Поворотные и делительные столы кругового вращения, устройство и конструкция

Введение

Развитие и совершенствование конструкций станков с ЧПУ привело к появлению многоцелевых станков, которые объединили в себе эксплуатационные качества целого ряда станков обычного исполнения. Многоцелевые станки, созданные на базе токарных станков с ЧПУ и обрабатывающих центров и комбинирующие их возможности, в настоящее время являются одной из наиболее динамично развивающихся концепций металлообработки. Сочетание пятикоординатной обработки с автоматической сменой инструмента позволяет выполнять множество операций.

В станках с ЧПУ широко применяют различные механизмы периодического поворота с последующей фиксацией положения поворачиваемых узлов. К таким узлам относят:

– поворотные инструментальные шпиндели с регулируемым углом наклона, которые можно использовать с большинством типов режущего инструмента;

– позиционные столы для периодического подвода закрепленных на них заготовок к различным инструментам или в рабочую зону станка и силовые столы для передачи крутящего момента заготовке;

– револьверные головки для поочередного подвода инструмента к обрабатываемой детали;

– магазины инструментов;

– захватные органы промышленных роботов и автооператоры, поворачивающиеся на заданный угол и работающие во взаимодействии с загрузочно-разгрузочными устройствами для заготовок и магазинами для инструментов.

Эти механизмы улучшают эксплуатационные возможности и производительность станков, обеспечивают сложную траекторию перемещения инструмента, повышают качество деталей.

Одним из путей повышения эффективности использования станков с ЧПУ является применение поворотных столов, обеспечивающих обработку максимального числа поверхностей деталей с одного установа. Поворотные столы предназначены для расширения технологических возможностей станков с ЧПУ в качестве дополнительных координат.

В специальной части представленного дипломного проекта проанализированы конструкции поворотных столов, разработанных и применяемых на предприятии ОАО «Стерлитамак – М.Т.Е.» (Стерлитамакский станкостроительный завод), представлены эскизы, определены основные технические характеристики, описаны устройство и работа столов, а также рассмотрены методики расчета на точность и жесткость типовых конструкций, проведены расчеты на жесткость и точность двухосевого поворотного стола и поворотного стола модели CNC 200R. По полученным результатам выполнена оптимизация конструкции поворотного стола CNC 200R с целью повышения точности обрабатываемой детали и выполнен патентный анализ новых типовых конструкций.

1. Классификация столов, применяемых в мехатронных станках

стол поворотный махатронный двухосевой

Поворотные столы, применяемые в мехатронных станках, классифицируются по следующим признакам:

а) количество осей – одноосевые и двухосевые;

б) положение оси вращения – с горизонтальной осью вращения (преимущественно в токарных станках) и с вертикальной осью вращения для сверления отверстий и фрезерования большого количества различных деталей (фрезерные, сверлильные, расточные, зуборезные, шлифовальные станки);

в) тип привода – электромеханический, электрический, гидравлический;

Электромеханический привод разделяется на приводы с цилиндрической передачей, червячной передачей, зубчато-реечной передачей.

Цилиндрическая передача имеет следующие особенности:

– отсутствие самоторможения;

– высокий КПД;

– высокая допустимая частота вращения;

– сложная конструкция.

Червячная передача характеризуется:

– высокой редукцией при хорошей компактности;

– самоторможением;

– более высокой точностью (благодаря коэффициенту перекрытия реализуются «фильтрующие» способности передачи к погрешностям);

– низким КПД;

– ограничением частоты вращения;

– износом колеса.

г) назначение стола – силовой (для передачи крутящего момента обрабатываемой детали); позиционный (для позиционирования обрабатываемой детали); комбинированный;

д) способ торможения – при помощи гидравлического тормоза, за счет торможения электродвигателем, механическое торможение.

2.
Описание типовых конструкций поворотных столов

Рассмотрим некоторые конструкции поворотных столов, разработанных и применяемых на предприятии ОАО «Стерлитамак – М.Т.Е.».

2.1
Столы модели
CNC

Столы поворотные модели CNC 200R, CNC 320R, CNC 500R или CNC 320 предназначены для расширения технологических возможностей станка с числовым программным управлением, в качестве дополнительных (одной или двух) координат.

Классификация поворотных столов:

а) CNC 200R, CNC 320R, CNC 500R – стол поворотный (ось А или В) предназначен для установки обрабатываемой детали и поворота ее во время обработки в позиционном и непрерывном режимах;

б) CNC 320 – стол поворотный двухосевой (оси А и С) может быть применен в области производства деталей со сложными поверхностями, требующих обработки по 4 или 5 координатам;

в) CNC 320–01 – стол поворотный с установочной плитой (ось А) имеет широкий диапазон круговых подач, который полностью обеспечивает выбор нормативных режимов резания для обработки деталей из различных конструкционных материалов.

Эскизы столов и применяемые с ними модели задних бабок представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Эскизы поворотных столов модели CNC

Технические характеристики поворотных столов (основные параметры и размеры) приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Технические характеристики поворотных столов

Устройство и работа столов модели

CNC

а) Стол поворотный модели CNC 200R, CNC 320R в соответствии с рисунком 2.1.

Стол поворотный состоит из корпуса поз. 1, к которому крепится плита поз. 2. К плите с одной стороны крепится двигатель поз. 3, а с другой подшипниковый редуктор поз. 4 высокой нагрузочной способности и точности. Двигатель передает крутящий момент на редуктор через шпонку. К выходной стороне редуктора через фланец поз. 5 крепится планшайба поз. 6. С целью повышения точности поворота непосредственно на планшайбу устанавливается круговой датчик поз. 7.

б) Стол поворотный модели CNC 500R в соответствии с рисунком 2.2.

Стол поворотный состоит из корпуса поз. 1, к которому крепится фланец поз. 2. к фланцу поз. 2 крепится подшипниковый редуктор поз. 3 высокой нагрузочной способности и точности. Электродвигатель поз. 5, установленный на корпусе через фланец поз 4 передает крутящий момент через вал поз. 6 и фланец муфты поз. 7. К выходной стороне редуктора через фланец поз. 8 крепится планшайба поз. 9. С целью повышения точности поворота непосредственно на планшайбу устанавливается круговой датчик поз. 10.

Стол поворотный – это часть оснастки сверлильного и фрезерного станка предназначенная для расширения функциональных возможностей оборудования. С помощью поворотного стола можно без переустановки производить обработку деталей расположенных по окружности, вращать заготовку в различных координатах и выполнять другие операции.

Сфера применения и преимущества

Поворотные столы широко применяются на станках различного назначения — как на автоматических линиях при серийном производстве деталей, так и на отдельных установках. Это фрезерные, вертикально-сверлильные станки, ковочные молоты, прессы и другое оборудование, где необходимо обеспечить быстрое перемещение обрабатываемой заготовки относительно рабочего органа. Применяются поворотные столы и при сварочных операциях для выполнения рельефной и точечной сварки.

Главным преимуществом поворотного стола является возможность обработки деталей в различных плоскостях. Так, для фрезерных станков помимо перемещения заготовки в трех основных направлениях (продольное, поперечное и вертикальное), поворотный стол может обеспечить вращение детали в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Стол обеспечивает перемещение заготовки в различных координатах, фиксировать её под требуемым углом наклона и производить высокоточную обработку.

Применение поворотного стола позволяется значительно уменьшить затраты времени на обработку, повысить производительность труда. При выполнении сварочных операций данный вид оснастки позволяет устанавливать деталь вне зоны работы, тем самым не прерывая производственный цикл. Значительно повышаются и функциональные возможности оборудования.

Виды поворотных столов

Поворотные столы для металлорежущих станков и другого оборудования классифицируются в зависимости от возможного направления движения. Существует пять основных типов столов:

  • Поворотно-наклоняемые. Может осуществлять поворот заготовки вокруг собственной оси и её наклон на угол от 0 до 90°.

  • Поворотный с продольным перемещением. Применяется при фрезеровании отверстий внутри плоских стальных изделий. Есть модели оснащенные делительным диском для разделения рабочей зоны на функциональные части.
  • Поворотные горизонтально-вертикальные столы. Обеспечивают возможность эффективной обработки заготовок в вертикальном и горизонтальном положениях. Данная конструкция, в частности, широко применяется при круговом фрезеровании и нарезании винтовых канавок.
  • Горизонтальный поворотный стол. Используется для кругового фрезерования, сверления отверстий по окружности и других операций. Наиболее простой и универсальный вариант конструкции. 
  • Поворотный стол с поперечно-продольным перемещением. Наиболее технологичный вариант конструкции, значительно повышает возможности станка, особенно при отсутствии собственной системы поперечно-продольного перемещения. Стол имеет возможность полного поворота по основанию, что даёт возможность обработки деталей со сложной конфигурацией, поверхности которой расположены под различными углами по отношению друг к другу.

Поворотные столы выпускаются по стандартным размерам. Основные диаметры: 320, 400, 500 и 630 мм. 

Конструкция поворотных столов

На рисунке выше представлен наиболее простой вариант конструкции поворотного стола. В корпус стола (11) запрессована втулка (10). В ней вращается шпиндель (2). На шпинделе установлена планшайба стола (1). Также в корпус запрессована и втулка (7). В неё направлен фиксатор реечного типа (5) который входит под действием пружины (6) во втулку (3).

Для управления фиксатора предусмотрена рукоятка (4). Поворот планшайбы осуществляется с помощью подшипника качения состоящего из обоймы (12), колец (14) и шариков (13). Для регулировки осевого зазора применяется гайка (8) и стопорный винт (9).

ГОСТы

Общие технические условия столов поворотных с ручным и механизированным приводом регулирует ГОСТ 16935-93.