Вертикальные фрезерные станки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный технический университет имени н.э. Баумана

Доклад

Вертикальные фрезерные станки

Выполнил Чашников С.П.

Проверил Корнеев С.С.

Введение

В настоящее время в машиностроении широко используются детали, содержащие сложно-профильные поверхности: формообразующие поверхности штампов, прессформ, копиры и многие другие.

К основным способам получения деталей с такими поверхностями можно отнести литье, штамповка, резание. Однако только обработка резанием, в частности фрезерование, позволяет получить параметры поверхности, близкими к заданным и сократить время последующей доводки. Очень часто этот метод является возможным единственным методом, это особенно важно на данный момент, так как большинство предприятий машиностроения перешли на серийное или мелкосерийное производсто. Получение деталей фрезерованием, при таком типе производства, наиболее экономически оправдано.

Типовой технологический процесс обработки сложнопрофильных поверхностей включает в себя следующие операции: заготовительная, фрезерная, доводочная. Последняя выполняется вручную, при этом трудоемкость операции определяется выходными параметрами поверхности после фрезерования. Поэтому, обеспечив высокий класс шероховатости на стадии фрезерования, можно сократить время на доводку, которая является наиболее трудоемкой частью технологического процесса.

Классификация фрезерных станков

Принята Единая система классификации и условных обозначений для станков отечественного производства, основанная на присвоении каждому станку особого шифра (номера). Первая цифра означает группу станка (токарная, сверлильная, фрезерная и т. д.), вторая - его тип, третья (иногда и четвертая) характеризует размер станка.

В ряде случаев между первой и второй цифрами вводится прописная буква русского алфавита, указывающая на то, что станок улучшен или модифицирован. Иногда прописная буква ставится в конце шифра, что указывает на ту или иную область применения данной модификации (например, П - повышенной точности; ПБ - повышенной точности, быстроходный; Ш - широкоуниверсальный; Ф - с програрммным управлением и т. д.).

Фрезерные станки в принятой классификации составляют шестую группу, поэтому обозначение (шифр) любого фрезерного станка начинается с цифры 6. Станки фрезерной группы делятся на следующие типы: 1 - консольные вертикально-фрезерные, 2-- фрезерные станки непрерывного действия; 3 - свободная группа; 4 - копировально- и гравировально-фрезерные станки; 5 - вертикальные бесконсольные; 6 - продольно-фрезерные; 7 - консольные широкоуниверсальные; 8 - горизонтальные консольные; 9 - разные.

Так, например, цифрами 612 обозначается консольный вертикально-фрезерный станок 2-го номера.

Обозначение 6Р 82 характеризует новую (г) модель консольного горизонтально-фрезерного станка 2-го номера, отличную от предыдущей модели - 6М 82.

Ниже приводится более подробная классификация станков фрезерной группы.

1. Станки консольно-фрезерные:

а) горизонтально-фрезерные (с неповоротным столом);

б) горизонтально-фрезерные с поворотным столом (универсальные);

в) вертикально-фрезерные;

г) широкоуниверсальные.

2. Станки вертикально-фрезерные с крестовым столом (бесконсольные).

3. Станки продольно-фрезерные:

а) одностоечные;

б) двухстоечные.

4. Фрезерные станки непрерывного действия:

а) карусельно-фрезерные;

б) барабанно-фрезерные.

5. Станки копировально-фрезерные.

6. Станки шпоночно-фрезерные.

7. Торцефрезерные станки.

8. Станки фрезерные специализированные.

Вертикальные фрезерные станки.

Вертикально-фрезерные станки характеризуются вертикальным расположением шпинделя и предназначены главным образом для работы торцовыми, концевыми и шпоночными фрезами.

Основными узлами станком модели 6М 12П являются: основание, станина, поворотная шпиндельная головка, консоль, стол, салазки, коробка скоростей с рабочим шпинделем и коробка подач.

Станина станка служит для крепления всех узлов и механизмов станка.

Консоль представляет собой отливку коробчатой формы с вертикальными и горизонтальными направляющими. Вертикальными направляющими она соединена со станиной и перемещается по ним. По горизонтальным направляющим перемещаются салазки. Консоль закрепляется на направляющих специальными зажимами и является базовым узлом, объединяющим все остальные узлы цепи подач и распределяющим движение на продольную, поперечную и вертикальную подачи. Консоль поддерживается стойкой, в которой имеется телескопический винт для ее подъема и опускания.

Стол монтируется на направляющих салазок и перемещается по ним в продольном направлении. На столе закрепляют заготовки, за-, жимные и другие приспособления. Для этой цели рабочая поверхность стола имеет продольные Т-образные пазы.

Салазки являются промежуточным звеном между консолью и столом станка. По верхним направляющим салазок стол перемещается в продольном направлении, а нижняя часть салазок вместе со столом перемещается в поперечном направлении по верхним направляющим консоли.

Шпиндель фрезерного станка служит для передачи вращения режущему инструменту от коробки скоростей. От точности вращения шпинделя, его жесткости и виброустойчивости в значительной мере зависит точность' обработки.

Коробка скоростей предназначена для передачи шпинделю станка различных чисел оборотов. Она находится внутри станины и управляется с помощью коробки переключения. Коробка переключения скоростей позволяет выбирать требуемую скорость без последовательного прохождения промежуточных ступеней.

Коробка подач обеспечивает получение рабочих подач и быстрых перемещений стола, салазок и консоли.

Поворотная головка крепится к горловине станины и может поворачиваться в вертикальной плоскости на угол от 0 до 45 в обе стороны.



На рисунке показаны органы управления вертикально-фрезерного станка 6М 12П. В станке предусмотрено дублирование управления. Органы управления расположены на передней панели станка и с левой стороны. Включение вращения шпинделя осуществляется кнопкой 15, а с левой стороны- кнопкой 5, выключение вращения шпинделя - кнопкой 6. Импульсное (кратковременное) включение шпинделя производится кнопкой 3. Переключение шпинделя на требуемое число оборотов производится рукояткой 1. Требуемое число оборотов устанавливают поворотом лимба 4, ориентируясь по стрелке-указателю чисел оборотов шпинделя. Направление вращения шпинделя изменяют переключателем 26. Шпиндель станка смонтирован в поворотной головке, которая поворачивается в вертикальной плоскости на угол 45 в любую сторону. Шпиндель представляет собой двухопорный вал, смонтированный в выдвижной гильзе. Выдвижение гильзы вместе со шпинделем производят маховичком 9, а зажим- рукояткой 10.

Включение освещения станка (лампа 8) осуществляется переключателем 7, а включение насоса охлаждение - переключателем 27. Управление движениями стола осуществляется рукоятками, направление поворота которых совпадает с направлением движения стола. Переключение подач осуществляется с помощью грибка 20 и лимба переключения подач. При этом нажимают кнопку грибка, а пластмассовый грибок отводят на себя до отказа. Затем вращают за грибок лимб и устанавливают требуемую величину подачи. Лимб можно вращать в любую сторону. Включение продольной подачи стола осуществляется рукояткой 12 и 23 (дублирующая).

Включение вертикальной и поперечной подачи производится рукояткой 21 и 24 (дублирующая). Для настройки станка на автоматические циклы перемещения стола применяют кулачки 11. Быстрое перемещение стола в продольном, поперечном и вертикальном направлениях осуществляется кнопкой 2 и 16 (дублирующая). Ручное перемещение стола в продольном направлении осуществляется маховичками 13 и 25 (дублирующий), а в поперечном - маховичком 17.

Ручное вертикальное перемещение стола производится рукояткой 18. Консоль на поддерживающих стойках крепится рукояткой 19, салазки на консоли - рукояткой 22. При нажатии на кнопку 14 ("стоп") происходит отключение двигателя от сети и торможение шпинделя. Выключение станка от сети производится главным выключателем 28.

Консольно-фрезерные станки наиболее распространены. Стол консольно-фрезерных станков с салазками расположен на консоли и перемещается в трех направлениях: продольном, поперечном и вертикальном. фрезерный станок шпиндель

На базе вертикально-фрезерных станков выпускают копировально-фрезерные станки, станки с программным управлением и др.

Консольно-фрезерные станки предназначены для выполнения различных фрезерных работ цилиндрическими, дисковыми, торцовыми, угловыми, концевыми, фасонными и другими фрезами в условиях единичного и серийного производства. На них можно фрезеровать разнообразные заготовки соответствующих размеров (в зависимости от размеров рабочей площади стола) из стали, чугуна, цветных металлов, пластмасс и других материалов. На универсальных фрезерных станках, имеющих поворотный " стол, с помощью делительной головки можно фрезеровать винтовые канавки на режущих инструментах (сверлах, развертках и др.) и других деталях, а также нарезать зубья прямозубых и косозубых цилиндрических зубчатых колес.

У вертикальных бесконсольных фрезерных станков крестовой стол расположен на неподвижной станине и может перемещаться в продольном и поперечном направлениях. На этих станках можно обрабатывать большие и тяжелые заготовки в условиях единичного и серийного производства. Фрезерование производится главным образом торцовыми головками, а также торцовыми, цилиндрическими и фасонными фрезами.

Повышенная мощность и жесткость, а также высокие числа оборотов шпинделя позволяют производить на этих станках скоростное фрезерование торцовыми головками с пластинками твердых сплавов.

Продольные и поперечные подачи стола осуществляются отдельными электродвигателями постоянного тока с бесступенчатым регулированием чисел оборотов. Бесступенчатое регулирование подачи в широком диапазоне позволяет производить выбор оптимальной минутной подачи при фрезеровании.

С целью удобства управления и сокращения вспомогательного времени на станках предусмотрено: управление всеми движениями станка с подвесного пульта: возможность изменения чисел оборотов шпинделя одной рукояткой с помощью гидравлики: бесступенчатое изменение подач одной рукояткой, расположенной на подвесном пульте; наличие быстрых перемещений стола в продольном и поперечном направлениях и шпиндельной бабки - в вертикальном направлении; электрическое торможение шпинделя. Для точных перемещений стола предусмотрены замедленные подачи. Станки могут работать по полуавтоматическому циклу, включающему быстрый прямой и обратный ход, рабочий ход и остановку стола в требуемых положениях.

Вертикально-фрезерные станки с крестовым столом выпускают Вильнюсский станкостроительный завод "Коммунарас" и Львовский завод фрезерных станков.

Бесконсольный вертикально-фрезерный станок модели 654:

Копировально-фрезерные станки

Детали сложной конфигурации, например, штампы, пресс-формы, лопатки турбин и др., в крупносерийном и массовом производстве обрабатывают на копировально-фрезерных станках концевыми фрезами. Различают контурное и объемное копировальное фрезерование.

При контурном фрезеровании фрезе или обрабатываемой заготовке необходимо сообщить одновременно движение в двух направлениях: продольном и поперечном - по заданной программе (кривой копира) .

Для обеспечения точного обвода контура результирующая скорость перемещения щупа Хрез относительно копира и режущего инструмента по заготовке детали, так называемая подача копирования, всегда должна быть направлена по касательной и контуру в данной точке. Ее составляющие - задающая (продольная) подача sx и следящая (поперечная) подача sy - должны быть соответственно пропорциональны синусу и косинусу угла наклона касательной и кривой в данной точке (к направлению продольной подачи)

Выполнение этого условия обеспечивается специальным устройством - синусным распределителем. Пространственно-сложные фасонные поверхности при объемном копировании обрабатываются отдельными проходами концевой фрезы с закругленными торцовыми зубьями

Схема копировального фрезерования:

Во время каждого такого прохода фреза перемещается вдоль профиля обрабатываемой заготовки в данном сечении в направлении оси х (задающая подача sx).

В процессе продольного перемещения фреза должна изменять свое положение в направлении оси у (следящая подача sу). Для перехода к обработке соседнего сечения необходимо периодическое смещение фрезы в направлении оси z. Такое перемещение носит название строчечной подачи (sz).

Копировально-фрезерные станки имеют задающее устройство (копир, шаблон, эталонная деталь, чертеж, модель и др.), связанное через копировальное устройство (щуп, копировальный палец, копировальный ролик, фотоэлемент), с исполнительным органом, который повторяет движение копировального устройства для воспроизведения режущим инструментом формы задающего устройства.

Существуют две схемы работы копировально-фрезерных станков: без следящей системы и со следящей системой. В первой согласование взаимного положения щупа (копировального пальца) осуществляется с помощью жесткой связи между задающим и исполнительным устройствами. Вторая система имеет следующий механизм в системе исполнения команд. В задающем устройстве образуются управляющие сигналы, которые подаются в следующий механизм. Последний сравнивает заданную программу с выполненной и при их расхождении подает сигнал исполнительному устройству для корректирования траектории режущего инструмента. Копировальные станки со следящей системой характеризуются также наличием усилительных устройств, которых нет в станках с жесткой связью. В отличие от механических копировальных устройств, в которых сила резания воспринимается копиром (шаблоном), в следящих системах следящий орган (щуп), передвигаясь по копиру, только подает команду исполнительным органам, которые осуществляют соответствующие перемещения рабочих органов станка. Поэтому следящие копировальные устройства работают с очень малым давлением на копиры (шаблоны или модели), что дает возможность применять дешевые и простые в изготовлении копиры и производить обработку крутых и точных переходов профиля фасонной поверхности. Малые давления следящего органа (щупа) на копир обеспечивают высокую точность и класс шероховатости обработанной поверхности, позволяют производить обработку при оптимальных режимах фрезерования. Наибольшее применение получили копировально-фрезерные станки с электромеханической и гидравлической копировальными системами.

Копировально-фрезерные станки бывают следующих видов:

- станки с вертикальным расположением шпинделя и горизонтальной поверхностью стола (станки консольного и бесконсольного типов);

- станки с горизонтальным расположением шпинделя и с вертикальным расположением плоскости крепления заготовок.

К станкам с вертикальным расположением шпинделя относятся:

- копировально-фрезерные станки с пантографом для контурного копирования;

- вертикально-фрезерные консольные станки с копировальным устройством;

- вертикально-фрезерные станки с крестовым столом и копировальным устройством;

- копировально-фрезерные станки для контурного и объемного копирования с вертикальным шпинделем.

Копировально-фрезерные станки с пантографом

Гравировальные копировально-фрезерные станки с пантографом для копирования по двум координатам моделей 6Т 463 и 6Л 463 и модели 6А 461 для объемного копирования предназначены для выполнения легких фрезерных работ (фрезерование шаблонов, лекал, неглубоких пресс-форм для резины, пластмассы и т.п.) и гравирования цифр, надписей и рисунков.

Копирование в установленном масштабе производится с помощью специального устройства - пантографа (см. рисунок).



Пантограф имеет направляющий палец 4, расположенный на оси и перемещающийся по копиру 5, инструментальный шпиндель 7 и ось вращения 1.

При перемещении пальца 4 по копиру 5 шпиндель описывает на заготовке 6 геометрически подобную фигуру. При этом шпиндель может воспроизводить форму копира в различных масштабах. Масштаб копирования М определяется соотношение плеч пантографа:

Изменяют масштаб копирования перемещением ползушек 2 и 3 по плечам пантографа. Для этой цели на линейках пантографа имеются соответствующие отметки для наиболее распространенных масштабов. Пантограф - универсальный, но нежесткий механизм, так как он содержит большое количество шарниров и рычагов, поэтому необходимо, чтобы при фрезеровании величина удельных давлений на копир от пальца была не большой.

Вертикально-фрезерные консольные станки с копировальным устройством

Эти станки выпускают на базе универсально-фрезерных станков с некоторым усовершенствованием, например электроконтактный датчик с кронштейном и электросхема управления муфтами (модель 6М 11). На всех станках применена единая электроконтактная следящая система с электромагнитными муфтами. В этой системе использован электроконтактный датчик, команды от которого через реле поступают на электромагнитные муфты подач.

Вертикально-фрезерные станки с крестовым столом и копировальным устройством

Станки моделей 6М 42К и 6М 42 с гидравлической системой копирования предназначены для контурного и объемного копирования. На базе станка 654 выпускается вертикально- фрезерный станок с крестовым столом и копировальным устройством модели 6М 54 для контурного и объемного фрезерования.

Станки с программным управлением

В таких станках управление рабочими органами в процессе обработки производится автоматически по заранее разработанной программе, без непосредственного участия рабочего. Переналадка станков-автоматов и копировальных станков на изготовление другой детали сложна. Поэтому их выгодно использовать лишь в крупносерийном и массовом производстве.

Программное управление позволяет:

- автоматизировать процесс обработки;

- сократить время переналадки станка;

- организовать многостаночное обслуживание;

- повысить производительность труда и качество обработанных деталей;

Системы программного управления делятся на цикловые и числовые.

Конструкции металлорежущих станков с цикловым программным управлением отличаются многообразием устройств, задающих программу цикла обработки (штекерные и клавишные панели, панели с переключателями, барабаны с перфокартами, перфолентами и т.д.)

Настройка станка для работы по программе состоит из двух операций: расстановки штекеров на пульте согласно заданной программе и расстановки кулачков в Т-образных пазах стола.

Носителем программы в станках с цикловым программным управлением является вращающийся барабан с рядами отверстий, в которые вставляются штифты. Расстановкой штифтов задаются все необходимые команды, а также величины перемещений в десятичной системе счисления. Исполнение и точность перемещений осуществляется с помощью отсчетных устройств с применением индуктивных датчиков. В отличие от "жестких" программоносителей (перфорированная лента или карта, магнитная лента, фотолента и т.д.) данный способ задания программы позволяет быстро подготовить новую программу при смене объекта производства. Кроме того, легко откорректировать программу, не прерывая, обработка.

Принципиальное отличие станка с числовым программным управлением (ЧПУ) от обычного автомата заключается в задании программы обработки детали в математической (числовой) форме на специальном программоносителе (перфоленте или магнитной ленте). Отсюда и название - числовое управление.

Числовые системы программного управления (ЧПУ), применяемые на фрезерных станках, бывают двух видов: замкнутые с приводом непрерывного перемещения рабочих органов и непрерывным контролем датчиками обратной связи и разомкнутые, в которых перемещение рабочих органов точно дозировано шаговыми двигателями, без применения датчиков обратной связи.

В качестве примера вертикального фрезерного станка с ЧПУ рассмотрим вертикальный консольно-фрезерный станок 6Н 13ГЭ-2.

Станок предназначен для обработки концевыми и радиусными фрезами заготовок деталей сложной конфигурации (штампы, кулачки, копиры и т.д.).

Он оборудован системой числового программного управления с электрическими шаговыми двигателями. Так как программа управления на станке осуществляется по трем координатам, на станке имеются три электродвигателя. Станок 6Н 13ГЭ-2 выполнен на базе серийного вертикального консольно-фрезерного станка 6Н 13.

Управление работой осуществляется от серийно выпускаемого пульта "Контур ЗП-68".

Программоносителем является магнитная лента толщиной 0,06 мм и шириной 18,75 мм. Программа записывается в виде последовательных импульсов.

На станке программируются перемещения стола в продольном и поперечном направлениях и перемещение шпинделя в вертикальном направлении. Система управления двухканальная: для каждой управляемой координаты предусматриваются две дорожки на магнитной ленте - для записи команды в прямом и обратном направлениях. Емкость кассеты составляет около 500 м, что обеспечивает непрерывную работу станка в течении 1,5 ч при скорости считывания 100 мм/сек.

Система программного управления на станке 6Н 13ГЭ-2 разомкнутая (без обратной связи).

В схеме управления станка 6Н 13ГЭ-2 предусмотрена возможность ручного управления для наладки станка и установочных перемещений.

Точность обработанных поверхностей деталей с учетом всех технологических факторов (жесткость системы, биение фрезы, неточность программирования и др.) составляет: плоскостность - 0,02 мм на длине 150 мм, 0,04 - на длине 300 мм; параллельность верхней обработанной плоскости основанию 0,02 мм на длине 150 мм и 0,04 мм на длине 300 мм; перпендикулярность боковых плоскостей основанию - 0,02 на длине 150 и 0,03 - на длине 300 мм. Шероховатость обработанной поверхности зависит от режима фрезерования.

Установка и закрепление торцовых фрез на вертикально-фрезерных станках

Торцовые насадные фрезы закрепляют на концевых оправках:



Фрезерные станки снабжают комплектом оправок с одинаковыми коническими хвостовиками, но с разными диаметрами цилиндрической части: 16, 22, 27, 32, 40 и 50мм. Фрезы обычно соединяют с оправкой 1 с помощью шпонки, входящей в паз фрезы. При выборе оправки следует следить за тем, чтобы для праворежущих фрез резьба оправки и винта 3 для затяжки фрезы была также правой, а для леворежущих фрез - левой (во избежание самоотвинчивания).

Торцовые фрезы большого диаметра (125 мм и выше) изготовляют насадными. Они могут иметь цилиндрические и конические посадочные отверстия.

Фрезы с коническим посадочным отверстием закрепляют на конусе 2 фрезерной оправки с помощью вкладыша 3 и винта 4. Вкладыш 3 входит в паз, имеющийся в корпусе фрезы. Оправка с коническим хвостовиком 2 входит в коническое отверстие шпинделя станка и затягивается затяжным винтом (шомполом), который ввертывается в резьбовое отверстие 1 оправки при помощи ключа. Такой способ крепления фрезы применяется чаще всего на вертикально-фрезерных станках и обеспечивает наиболее точное центрирование фрезы, а следовательно, и наименьшее биение зубьев фрезы после ее установки и закрепления.



Фрезы с цилиндрическим посадочным отверстием крепят непосредственно на цилиндрическом конце шпинделя. Для передачи крутящего момента шпонки 3, закрепленные на торцовой поверхности шпинделя 2, входят в соответствующие пазы в корпусе фрезы. Фрезу насаживают цилиндрической выточкой на конец шпинделя и крепят к торцу шпинделя с помощью четырех винтов 1, входящих в резьбовые отверстия шпинделя.

Установка и закрепление концевых фрез на вертикально-фрезерных станках

У концевых фрез с коническим хвостовиком хвостовики по размеру меньше, чем коническое гнездо шпинделя станка, поэтому для их закрепления в шпинделе используют переходные втулки. Наружный конус такой втулки соответствует конусу гнезда шпинделя станка, а внутренний конус - коническому хвостовику фрезы. Концевую фрезу вставляют хвостовиком в коническое отверстие втулки. Переходную втулку вместе с фрезой устанавливают в шпиндель и затягивают шомполом.

Переходная конусная втулка:

Концевые фрезы с цилиндрическим хвостовиком закрепляют при помощи патрона. Он состоит из корпуса 1, устанавливаемого в шпинделе станка и затягиваемого с помощью шомпола, трех кулачков 3 и гайки 2. Кулачки стягиваются кольцевой пружиной 4, расходятся от усилия шести пружин 5, располагающихся между кулачками. Фрезу вставляют хвостовиком в цилиндрическое отверстие разжимных кулачков патрона и закрепляют гайкой 2, расположенной на переднем конце патрона и охватывающей заплечниками разжимную втулку 3. Патрон вместе с фрезой устанавливают в шпиндель вертикально-фрезерного станка и закрепляют шомполом. Съем фрезы производится после отвертывания гайки 2.



Концевые фрезы с коническим хвостовиком закрепляют при помощи специального патрона. В корпус 3, закрепленный с помощью шомпола (штревеля) в шпинделе станка, вставляют сменную переходную втулку 4 с закрепленной в ней винтом 5 фрезой 1. Втулка имеет пояски П, которые при установке втулки проходят через отверстия в гайке 2, навернутой на корпус, и входят в пазы, имеющиеся на торце корпуса патрона. Положение гайки 2 фиксируется винтом 6, рабочий конец в этот момент упирается в торцовую стенку канавки К, имеющейся в корпусе. Сменная втулка закрепляется в корпусе поворотом гайки 2 или накидным ключом. После закрепления гайки 2 она принимает положение, показанное на рисунке. Патрон снабжается сменными переходными втулками, соответствующими конусам Морзе № 2,3,4,5.

...