Анализ кинематической схемы токарно-винторезного станка с ЧПУ модели 16К20Ф3
Анализ кинематической схемы токарно-винторезного станка с ЧПУ
модели 16К20Ф3
1. Общий вид токарно-винторезного
станка
На рисунке 1 приведён общий вид
токарно-винторезного станка.
Рис. 1 Общий вид станка модели
16К20Ф3 с ЧПУ
Токарно-винторезные станки используются
в единичном и серийном производствах. На них можно выполнять все виды токарных
работ. На токарно-винторезных станках производится 70-80% общего объема
токарных работ. Они используются в инструментальном производстве, в
приборостроении, в машиностроении и других областях промышленности. Все станки
постоянно совершенствуются благодаря повышению точности, совершенствованию
управления, увеличению диапазонов скоростей и подач.
Станок предназначен для токарной
обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения со
ступенчатым и криволинейным профилями за один или несколько рабочих ходов в
замкнутом полуавтоматическом цикле. В зависимости от возможностей системы ЧПУ
на станке можно нарезать различные резьбы. Станок имеет традиционную для
токарных станков компоновку. Он имеет максимально возможную унификацию узлов с
токарно-винторезным станком модели 16К20, на базе которого выпускается.
На рисунке 2 изображена схема общего
вида токарно-винторезного станка.
Рис. 2 Схема общего вида
токарно-винторезного станка 16К20Ф3 с ЧПУ
1. Основание
2. Станина
. Каретка
. Опора левая винта
продольного перемещения
. Бабка шпиндельная
. Привод продольного перемещения
. Ограждение неподвижное
. Привод датчика резьбонарезания
. Шкаф управления
. Ограждение неподвижное
. Головка автоматическая
универсальная
. Винтовая шариковая пара
поперечного перемещения
. Шкаф управления
. Винтовая шариковая пара
продольного перемещения
. Бабка задняя
. Опора продольного винта правая
. Электрооборудование
. Пульт управления
. Блок ручного управления
. Электромеханический привод пиноли
задней бабки
. Патрон механизированный с электромеханическим
приводом
Основными узлами станка модели
16К20Ф3 (рис. 2) являются основание, передняя (шпиндельная) бабка, станина,
суппорт с кареткой, поворотный резцедержатель и задняя бабка.
Основание станка представляет собой
монолитную отливку. На нем устанавливается станина. Внутри основания слева
помещается электродвигатель привода главного движения. В средней части
основания расположен стружкосборник. В первом отсеке смонтирован насос
охлаждения и размещена емкость для СОЖ.
Станина станка выполняется
коробчатой формы с поперечными ребрами П-образного профиля. Важной частью
станины являются направляющие, по которым перемещаются каретка суппорта и
задняя бабка. В правой части станины крепится привод продольной подачи.
Передняя бабка закреплена на левом
конце станины, и в ней находится коробка скоростей станка. Основной частью
коробки скоростей является шпиндель, на который устанавливается патрон.
Шпиндель смонтирован в двух конических роликоподшипниках. В передней бабке
монтируется также датчик резьбонарезания.
Поворотный резцедержатель имеет
горизонтальную ось вращения и размещается на поперечном суппорте. На нем
смонтирована съемная инструментальная головка, на которой одновременно можно
установить 6 резцов-вставок или 3 инструментальных блока. Поворот
резцедержателя осуществляется по программе или по команде от пульта станка.
Поворот и зажим резцедержателя при наладке станка осуществляются вручную.
Задняя бабка служит для поддержания
обрабатываемой заготовки в центрах. Она имеет пневматическое устройство,
облегчающее перемещение ее по направляющим станины и предотвращающее их износ.
Приводы поперечной и продольной
подач станка состоят из приводных шаговых двигателей с
гидроусилителями-моментов, одноступенчатых редукторов и шариковых передач винт
- гайка с винтами. Предусмотрена возможность установки датчиков обратной связи.
Станок имеет неподвижное и подвижное
ограждения. Подвижное ограждение снабжено прозрачным экраном, предохраняющим от
попадания стружки и позволяющим производить наблюдение за ходом обработки.
Для обработки длинных заготовок
используется люнет. Подвод СОЖ в зону резания производится по команде с
программы или с пульта управления станка через устройство. Настройка нулевого
положения производится в узле с использованием конечного выключателя.
Гидропривод станка включает в себя
гидростанцию, гидроусилитель моментов продольного хода каретки, гидроусилитель
моментов поперечного хода суппорта и магистральные трубопроводы, соединяющие
между собой гидравлические узлы и аппаратуру. Гидростанция состоит из
регулируемого насоса с приводным электродвигателем, резервуара для масла
емкостью 200 л, элементов фильтрации и охлаждения рабочей жидкости и
контрольно-регулирующей аппаратуры. В резервуар заливается предварительно
отфильтрованное минеральное масло марки «Турбинное 22п», уровень его не должен
быть ниже контрольной отметки на маслоуказателе. Предохранительный клапан
регулируемого насоса настраивается на давление Р = 40-50 кгс/см2
(3,92 - 4,90 МПа).
При работе станка крутящий момент с
вала шагового электродвигателя через муфту передается на входной вал
гидроусилителя. При отработке шаговым двигателем определенного числа импульсов
происходит поворот входного вала гидроусилителя и смещение следящего золотника
гидроусилителя на соответствующую величину. Масло от насоса гидростанции под
давлением поступает через щели следящего золотника и распределительный диск и
воздействует на поршни ротора гидроусилителя, который поворачивает выходной вал
пропорционально величине открытия щелей. Величина поворота выходного вала
гидроусилителя соответствует числу импульсов, поданных на шаговый двигатель, а
скорость - частоте их следования. Таким образом происходит синхронное вращение
ротора шагового двигателя, выходного вала гидроусилителя с крутящим моментом,
необходимым для перемещения рабочих органов.
Устройство ЧПУ станка (станок может
оснащаться различными типами систем ЧПУ: разомкнутыми, замкнутыми, СNС)
обеспечивает движение формообразования (число одновременно управляемых
координат равно двум), изменение значений подач, переключение частот вращения
шпинделя, индексацию резцовой головки и нарезание резьбы по программе.
Для нарезания резьбы по программе
станок оснащен датчиком нарезания резьбы типа ВЕ-51.
Буквенно-цифирный индекс станка
16К20Ф3 обозначает следующее: цифра 1 - это токарный станок; цифра 6 -
обозначает токарно-винторезный станок, буква К - поколение станка, цифра 20 -
высота центров (200 мм). Наличие «Ф3» в конце индекса говорит о наличии ЧПУ -
числового программного управления.
Технические характеристики станка 16К20Ф3
|
Параметры
|
Диаметр обработки над станиной, мм
|
400
|
Диаметр обработки над суппортом, мм
|
200
|
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм
|
1000
|
Наибольшая длина обработки, мм
|
905
|
Частота вращения шпинделя, мин-1
|
35 - 1 600
|
Число автоматически переключаемых скоростей
|
9
|
Скорость быстрых перемещений суппорта - продольного, мм/мин
|
4 800
|
Скорость быстрых перемещений суппорта - поперечного, мм/мин
|
2 400
|
Скорость продольной подачи, мм/мин
|
3 - 1 200
|
Скорость поперечной подачи, мм/мин
|
3 - 500
|
Продольное перемещение суппорта на один импульс, мм
|
0,01
|
Поперечное перемещение суппорта на один импульс, мм
|
Класс точности по ГОСТ 8-82
|
Н
|
Размер внутреннего конуса в шпинделе
|
Морзе 6 М80*
|
Диаметр сквозного отверстия в шпинделе, мм
|
55
|
Максимальная масса заготовки, закрепленной в патроне, кг
|
300
|
Максимальная масса детали, закрепленной в центрах, кг
|
1 300
|
Максимальная масса заготовки, закрепленной в патроне, кг
|
23
|
Число ступеней частот обратного вращения шпинделя
|
12
|
Пределы частот прямого вращения шпинделя, мин-1
|
12,5 - 2 000
|
Пределы частот обратного вращения шпинделя, мин-1
|
19 - 2 420
|
Число ступеней рабочих подач - продольных
|
42
|
Число ступеней рабочих подач - поперечных
|
42
|
Пределы рабочих подач - продольных, мм/об
|
0.7 - 4,16
|
Пределы рабочих подач - поперечных, мм/об
|
0,035-2,08
|
Число нарезаемых метрических резьб
|
45
|
Число нарезаемых дюймовых резьб
|
28
|
Число нарезаемых модульных резьб
|
38
|
Число нарезаемых питчевых резьб
|
37
|
Число нарезаемых резьб - архимедовой спирали
|
5
|
Наибольший крутящий момент, кНм
|
2
|
Наибольшее перемещение пиноли, мм
|
200
|
Поперечное смещение корпуса, мм
|
±15
|
Наибольшее сечение резца, мм
|
25
|
Мощность электродвигателя главного привода
|
10 кВт
|
Мощность электродвигателя привода быстрых перемещений суппорта,
кВт
|
0,75 или 1.1
|
Мощность насоса охлаждения, кВт
|
0,12
|
Предельные диаметры сверления, мм:
|
|
по чугуну
|
28
|
по стали
|
25
|
Габаритные размеры станка (Д х Ш х В), мм
|
3 250 × 1 700 × 2 145
|
Масса станка, кг
|
3 800
|
. Анализ кинематики
токарно-винторезного станка с ЧПУ модели 16К20Ф3
На рис. 3 приведена кинематическая
схема станка по библиографическому источнику [4, стр. 77].
Рис. 3 Кинематическая схема
токарно-винторезного станка модели 16К20Ф3 по библиографическому источнику[4]
В этой схеме допущены следующие
существенные отклонения от требований ГОСТ 2.703-200:
- позиции элементов
схемы (зубатые и червячные колеса, червяки и валы) показаны неверно;
- неправильно
обозначены позиции зубчатых колес гитар сменных зубчатых колес.
На рис. 4 приведена эта же схема,
исправленная в соответствии с требованиями указанного стандарта.
Рис. 4 Кинематическая схема станка
модели 16К20Ф3, исправленная по ГОСТ 2.703-200
Кинематическая структура станка (рис.
4) содержит традиционные для токарно-винторезных станков группы
формообразования. Она включает следующие простые группы: скорости резания Фv(В1),
продольной подачи Фs1(П2) поперечного суппорта,
поперечной подачи Фs2(П3) поперечного суппорта и
вспомогательную группу Вс(В4) шестипозиционного резцедержателя.
М1 → 126/182 → АКС →
200/280 → 40/54 → Б1 (30/60 или 65/43) → шпиндель VI (В1).
Автоматическая коробка
скоростей (АКС) обеспечивает девять переключаемых в цикле частот вращения
шпинделя вследствие включения электромагнитных муфт. Вал 11 имеет три значения
частоты вращения при переключении муфт М1, М2, М3 (соответственно подачи 36/36
или 30/42 или 24/48); вал III
вращается уже с девятью различными частотами; при включении муфты М4 работает
передача 48/24, муфты М5 - передача 30/42, муфты М6 - передача 14/56.
Одновременное включение муфт М4 и М6 осуществляется торможение шпинделя. В
шпиндельной бабке вручную переключается блок Б1, что обеспечивает получение
двух диапазонов частот вращения шпинделя (35 - 560 и 100 - 1600 ). Практически шпиндель
имеет 12 частот вращения.
УКЦ для минимальной
частоты вращения шпинделя:
В винторезной модификации станка
устанавливают датчик (измерительный преобразователь ВЕ-51) резьбонарезания,
связанный со шпинделем беззазорной зубчатой передачей 60/60.
Группы продольной подачи Фs1(П2)
и поперечной подачи Фs2(П3) могут иметь два исполнения: с
гидравлическим шаговым приводом (рис. 4, а) и с электродвигателем постоянного
тока (рис. 4, б). В первом случае применяют электрогидравлические шаговые
двигатели ШД5-Д1 с гидроусилителем Э32Г18-23 для продольной подачи и
гидроусилителем Э32Г18-22 для поперечной подачи. Тяговые валы обеих групп:
шариковый винт X продольной подачи и шариковый винт VIII поперечной подачи
получают вращение через беззазорные передачи соответственно 30/125 и 24/100.
Минимальная продольная подача (цена
импульса):
где 1/240 - минимальная доля оборота
выходного вала гидроусилителя при шаге на выходном валу шагового двигателя 1,5˚.
Минимальная поперечная подача (цена
импульса):
В случае применения двигателей
постоянного тока на шариковые ходовые винты устанавливают измерительные
преобразователи, выполняющие в системе управления функцию датчиков обратной
связи.
Суппорт и каретка имеют традиционное
устройство, но их размеры увеличены по высоте для повышения жесткости и
возможности установки винта поперечной подачи.
Кинематика станка включает также
вспомогательную группу Вс (В4) поворота шестипозиционного резцедержателя с
горизонтальной осью вращения, оснащённый съёмной инструментальной головкой.
Внешняя связь группы имеет вид:
М4 → 20/62 → 1/67 →
поворотный резцедержатель (В4).
Управление поворотом резцедержателя
осуществляется по программе посредством кулачковых муфт М7, М8, М9 и конечных
выключателей.
Съёмная инструментальная головка
имеет шесть позиций. В неё можно установить шесть резцов-вставок или три
инструментальных блока, которые настраивают на размер вне станка, в специальных
оптических приспособлениях. Установку инструмента на определённый размер
осуществляют регулировочными винтами в двух плоскостях.
Гидрооборудование станка состоит из
гидростанции с контрольно-регулирующей аппаратурой, двух гидроусилителей
крутящих моментов и магистральных трубопроводов.
токарный станок технологический
винторезный
3. Структурная схема
токарно-винторезного станка модели 16к20ф3
На рисунке 5 представлена
структурная схема токарно-винторезного станка.
Рис. 5 Структурная схема
токарно-винторезного станка 16К20Ф3
Группа скорости резания Фv(В1).
Внутренняя связь:
подшипниковые опоры передней бабки® шпиндель1® В1.
Внешняя связь:
М1® АКС®
шпиндель(В1).
Группа продольной подачи Фs1(П2).
Внутренняя связь:
направляющие станины® каретка3® П2
Внешняя связь:
В1® 1® ИП1® CNC® АСУЭП® М3® ТВ1®
каретка(П2)
Группа поперечной подачи Фs1(П3)
Внутренняя связь:
направляющие каретки3® поперечный суппорт® П3
Внешняя связь:
М2® ТВ2®
каретка3 (П3)
Вспомогательная группа Вс(4)
поворота шестипозиционного резцедержателя.
Внутренняя связь:
Внешняя связь:
М4® резцедержатель
Список использованной
литературы
1. Голембиевский А.И. Металлорежущие станки; Технологическое
оборудование: учеб.-метод. пособие (практика курсового проектирования) для
студ. спец. 1-36 01 01, 1-36 01 03/ А.И. Голембиевский. - Новополоцк: ПГУ,
2011.
. Голембиевский А.И. Станочное оборудование: учеб.-метод. комплекс
для студ. спец. 1-36 01 01, 1-36 01 03/ А.И. Голембиевский. - Новополоцк: ПГУ,
2006.
. Голембиевский А.И. Технологическое оборудование: учеб.-метод.
комплекс для студ. спец. 1-36 01 01, 1-36 01 03/ А.И. Голембиевский. -
Новополоцк: ПГУ, 2007.
4. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных вузов /
Под ред. В.Э. Пуша. - М.: Машиностроение, 1986.