Анализ конструкции поворотных столов, применяемых в мехатронных станках (стр. 1 из 6)
Введение
Развитие и совершенствование конструкций станков с ЧПУ привело к появлению многоцелевых станков, которые объединили в себе эксплуатационные качества целого ряда станков обычного исполнения. Многоцелевые станки, созданные на базе токарных станков с ЧПУ и обрабатывающих центров и комбинирующие их возможности, в настоящее время являются одной из наиболее динамично развивающихся концепций металлообработки. Сочетание пятикоординатной обработки с автоматической сменой инструмента позволяет выполнять множество операций.
В станках с ЧПУ широко применяют различные механизмы периодического поворота с последующей фиксацией положения поворачиваемых узлов. К таким узлам относят:
– поворотные инструментальные шпиндели с регулируемым углом наклона, которые можно использовать с большинством типов режущего инструмента;
– позиционные столы для периодического подвода закрепленных на них заготовок к различным инструментам или в рабочую зону станка и силовые столы для передачи крутящего момента заготовке;
– револьверные головки для поочередного подвода инструмента к обрабатываемой детали;
– магазины инструментов;
– захватные органы промышленных роботов и автооператоры, поворачивающиеся на заданный угол и работающие во взаимодействии с загрузочно-разгрузочными устройствами для заготовок и магазинами для инструментов.
Эти механизмы улучшают эксплуатационные возможности и производительность станков, обеспечивают сложную траекторию перемещения инструмента, повышают качество деталей.
Одним из путей повышения эффективности использования станков с ЧПУ является применение поворотных столов, обеспечивающих обработку максимального числа поверхностей деталей с одного установа. Поворотные столы предназначены для расширения технологических возможностей станков с ЧПУ в качестве дополнительных координат.
В специальной части представленного дипломного проекта проанализированы конструкции поворотных столов, разработанных и применяемых на предприятии ОАО «Стерлитамак – М.Т.Е.» (Стерлитамакский станкостроительный завод), представлены эскизы, определены основные технические характеристики, описаны устройство и работа столов, а также рассмотрены методики расчета на точность и жесткость типовых конструкций, проведены расчеты на жесткость и точность двухосевого поворотного стола и поворотного стола модели CNC 200R. По полученным результатам выполнена оптимизация конструкции поворотного стола CNC 200R с целью повышения точности обрабатываемой детали и выполнен патентный анализ новых типовых конструкций.
1. Классификация столов, применяемых в мехатронных станках
стол поворотный махатронный двухосевой
Поворотные столы, применяемые в мехатронных станках, классифицируются по следующим признакам:
а) количество осей – одноосевые и двухосевые;
б) положение оси вращения – с горизонтальной осью вращения (преимущественно в токарных станках) и с вертикальной осью вращения для сверления отверстий и фрезерования большого количества различных деталей (фрезерные, сверлильные, расточные, зуборезные, шлифовальные станки);
в) тип привода – электромеханический, электрический, гидравлический;
Электромеханический привод разделяется на приводы с цилиндрической передачей, червячной передачей, зубчато-реечной передачей.
Цилиндрическая передача имеет следующие особенности:
– отсутствие самоторможения;
– высокий КПД;
– высокая допустимая частота вращения;
– сложная конструкция.
Червячная передача характеризуется:
– высокой редукцией при хорошей компактности;
– самоторможением;
– более высокой точностью (благодаря коэффициенту перекрытия реализуются «фильтрующие» способности передачи к погрешностям);
– низким КПД;
– ограничением частоты вращения;
– износом колеса.
г) назначение стола – силовой (для передачи крутящего момента обрабатываемой детали); позиционный (для позиционирования обрабатываемой детали); комбинированный;
д) способ торможения – при помощи гидравлического тормоза, за счет торможения электродвигателем, механическое торможение.
2. Описание типовых конструкций поворотных столов
Рассмотрим некоторые конструкции поворотных столов, разработанных и применяемых на предприятии ОАО «Стерлитамак – М.Т.Е.».
2.1 Столы модели CNC
Столы поворотные модели CNC 200R, CNC 320R, CNC 500R или CNC 320 предназначены для расширения технологических возможностей станка с числовым программным управлением, в качестве дополнительных (одной или двух) координат.
Классификация поворотных столов:
а) CNC 200R, CNC 320R, CNC 500R – стол поворотный (ось А или В) предназначен для установки обрабатываемой детали и поворота ее во время обработки в позиционном и непрерывном режимах;
б) CNC 320 – стол поворотный двухосевой (оси А и С) может быть применен в области производства деталей со сложными поверхностями, требующих обработки по 4 или 5 координатам;
в) CNC 320–01 – стол поворотный с установочной плитой (ось А) имеет широкий диапазон круговых подач, который полностью обеспечивает выбор нормативных режимов резания для обработки деталей из различных конструкционных материалов.
Эскизы столов и применяемые с ними модели задних бабок представлены в таблице 2.1
Таблица 2.1 – Эскизы поворотных столов модели CNC
| Эскиз поворотного стола и задней бабки | Модель поворотного стола | Примечание |
 | CNC 200RCNC 320RCNC 500R | Поворотный стол с горизонтальной осью вращения |
 | CNC 200RCNC 320R | Поворотный стол с горизонтальной осью вращения и задняя бабка с ручным зажимом |
 | CNC 200RCNC 320R | Поворотный стол с горизонтальной осью вращения и задняя бабка с пневматическим зажимом |
 | CNC 200RCNC320R | Поворотный стол с горизонтальной осью вращения и задняя бабка с планшайбой |
 | CNC 320 | Стол поворотный двухосевойосновное исполнение |
 | CNC 320–01 | Стол поворотный с установочной плитойопция |
 | CNC 320CNC 320–01 | Стол поворотный двухосевой или стол поворотный с установочной плитойопция |
Технические характеристики поворотных столов (основные параметры и размеры) приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Технические характеристики поворотных столов
| Наименование параметров | Значения | |||||||||
| CNC200R | CNC320R | CNC500R | CNC320 | CNC320–01 | ||||||
| Грузоподъемность стола, кг | 300 | 500 | 1000 | 500 | 500 | |||||
| Диаметр планшайбы, мм | 200 | 320 | 500 | 320до 500** | - | |||||
| Диаметр центрального отверстия, мм | 60Н7 | 60Н7 | 100Н7 | 60Н7 | - | |||||
| Размеры Т-образных пазов | 12Н11(12Н7) | 14Н11(14Н7) | 18Н11(18Н7) | 14Н11(14Н7) | 14Н7 | |||||
| Количество Т-образных пазов | 8 | 8 | 8 | 8 (4**) | 3 | |||||
| Угол поворота, град– ось А (В)– ось С | 360- | 360- | 360- | 130360 | 360- | |||||
| Точность позиционирования, град | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | |||||
| Повторяемость позиционирования, град | 0,003 | 0,003 | 0,003 | 0,003 | 0,003 | |||||
| Максимальный крутящий момент, Нм | 640 | 1020 | 3050 | 1020 | 1020 | |||||
| Наибольшая частота вращения стола мин-1 (при двигателе с n=3450 мин-1) | 28 | 17 | 15 | 17 | 17 | |||||
| Число ступеней подач | Регулирование бесступенчатое | |||||||||
| Допустимая радиальная сила, кН | 38,8 | 42,1 | 90,7 | 42,1 | 42,1 | |||||
| Допустимая осевая сила, кН | 27,9 | 31,7 | 68,1 | 31,7 | 31,7 | |||||
| Передаточное отношение | 105 | 169 | 191 | 169 | 169 | |||||
| Электродвигатель привода вращения стола– номинальная мощность, кВт– номинальный крутящий момент, Нм– номинальная частота вращения, мин-1 | 1,96*3000 | 1,96*3000 | 516*3000 | 1,96*3000 | 1,96*3000 | |||||
| Масса стола, кг, не более | 170 | 250 | 400 | 400 | 320 | |||||
Устройство и работа столов модели CNC
а) Стол поворотный модели CNC 200R, CNC 320R в соответствии с рисунком 2.1.
Стол поворотный состоит из корпуса поз. 1, к которому крепится плита поз. 2. К плите с одной стороны крепится двигатель поз. 3, а с другой подшипниковый редуктор поз. 4 высокой нагрузочной способности и точности. Двигатель передает крутящий момент на редуктор через шпонку. К выходной стороне редуктора через фланец поз. 5 крепится планшайба поз. 6. С целью повышения точности поворота непосредственно на планшайбу устанавливается круговой датчик поз. 7.
б) Стол поворотный модели CNC 500R в соответствии с рисунком 2.2.
Стол поворотный состоит из корпуса поз. 1, к которому крепится фланец поз. 2. к фланцу поз. 2 крепится подшипниковый редуктор поз. 3 высокой нагрузочной способности и точности. Электродвигатель поз. 5, установленный на корпусе через фланец поз 4 передает крутящий момент через вал поз. 6 и фланец муфты поз. 7. К выходной стороне редуктора через фланец поз. 8 крепится планшайба поз. 9. С целью повышения точности поворота непосредственно на планшайбу устанавливается круговой датчик поз. 10.