Разработка шпиндельного узла

Многоцелевые станки предназначены для выполнения большого числа различных технологических операций без перестановки заготовки. Их оснащают инструментальным магазином, устройством автоматической смены заготовок, развитой системой ЧПУ, системами диагностирования и контроля обработанных деталей и инструментов. Они способны выполнять как черновую, так и чистовую обработку, для них характерны высокие жёсткость, точность, производительность обработки. Многоцелевые станки можно разделить на две группы: для обработки корпусных деталей и для обработки тел вращения. Станки для обработки корпусных деталей имеют компоновку вертикальных, горизонтальных и продольно-обрабатывающих станков. Они выполняют сверление, зенкерование, развёртывание, растачивание, нарезание резьбы, подрезку торцов, фрезерование плоскостей и контуров. На многих станках выполняются токарные работы, а при наличии высокоскоростного шпинделя – шлифовальные. Некоторые станки оснащены устройствами для глубокого сверления, долбления и строгания. Станки вертикального типа (со шпинделем, расположенным вертикально) предназначены для обработки плоских деталей с одной стороны: кондукторных плит, планок, крышек и т.п. Станки горизонтального типа служат для обработки с нескольких сторон деталей, имеющих большое число гладких, ступенчатых и резьбовых отверстий, сложных контуров, плоских поверхностей. Продольно-обрабатывающие станки предназначены для обработки крупногабаритных и длинномерных деталей. Стол перемещается только в продольном направлении. На ползуне находится шпиндельная бабка с горизонтальным и вертикальным шпинделем. Шпиндельная бабка перемещается в вертикальном направлении, ползун – вдоль неподвижного портала. На основе агрегатно-модульного принципа создают многоцелевые станки разных компоновок. При этом разрабатывают ограниченную группу нормализованных узлов и их них строят специализированные многоцелевые станки, наиболее полно отвечающие технологическим задачам. Компоновки станков различаются размещением шпинделя в пространстве, взаимным расположение основных узлов, типом и размещением устройства автоматической смены инструментов, типом устройства для автоматической смены деталей, видом сопряжения основных узлов (основания, колонны, шпиндельной бабки, стола). Основные компоновки вертикальных многоцелевых станков приведены на рисунке 1. Рисунок 1 – Компоновки вертикальных многоцелевых станков Обычно неподвижным элементом компоновки является колонна. Компоновки, согласно рисунку 1 а, б, отличаются тем, что колонна 3 и стол 1 расположены на общем основании, т.е. на плите 4, шпиндельная бабка 2 перемещается в вертикальном направлении. В станках, изготовленных по схемам на рисунке 1 в, г, движение сообщается колонне. В компоновках по рисунку 1, д колонна и стол стыкуются по вертикальной плоскости. Этот вариант наиболее удобен для создания гибкой модульной системы. Существуют и станки с крестовым столом. Они менее металлоёмки, но в случае применения удлинённого стола возникают трудности в обеспечении точности траектории его перемещения. На станках со столом и стойкой, совершающих движение только по одной координате, легче достичь необходимой точности, так как стол не имеет консольных участков и взаимное влияние перемещений по разным координатам исчезает. Станки с крестовой стойкой наиболее удобны для встраивания в гибкие производственные системы, так как при неподвижном столе относительно просто обеспечить сбор и отвод стружки, его стыковку с устройством автоматической смены обрабатываемых деталей. В мелкосерийном производстве применяются станки для одноинструментальной обработки, в среднем – станки со сменными многошпиндельными головками. Предусмотрены три типа уровня точности многоцелевых станков: П (станки основного исполнения), А (прецизионные), С (особо точные). Приводы главного движения должны обеспечить высокопроизводительное выполнение различных операций при бесступенчатом изменении частоты вращения в широком диапазоне. В станках, шпиндель которых имеет конус 30, частота его вращения достигает 9000…12000 об/мин, с конусом 40 – 5000…7000 об/мин, с конусом 50 – 4000…5000 об/мин. Шпиндель станков для сверхскоростной обработки вращается с частотой, достигающей 20000…40000 об/мин. Мощность двигателя главного привода связана с габаритами стола. В малых станках с шириной стола до 400 мм она составляет 4…8 кВт, в средних с шириной стола 500…800 мм – 11…15 кВт, в крупных – 20…40 кВт. Скорость рабочей подачи достигает 8000…10000 мм/мин, скорость быстрых движений – 10…12 м/мин, а иногда и 15 м/мин. 1.1 Анализ станков, аналогичных проектируемому Станок модели ГДВ 400ПМ1Ф4 Многоцелевой вертикальный сверлильно-фрезерно-расточной станок модели ГДВ400ПМ1Ф4 предназначен для высокопроизводительной обработки деталей особо сложной конструкции. Для этой цели на нём расположены крестовый стол, с числовым программным управлением и автоматической сменой инструмента и заготовок. На нем можно производить сверление, зенкерование, развертывание и растачивание точных отверстий, связанных между собой координатами, фрезерование по контуру с линейной и круговой интерполяцией, нарезание резьб метчиками. Рис. 1.1 Многоцелевой вертикальный сверлильно-фрезерно-расточный станок мод. ГДВ 400ПМ1Ф4: 1 — станина, 2 — стол, 3 — пульт управления, 4 — шпиндельный узел, 5 — электропривод шпиндельного узла, 6 — электрошкаф Конструкция станка позволяет выполнить контурное фрезерование (в режиме программного управления) двумя подачами: стола (поперечная) и шпиндельной бабки (вертикальная) и салазок (продольная). Автоматизированная система обрабатываемых деталей из двухместного загрузочного устройства дает возможность многостаночного обслуживания с совмещением времени установки и обработки детали. Класс точности станка — П. Управление станком осуществляется системой числового программного управления типа CNC по программе. Программируемые перемещения: поперечное и продольное — стола, вертикальное — шпиндельной бабки. Шпиндельный узел смонтирован на прецизионных подшипниках качения, что обеспечивает длительное сохранение точности, повышенную жесткость и виброустойчивость. Высокоточные комбинированные закаленные направляющие с лентой из фторопласта для продольного и поперечного перемещений стола и шпиндельной бабки обеспечивают точное позиционирование и длительное сохранение точности в процессе работы. Электрические приводы подач подвижных узлов раздельные, с тиристорным управлением широкого диапазона, позволяют изменять величину подачи в процессе резания. Переключение скоростей шпинделя в каждом из двух механических поддиапазонов производится во время резани без остановки. Стол крестовый и шпиндельная бабка перемещается с помощью винтовых пар качения с применением датчиков линейных перемещений. Централизованная смазка направляющих подвижных узлов автоматизирована. Техническая характеристика станка приведена ниже. Технические характеристики 400ПМ1Ф4: Размер рабочей поверхности стола и поворотного спутника (длина X ширина); мм .. 630X400 Перемещение, мм: шпиндельной бабки - 630 стола -400 поперечное - 400 продольное - 630 Частота вращения шпинделя, мин^-1 - 40—4000 Подача, мм/мин: шпиндельной бабки 5—2000 стола 20—2000 Скорость быстрых перемещений шпиндельной бабки, стола, мм/мин 10000 Число гнезд в инструментальном магазине 30.