Сверлильно-Фрезерный Станок 16ФСП

Многооперационный станок 16ФСП в Советском Союзе представлял едва ли не самую многочисленную группу, объединяющую вертикально-фрезерные бесконсольные станки с вертикальным перемещением шпиндельной бабки, на которой расположен компактный привод главного движения с электродвигателем постоянного тока и магазин небольшой емкости. Подобные станки сейчас еще называют обрабатывающие центры с ЧПУ. Станок 16ФСП предназначен для фрезерования сложных контуров по трем и четырем координатам, а также для сверления, зенкерования, развертывания, растачивания отверстий, нарезания резьбы метчиком в серийном и мелкосерийном производствах. Числовая система программного управления - четырехкоординатная контурная. При автоматической смене инструментов используется кодирование гнезд магазина.

Автоматический учет вылета инструмента различной длины по датчику с точностью ±0,01 мм упрощает выверку инструмента и подготовку программ. По заказу станок комплектуется поворотным устройством с программным управлением с горизонтальной осью вращения или круговым столом с вертикальной осью вращения.

• Размеры рабочей поверхности стола (ШxД) 400x1250 мм;
• Наибольший продольный ход стола 1200 мм;
• Наибольший поперечный ход стола 400 мм;
• Расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола (мин/макс) 100/650 мм;
• Конус шпинделя (по ГОСТ 15945-70) 50;
• Число скоростей вращения шпинделя 18;
• Частота вращения шпинделя 20-2500 об/мин;
• Подача шпиндельной головки по программе 5-4800 мм/мин;
• Подача стола по программе (продольн./попереч.): 5-4800/5-4800 мм/мин;
• Расстояние от оси шпинделя до вертикальных направляющих стойки 440 мм;
• Наибольшее число инструментов, устанавливаемых в инструментальном магазине 15 шт;
• Наибольший диаметр инструмента, устанавливаемого в магазин 160 мм, при свободных соседних гнездах;
• Продолжительность цикла смены одного инструмента (от начала поворота руки из исходного до возвращения в исходное положение) 6 с;
• Точность обработки отверстий по диаметру при растачивании 2-й класс;
• Точность установки торца инструмента по высоте в нулевое положение от поверхности стола ±0,01 мм;
• Устройство числового программного управления H33-2М
• Габаритные размеры станка с приставными устройствами (ДxШxВ) 4200x4100x3030 мм;
• Масса станка 6800 кг.

На рис. 1 приводится кинематическая схема станка и график частоты вращения шпинделя.

Рис. 1. Кинематическая схема станка сверлильно-фрезерного станка 16ФСП

Вращение от приводного электродвигателя к шпинделю фрезерной головки (рис. 2) может передаваться или через клиноременную передачу с натяжным роликом при высокой частоте вращения шпинделя или через две пары зубчатых передач при низкой частоте вращения шпинделя.

При передаче вращения через клиноременную передачу муфта 2 находится во включенном положении, а шестеренчатый блок в среднем положении и таким образом, оба его зубчатых венца находятся в расцепленном положении. Кулачковая муфта переключается механизмом переключения. Этот механизм состоит из электродвигателя 8, вращение от которого передается через две шестерни и предохранительную муфту 7 на винт 6, по которому перемещается гайка 4, связанная пружиной 5 с переключающей вилкой 3.

Пружина необходима для того, чтобы при переключениях в момент встречи зуба с зубом переключающая вилка за счет сжатия пружины могла бы прекращать свое перемещение относительно перемещающейся по винту гайки до момента, когда в процессе вращения зуб по окажется против впадины и тогда включить сцепляющиеся элементы.

Рис. 2. Шпиндельная бабка сверлильно-фрезерного станка 16ФСП

Переключающая вилка имеет два положения: в верхнем положении она включает кулачковую муфту, а в нижнем - сцепляет передачу 19/67, включая муфту. Крайние положения переключающей вилки определяются кулачками 11 и 12. В верхнем положении переключающая вилка, упираясь в упор, через кулачок 11 воздействует на верхний микропереключатель 10, который подает сигнал о завершении включения кулачковой муфты. В нижнем положении переключающая вилка, упираясь в нижний упор, через кулачок 12 воздействует на нижний микропереключатель 9, который сигнализирует о завершении процесса сцепления шестерен z=19 и z=67. Фиксация положений вилки и сигнализация об этом осуществляется аналогично механизму переключения вилки 3. Шпиндельная головка имеет вертикальное перемещение.

От электродвигателя M2 (см. рис. 2) через зубчатую предохранительную муфту и зубчатые передачи 26/43, 25/41, 18/46, 46/37 вращение передается выходному валу редуктора, в отверстии которого закреплена хвостовая часть винта шариковинтовой передачи. Гайка винта установлена в кронштейне, который прикреплен к корпусу шпиндельной головки.

Каждый раз после смены инструмента в шпинделе режущая кромка нижнего торца вновь поставленного инструмента (фрезерной головки) может находиться на различном расстоянии от поверхности стола. Это может привести к неточности размеров деталей по высоте. Для устранения этого предназначен датчик нуля (рис. 3), посредством которого положение режущей кромки нижнего торца, вновь поставленного в шпиндель инструмента, устанавливается в начальное (нулевое) положение, находящееся на точном расстоянии от поверхности стола, равном 400±0,01 мм.

Рис. 3. Датчик нуля сверлильно-фрезерного станка 16ФСП: 1 - шток датчика; 2 - конечный выключатель; 3 - направляющий стержень; 4 - измерительный элемент; 5 - рычаг; 6 - конечный выключатель

Для установки инструмента по высоте в начальное положение датчик нуля посредством механизма поворота (рис. 4) подводится под шпиндель на линию оси шпинделя, после чего ходом шпиндельной головки вниз торец инструмента нажимает на измерительную площадку штока датчика нуля 1, а в момент прихода торца инструмента в начальное положение датчик нуля подает соответствующий сигнал системе управления, и с этого момента начинается отсчет перемещений инструмента по вертикали. Одновременно подается сигнал на отвод датчика нуля, который, поворачиваясь, устанавливается в исходное положение. Перемещение шпиндельной головки из начального положения вниз начинается после прихода датчика нуля в отведенное положение.

Рис. 4. Механизм поворота датчика нуля 16ФСП

Механизм поворота датчика нуля работает следующим образом: от электродвигателя 6 вращение через зубчатые колеса и шариковую предохранительную муфту передается на червячную передачу, состоящую из червяка 7 и колеса 8, на валу Которого закреплен кронштейн 2, несущий датчик нуля 1. Сигнал на начало поворота датчика в зону измерения поступает от нажатия пусковой кнопки при пуске станка после закрепления на нем заготовки. В момент прихода датчика нуля в эту зону с помощью микропереключателя подается предварительная команда на опускание шпиндельной головки. Движения кронштейна 2 ограничиваются микропереключателями 3, 5 и кулачками 4, 9.

Опускание шпиндельной головки происходит на ускоренных перемещениях до момента нажатия инструментом через шток 1 (см. рис. 5) на микропереключатель 2, подающий сигнал на изменение скорости опускания, после чего опускание происходит медленно с плавным подводом нажимающего стержня 3 к индуктивному датчику 4. В момент прихода инструмента в начальное положение индуктивный датчик подает сигналы на прекращение опускания шпиндельной головки и отвод датчика из зоны измерения. Если в момент прихода инструмента в начальное положение сигнализация не срабатывает, шток 1, опускаясь под действием инструмента ниже положенного размера на 5 мм, нажимает на рычаг 5 аварийного переключателя 6 и станок выключается. В момент прихода датчика из зоны измерения в отведенное положение микропереключателем подается команда на включение привода лентопротяжного механизма системы управления.

Крестовый стол (рис. 5) станка перемещается по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Продольное перемещение осуществляется от двигателя постоянного тока 13 через редуктор 12, зубчатые колеса 4 и 2 и шарико-винтовую пару 3. Винт не вращается и связан со столом; вращается гайка, соединенная с шестерней 2. Перемещения стола ограничиваются конечными выключателями. Для установки стола в нулевое положение служит индикатор нуля. При перемещении стола шток конечного выключателя наталкивается на неподвижный кулачок, положение которого регулируется, в результате чего подается световой сигнал на пульт и в систему ПУ о готовности перемещения по продольной координате.

Рис. 5. Крестовый стол сверлильно-фрезерного станка 16ФСП

Салазки 6 для поперечного перемещения промежуточной части стола по основанию 10 имеют направляющие качения и от поперечного смещения удерживаются выступом 11. Установка стола в нулевое положение при движении в поперечном направлении, включение в конечных положениях и сигнализация основаны на таком же принципе, что и для продольной подачи.

Столу можно сообщить также и ручные установочные перемещения рукояткой как в продольном, так и в поперечном направлениях. Поперечные направляющие от грязи, стружки и механических повреждений защищены также телескопическими щитками. Для отсчета положения в продольном и поперечном направлениях стола в процессе работы станка служат датчики обратной связи программного управления. Датчики являются фазовыми и линейными, устройство их аналогично по всем управляемым координатам.

Винт 14 датчика продольной подачи посредством кронштейнов прикреплен к передней стенке стола станка и перемещается вместе с ним. Датчик для защиты от попадания грязи, стружки и охлаждающей жидкости закрыт кожухом 15. Винт 18 датчика поперечной подачи прикреплен к переднему 19 и заднему 16 кронштейнам салазок и перемещается вместе с салазками. Втулка 17 датчика прикреплена к приливу основания и перемещения не имеет. На последних моделях станка установлены датчики типа «Индуктосин». Пульт установки начала координат предназначен для ручного управления перемещениями стола в продольном и поперечном, а шпиндельной головки в вертикальном направлениях. Посредством этих перемещений рабочие органы станка устанавливаются в исходное (нулевое) положение (стол в продольном и поперечном направлениях и шпиндельная головка в вертикальном направлении).

При обработке деталей на каждом приспособлении имеется нулевая точка, которая является началом координат для обрабатываемого контура, поэтому перед началом обработки новой детали необходимо совместить фазы с нулевой точкой приспособления. Это осуществляется с помощью пульта установки начала координат. Пульт состоит из трех одинаковых блоков, в каждый из которых входит вращающийся трансформатор и формирователь импульсов. Для перемещения стола или шпиндельной головки в нужном направлении нужно специальной ручкой вращать соответствующий трансформатор. При этом начинает вращаться ротор вращающегося трансформатора, на оси которого закреплен лимб с делениями и происходит перемещение соответствующего органа. Лимб сверху защищен стеклянной крышкой, на которой имеется нулевая метка. Для облегчения отсчета величин поворота трансформатора нулевая метка крышки поворотом кольца может быть совмещена с нулевым делением лимба. Поворот лимба на одно деление соответствует перемещению рабочего органа станка на 0,02 мм.

Механизм автоматической смены инструмента станка 16ФСП состоит из магазина инструментов, механизмов автооператора, пневмооператора для выдвижения инструмента на промежуточную позицию и механизма зажима инструмента. Магазин рассчитан на 15 инструментов. Поворот магазина происходит от электродвигателя 9 (рис. 6) с помощью четырех зубчатых передач от мальтийского механизма через предохранительную шариковую муфту. Поводковый палец 10 поворачивает диск 2 с радиальными прорезями, от которого с помощью зубчатой передачи движения передаются магазину 8. в диске 1 имеется вырез, в который входит диск 2, осуществляя фиксацию магазина. Выдвижение инструмента на промежуточную позицию из магазина осуществляется с помощью пневмоцилиндра 4. В конечном положении пневмооператора захват 5 при возвращении к магазину с отработавшим инструментом нажимает на микропереключатель 7. При этом включается электродвигатель для вращения магазина.

Рис. 6. Механизм автоматической смены инструмента дискового типа с выдвижным инструментом на промежуточную позицию станка 16ФСП

В механизме автоматической смены инструмента сверлильно-фрезерного станка 16ФСП предусмотрено кодирование гнезд магазина, для чего используется кодовый барабан 3, закрепленный на одном валу с магазином. На этом барабане имеются упоры, которые в момент прихода соответствующего инструмента в выгрузочную позицию воздействуют на четыре микротереключателя 11. Последние подают сигнал на выключение электродвигателя привода магазина и подвод воздуха в левую полость пневмооператора. Хвостовики оправок защищены переходными втулками 6.

Механизм автооператора (рис. 7) приводится в действие от электродвигателя 14 при поступлении сигнала (предварительного при подаче инструмента в приемное гнездо автооператора и окончательного, когда фрезерная головка после окончания рабочего цикла поднимается в верхнее положение) от микропереключателя 19, включаемого кулачком 23. От двигателя движение передается через шариковую муфту на мальтийский механизм, от диска которого через зубчатую передачу с отношением вращение передается трубе 3. Внутри ее по шпонкам перемещается шток 4, который связан с автооператором 10 с помощью планок 22, упоров 25 и амортизационных пружин 24. Автооператор на обоих концах имеет захваты для удержания инструмента защелкой 18, которая запирается стержнем 17 и замком 16. При повороте штока на 90° из исходного положения рука одним захватом захватывает инструмент, находящийся в приемном гнезде механизма автооператора, а другим - инструмент, находящийся в шпинделе станка. После окончания поворота двигатель отключается кулачковым барабаном 1, который, действуя на переключатель 2, подает сигнал на поступление воздуха в верхнюю часть 5 цилиндра съёма инструмента и одновременно на включение электродвигателя. Под давлением воздуха автооператор опускается вниз и извлекает одновременно оба инструмента.

Рис. 7. Автооператор механизма автоматической смены инструмента станка 16ФСП

В нижнем положении автооператора поршень 7 толкателем 20 действует на микропереключатель 19, при этом включается двигатель 14 для поворота автооператора на 180°. Инструмент, находящийся в приемном гнезде, устанавливается против шпинделя, а отработавший - против приемного гнезда. Поворот происходит с паузой за время двух оборотов поводка мальтийского механизма. В конце поворота барабан 1, действуя на переключатель 2, дает сигнал на переключение воздухораспределителя и включение двигателя автооператора. При этом Воздух поступает в нижнюю полость 8 цилиндра. Автооператор поднимается вверх для установки обоих инструментов в соответствующие гнезда.

Крутящий момент от шпинделя передается оправке инструмента с помощью наружного зацепления на оправке и внутреннего на шпинделе. Для ослабления усилия при попадании зуба на зуб служит пружина 6. Когда инструмент встал в шпиндель на свое место, стержень 11, связанный с автооператором, действует на микропереключатель 12, который включает электродвигатель для поворота автооператора в обратном направлении. Затем для установки автооператора в исходное положение мальтийский механизм поворачивает автооператор на 90° в обратном направлении. Кулачковый барабан 1, действуя на переключатель 2, вызывает подвод воздуха в правую половину цилиндра пневмооператора с помощью воздухораспылителя. При этом инструмент по рамке 13 перемещается из гнезда автооператора в гнездо магазина и в конце возвращения инструмента в магазин при нажатии на микропереключатель 19 дается сигнал на поворот магазина. Затем начинается цикл работы магазина и шпиндельной головки. Автооператор удерживается в исходном положении штифтом 21, который входит в паз штока 4. Освобождение защелки 18 и захватов осуществляется нажатием на замок 16 крышки 9 в конце перемещения руки в верхнее положение. Ручной поворот механизма автооператора можно произвести ключом, надеваемым на конец вала 15.

Смазка подшипников валов автооператора производится консистентной смазкой «Универсальная среднеплавкая УС-2».

Подъем шпиндельной головки в положение смены инструмента происходит на ускоренном ходу и при недоходе 10 мм до верхнего положения кулачок 23 нажимает на микропереключатель, переключая с ускоренной подачи на медленную, а также переключая вращение шпинделя на реверсивно-вращательное движение. Подходя на малой скорости к этому положению, шпиндельная головка кулачком нажимает на микропереключатель. При этом подается три сигнала на выключение подачи фрезерной головки, на включение привода поворота автооператора для захвата инструментов. При подходе шпиндельной головки к верхнему положению два винта 1 (рис. 8) на рычаге 2 упираются в кронштейн стойки и рычаг 2 начинает поворачиваться. При нажиме на упор 3 он через стакан 4 сжимает пакет тарельчатых пружин 5 и стержень 6 с зацепами 8 опускается. Зацепы 8 в расширенной части втулки 7 под действием пружин 10 расходятся, а в суженной части сближаются, и оправка 9 получает возможность выдвинуться из шпинделя. С получением двух сигналов (первого об остановке фрезерной головки в верхнем положении и второго о наличии инструмента в приемном гнезде механизма автооператора) включается привод на начало работы механизма автооператора.

Рис. 8. Механизм зажима инструмента в шпинделе сверлильно-фрезерного станка 16ФСП

При установке в шпиндель оправки с новым инструментом нижние зацепы 8 находятся в сближенном состоянии, что позволяет им войти в расточку оправки. При опускании шпиндельной головки нажим на стакан 4 прекращается и под действием тарельчатых пружин происходит подъем стержня 6. Верхние концы зацепов войдут в верхнюю часть втулки 7, при этом нижние концы зацепов захватывают оправку с инструментом.

При дальнейшем подъеме стержня 6 оправка затягивается в конус шпинделя. С получением двух сигналов о приходе датчика нуля в зону измерения и сигнала о возвращении инструментов в гнездо магазина, фрезерная головка начинает опускаться вниз. Происходит ускоренный подход датчика нуля до момента нажатия лезвия инструмента на шток датчика нуля. Затем происходит переключение на медленное перемещение фрезерной головки до срабатывания индуктивного датчика. Этот датчик в момент прихода инструмента в нулевое положение подает сигналы на выключение медленной подачи головки и на привод для отвода датчика нуля в исходное положение. Когда датчик приходит в исходное положение, от микропереключателя подается сигнал на работу станка по программе.

На фрезерно-сверлильных многооперационных станках часто устанавливают поворотные столы с вертикальной осью вращения и поворотные приспособления с горизонтальной осью. Подобные столы и приспособления используют как для периодических установочных движений детали, так и для непрерывного вращения её при обработке цилиндрических и фасонных поверхностей на обрабатываемой детали. На рис. 9 приведен поворотный стол, устанавливаемый на крестовый стол многооперационного станка 16ФСП. С помощью его осуществляют движение по четвертой круговой координате с применением устройства программного управления.

Рис. 9. Поворотный стол сверлильно-фрезерного станка 16ФСП

Вращение столу 3 диаметром 500 мм сообщается от электродвигателя через цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из шестерен 26 и 25, червячную передачу - червяк 28 и червячное колесо 27 и цилиндрическую зубчатую передачу - шестерни 13 и 4.

Для устранения зазора в червячной передаче с одним и тем же червячным колесом 27 сцеплены два червяка 28 и 17, соединенные между собой конической зубчатой передачей, состоящей из шестерен 18 и 19. Червяк 17 насажен на свой вал на скользящей шпонке и поджат в осевом направлении пакетом 16 тарельчатых пружин. Это обеспечивает устранение зазоров в червячной и конической зубчатых передачах. Для устранения зазора в цилиндрической зубчатой передаче половины шестерни 4 разворачиваются относительно друг друга рычагом 15, на который действует тарельчатая пружина 14. В качестве радиальной опоры стола применен двухрядный роликовый подшипник 10 с коническим отверстием, внутренняя обойма которого закреплена гайкой 9, а в качестве торцовой вертикальной опоры - ролики 2 (92 шт.), уложенные в сепаратор 1, зазор в котором регулируется нажимной втулкой 11.

Компенсация неравномерного износа зубьев шестерни 4 производится посредством коррекционного устройства, состоящего из вращающегося трансформатора 21 и штоков 12 в количестве 20 шт., прикрепленных к столу по окружности. Эти штоки можно устанавливать на регулируемой высоте и при вращении стола, поворачивая ротор трансформатора 7 через рычаг 8 на различную величину, производить корректировку поворота стола, соответствующую определенной величине износа зубьев шестерен.

В процессе обработки детали по программе величина поворота стола измеряется датчиком обратной связи 24, в качестве которого применен вращающийся трансформатор BTM-6. Для кинематической связи между столом и датчиком обратной связи шестерня 25 сцепляется с шестерней 23 и датчиком. Для устранения зазора в зацеплении шестерен 25 и 23 шестерня 23 по ширине изготовлена из двух половин, разворачиваемых в противоположном направлении с помощью пружин.

Для ручного поворота стола, а также для установления его в начальное положение служит пульт установки начала координат 20. При вращении рукоятки трансформатора 21 пульта в нужном направлении в том же направлении происходит и поворот стола, в момент установки стола в начальное положение кулачок 5 нажимает на конечный выключатель 6 и на пульте установки начала координат загорается сигнальная лампочка 22.

Поворотный стол (рис. 10) станка КМЦ-600 встроенного типа имеет большую горизонтальную опорную поверхность с осью на подшипниках серии 3182000 с хорошей несущей способностью и возможностью регулировки зазора. Зажим стола осуществляется с помощью гидроцилиндра 1 и тяг 2, рычагов 3.

Рис. 10. Поворотный стол станка координатно-машинного центра с ЧПУ КМЦ-600

Поворотное устройство с горизонтальной осью вращения (рис. 11) с программным управлением применяют при обработке деталей, на цилиндрической поверхности которых имеются пазы сложной конфигурации, спиральные канавки и т.п., обрабатываемые фрезерованием. Для закрепления обрабатываемой детали оно имеет горизонтальный шпиндель и заднюю бабку, его устанавливают на крестовый стол станка. Поворотное устройство осуществляет поворот детали на станке вокруг горизонтальной оси по программе. Вращение шпинделю 7 сообщается от электродвигателя 18 через четыре пары зубчатых цилиндрических передач и червячную передачу, состоящую из червяка 9 и червячного колеса 10. Для устранения зазора в червячной передаче вращение передается шпинделю и через вторую червячную передачу, состоящую из червяка 11 и червячного колеса 12 и работающую параллельно с первой червячной передачей. Благодаря тому, что червяк в этой передаче в осевом направлении постоянно отжимается пакетом 17 тарельчатых пружин, устраняется зазор в контакте между ведущим червяком 9 и червячным колесом 10.

Рис. 11. Поворотное приспособление сверлильно-фрезерного станка станка 16ФСП

В качестве радиальной и осевой опоры шпинделя применены два радиально-упорных подшипника 6, которые смонтированы с предварительным натягом, создающим усилие 3000 Н. Регулировки радиального и осевого зазоров шпинделя в конструкции поворотного устройства не предусмотрены. Компенсация неравномерного износа зубьев червячного колеса 10 производится посредством коррекционного устройства, состоящего из вращающегося трансформатора 16 и упоров 5 и 8 в количестве 16 шт., прикрепленных к червячному колесу по окружности. Эти упоры могут устанавливаться на регулируемом расстоянии от червячного колеса и при вращении последнего, поворачивая ротор трансформатора на различную величину, производят корректировку поворота стола, соответствующую определенному износу зубьев червячного колеса 10.

В процессе обработки детали величина поворота шпинделя устанавливается по программе. Для установки его в начальное положение служит пульт 1 установки начала координат. При вращении рукоятки 2 пульта в нужном направлении в том же направлении происходит поворот шпинделя. В момент прихода шпинделя в начальное положение кулачок 14, закрепленный на диске 15, сидящем на шпинделе, нажимает на конечный выключатель 13 и на пульте установки начала координат загорается сигнальная лампочка 3. Масло в корпусе поворотного устройства заливают через отверстие, закрываемое пробкой 4.