Горизонтально-расточной станок как универсальное металлорежущее оборудование

1 Горизонтально-расточное оборудование – назначение и особенности

Горизонтально-расточное станочное оборудование является подвидом группы металлорежущих многофункциональных устройств, предназначенных для обработки различным инструментом заготовок больших размеров. В эту категорию оборудования входят еще 2 типа станков – координатно-расточные, а также алмазно-расточные.

Всем этим металлорежущим промышленным оснащением можно выполнять растачивание, сверление, зенкерование, подрезку торцов, обтачивание цилиндрических заготовок, нарезание резьб (наружной, внутренней), фрезерование (торцевое и цилиндрическое). В ряде случаев на расточных станках производят окончательную обработку детали без последующей ее перестановки на какое-либо другое оборудование. Расточные станки имеют отличительную особенность – оснащены шпинделем (специальный вал регулируемой длины с зажимным механизмом), в который закрепляют инструмент:

• сверло;
• развертку;
• зенкер;
• фрезу;
• борштангу (приспособление для крепления инструмента) с резцами;
• другой.

Шпиндель совершает перемещение инструмента в заданное положение. Эти движения в расточном оборудовании обеспечиваются работой различных узлов, состав и функционирование которых зависят от назначения, размеров, компоновки станка, а также от количества, характера производимых операций. Горизонтально-расточное станочное оборудование получило наибольшее распространение, оно универсально и применяется для обработки изделий в условиях промышленного как серийного, так и единичного производства. Эти станки оснащены горизонтальным шпинделем, установленном в бабке, перемещаемой по передней стойке вверх и вниз.

Именно шпиндельный узел обеспечивает широкую универсальность оборудования. Он состоит из следующих узлов:

• полого шпинделя, оснащенного планшайбой (шайбовый механизм, преобразующий движение вращение в возвратно-поступательное), обеспечивающей позиционирование закрепленного инструмента;
• расточного внутреннего шпинделя, перемещающегося горизонтально в осевом направлении, выполняя движение подачи.

У внутреннего шпинделя и планшайбы, имеющей радиальный суппорт, приводы раздельные. Эта конструктивная особенность и применение различных приспособлений существенно расширяют функционально-технологические возможности горизонтально-расточного оборудования (совмещение переходов, например). В оборудовании малых размеров стол имеет салазки и сани, обеспечивающие перемещения в поперечном и продольном направлениях. Механизмы, обеспечивающие смену положения стола, позволяют сообщать ему как медленное (со скоростью подачи при обработке) движение, так и установочное быстрое, а также ручное перемещение.

Для поворотного стола есть 4 фиксированные позиции, расположенные через 90°. Устройство вращения предусматривает ручной, а также механический разворот стола с последующей фиксацией и закреплением его. Промежуточные нефиксированные положения выставляются по круговой шкале. В тяжелых станках столы перемещаются в 1 направлении по направляющим непосредственно самой станины посредством червячно-реечных передач. Привод передвижения столов приводится в действие регулируемыми электрическими двигателями постоянного тока.

Задняя стойка станков литая, имеет коробчатую форму. По вертикальным направляющим, расположенным на ней, может передвигаться люнет, который поддерживает борштангу с инструментами.

2 Основные виды универсальных станков

Существует три основных типа горизонтально-расточного универсального оборудования:

• Для обработки средних и мелких заготовок – имеют шпиндель, диаметр которого до 125 мм. Основные узлы конструкции: станина; неподвижная передняя стойка; задняя стойка, оснащенная люнетом; шпиндельная бабка; стол, перемещающийся в 2 перпендикулярных относительно друг друга направлениях.
• Для крупных и средних изделий – шпиндель 100–200 мм. Основные узлы такие же, как у оборудования малых размеров. Стойки и стол перемещаются в 1 направлении взаимно перпендикулярно (поперечно или продольно).
• Для особо крупных заготовок – шпиндель 125–320 мм. Колонка (передняя стойка) передвигается в 1 или 2 направлениях. Тяжелые станки не имеют стола. Крепление заготовки осуществляют непосредственно на станине.

Главное движение универсального станка малого размера – вращение шпинделя. Перемещение подачи передается либо заготовке, либо инструменту, что зависит от вида обработки изделия. Первый вариант подачи осуществляется благодаря движению стола в одном из направлений. Второй – за счет вертикального перемещения бабки или осевого движения шпинделя, либо радиального смещения резца по планшайбе.

Вспомогательные движения малых станков – установочная смена положения стола по 2 координатам, шпиндельной бабки вверх или вниз, задней стойки или люнета на ней, переключение скоростей осуществления подач и так далее. В средней и тяжелой серии станков движения и перемещения исполнительных механизмов такие же, как и у оборудования малых размеров, и определяются их компоновкой.

В наиболее универсальных тяжелых станках передняя стойка передвигается поперечно по направляющим станины, а продольно – по промежуточным саням с направляющими. Перемещение стойки производится со скоростью установочных движений, а также рабочих подач (как при фрезеровании). Задняя стойка меняет положение только в поперечном направлении.

В приводах подачи и шпинделя используются электродвигатели постоянного или переменного тока, установленные на шпиндельной бабке. В оборудовании малых размеров для смены положения шпиндельной бабки, стола, задней стойки предусмотрены отдельные электродвигатель и коробка передач.

3 Горизонтально-расточное оборудование с ЧПУ

Горизонтально-расточной станок с ЧПУ, в отличие от обычного универсального такого же оборудования, оснащен позиционной замкнутой системой программируемого управления, которая обеспечивает точность и последовательность всех необходимых операций по обработке заготовки. Значения задаваемых и текущих перемещений по осям отображаются с помощью цифровой индикации. В качестве датчиков, осуществляющих обратную связь между исполнительными узлами и устройством ЧПУ, применены сельсины.

Количество управляемых координатных осей равно 5/2 (всего/одновременно). Дискретность (точность) отсчета (перемещения) по осям – 0,01 мм. Помимо этого, возможно введение корректировки положения и длины инструмента. Станок с ЧПУ имеет выдвижной шпиндель, поворотный поперечно-подвижный стол, продольно-подвижную переднюю стойку. Шпиндель осуществляет вращательное (главное) движение и перемещение по оси (подача).

Салазки перемещаются редуктором подачи по направляющим станины, расположенным горизонтально. Стол перемещается в поперечном направлении посредством редуктора подачи и имеет запрограммированный поворот. Шпиндельная бабка меняет положение, передвигаясь по направляющим вертикальной стойки. Шпиндель получает главное движение от электрического двигателя постоянного тока, передаваемое через модули зубчатых колес и передачу. Блоки и муфта переключаются электрогидравлическим устройством. При механическом переключении ступеней подача выключается, а при электрическом управлении не отключается.

Поворот стола производится от вала двигателя через червячную или иную передачу. Чтобы поворотный стол устанавливался через 90°, на его салазках смонтирован индуктивный датчик, а сам стол оснащен 4 магнитоприводами, имеющими конструкцию, позволяющую регулировать в небольших пределах угол поворота. При подходе магнитопровода к датчику стол перемещается на заданной маленькой скорости.

Подвижные механизмы расточного станка зажимаются индивидуальными наборами тарельчатых пружин, а разжимаются гидравликой. Станочная гидросистема осуществляет отжим подвижных устройств, инструмента, закрепленного в шпинделе, а также переключение ступеней основного привода.

4 Горизонтальный координатно-расточной станок – высокая точность обработки

Такой станок – оборудование, предназначенное для обработки различных пазов, отверстий, плоскостей, взаимное расположение которых относительно базовых точек, поверхностей детали должно иметь особо высокую точность. На таких станках выполняют почти все операции, предусмотренные для расточного оборудования. Помимо этого, на них можно производить разметочные работы.

Для обеспечения точности координатных передвижений узлов станки оснащены различными механическими, индуктивными, электронными и оптико-механическими устройствами отсчета, позволяющими измерять перемещения всех подвижных модулей с очень высокой точностью. Поворотные столы на таком оборудовании установлены универсальные, обеспечивающие возможность обработки наклонных отверстий и выполнения операций в полярной системе координат.

Оборудование подразделяют на одностоечное и двухстоечное. Движения, производимые координатно-расточным оборудованием:

• главное – вращение шпинделя;
• подачи – вертикальное перемещение шпиндельного узла;
• установочные:
  • в одностоечных станках – поперечное и продольное перемещение подвижного стола на заданные осевые координаты и вертикальное позиционирование шпиндельной бабки в соответствии с высотой детали;
  • в двухстоечных – стол перемещается продольно, шпиндельная бабка поперечно позиционируется на траверсе, которая может передвигаться вертикально.

На данных станках режущий инструмент и изделие взаимно перемещаются (с линейной точностью до 2 мкм) по осям прямоугольных координат. Конструкция оборудования выполнена особо жесткой, с очень плавными передачами всех движений и тщательно сбалансированными быстровращающимися деталями (чтобы уменьшить вибрацию).