Агрегатные станки

 
1. Принципы действия агрегатных  станков.

1.1. Общие понятия об  агрегатных станках.

1.2. Силовые головки.

1.3. Шпиндельные коробки  и насадки

1.4. Переналадка агрегатных  станков.

2. Область применения  и эффективность агрегатных станков.

2.1. Область применения  агрегатных станков.

2.2. Эффективность агрегатных  станков.

3. Технологические возможности  агрегатных станков на примере  агрегатно-модульной конструкции  типа 3388.

4. Прогрессивные направления  развития станкостроения.

4.1. Современные технологии  в станкостроении.

4.2. Автоматизация технологических  процессов в машиностроении.

Структура автоматизированной производственной системы механической обработки.

4.3. Автоматические линии  с управлением от ЭВМ.

Литература.

1. Принципы действия  агрегатных станков

1.1. Общие понятия  об агрегатных станках

Агрегатными называются специальные  станки, которые состоят из нормализованных  деталей и узлов (агрегатов). Станки предназначены для обработки  сложных и ответственных деталей  в условиях серийного и массового  производства. Наибольшие технологические  возможности станков обеспечиваются в том случае, когда обрабатываемая деталь в процессе резания неподвижна, а главное движение и движение подачи сообщаются режущим инструментам. Этим достигается наибольшая концентрация операции: можно производить обработку  деталей одновременно с нескольких сторон многими режущими инструментами  при автоматическом управлении рабочим  циклом.

Агрегатные станки различают  специальные и переналаживаемые, с полуавтоматическим и автоматическим циклами. Станки не требуют большой  производственной площади, обеспечивают стабильную точность обработки, могут  обслуживаться операторами невысокой  квалификации, допускают многократное использование нормализованных  деталей и узлов при настройке  станка на выпуск нового изделия. Однако эти станки менее гибки при  переналадке по сравнению с универсальными станками.

Наибольшее распространение  получили агрегатные станки сверлильно-расточной и некоторых других групп. Они позволяют производить сверление, зенкерование, развертывание и растачивание отверстий, резьбонарезание и резьбонакатывание внутренних и наружных поверхностей, подрезание торцов, фрезерование и другие операции. Компоновка станков весьма разнообразна. Она зависит от формы, размеров и точности изготовляемых деталей, расположения на них обрабатываемых поверхностей и принятого технологического процесса.

На рис. 1 показаны некоторые  схемы компоновки агрегатных станков. Основными нормализованными элементами, из которых состоят станки, являются станина 1, стойка 6. основание 7, тумба 5 под приспособление 4, многопозиционный стол 9. Силовым органом станков  является независимый агрегат силовой  головки. Он состоит из самой головки 2 и шпиндельной коробки 3. Головка  предназначена для осуществления  главного движения и движения подачи, Она имеет самостоятельный привод. Шпиндельная коробка несет инструментальные шпиндели, вращающиеся от приводного вала силовой головки; движение подачи осуществляется вместе с корпусом головки  или пинолью 10 (рис. 1,в) с насадкой 11.

На рис. 1,д показан агрегат, в котором силовая головка  состоит из силового стола 8 и силовой  головки 2. Стол 8 является независимым  узлом с индивидуальным приводом движения подачи. Смонтированная на нем  силовая головка имеет свой привод, осуществляющий только главное движение. Такая конструкция силовой головки  расширяет технологические возможности  станка.

Количество силовых агрегатов  и инструментальных шпинделей, расположение осей шпинделей в пространстве зависят  от назначения станка. Различают станки одноагрегатные (рис. 1,а,б,г,д) и многоагрегатные (рис. 1, в,е), одношпиндельные и многошпиндельные, горизонтальные (рис. 1,а), вертикальные (рис. 1,г,д), наклонные (рис. 1,б,в), смешанные (рис. 1,е), односторонние (рис. 1, а,б,г,д) и многосторонние (рис. 1,в,е).

На однопозиционных станках (рис. 1,а,б,г) операция полностью заканчивается при одном постоянном положении детали. На многопозиционных станках (рис. 1,в,е) обработка деталей параллельно или последовательно осуществляется в нескольких позициях, в нескольких различных положениях относительно инструментов. Периодическое перемещение приспособлений вместе с обрабатываемыми деталями из одной позиции в другую производят при помощи многопозиционных столов: поворотных или с прямолинейным движением.

1.2 Силовые головки

Силовые головки предназначены  для сообщения инструменту главного движения, рабочей подачи и установочных перемещений. В большинстве случаев  осуществляются циклы движений, включающие быстрый подвод инструмента, рабочую  подачу (одну или две, в зависимости  от технологического процесса) выдержку на жестком упоре (при необходимости), быстрый отвод и остановку  в конце хода. Программа движении может быть различной и осуществляется автоматически.

Основными параметрами силовых  головок, которые характеризуют  их технологические возможности  и служат основанием для выбора конструкции  силовых узлов, являются мощность привода  главного движения, наибольшая сила подачи, частота вращения приводного вала шпинделя головки, пределы подач, скорость быстрых  перемещений, длина рабочего хода, точность переключения механизма подачи, габаритные размеры.

Существует несколько  основных признаков классификации  силовых головок. По типу подачи их делят на электромеханические (кулачковые и винтовые), гидравлические и пневмогидравлические. По конструктивному признаку головки бывают с выдвижной пинолыо и с подвижным корпусом. Головки, у которых привод подачи встроен в корпус, называют самодействующими, в отличие от несамодействующих, у которых часть механизмов (насос, панель управления) вынесена за пределы головки.

На рис. 2 показана схема  малогабаритной силовой головки  ГС (02-06) с плоскокулачковым приводом подачи и выдвижной пинолью. Корпус 3 головки смонтирован на салазках 1, закрепляемых на станине. Во время работы корпус головки неподвижен; при наладке станка, корпус можно вручную (при помощи винта) перемещать вдоль салазок. Если необходимо перемещать головку в процессе работы станка, применяют самоходные салазки. Приводной вал 2 вращается электродвигателем 4 при помощи ременной или зубчатой передачи.

Силовые головки мод. ГСМ-01, ГСМ-О3 и ГСМ-04 показаны на рис. 3. От двигателя 4, через пару зубчатых колес и ременную передачу вращение передается через втулку 1 на шпиндель 2. Последний установлен внутри пиноли 3, которая является поршнем гидропривода подачи. При перемещении поршня вправо шпиндель скользит внутри втулки, с которой имеет подвижное шпоночное соединение. Для сверления отверстий диаметром менее 1 мм имеются головки с высокочастотным двигателем; шпиндель совершает до 24000 об/мин.

Силовые головки данной группы применяют при обработке малогабаритных деталей с небольшой длительностью  цикла и малой длиной хода инструмента (до 150 мм). Наша станкостроительная промышленность выпускает гамму золовок различных  размеров с условным диаметром сверления  до 16 мм, мощностью привода 0,27-3 кВт, силой подачи 0,4-6,3 кН, с частотой вращения до 9000 об/мин.

На рис. 4 показана самодействующая  силовая головка с подвижным  корпусом и гидравлическим приводом подачи, В направляющих салазках (или  направляющих станины) 1 установлен корпус 6 головки. С левой его стороны  размещен электродвигатель 4, который  с помощью колес 3 - 2 вращает приводной  вал 7, расположенный внутри литой  трубы корпуса. Правый конец трубы  входит в корпус шпиндельной коробки, устанавливаемой на плоскость а  и закрепляемой па плоскости б. Внутри корпуса силовой головки находится  один или два гидронасоса 5 с приводом от того же электродвигателя. Перемещение  головки ограничивает винт 8.

Вся гидравлическая аппаратура скомпонована в едином агрегате - гидравлической панели. У самодействующих головок  она монтируется в одной из боковых стенок корпуса. В нижней части корпуса головки установлен силовой цилиндр 9. Его шток 10 неподвижно закреплен в приливе салазок  или станины 1. На боковых поверхностях силовой головки устанавливают упоры, воздействующие на электрическую и гидравлическую аппаратуру управления.

Гидравлические головки, выпускаемые отечественной промышленностью, имеют несколько разновидностей гидравлических схем, в зависимости  от номера габарита головки (2-7). В них  применяют дроссельное регулирование  на входе, что признано наиболее оптимальным  для агрегатных станков.

На рис. 5 представлена гидравлическая схема привода подачи силовых  головок 2-го и 3-го габаритов серии  ЗУ. В этих головках применяют преимущественно  дроссельное регулирование подачи с использованием дифференциального  включения силового цилиндра на входе (см. ниже). Схема включает сдвоенный  насос 1 (1.1 - рабочей подачи, 1.2 - быстрых  ходов), гидропанель 24 и цилиндр 23 с закрепленным штоком.

Потоки масла распределяются 1 главным золотником 10. Он закрепляется в пяти положениях фиксатором 9. В  крайние позиции золотник устанавливается  при помощи золотников управления 16 и 20, перемещаемых толкающими соленоидами 15 и 19. При включении одного из них  масло, подаваемое насосом 1.2, поступает  в ту или иную полость плунжера 17, перемещая его вправо или влево  до упора. Это движение при помощи реечной передачи сообщается главному золотнику 10. В промежуточные позиции, устанавливают упоры, закрепляемые на салазках. Имея разную высоту, они  при движении силовой головки  по салазкам воздействуют на золотник через ролик 

Рассмотрим работу гидропривода при различных положениях главного золотника 10. На рисунке золотник показан  во второй позиции. Для установки  его в первую позицию необходимо включить соленоид 19. При этом положении  золотника полости а и б  соединяются, а полости в - изолируются. Масло от насоса 1.1 по трубопроводу 4 поступает в полость б. Сюда же подается масло, нагнетаемое насосом 1.2 через подпорный клапан 21 и трубопровод 22. Из полости б масло поступает в полость а, а отсюда - в правую полость цилиндра. Масло, вытесняемое из .левой полости цилиндра, пройдя через обратный клапан 12, поступает в полость б, а оттуда - в правую полость цилиндра, вследствие чего происходит быстрое перемещение силового органа (подвод).

Во второй позиции (как  на схеме) золотник 10 обеспечивает первую рабочую подачу (большую). В этом случае масло поступает от насоса 1.1 через фильтр 2, трубопровод 3, дроссель 6 и полость а в правую полость цилиндра. Излишки масла идут на слив через переливной клапан 25.2. Масло, вытесняемое из левой полости цилиндра по сливной трассе, пройдя обратный клапан 12 и полость в, поступает в бак. Все масло, которое подает насос 1.2, сбрасывается на слив. Равномерность подачи масла обеспечивается дозирующим клапаном 5, поддерживающим постоянство перепада давления, а защита насоса 1.2 - клапаном 25.1 панели 25.

Аналогично первой происходит вторая рабочая подача при положении  золотника в третьей позиции. Разница в потоках заключается  в том, что канал в золотник из дросселя 6 перекрывается плунжером, и масло из дросселя 6 поступает  в дроссель 7 с меньшим проходным  сечением и далее - в правую полость  цилиндра.

В четвертой позиции масло, поступающее от насоса 1, по трубопроводам 22 и 4 сливается в бак - это положение "Стоп". При нахождении золотника 10 в самой верхней позиции масло  от насоса 1 по трубопроводам 4 и 26-22 поступает  в полость б, а оттуда, пройдя обратный клапан,-в левую полость цилиндра 23. Из правой полости масло идет в полость а, а оттуда - на слив через отверстие 18.

При выдержке головки на жестком упоре правый торец цилиндра 9 встречает упорный винт 8 (рис. 4), вследствие чего давление масла в  системе повышается. Если давление превысит заданное датчиком 13, реле давления 14 (рис. 5) дает команду на включение  соленоида 15 и быстрый отвод головки.

Гидравлические силовые  головки применяют для выполнения как легких, так и тяжелых работ при обработке деталей средних и больших размеров. Имея мощный привод главного движения (2,2 - 30 кВт) и преодолевая большие силы подачи (5,6 - 100 кН), они позволяют осуществлять наибольшую концентрацию операций. гидропривод обеспечивает бесступенчатое регулирование подачи в пределах 0,12 - 14 мм/с и скорость быстрых перемещений порядка 50 - 125 мм/с. Кроме того, малое время холостых ходов обусловлено достаточной точностью переключения с быстрых ходов на рабочие подачи и наоборот (выбег составляет 0,18 - 0,47 мм). Большая жесткость, надежная защита от перегрузки и самосмазываемость деталей привода обеспечивают силовой головке высокие эксплуатационные качества.

К числу недостатков гидравлических головок следует отнести сложность  эксплуатации и ремонта гидропанелей, нестабильность подачи при резко меняющихся силах резания. С помощью гидравлических силовых головок нельзя нарезать резьбу. Быстрые перемещения в агрегатных станках с гидроприводом составляют по времени до 50%. Увеличение скорости быстрых ходов более 5 м/с вызывает рост инерционности и времени хода. Введение двухскоростного подвода с переключением на скорость 2 м/с повышает стабильность точки переключения и сокращает время переключения на 27 - 50%.

Для выполнения фрезерных  операций, чернового и чистового  растачивания, подрезки больших торцов требуются головки жесткой конструкции, с большим расстоянием между  опорами шпинделей в шпиндельных  коробах (или бабках) и небольшим  их вылетом относительно направляющих. Рассмотренные силовые головки  не отвечают этим требованиям. Поэтому  возникла необходимость механизм главного движения отделить от механизма подачи и выполнить силовую головку  в виде двух независимых узлов: силового стола и силовой бабки.

На рис. 6 представлен общий  вид такой силовой головки  с винтовым приводом подачи. Главным  элементом агрегата является силовой  стол 4, установленный в направляющих салазках. Независимый привод стола  осуществляется с помощью электродвигателей, редуктора 1 и пары винт - гайка. В  зависимости от назначения станка на силовом столе устанавливают  сверлильные, фрезерные, обточные, подрезные, алмазно-расточные и другие силовые  бабки 2. Бабки имеют отдельный  привод главного движения, индивидуальный рабочий шпиндель или приводной  вал 3, вращающий шпиндель шпиндельной  коробки. Коробки устанавливают  на полость а стола и закрепляют в плоскости б бабки. Силовой стол может быть использован также для установки па нем приспособления с обрабатываемой заготовкой. Движением стола управляют система упоров 6 и конечные электрические переключатели.

Головки с силовым столом обеспечиваю т большую гибкость при конструировании агрегатных станков, а винтовой привод подачи - надежную и стабильную подачу порядка 0.2 - 2,2 мм/с, скорость быстрых ходов 0,07 -0,11 м/с и силу подачи 3 - 100 кН. Мощность. привода, главного движения 0,8 - 30 кВт. Эти показатели такие же, как и у гидравлических силовых головок. К преимуществам силовых головок с винтовым приводом следует отнести также более простые конструкцию и аппаратуру управления, с помощью данных головок можно нарезать резьбу. К недостаткам головок относятся сложность электрической схемы, ступенчатое изменение подачи, трудности при получении малых подач. Вследствие большой инерционности во время быстрых перемещении точность переключения движения стола на рабочую подачу низка (выбег до 2,5 мм), поэтому эти головки требуют большей величины врезания (на 2-3 мм выше нормативного). Силовые столы с гидравлическим приводом подачи не имеют этих недостатков.