Проектирование вертикально-фрезерного станка 6Р13Ф3

Введение

Развитие станкостроения определяет уровень всего машиностроительного производства, так как металлорежущие станки при их высокой производительности, точности и универсальности являются основным видом технологического оборудования для размерной обработки деталей.

Необходимость усовершенствования – модернизации станков связана в первую очередь с развитием НТП, одним словом модернизация движет прогресс.Основные положения, характеризующие технический уровень станочного парка машиностроительных производств, включает изучение потребительских свойств металлорежущих станков, их технических характеристик и областей использования, особенностей кинематики и конструктивного исполнения, возможностей автоматизации, обеспечиваемой различными системами управления.

Станки занимают особенное место среди таких машин, как текстильные, машины легкой промышленности, полиграфические и др., то есть для производства средств производства. Поэтому станкостроения называют сердцевиной машиностроения.

Современные металлорежущие станки – это высоко развитые машины, которые состоят из большого количества механизмов и используют механические, электрические, электронные, гидравлические, пневматические и другие методы осуществления движений и управлением циклом. За конструкцией и назначением трудно найти более разнообразные машины, чем металлорежущие станки.

Современные металлорежущие станки характеризуются весьма высоким техническим уровнем по сравнению с другими технологическими машинами.

К основным факторам, влияющим на развитие станкостроения, можно отнести:

  повышение скорости резания до уровня, максимально допустимого с точки зрения безопасности работы станка; согласно европейским нормам такие скорости превосходят 1000 м/адин (в настоящее время до 100 000 м/мин), а процесс получил название «обработка со сверхвысокими скоростями»;

 обработку лучом лазера, используемым в качестве инструмента;

 обработку без использования смазывающеохлаждающих технологических средств (СОТС), являющихся одним из основных источников загрязнения окружающей среды;

  точную обработку деталей из закаленных сталей на токарных станках, позволяющую исключить дорогостоящий и экологически грязный процесс шлифования.

Технологическая система - станок состоит из нескольких функциональных подсистем:

Подсистема манипулирования обеспечивает доставку заготовок к месту обработки, их зажим в заданной позиции, вывод готовой детали из рабочей зоны;

Подсистема управления на основе входной внешней информации к дополнительной внутренней обеспечивает правильное функционирование всех остальных подсистем в соответствии с поставленной задачей.

Станок подразделяется на несколько основных узлов.

Главный привод станка сообщает движение инструменту или заготовке для осуществления процесса резания с определенной скоростью. Привод подачи необходим для перемещения инструмента относительно заготовки для формирования обрабатываемой поверхности. Привод главного движения должен обеспечить в процессе резания постоянную мощность резания, а привод подачи - постоянный крутящий момент Мкр.

Техническое задание на проектирование специального станка

Спроектировать вертикально - фрезерный станок с ЧПУ с подробной разработкой привода главного движения.

Станок предназначен для выполнения разнообразных фрезерных работ в условиях единичного и серийного производства.

Техническая характеристика

Диапазон частот вращения шпинделя, об/мин: 700-1200

Привод главного движения: Электромеханический

Диапазон регулирования подач, мм/мин

-Продольная подача: 5-150

-Поперечная подача: 100-200

-Вертикальная подача: 150-1500

Привод подачи: Электромеханический

Материал заготовки: Углеродистая сталь

Компоновка и конструкция станка

3.1. Анализ конструкций существующих станков

Компоновка станка – это система расположения узлов и направляющих станка, характеризующаяся структурой, пропорциями и свойствами.

Технологическая схема построения станка, в которой в соответствии с технологической задачей определяют состав рабочих и установочных движений, число необходимых шпинделей, схему обработки, число различных по назначению позиций и размеры, называется технологической компоновкой.

Фрезерные станки в основном оснащают прямоугольными и контурными УЧПУ.

При прямоугольном управлении стол станка совершает движение в направлении, параллельным одной из координатных осей, что делает невозможной обработку сложных поверхностей. Станки с прямоугольным управление применяют для фрезерования плоскостей, скосов, пазов, равновысоких бобышек и других аналогичных поверхностей.

При контурном управлении траектория перемещения стола более сложная. Станки с контурным управлением используют для фрезерования различных кулачков, штампов, пресс-форм и других аналогичных поверхностей. Число управляемых координат, как правило, равно трем, а в некоторых случаях – четырем и пяти. При контурном управлении движение формообразования производится не менее чем по двум координатным осям одновременно.

Во фрезерных станках с ЧПУ в качестве привода главного движения используют асинхронные двигатели (в этих случаях имеется коробка скоростей) или электродвигатели постоянного тока. На небольших фрезерных станках с прямоугольным ЧПУ применяют однопроводной электродвигатель постоянного тока и коробку передач с автоматически переключаемыми электромагнитными муфтами, а на тяжелых станках с

контурным управлением каждое управляемое координатное перемещение осуществляется от автономного электропривода постоянного тока.

Приводы движения подач фрезерных станков с ЧПУ имеют короткие кинематические цепи, передающие движения от двигателя непосредственно исполнительному органу.

3.2. Выбор и описание предлагаемой компоновки и

конструкции станка

Станок вертикально - фрезерный с ЧПУ является консольным, то есть его стол имеет рабочие перемещения в горизонтальной плоскости (по координатам x и y) и (вместе с консольным) установочные перемещения в вертикальном направлении (по координате w); рабочее перемещение по координате z имеет ползун с установленный на нем фрезерной бабкой.

Станок предназначен для обработки плоских или пространственных изделий сложного профиля из стали, чугуна, труднообрабатываемых и цветных металлов, главным образом торцовыми и концевыми фрезами, сверлами в единичном и серийном производстве металлообрабатывающих отраслей промышленности.

Станок оснащен устройством числового программного управления типа Н332М, позволяющим вести обработку изделий в режиме программного управления одновременно по трем координатам.

В станке применена импульсно-фазовая следящая система программного управления с вводом информации на перфорированной ленте.

Компоновка вертикально-фрезерного консольного станка с ЧПУ мало отличается от компоновки традиционного станка без ЧПУ. На станине монтируют узлы и механизмы станка. Станина спереди имеет направляющие, закрытые кожухом, по которым перемещается консоль. На горизонтальных

направляющих смонтированы салазки, по продольным направляющим

которых передвигается стол. На привалочной плоскости станины закреплена

фрезерная бабка, по вертикальным направляющим которой перемещается ползун со шпинделем. В соответствии с требованиями безопасности труда ползун имеет защитный щиток. Сзади станка расположен шкаф с электрооборудованием и УЧПУ.

Система смазки станка [12]

Система смазки должна обеспечивать надежную смазку всех основных трущихся сопряжений станка. Благодаря этому снижается износ механизмов, уменьшается шум при работе станка и возрастает его КПД.

Выбор смазки для станков осложняется тем, что они имеют разнообразные пары трения, работающие при различных скоростях и нагрузках. Применение разных смазок неоправданно усложнило бы конструкцию смазочной системы и затруднило эксплуатацию такого станка. Наиболее совершенна централизованная система смазки, достаточно надежно обеспечивающая смазку всех основных узлов.

Смазка подшипников и шестерен поворотной головки проектируемого ыертикальфрезеного станка осуществляется от насоса станины, а смазка подшипников шпинделя и механизма перемещения гильзы — шприцеванием.

Смазка коробки скоростей осуществляется от плунжерного насоса, приводимого в действие эксцентриком. Производительность насоса около 2 л/мин. Масло к насосу подводится через фильтр. От насоса масло поступает к маслораспределителю, от которого по трубке отводится на глазок контроля работы насоса и по гибкому шлангу в поворотную головку. Элементы коробки скоростей смазываются разбрызгиваем масла, поступающего из отверстий трубки маслораспределителя, расположенного над коробкой скоростей.

Смазка коробки переключения осуществляется от системы смазки коробки скоростей разбрызгиванием масла. Отсутствие масляного дождя может вызвать недопустимый нагрев щечек вилок переключения и привести к заеданию вилок, их деформации или поломке.

Смазка коробки подач осуществляется разбрызгиванием масла, поступающего из системы смазки консоли. Кроме того, в нижней части платика консоли имеется отверстие (сверление в нагнетательную полость насоса смазки), через которое смазка поступает к маслораспределителю коробки подач.

От маслораспределителя отводятся две трубки: на глазок контроля работы насоса и для смазки подшипников II оси. Непосредственно через маслораспределитель масло подается на смазку подшипников фрикционной муфты.

Система смазки консоли включает в себя плунжерный насос, золотниковый распределитель, маслораспределитель и отходящие от него трубки, подающие масло к подшипникам, зубчатым колесам, винтам поперечного и вертикального перемещений. Плунжерный насос смазки консоли, коробки подач, механизмов узла «столсалазки» засасывает масло через сетку фильтра из масляной ванны и подает его по трубке к золотниковому распределителю. От золотникового распределителя отводятся трубки: для смазки вертикальных направляющих консоли, на штуцер гибкого шланга смазки узла «столсалазки» и к маслораспределителю консоли. Производительность насоса около 1 л/мин.

Система управления проектирования станка [13]

7.1 Устройство числового программного управления

Станок модели 6РФ337 оснащен УЧПУ модели Н332М. В верхней части пульта расположена полоса 8 световой числовой информации, на которой с помощью специальных ламп высвечиваются номера кадров управляющей программы VII, номера инструментов и трехразрядные числа коррекция. Световое табло 1 информирует о ходе выполнения УП. в случае каких – либо неполадок высвечиваются надписи 2 («Сбой станка») или 3 («Сбой ЧПУ»). При нормальной работе высвечиваются надпись 4 («Автомат») и указатели, информирующие оператора о месте (адресе) выполнения команды.

Клавиши 5 («Привод»), 6 («ЧПУ») и 7 («Технологический останов») предназначены для подтверждения команд УП, записанных на перфоленте. Эти же клавиши используют при работе в режиме «Ручной ввод».

Под названием «Адрес» расположены клавиши, обозначенные буквенными символами кода и служащие для адресования различного вида команд, вносимых в УЧПУ при работе в режиме «Ручной ввод».

При наладке от УЧПУ коррекция осуществляется с технологического пульта 9, расположенного ниже основного пульта УЧПУ. На пульте 9 размещены 18 декадных переключателей 10, на которых могут быть набраны четырехзначные числа. Ниже технологического пульта помещено фотосчитывающее устройство «Консул 3376», предстоящее из считывающего аппарата 11, считывающей головки 12, двух бобин 14; последние служат для сматывания и наматывания лент с записью УП. На пульте 9 помещены также клавиши управления: 16 (пуск); 17 (направление ленты влево); 18 (направление ленты вправо); 19 (выключение фотосчитывающего устройства).

7.2 Основные технические характеристики УЧПУ типа «Н33-2М»

Интерполяция – линейная и круговая.

Способ задания геометрической информации в программе в приращениях.

Дискретность задания геометрических размеров – 0,01 мм. Точность интерполяции ± 1 дискретна без накопления ошибок.

Число управляемых по программе координат – 3, из них одновременно управляемых при линейной интерполяции 3, при круговой интерполяции 2.

Устройство допускает отработку отрезков прямых, заданных в одном кадре, со значением по каждой координате до ±999999 единиц дискретности, дуг окружности – с радиусом до 999999 единиц дискретности.

Схема контроля точности станка [6]

Геометрическая и кинематическая точность станка характеризует точность перемещения его формообразующих узлов без силовых и тепловых воздействий. Поэтому эти характеристики связаны в основном с точностью изготовления и сборки станка, т. е. с технологическими факторами Высокие требования к точности современных станков определяют строгие допуски на точность перемещения и положения рабочих органов, связанных с геометрией станка, как с его исходной характеристикой.

По точности станки подразделяют на пять классов:

Класс Н — станки нормальной точности, обеспечивают обработку деталей примерно по 8 — 7му квалитетам точности.

Класс П — станки повышенной точности, изготовлены преимущественно на базе станков класса Н, но с более высокими требованиями к точности базовых деталей (шпиндель и его опоры, заправляющие и др.).

Класс В — станки высокой точности, которая обеспечивается за счет специальной конструкции отдельных элементов, более высокого качества их изготовления и эксплуатации станка в специальных условиях.

Класс А — станки особо высокой точности, изготовленные с более строгими допусками, чем станки класса В.

Класс С — сверхточные станки — специальные мастер - станки, предназначенные для изготовления прецизионных деталей станков, машин и приборов, от точности которых зависит получение требуемых характеристик изделия (делительные и эталонные колеса, измерительные винты и др.).

Допускаемые отклонения для регламентированных нормативами показателей точности станков при переходе от класса к классу составляют геометрическую прогрессию со знаменателем φ=1,6.

В стандарты «Нормы точности» включена также проверка точности и шероховатости образцаизделия, конфигурация и материал которого

установлены стандартом. Образец обрабатывают на чистовых режимах. Полученные результаты не могут служить достаточно полной характеристикой точности станка, и для этой цели требуется проведение специальных испытаний, учитывающих весь диапазон силовых и тепловых нагрузок и характеристику номенклатуры обрабатываемых деталей.

Перечень проверок точности и соответствующие нормативы, указанные в стандартах, отражают специфику станков данного типа и применяемого метода обработки. По характеру проверки можно разбить на следующие группы.

1. Точность движения: радиальное и осевое биение шпинделя, торцевое и осевое биение планшайбы (стола); прямолинейность перемещения суппорта(стола); постоянство углового положения рабочей поверхности стола при его перемещении; точность дискретных перемещений.

2. Точность взаимного положения и движения; параллельность движения суппорта оси шпинделя, перпендикулярность оси шпинделя к поверхности стола; соосность или параллельность двух шпинделей; взаимная перпендикулярность продольного и поперечного перемещении стола.

3. Точность позиционирования (установки): точность перемещения стола (суппорта) в заданное положение; точность фиксации углового положения при повороте револьверной головки (шпиндельного блока), точность ручной установки линейных (угловых) положений рабочего органа по измерительным шкалам.

4. Кинематическая точность: точность передаточного отношения шпиндель — ходовой винт (токарно-винторезные станки); точность взаимного движения продольного и поперечного перемещения крестового стола (обработка фасонных профилей); точность взаимного перемещения (поворота) шпинделя и стола (зуборезные станки.)

5. Точность поверхностей, определяющих положение заготовки и инструмента: плоскостность рабочей поверхности стола, точность Т-об

разных пазов стола и их параллельность; точность положения конического отверстия шпинделя; торцевое и радиальное биение базовых поверхностей шпинделя (фланцевый конец).

6. Точность направляющих поверхностей: плоскостность направляющих скольжения, извернутость направляющих.

Для станков нормальной точности, как правило, измеряют не все погрешности, а лишь те, которые в наибольшей степени влияют на- точность обработки (например, точность позиционирования стола; радиальное и осевое биение шпинделя). Чем выше требования к точности станка (выше его класс точности), тем измеряют большее число параметров, характеризующих положение и движение узла.

Для определения геометрической и кинематической точности станка рименяют разнообразные метрологические средства и оснастку. Если при основных проверках (группы 1—4), характеризующих выходные параметры станка, примененный метод измерения позволяет оценить эти параметры не только при перемещении узлов без нагрузок, но и при рабочих режимах станка (в процессе обработки), до полученные результаты будут полностью характеризовать точность станка с учетом его силовых и тепловых деформаций. Для этой цели обычно не пригодны контактные измерительные приборы, часто применяемые при проверке геометрической точности станка.

В табл. 9 приведены примеры схем для измерения геометрической и кинематической точности ставков с применением контактных методов, используемых в стандартных проверках, и современных методов; позволяющих оценить параметры траекторий формообразующих узлов станка. Приведены схемы следующих проверок точности:

а) измерение радиального и осевого биения шпиндель.

б) измерение радиального и осевого биения шпинделя и траектории перемещения оси шпинделя,

в) измерение отклонения от перпендикулярности оси шпинделя

относительно поверхности стола;

г) измерение отклонения от перпендикулярности двух движений (стола и шпиндельной бабки) с использованием калиброванного лазерного источника;

д) измерение точности позиционирования стола;

е) измерение точности позиционирования стола с использованием лазерного интерферометра;

ж) измерение точности передаточного отношения шпиндель — суппорт» с помощью эталонного ходового винта;

з) измерение точности передаточного отношения «шпиндель — суппорт» с помощью лазерного интерферометра.

Эксплуатация станка [3]

Обслуживание станка. Проверить легкость перемещения стола станка во всех направлениях ручными подачами, при необходимости ослабить стопорные устройства и установить стол в положение, удобное для установки фрезы.

При возникновении вибраций остановить станок и принять меры к их устранению, проверить состояние и крепление фрезы, надежность закрепления заготовки и приспособления, выбранные режимы резания.

Установка и смена фрезы. Перед установкой фрезы на станок проверить:

Качество заточки — режущие кромки не должны иметь выкрашиваний, трещин и прижогов;

Надежность и прочность крепления режущих зубьев в корпусе фрезы, а также степень их износа при условии, что фреза находилась в эксплуатации; если режущие кромки фрезы затупились или ыкрошились, то фрезу необходимо заменить;

Посадочные поверхности фрезы, оправки, переходных втулок, цанги и шпинделя, а также торцы установочных колец, чтобы на них не остались загрязнения и волокна от обтирочного материала.

При установке и съеме фрез остерегаться ранений рук о режущие кромки. Для этого необходимо использовать рукавицы или предварительно надевать на фрезу кожухи, закрывающие ее режущие зубья.

При фиксировании хвостовика оправки или фрезы в шпинделе станка следует убедиться в том, что он садится плотно, без люфта. Фиксацию осуществляют, включив коробку скоростей во избежание проворачивания шпинделя.

После закрепления фрезы проверить биение ее режущих кромок. Настроить коробки скоростей и подач на заданные режимы, а также установить и закрепить упоры автоматического выключения подач.

Для снятия фрезы или оправки со стола применять специальную выколотку, предварительно разместив на столе станка деревянный лоток, предотвращающий порчу как инструмента, так и стола станка.

Установка заготовок и зажимных приспособлений. Перед установкой заготовок на стол станка или в приспособление очистить их от загрязнений; особое внимание обратить на состояние базовых поверхностей; при наличии на базовых поверхностях заусенцев, грата и других неровностей необходимо удалить их слесарным инструментом.

Места крепления заготовки следует выбирать как можно ближе к обрабатываемой поверхности. Особое внимание должно быть уделено состоянию поверхности стола.

Перед установкой заготовки на стол станка необходимо тщательно очистить его от загрязнений и стружки. В случае крепления заготовки на необработанные поверхности следует применять прихваты с насечкой.

Если обработку производят в приспособлении, то необходимо выполнить следующие работы:

Перед установкой приспособления протереть стол и посадочные места приспособления;

При подналадке положения приспособления на столе станка применять только молотки со вставками из мягкого материала (меди, латуни);

В случае крепления заготовки за необработанные поверхности необходимо оснастить тиски прижимными губками с насечкой;

Закрепляя заготовки в тисках за обработанные поверхности, их необходимо оснастить нагубниками из мягкого металла;

При закреплении цилиндрических заготовок в патроне делительной головки следует применять разрезные втулки из мягкого металла и прокладывать фольгу.

Удалять стружку со стола после снятия каждой обработанной детали с помощью капроновых, волосяных или щетинных щеток.

.

Производить установку и съем тяжелых заготовок и приспособлений (с массой более 20 кг) только с помощью подъемных устройств; освобождать заготовку от подвески разрешается только после ее установки и надежного закрепления на станке.

Приемы работы на фрезерном станке:

Заготовку подавать к фрезе только после включения вращения шпинделя, при этом механическую подачу включать до соприкосновения фрезы с заготовкой;

Перед остановкой станка необходимо сначала выключить подачу, затем отвести фрезу от обрабатываемой детали и выключить вращение шпинделя;

Отводить фрезу на безопасное расстояние, чтобы не повредить руки о ее режущие кромки при съеме обработанной детали или ее измерении на станке;

Регулировать правильность подвода СОЖ в зону резания;

Избегать размещения на столе станка режущих, вспомогательных и измерительных инструментов, а также других заготовок и ранее обработанных деталей.

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта был разработан специальный вертикально – фрезерный станок с ЧПУ, были получены навыки по проектированию приводов главного движения и движения подач, по выбору электродвигателей для этих приводов.

В ходе курсового проектирования был проведен кинематический расчёт привода главного движения.

В процессе работы над курсовым проектом лучше были применены полученные теоретические знания.

Список использованной литературы

1. Справочник технологамашиностроителя/ Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. М.: Машиностроение, 1985. Т.1. 656с., Т.2. 496 с.

2. Еремин А.Н. Методические основы курсового проектирования металлорежущих станков. Томск, Изд-во ТГУ, 1973. – 250 с.

3. Черпаков Б.И. металлорежущие станки: учебник для нач. проф. образования – М.: Изд. «Академия», 2003. – 368 с.

4. Харизоменов И.В., Харизоменов Г.И. Электрооборудование станков и автоматических линий. М.: Машиностроение, 1987. – 224 с.

5. Чернов Н.Н. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение, 1978. – 389с.

6. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник. Под общ. ред. А.С. Проникова. - М.: Изд-во МГТУ им.Баумана: Машиностроение, Т.1.,1994.–444с, Т.2.1.,1995–371с., Т.2.2.,1995–320с.

7. Курсовое проектирование деталей машин/Под ред. А.С. Чернавского. М.: Машиностроение, 1988. – 416 с.

8. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. М.: Высшая школа, 1991. – 432 с.

9. Тепинкичиев В.К.. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение, 1973.– 472 с.

10. Тарзиманов Г.А. Проектирование металлорежущих станков. – М.: Машиностроение, 1980. – 288 с.

11. Станочное оборудование автоматизированного производства. Учебник под. ред. В.В. Бушуева. В 2-х томах. М.: Станкин, 1994.

12. Сухинина Л.А. и др. Проектирование и расчёт металлорежущего станка. Методические указания. Альметьевск, АГНИ, 2009. – 128 с.

13. Голофтеев С.А. Лабораторный практикум по курсу "Металлорежущие станки". – М.: Высшая школа, 1991. – 240 с.

Опись материалов

1. Расчетно-пояснительная записка:

Страниц 59;

Рисунки 7;

Таблицы 11;

2. Графический материал:

1.2. Общий вид станка в 2-х проекциях - А1

2.2. Кинематическая схема станка - А1

3.2. Развертка и свертка коробки скоростей- А1

4.2. Шпиндельный узел - А1

3. Приложение:

1 Спецификация станка

2. Спецификация коробки скоростей

3. Спецификация шпиндельного узла