Проект токарного станка с ЧПУ с подробной разработкой привода главного движения

Введение

Общая тенденция развития современного станкостроения может
быть охарактеризована как стремление к возможно более высокой производительности при условии обеспечения необходимой и достаточной
точности, а для чистовых и отделочных станков – также высокого качества обработанной поверхности. Следствия этого – стремление к сокращению штучного времен и предупреждению возникновения во время работы деформаций и вибраций системы «станок – приспособление – инструмент – заготовка», которые могли бы вызвать недопустимые отклонения размеров, геометрической формы и параметров качества обработанных поверхностей детали от заданных.
Отсюда вытекает ряд характерных для современного станкостроения частных тенденций, важнейшими из которых являются следующие:
1.Непрерывное возрастание скоростей движения резания (скоростное резание) и подач в результате применения новых инструментальных материалов и покрытий с целью сокращения основного технологического (машинного) времени и вследствие этого – постоянное увеличение почти во всех группах станков доли моделей для скоростной обработки.
2.Возрастание мощности привода станков как результат увеличения скоростей резания, а нередко – и сечения снимаемой стружки и количества одновременно работающих инструментов.
3.Распространение различных систем бесступенчатого регулирования скоростей главного движения и подач, которые позволяют устанавливать оптимальный режим обработки, изменяя его на ходу станка, и таким образом доводить основное технологическое время до минимума.
4.Оснащение станков разнообразными вспомогательными
устройствами с целью сокращения вспомогательного времени, не совмещенного с машинным временем. Сюда относятся: устройства для быстрой смены режущего инструмента; механизированные приспособления для быстрого изменения положения (например, для поворота) заготовки; механизированные рабочие агрегаты; устройства для автоматического активного контроля обрабатываемой детали; подъемные и другие устройства для облегчения загрузки заготовки и снятия обработанной детали со станка в тех случаях, когда заготовка имеет более или менее значительный вес, и др.
5.Снабжение станков устройствами, расширяющими их технологические возможности и, тем самым, уменьшающими число станков, последовательно используемых для получения детали.
6.Повышение степени автоматизации рабочего цикла станков с
целью создания принудительного, постоянного при данной настройке
ритма работы и сокращения, таким образом, вспомогательного времени, а также обеспечения необходимой точности обработки независимо от квалификации обслуживающего станок рабочего.
7.Упрощение обслуживания станков, достигаемое в основном автоматизацией цикла и соответствующей системой управления, защищающей станок от аварий благодаря применению блокировочных устройств.
8.Повышение статической и динамической жесткости и виброустойчивости станков как условие увеличения скоростей рабочих движений и мощностей привода при высоких в то же время требованиях в отношении точности размеров и качества обработанных поверхностей.

1 Общая часть
1.1 Обзор станка прототипа

Внешний вид станка-прототипа модели 1720ПФ30 приведен на рисунке 1.


Рисунок 1 - Внешний вид станка-прототипа модели 1720ПФ30

На рисунке 2 показан общий вид робото-технологического комплекса РТК на базе токарно-центрового станка с ЧПУ модели
1720ПФ30 и отмечены его основные элементы. В состав РТК входят:
токарный патронно-центровой станок с ЧПУ мод. 1720ПФ30 (поз. 1);
встроенный в станок ПР мод. М10П62.01 или ПР настольного типа мод.
М20П40.01 тактовый стол типа СТ220 (поз. 3), на платформы (поз. 4) которого устанавливаются в ориентированном виде заготовки; инструментальный магазин барабанного типа (поз. 5) с набором сменных режущих блоков, автоматически устанавливаемых в револьверной головке станка при помощи ПР; устройства ЧПУ станка (поз. 6) различного типа с возможностью оперативной подготовки и редактирования управляющих программ и ПР (поз. 7) типа «Контур-1», объединенных в единую систему управления РТК; тара для стружки (поз. 8), отводимой конвейером (поз. 9) из рабочей зоны станка.
При работе данного РТК в составе ГПС он дополнительно оснащается устройствами для активного контроля обрабатываемого изделия при помощи измерительной щуповой головки, установленной на инструментальном диске револьверного суппорта станка, а также устройствами для измерения и
контроля инструментов с их автоматической заменой при износе или поломке.

Рисунок 2 – Общий вид РТК на базе станка 1720ПФ30

Технические характеристики станка приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Технические характеристики станка.

Наименование показателя Показатель
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, установленной над станиной, мм 400
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, установленной
над кареткой, мм 320
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, установленной
над суппортом, мм 210
Наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие в
шпинделе, мм 68
Наибольшая длина обрабатываемой детали, мм 750
Наибольшая масса обрабатываемой детали, кг 20
Частота вращения шпинделя, об/мин 25…3150
Диапазоны частот вращения шпинделя, об/мин 25…800
100…3150
Шаг нарезаемой резьбы, мм 0,01…40
Величина подач, мм/об
продольная
поперечная
0,01-20
0,005-10
Наибольшая скорость рабочей подачи, мм/мин
продольной
поперечной
5000
2500
Скорость быстрого перемещения инструмента, мм/мин
продольного
поперечного
10000
5000
Скорость перемещения задней бабки, мм/мин 4000
Дискретность задания перемещений, мм
по оси Х
по оси Y
0,001
0,001
Высота резца, устанавливаемого в резцедержателе, мм 25
Количество позиций резцедержателя п/автоматической поворотной головки 12
Наибольшая суммарная потребляемая мощность, кВт 37
Мощность привода главного движения, кВт 18,5
Габариты полуавтомата, мм
длина (без транспортера)
ширина
высота
3795
1515
1800
Масса полуавтомата, кг 4900


1.2 Анализ и описание конструкции и работы основных узлов и
механизмов станка

Станок с ЧПУ, кинематическая схема которого показана на
рисунке 3 выпускается в двух исполнениях: силовом – с увеличенным крутящим моментом на шпинделе и скоростном – с увеличенным пределом частоты вращения шпинделя.

Рисунок 3 - Кинематическая схема станка 1720ПФ30

Вращение шпинделя осуществляется от двигателя 1 (Р = 18,5 кВт; n = 1500 об/мин) с регулируемой частотой вращения вращение передается с вала I на вал II через ременную передачу со шкивами 2 (Ø 226) и 3 (Ø 180), далее вращение передается через двухступенчатую коробку скоростей с вала II на вал III и далее на вал IV и поликлиновую ременную передачу со шкивами 4 (Ø 236) и 5 (Ø 187). Коробка скоростей в зависимости от положения шестерни муфты 6/7 (переключающейся с помощью гидроцилиндра) обеспечивает передачу вращения или напрямую (передаточное отношение 1:1) или через шестерни 7 (z = 45, m = 3) – 8 (z = 56, m = 3), 9 (z = 31, m = 3) – 6 (z = 45, m = 3) с общим передаточным отношением i = 1:4. С вала IV вращение передается на шпиндель 10.
Резьбонарезание осуществляется при помощи датчика резьбонарезания 11, связанного со шпинделем зубчато-ременной передачей 12 (z = 51, m = 4) – 13 (z = 54, m = 4). Продольное и поперечное перемещение суппортов осуществляется от двигателей 14, 15, 16 через соответствующую ременную передачу со шкивами 17 (Ø63) и 18 (Ø125) шариковинтовые пары с шагом Р = 10 мм и Р = 5 мм.

Конструкция шпиндельного устройства и механизм привода главного движения станка мод. 1720ПФ30 показаны на рисунке 4. На лицевой стороне консольной части станины 1 станка крепится кронштейн 2, на котором установлена шпиндельная коробка 3. Привод монтируется на поворотной плите, которая болтами крепится к основанию станка. На кронштейне 2 шарнирно установлен редуктор 4 механизма привода главного движения, связанный с электродвигателем поликлиновой ременной передачей со шкивом.
Вращение от выходного вала 6 редуктора передается шпиндельной коробке 3 через ременную передачу с двумя поликлиновыми ремнями 7. Натяжение ременной передачи осуществляется качанием корпуса редуктора 4 на оси кронштейна 2 с помощью гидроцилиндра 8. Гидроцилиндр 8 натяжения ремней подключен к гидросистеме по дифференциальной схеме: полости его соединены с полостями гидроцилиндра 9 управления редуктором главного движения (см. принципиальную гидравлическую схему на листе 5, рисунок 2). Таким образом, усилие натяжения ремней переменное и зависит от переключения диапазона частот вращения шпинделя. В первом диапазоне (до 630 или 800 мин-1) оно равно 10 кН, а во втором диапазоне (до 2500 или
3150 мин-1) – 4 кН. При включении гидросистемы пружина 10, встроенная в гидроцилиндр 8, создает предварительное усилие натяжения ремней, равное 1 кН.
Переключение диапазонов частот вращения шпинделя осуществляется гидроцилиндром 9. Шток 11 гидроцилиндра связан с вилкой 12,
перемещающей зубчатый блок 13 и дополнительный венец 14 с внутренними зубьями, который зацепляется с валом-шестерней 15. Промежуточные зубчатые колеса 16 и 17 вместе с блоком 13 обеспечивают дополнительную редукцию для получения 1-го диапазона частот вращения. Контроль переключения зубчатых передач редуктора осуществляют конечные выключатели 18.
Шпиндельная коробка 3 станка выполнена в виде жесткого литого
корпуса 19, в расточке которого смонтирован шпиндель 20 на двух подшипниковых опорах 21 и 22 с предварительным натягом. В задней части
шпинделя на шпонке установлен ведомый шкив 23 поликлиновой ременной передачи. К торцу крепится шкив 24 зубчато-ременной передачи привода датчика резьбонарезания, а также гидромеханизм 25 привода зажимного патрона (на листе 6 не показаны).
Базирование шпиндельной коробки 3 на кронштейне 2, а кронштейна – на станине 1 обеспечивает возможность регулирования положения оси шпинделя 20 в горизонтальной и вертикальной плоскостях.


Рисунок 4 - Шпиндельное устройство и механизм привода главного движения станка 1720ПФ30

Конструкция механизма привода продольной подачи каретки суппорта показана на рисунке 5. Высокомоментный электродвигатель 1 привода подачи установлен на фланце 2, который закреплен в корпусе 3 на верхней горизонтальной плоскости станины 4. Вал двигателя с помощью сильфонной муфты 5 напрямую соединен с шариковым винтом 6, который смонтирован в комбинированных упорно-радиальных подшипниках 7 и 8. Подшипники установлены В расточках корпусов 3 и 9 на станине станка. Шариковая гайка, состоящая из двух полугаек 10, смонтирована в стальном корпусе 11, который крепится к каретке 12 и выставляется соосно с опорами корпусов 3 и 9 винта с помощью компенсатора 13. В корпусах опор, параллельно ходовому винту 6, устанавливается