнитными
муфтами М1 …М6 обеспечивает
автоматическое переключение частоты
вращения шпинделя. Коробка скоростей
связана с двигателем и со шпиндельной
бабкой клиноременными передачами
и
.
После
клиноременной передачи, пары
следует цепь перебора с большой редукцией,
соединяющая валы V, VI,
VII, VIII. Цепь
главного движения становится короче
при перемещении блока 48 – 60 влево до
включения передачи
или
.
47
45
60
30
18
30
47
45
50
60
60
48
30
42
30
36
36
42
14
56
48
24
24
N=10
кВт
24
n=1460
1/мин
24
Ø274
Ø130
30
125
Ø204
Ø178
p=10
мм
24
100
72
38
62
20
p=5
мм
P1
p=5
мм
1
IX
p=10
мм
18
45
N=0,18
кВт
24
n=1400
1/мин
24
XIV
X
XI
VI
V
VIII
III
II
VI
VII
XIII
XII
P2
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M4
M1
M2
M3
Д1
Д2
M9
Ф
n
M
Д
ЭГ
P3
Рис. 15.6. Кинематическая схема токарного станка 16К20Ф3
Максимальная частота вращения шпинделя:
мин-1.
При одновременном включении муфт М4 и М6 шпиндель тормозится.
Продольная
и поперечная подача осуществляется
ходовыми винтами XIV и XII.
Если источником движения служит обычный
(не силовой) шаговый электродвигатель
(М2 и М3), то необходим
гидроусилитель ГУ и редуктор
и
.
Угол поворота у ротора двигателя за
каждый импульс из системы управления
составляет 1,5. Этому
будет соответствовать минимальное
продольное перемещение суппорта:
мм.
При максимальной частоте импульсов 8 000 Гц, т. е 8 000 имп/с скорость продольного перемещения 0,01×8 000×60=4 800 мм/мин. Поперечное перемещение вдвое медленнее, так как шаг ходового винта p = 5 мм.
Нарезание резьбы достигается согласованием сигналов, поступающих от фотоэлектрического датчика резьбонарезания Д1 (см. рис. 15.6) в шпиндельной бабке и сигналов, поступающих в шаговый двигатель М2. Благодаря этому, вращение шпинделя согласуется с продольным перемещением шпинделя. Согласование осуществляет система ЧПУ. В ней же переключателем настраивают соотношение движений, необходимое для реализации заданного шага P нарезаемой резьбы.
Поворот
планшайбы П резцедержателя вокруг
горизонтальной оси (вал X)
производится электродвигателем М4
через зубчатые колеса
и червячную передачу
.
В рабочем положении планшайба фиксируется
от поворота плоскозубой муфтой М9.
Ее сцепление и расцепление происходит
благодаря винтовой форме зубьев муфты
М8. В начальный момент движения
муфты М8 вал X подается
влево, муфта М9 расцепляется и
происходит поворот резцедержателя в
нужную позицию, где и фиксируется
конечными выключателями. По команде
электрического датчика положения Д2
двигатель М4 реверсируется, причем
фиксатор Ф препятствует обратному
повороту планшайбы, вала X
и правой полумуфты М8. Из-за винтовой
формы зубьев вал и головка перемещаются
вправо – муфта М9 замыкается.
Начинается рабочий цикл обработки.
Рассмотрим конструкцию поворотного резцедержателя (рис. 15.7).
На выходном валу 4 закрепляется инструментальная съемная головка (на рисунке не показана), связанная с подвижной полумуфтой 6 плоскозубой муфты. Поворот резцедержателя осуществляется через червячную пару 1-2, кулачковую полумуфту 7, другая половина в которой жестко связана с валом 4. В начальный момент движения этой кулачковой муфты вал 4 подается влево, при этом подвижная полумуфта 6 плоскозубой муфты отходит от неподвижной полумуфты 3 и резцедержатель начинает поворот в нужную позицию, которая определяется при нажиме кулачка 10 на соответствующий конечный выключатель 9. Затем происходит реверс двигателя, и полумуфта 7 вращается в другую сторону, при этом полумуфта 6 с инструментальной головкой удерживается от поворота фиксатором. Кулачки полумуфты 7 упираются в кулачки полумуфты 8, пружина 5 сжимается и полумуфта 6 фиксируется на зубьях полумуфты 3.
Рис. 15.7. Поворотный резцедержатель станка 16К20Ф3
В съемной инструментальной головке можно установить шесть резцов-вставок или три инструментальных блока, которые налаживают на размер вне станка в специальных оптических приспособлениях.