Модернизация токарного станка с ЧПУ модели 16К20Ф3С32 с целью обеспечения возможности обработки поверхностей сложных форм

 

 

 

Таблица 2.3 - Анализ применимости известных технических решений

 

№ А.С. МКИ УДК	Наименование А.С., патента	№ литер источника	Сущность технического решения, используемого  в разрабатываемой конструкции	Ожидаемый эффект
В23b 5/44	Приспособление для обработки  эксцентричных поверхностей. АС 396184	АС	В корпусе, установленном с помощью  переходной втулки в гнезде револьверной головки автомата, а штырями сцепленном со шпинделем детали, эксцентрично шпинделю детали закреплена обойма с резцами, а соосно ей установлено с помощью поводка на переходной втулке солнечное колесо планетарного редуктора для подачи резцов, отличающееся тем, что, с целью регулировки эксцентриситета обоймы с резцами, корпус выполнен переставным относительно центра шпинделя детали, для чего он снабжен хвостовиком, входящим  в эксцентричное отверстие поворотной регули-ровочной втулки, которая связана с приводной шестерней планетарного редуктора и установлена в переходной втулке приспособления соосно обойме с резцами, а солнечное колесо планетарного редуктора, сопряженное с корпусом, выполнено так же, как и корпус, переставным относительно центра шпинделя детали и снабжено пазом для установки поводка, осуществляющего его связь с переходной втулкой в гнезде револьверной головки автомата.	Расширение технологических возможностей станка и увеличение времени переналадки  при обработке эксцентричных  поверхностей.
В 23 В 31/00.	Самоцентрирующий         патрон   для   закрепления   эксцентричных  деталей.     №1572759	АС	Самоцентрирующий  патрон для закрепления  эксцентричных деталей, содержащий корпус  с двумя  основными  зажимными  кулачками,   геометрические оси которых расположены в диаметральной  плоскости  патрона,  и  смещенную относительно центра патрона дополнительную опору,  отличающийся    тем,   что   с целью повышения производительности  путем повышения жесткости и надежности закрепления при  скоростной обработке,   он  снабжен  установленным с  возможностью возврат-поступательного  перемещения параллельно упомянутой диаметральной плоскости  патрона дополнительным зажимным кулачком, а дополнительная опора  выполнена в  виде призмы  с базовыми поверхностями,  одна из  которых расположена параллельно направлению плоскости расположения дополнительного  зажимного  кулачка.	Расширение технологических возможностей станка, повышение точности и надежности зажима.
В23b 5/00	Устройство для совмещенной обработки нежестких валов   .	АС	Устройство для совме-щенной обработки  не-жестких валов, содержащее три  шариковых обкатника, суппорт с  резцом, отличающееся тем, что, с целью  снижения интенсив-ности относительных  коле-баний инструмента и детали, оно снабжено встроенной саморегулирующейся опорой, обхватывающей обраба-тываемую поверхность и выполненной, например, в виде набора упругих элементов с нелинейной характеристикой.	Расширение технологических возможностей станка, повышение точности и надежности зажима.
В23В 5/36 755437	Устройство для обработки внутренних фасонных поверхностей.	АС	Устройство содержит закреп-ленный на суппорте станка корпус, в котором с возможностью осевого пере-мещения установлен вал с резцом, кинематически связан-ный с приводом круговой подачи, и упорную тягу, взаимо-действующую с неподвижной частью станка.	Расширение технологических возможностей станка.
В 23 В  5/40.	АС.611721. Устройство для  обработки сферических  поверхностей.	АС	Формула    изобретения. Устройство для обработки сферических поверхностей, содержащее резцедержатель с приводом его вращения,  отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, резцедержатель выполнен грибовидной формы с кольцеобразным лазом и установлен на связанной с приводным валом направляющей,  в которой выполнены прорезь для резцов и отверстия для их шарнирного крепления.	Расширение технологических возможностей станка.
В23В 25/06.	Устройство для крепления патрона к шпинделю станка. АС 1357147.	АС	Устройство содержит корпусы 1 и 2 причем корпус 1 крепится на шпинделе станка, а в корпусе 2 устанавливается кулачковый патрон. Между корпусами расположены эксцентриковые втулки  и, а также кольцо, в которое входят две пары пальцев, связанные соответственно с корпусами I и 2 и расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Концы пальцев входят в отверстие кольца по посадке движения, что обеспечивает радиальное смещение корпуса 2 относительно корпуса 1 при фиксированном угловом положении. Поворотом втулок 3 и 4 можно установить патрон с закрепленной деталью соосно со шпинделем станка.
В23b 5/00 396183	Патрон для зажима коленчатых валов	АС	В корпусе имеются опорные базовые  поверхности и зажимная губка, соединенная  с червячно-винтовым приводом через  рычажный механизм, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности зажима, рычаж-ный механизм выполнен в виде двух рычагов, установ-ленных на осях в корпусе и соединенных между собой шарнирной распоркой.	Расширение технологических возможностей и и повышение производительности путем сокращения времени коррекции положения патрона. .
В23В 3/25	АС № 653029 В 23 В Устройство для обработки деталей  сложной  формы	АС	Формула изобретения такова. Устройство для обработки деталей сложной формы на станке типа токарного с суппортом, подвижным в поперечном и продольном направлениях от подвижно связанных через тягу двух копиров, один ИЗ которых выполнен в виде качающейся линейки, а другой — вращающийся, с целью расширения технологических возможностей, в нем копирный ролик, взаимодействующий с вращающимся копиром, выполнен в форме усеченного конуса и установлен на тяге с возможностью перестановки вдоль оси вращающегося копира.	Расширение технологических возможностей и повышение надежности

 

В результате проведенного патентно-информационного поиска принимаем решение о применении для данного станка патрона для зажима коленчатых валов, устройство для совмещенной обработки нежестких валов, устройство для прорезки канавок на шейках коленчатых валов, приспособление для обработки эксцентричных поверхностей на токарных автоматах и устройство для обработки внутренних фасонных поверхностей на токарных автоматах, так как это соответствует поставленному техническому заданию и расширяет технологические возможности станка.

Таким образом , предлагается применять следующие  технические решения:

- устройство для совмещенной  обработки нежестких валов;

-  устройство для зажима тонкостенных деталей ;

-   патрона для зажима коленчатых валов;

- устройство для обработки длинных нежестких валов;

- устройство для прорезки  канавок на шейках коленчатых  валов; 

- приспособление для  обработки эксцентричных поверхностей ;

- устройство для обработки  внутренних фасонных поверхностей;

- многокулачковый самоцентрирующий  патрон  и другие, которые соответствуют заданию и расширяют технологические возможности станка.

2.5 Анализ аналогов

Станок относится к  станкам токарной группы и предназначен для обработки наружных и внутренних поверхностей заготовок типа тел  вращения со ступенчатым или криволинейным профилем в один или несколько рабочих ходов в замкнутом полуавтоматическом цикле. Станок выпускают на базе станка 16К20, но отличается тем, что его оснащают различными устройствами числового программного управления в зависимости от модификации. Класс точности станка П. Станок имеет традиционную для токарных станков компоновку.

Существуют  родственные  станки и модификации моделей 16КР20Ф3, 16К20Ф3, 16К20Ф3С1,  16К20Ф3С2,  16К20Ф3С5,  16К20Ф3С4,  16К20Т1 с оперативной системой управления, который отличается тем, что у него нет АКС, а имеется шпиндельная бабка с ручной установкой скоростей и возможностью автоматического изменения их величины в два раза по программе. Указанные станки 16К20Ф1…5 отличаются от моего некоторыми техническими характеристиками.

  

2.6 Уточнение технического задания по модернизации станка модели            16К20Ф3С32

          

 Анализ показал,  что для повышения производительности  и эффективности обработки целесообразно для выполнения моей темы «Модернизация токарного станка с ЧПУ модели 16К20Ф3С32 с целью обеспечения возможности обработки поверхностей сложных форм» иметь следующее задание.

Разработать приспособления, позволяющие обрабатывать на станке 16К20Ф3С32 детали сложной формы, включая штоки, сложные валы, в том числе коленвалы автомобилей, крыльчатки и др. Конструкции узлов модернизации и приспособлений не должны быть дорогостоящими и подходить по габаритам к данному станку.

 Приспособления должно  давать возможность обрабатывать  несколько видов деталей сложной  формы. В том числе деталей типа шток, коленвал, фасонную деталь колесо компрессора и др. Приспособления должны обеспечивать повышение точности и надежности обработки.

Предлагаемые технические  решения должны позволять сократить  потери рабочего времени, связанные  с переналадкой, а, следовательно, повысить производительность обработки или  контроля деталей сложной формы.

Целью проекта является модернизация токарного патронно-центрового станка с ЧПУ мод. 16К20Ф3 с целью обеспечения возможности обработки поверхностей сложных форм.

 

 

3 Конструкторская  часть

3.1 Общая компоновка  модернизируемого станка и описание  его работы.

 

Станок имеет традиционную для токарных станков компоновку. Основание представляет собой монолитную отливку. Станина коробчатой формы с поперечными ребрами. Направляющие станины термообработанные, шлифованные.

Каретка суппорта с поворотным резцедержателем перемещается по неравнобокой призматической передней  и плоской задней направляющей, задняя бабка – по передней плоской и задней неравнобокой призматической направляющей.

Автоматическая коробка  скоростей и передачи в шпиндельной  бабке обеспечивают главное движение – вращение шпинделя, а движения подачи инструмент получает от приводов продольных и поперечных подач.

Общий вид представлен  на листе 1 графической части (л1 Гч) и рис. 3.1. Спецификация приведена  в Приложении Б.

 

Рис. 3.1. Общий вид станка 16К20Ф3С32

На рис. 3.2 представлена схема  подшипников станка.

 

Рис. 3.2 Схема расположения подшипников станка 16К20Ф3С32 /16/

 

3.2 Особенности  кинематической  схемы и  цепей станка                             

 

В зависимости от универсальности  кинематическая структура токарного станка может иметь различные группы или некоторые из них. Наиболее сложная кинематическая структура у токарно-винторезного станка.

Представленная на рис. 2.3 кинематическая структура обеспечивает выполнение всех исполнительных движений, необходимых для формообразования: перемещение инструмента (установочное) для получения заданного размера осуществляется механизмами подачи [Уст(П₂П₃)]; врезание, например при обработке канавки, - механизмом поперечной подачи [Вр(П₃)]; деление выполняется поворотом шпинделя с заготовкой [Д(В₁)].

Общий вид  кинематической схемы станка  дан на рис.3.3. На листе №2 Гч представлена   КС  со спецификацией в приложении Б.

 

Рис. 3.3.   Кинематическая схема станка  16К20Ф3С32

 

 Изучим её. Главное движение шпиндель V1 получает от электродвигателя M1. ( кВт, мин^-1) через клиноременную передачу с диаметрами шкивов мм и мм, АКС, клиноременную передачу со шкивами мм и мм и передачи шпиндельной бабки. АКС обеспечивает девять переключаемых в цикле частот вращения шпинделя за счет включения электромагнитных муфт.

Вал II имеет три значения частоты вращения благодаря переключателю муфт (соответственно работают передачи или или ) /16/.

Вал III вращается уже с девятью различными частотами вращения: при включении муфты работает зубчатая пара , муфты - пара , муфты - пара . Одновременным включением муфт и осуществляется торможение шпинделя. В шпиндельной бабке переключением блока Б1 вручную можно получить три диапазона частот вращения шпинделя (12,5…200; 50…800 и 125…2000 мин^-1).

 В положении блока  Б1, движение с вала V на шпиндель передается через зубчатые пары , , . При перемещении блока Б1 влево шпиндель V1 получит вращение от вала V через передачи или .

Уравнение кинематического  баланса для минимальной частоты  вращения шпинделя

мин^-1.

Смазывание шпиндельной  бабки автоматическое централизованное. Шпиндель смонтирован на двух конических роликоподшипниках 5-го или 4-го класса точности в зависимости от класса точности станка.

Датчик резьбонарезания  ДР, связанный со шпинделем беззазорной  зубчатой парой  , осуществляет связь между шпинделем и ходовым винтом, исходя из условия, что за один оборот шпинделя резец должен переместиться на величину шага нарезаемой резьбы.

Приводы подач имеют  два исполнения: с гидравлическим шаговым приводом и с электродвигателем  постоянного тока.

В станке применены электрогидравлические  шаговые двигатели ШД5-Д1 с гидроусилителем Э32Г18-23 для продольной подачи и гидрроусилителем Э32Г18-22 для поперечной подачи. Винт качения продольной подачи с шагом t=10 мм получает вращение от двигателя через беззазорный редуктор , а винт поперечного перемещения с шагом t=5 мм от гидроусилителя через беззазорную передачу .

 

Минимальная поперечная подача

мм,

где - минимальная доля оборота выходного вала гидроусилителя при шаге на выходном валу шагового двигателя 1,5⁰.

При применении двигателей постоянного тока на ходовые винты  устанавливают датчики обратной связи.

Суппорт и каретка  имеют традиционное устройство, но их размеры увеличены по высоте в  связи с увеличением размера  винта поперечной подачи и для повышения жесткости.

Задняя бабка имеет  жесткую конструкцию. Перемещение  пиноли осуществляется с помощью  электромеханической головки через  винт с шагом  =5 мм. Постоянство усилия зажимам заготовки обеспечивается тарельчатыми пружинами(18).

  

3.3 Гидравлическая  и пневматическая схемы станка

Гидрооборудование станка состоит из узлов /16/

1) гидростанции 7,5/1500 Г48-44, которая включает в себя резервуар  для масла емкостью 200 л, регулируемый  насос 2Г15-14 с приводным электродвигателем А02-51-4МЗ01, Элементы фильтрации и охлаждения рабочей жидкости, контрольно-регулирующую аппаратуру;

2) гидроусилитель моментов  продольного хода каретки Э32Г18-23;

3) гидроусилитель моментов  поперечного хода суппорта Э32Г18-22;

4) магистральные трубопроводы, соединяющие между собой гидравлические узлы а аппаратуру согласно принципиальной гидравлической схеме станка.

Работа гидроусилителей  моментов. Работа гидроусилителей моментов поперечного хода суппорта и продольного хода каретки осуществляется с помощью шаговых двигателей, входные валы которых посредством муфт жестко соединены с входными валами гидроусилителей.

При отработке шаговым  двигателем какого-то числа электрических  импульсов происходит поворот входного вала и смещение следящего золотника гидроусилителя на соответствующую этому величину.

Масло под давлением  через щели следящего золотника  и распределительный диск воздействует на поршни ротора гидроусилителя, который  поворачивает выходной вал пропорционально  величине открытия щелей.

За счет энергии масла, подводимого к гидроусилителю, электрические  сигналы малой мощности, поступающие  на вход шагового двигателя, многократно  усиливается и преобразуется  в синхронное (по отношению к валу шагового двигателя) вращение выходного  вала гидроусилителя с крутящим моментом, необходимым для перемещения рабочих органов.

 При этом величина  угла поворота выходного вала  гидроусилителя определяется числом  поданных импульсов, а скорость  – частотой их следования.

Пневмосистема. Пневмооборудование служит для создания воздушной подушки, облегчающей перемещение задней бабки по станине и предотвращающей износ направляющих. Пневмоаппараты смонтированы с задней стороны станка, на станке 16К20РФЗС32 не (устанавливаются.