animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Фрезерный станок с ЧПУ / Компоновка фрезерного станка с ЧПУ

Компоновка фрезерного станка с ЧПУ

Компоновка фрезерных станков с ЧПУ

Компоновка фрезерных станков с ЧПУ - это совокупность основных и вспомогательных узлов фрезерного оборудования, предназначенных для совершения относительного движения режущего инструмента и заготовки. К основным узлам станка относят: станину, шпиндельную бабку, подвижный стол и их приводы. К вспомогательным узлам фрезерных станков следует отнести устройства для установки, базирования и закрепления режущего инструмента и заготовки, а также механизмы для их периодической смены.

Взаимное пространственное расположение основных и вспомогательных узлов принято называть компоновкой фрезерного станка. Отраслевой стандарт Минстанкопрома ОСТ 2Н62-1-78 для станков с ЧПУ сверлильно-фрезерно-расточной группы устанавливает десять основных типов компоновок и регламентирует их основные параметры и размеры. Стандарт также предусматривает возможность модификации основных типов на основе агрегатно-модульного принципа проектирования и сборки. Общая компоновка станка в основном определяется положением оси шпиндельного узла относительно стола.

Из общего числа типовых компоновок фрезерных станков с ЧПУ наибольшее распространение получили три компоновки:

  • Вертикальная компоновка станка с ползуном, на котором установлена револьверная головка для автоматической смены инструмента и крестовым столом (рис. 1).
  • Вертикальная компоновка станка с подвижной шпиндельной бабкой и выдвижным шпинделем (рис. 2 и 3).
  • Горизонтальная компоновка станка с выдвижным шпинделем и крестовым столом (рис. 4 и 5).

Рассмотрим основные особенности пространственных компоновок фрезерных станков с ЧПУ.

По-первому типу компоновок (рис. 1) создают преимущественно вертикально-сверлильные станки (например, мод. 2Р135Ф2), предназначенные для сверления, зенкерования, нарезания резьб и т.д. Эти станки имеют точность позиционирования стола 0,05 мм при дискретности перемещения 0,01 мм.

Компоновка вертикально-сверлильного станка с ЧПУ

Рис. 1. Компоновка вертикально-сверлильного станка с ЧПУ мод. 2Р135Ф2: 1 - основание, 2 - стойка, 3 - станина, 4 - привод подачи, 5 - пульт управления, 6 - шпиндельная бабка, 7 - револьверная головка, 8 - кожух

По аналогичной компоновке также строят вертикально фрезерные станки (например, ГФ2171Ф3) (рис. 2). Они имеют дискретность перемещений 0,001 мм и обеспечивают точность позиционирования 0,02 мм.

Компоновка фрезерного станка ГФ2171

Рис. 2. Компоновка фрезерного станка ГФ2171: 1 - основание, 2 - консоль, 3 - стол, 4 - шпиндельная бабка, 5 - ползун, 6 - схват, 7 - автооператор, 8 - инструментальный магазин, 9 - привод подач

Вертикальная компоновка фрезерного станка с подвижной шпиндельной бабкой (рис. 3) характерна для многоцелевых станков. Главной конструктивной особенностью этих станков является устройство для автоматической смены инструментов. В современных станках с ЧПУ в качестве механизмов смены инструмента в основном применяются магазины инструментов 3 с автооператором 2. Магазины инструментов могут быть трех типов: барабанные, дисковые или цепные. Они могут размещаться как на подвижной шпиндельной бабке, так и на станине станка (рис. 3).

Компоновка вертикально фрезерного станка с ЧПУ

Рис. 3. Компоновка вертикально фрезерного станка с ЧПУ ЛФ-260МФ3: 1 – стойка, 2 – станина, 3 – салазки, 4 – стол, 5 – шпиндельная бабка, 6 – корпус, 7 – магазин инструментов, 8 – автооператор, 9 – коробка скоростей

Магазин 7, установленный на стойке 1, имеет ограниченное число инструментов и достаточно сложную конструкцию автооператора 8. Поэтому чаще всего применяются магазины, установленные либо на колонне станка, либо автономно – отдельно от станка.

Существенным недостатком магазинов данного типа является необходимость строгого позиционирования шпинделя относительно магазина при каждой смене инструмента. Это связано с возникновением погрешностей и снижением точности позиционирования инструмента относительно заготовки. Кроме этого имеют место непроизводительные потери времени на установочные перемещения шпинделя или шпиндельной бабки. Следует отметить, что фрезерные станки с вертикальной компоновкой шпиндельного узла применяются для обработки заготовок сравнительно небольших габаритов. Для обработки заготовок больших габаритов используются фрезерные станки с горизонтальной компоновкой шпиндельного узла, называемые многоцелевыми. Конструкция такого станка показана на рис. 4.

Горизонтальный многоцелевой станок (МС) мод. ИР500МФ4 (рис. 4), предназначенный для обработки корпусных деталей, имеет шпиндельную бабку (ШБ) с установленным на ней шпинделем (Ш), перемещающуюся по вертикальным направляющим подвижной стойки 3, и поворотный стол 1.

Компоновка многоцелевого станка

Рис. 4. Компоновка многоцелевого станка ИР500МФ4: А – автооператор, ШБ - шпиндельная бабка, Ш – шпиндель; 1 – стол поворотный, 2 – паллета-спутник, 3 – стойка, 4 – стол загрузочный, 5 – стойка ЧПУ

На верхнем торце стойки смонтирован магазин (М) на 30 инструментов, а у правого торца станины размещен поворотный стол 4, на котором установлены два стола-спутника с обрабатываемыми деталями. Использование приспособлений спутников позволяет сократить вспомогательное время на установку, закрепление и снятие заготовки. Все эти операции оператор выполняет во время обработки заготовки на станке.

Характерными особенностями многоцелевых станков являются:

  • высокая концентрация производимых на них технологических операций (черновая, получистовая и чистовая обработка сложных деталей, в том числе точение, растачивание, фрезерование, сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьб и др.);
  • оснащенность большим числом режущих инструментов;
  • высокая точность (6...7 квалитеты) выполнения чистовых операций;
  • оснащенность (в большинстве случаев) устройствами для автоматической смены заготовок, предварительно закрепленных на приспособлениях-спутниках (ПС).

Многоцелевые станки оснащаются контурными УЧПУ, имеют бесступенчатое регулирование (в широком диапазоне) частоты вращения шпинделя и подач и высокие скорости быстрых перемещений, отличаются высокой жесткостью, точностью и надежностью.

Многоцелевые станки используют для обработки сложных деталей или комплекта деталей, так, при этом одно такое оборудование заменяет два станка с ЧПУ или 8...10 станков с ручным управлением.

На рис. 5 показана компоновка многоцелевого станка с чпу мод. 262ПМФ4. В отличие от станка мод. ИР500МФ4 данный станок имеет подвижную стойку 5, автономно установленный магазин инструментов 13 цепного типа и два дополнительных стола 10 и 17 для загрузки и выгрузки обрабатываемых деталей. Дискретность координатных перемещений стола 15 и шпиндельной бабки 11 составляет 0,001 мм, а точность позиционирования - 01 мм.

Компоновка многоцелевого станка 262ПМФ4

Рис. 5. Компоновка многоцелевого станка 262ПМФ4: 1, 10 – станины приспособлений; 2, 9 – приспособления-спутники; 3 – заготовка; 4 – электродвигатель привода вертикального перемещения шпиндельной бабки; 5 – стойка подвижная; 6 – экран цифровой индикации; 7 – электродвигатель привода вращения шпинделя; 8 – устройство ЧПУ; 11 – шпиндель; 12 – автооператор; 13 – магазин; 14 – электродвигатель поворота стола; 15 – верхний поворотный стол; 16 – продольный стол

Возможные варианты компоновки модульных станков с ЧПУ

Рассмотрим на примере комплекта модулей возможные варианты компоновок станков с ЧПУ, используя при этом основы теорий графов и множества. В состав созданного комплекта входят (рис. 6):

  • модуль 1 - шпиндельная бабка, основное исполнение которой вертикальное;
  • модуль 2 - каретка, на которой крепится шпиндельная бабка, имеющая в нижней своей части направляющие;
  • модуль 3 - вертикальная стойка с направляющими, по которым может перемещаться каретка 2 (в стойку вмонтирован привод вертикального перемещения);
  • модуль 4 - станина, на которой жестко крепится стойка;
  • модуль 5 - основание под обрабатываемые детали (верхняя часть основания согласована для сопряжения с плоскостью шпиндельной бабки);
  • модуль 6 - поворотный стол, имеющий возможность стыковаться с кареткой 2;
  • модуль 7- станина крестового стола, направляющие которой унифицированы с направляющими каретки 2; в станине вмонтирован привод подачи для перемещения вдоль направляющих;
  • модуль 8 - верхняя каретка крестового стола с приводом подачи для осуществления перемещения в перпендикулярном направлении к направляющим модуля 7.

Рис. 6. Компоновки станков собранные из восьми наименований модулей одного типоразмера

Считая, что станок не может состоять менее чем из трех модулей, простым перебором возможных вариантов их комбинаций можно получить 218 вариантов станков, отличных друг от друга только самими модулями.

Если полагать, что каждый из перечисленных восьми модулей может быть использован в определенном станке дважды, то число возможных вариантов компоновок станков возрастет до 65 000. Подавляющее число полученных вариантов станков нереализуемо и неработоспособно, что лишний раз показывает нецелесообразность в данном случае простого перебора.

Для того, чтобы ограничить число возможных вариантов компоновок станков с ЧПУ, строят граф отношений данных модулей согласно расчетам предложенным Вентцель Е.С. «Исследование операций».

Комбинации полученных комплектов модулей силовой и размерной частей станка дадут возможные компоновки станков, которые могут быть созданы из данного набора модулей. Их всего 25 по сравнению с 65 000, полученными в результате простого перебора, но и среди них есть явно неудачные. Полученные компоновки станков неоднозначны по степени универсальности, что видно из структурных формул, описывающих возможные координатные перемещения рабочих органов станка (рис. 7).

Каждый модуль комплекта располагается относительно определенных осей координат. Тогда X, Y, Z в формулах обозначают возможные перемещения какой-то части модуля или одного модуля относительно другого, после их сборки, вдоль одной из осей. С - вращательное движение вдоль одной из осей. При записи структурной формулы станка между группами обозначений комплектов модулей (описывающих части станка, связанные с деталью и с инструментом) ставится знак 0, обозначающий стационарный блок. Полученные структурные формулы близки к структурным формулам и, следовательно, могут быть легко приведены к ним. Для этого относительно выбранных осей координат располагают такие оси координат, ось 2 которых параллельна оси шпинделя станка, а ось Х всегда горизонтальная. Имеющуюся структурную формулу переписывают относительно новых осей координат. Например, для станка, состоящего из модулей 1, 5, 7, 8, структурная формула ОYXC записана относительно осей координат OXYZ. Структурная формула этой же компоновки станка, но отвечающая рекомендациям ИСО, записывается относительно осей координат OXYZ и выглядит следующим образом: OZXC. Поступательные движения рабочих органов в последнем случае обозначают так же, как и соответствующие оси. Если в компоновке станков с ЧПУ одновременно имеются вращения детали и инструмента, то второй считают главным и его вращение обозначаются вращение первого – А (ось X), В (ось Ү) или D (ось Z).

Таким образом, полученные 25 компоновок из комплекта модулей восьми наименований далее должны быть проанализированы с позиции их технологических возможностей, или, иными словами, должен быть осуществлен выбор металлорежущего оборудования для решения задач заказчика. данных. Это позволяет снизить степень риска при выборе компоновки станка с ЧПУ.

Рис. 7. Структурные формулы компоновок станков

В общем случае задача выбора компоновки обрабатывающего центра сводится к сравнению известных или вновь предлагаемых компоновок по определенным признакам. Отсутствие в практической деятельности предприятий интегральных критериев выбора говорит о том, что условия производства конкретного потребителя выдвигают наряду с общими критериями точности, жесткости, производительности свои требования, связанные с традиционным технологическим процессом, оснащенностью предприятия и накопленным инженерным опытом. Задача рационального выбора компоновки обрабатывающего центра осложняется еще тем, что существующие различия в общей архитектуре станка, взаимном расположении узлов и их относительных перемещениях слабо влияют на возможности фрезерного центра. Действительно, все известные обрабатывающие центры в пределах одного типоразмера и класса точности практически неразличимы по составу и содержанию выполняемых операций. Если же такие различия и имеются, то они не связаны или слабо связаны с компоновкой обрабатывающего центра.

Очевидно, более важную роль в выборе компоновки станка в пределах одного типоразмера имеют такие признаки, как удобство обслуживания рабочей зоны, ремонтопригодность, возможность встройки в транспортно-накопительную систему, возможность отвода стружки.

Большое влияние на компоновку обрабатывающих центров оказывают условия производства. По этому признаку изготовителей можно разделить на осваивающих обрабатывающие центры впервые с учетом накопленного опыта на других предприятиях и осваивающих обрабатывающие центры на базе традиционных расточных и фрезерных станков. Предприятиям первой группы свойственны попытки выйти за пределы сложившихся традиций в поисках новых решений, предприятиям второй группы - сохранение традиционных взглядов.

Описанные обстоятельства привели к тому многообразию компоновок фрезерных обрабатывающих центров в мировом парке, которое сейчас наблюдается. Рациональное многообразие компоновок определяется технико-экономическим равновесием между взглядами потребителей, заинтересованных в увеличении возможности выбора вследствие роста многообразия обрабатывающих центров, и интересами изготовителей, заинтересованных в повышении серийности производства за счет уменьшения многообразия.

Процесс формирования компоновок находится в стадии активного развития, и относительно устойчивое их многообразие будет сформировано под влиянием опыта создания и эксплуатации производственных систем с использованием обрабатывающих центров.

Вместе с тем всегда полезно иметь дополнительную информацию о применяемости обрабатывающих центров на основе статистических