Модернизация радиально-сверлильного станка с ЧПУ

1. Общая часть

1.1 Общие сведения о сверлильных станках и о работах, проводимых на них

1.2 Общий обзор радиально-сверлильных станков

1.3 Конструкция базового радиально-сверлильного станка 2М55

1.4 Патентный поиск Выводы по разделу 1

2. Технологическая часть

2.1 Анализ обрабатываемой детали (ступица грузовых автомобилей)

2.2 Анализ материала детали

2.3 Краткая характеристика существующего уровня технологии

2.4 Обработка конструкции детали на технологичность

2.5 Анализ технических условий, предъявляемых к детали

2.6 Обоснование метода изготовления заготовки

2.7 Выбор и обоснование технологических баз

2.8 Разработка технологического маршрута обработки детали

2.9 Расчёт припусков на механическую обработку

2.10 Расчёт режимов резания Выводы по разделу 2

3. Конструкторская часть

3.1 Назначение и область применения спроектированного станка

3.2 Общая компоновка спроектированного станка

3.3 Схема кинематическая

3.4 Плита, цоколь, колонна

3.5 Охлаждение

3.6 Механизм зажима колонны

3.7 Редуктор перемещения рукава

3.8 Рукав, его зажим на колонне и механизм подъема

3.9 Шпиндельная бабка, ее устройство

3.10 Шпиндель

3.11 Описание конструкции крепления инструмента

3.12 Описание приспособления

3.13 Основные технические характеристики и данные спроектированного радиально-сверлильного станка с ЧПУ

3.14 Расчет зубчатых передач

3.15 Расчёт шариковинтовых пар

3.16 Описание системы управления станком

3.17 Возможность создания роботизированного модуля на базе спроектированного станка Выводы по разделу 3

4. Научно-исследовательская часть

4.1 Оптимизация шпиндельного узла в программном комплексе SPIN

4.2 Оптимизация шпиндельного узла в программном комплексе COSMOS WORKS

5. Организационно-экономическая часть

5.1 Технико-экономическое обоснование проектирования радиально-сверлильного станка с ЧПУ для обработки ступицы грузового автомобиля

5.2 Расчёт себестоимости обработки детали на проектируемой конструкции станка

5.3 Годовые затраты на материалы (S_т), связанные с изготовлением детали

5.4 Годовые затраты по плате труда основных и вспомогательных рабочих, занятых обслуживанием станка

5.5 Годовые затраты на содержание и эксплуатацию металлообрабатывающего станка

5.6 Годовая амортизация металлорежущего станка

5.7 Годовые затраты на технологическую оснастку

5.8 Сравнительная оценка технологической себестоимости детали Выводы по разделу

6. Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды

6.1 Безопасность жизнедеятельности Выводы

6.2 Охрана окружающей среды Выводы Выводы по проекту Список используемой литературы Приложение, А Приложение Б Приложение В

Станки, длительное время находившиеся в эксплуатации и в результате этого морально или физически устаревшие, сохраняют свою ценность для предприятия. Безусловно, такие станки можно продать и, добавив немалую сумму, купить на их место другие, более современные, однако в последнее время нехватка средств на покупку нового оборудования вынуждает большинство предприятий восстанавливать при необходимости имеющиеся у них станки по возможности с их одновременной модернизацией. Эта тенденция характерна не только для России, но и для развитых зарубежных стран. Многие станки, особенно крупногабаритные, выпускаемые сейчас в ограниченных количествах, выгоднее модернизировать и использовать на собственном предприятии, принимая заказы от других фирм. Рынок подержанных станков в мире постоянно расширяется и охватывает уже не только действительно бедные фирмы, но и вполне платежеспособные, однако считающие деньги. Объем этого рынка достигает уже несколько миллиардов долларов.

Фирмы обычно стремятся отремонтировать и одновременно модернизировать очень крупные станки, имеющие довольно универсальное применение возрастом до 40−50 лет. Их базовые детали, как правило, хорошо сохранились и в термическом отношении давно стабилизированы. Кроме того, потребность в деталях, обрабатываемых на этих станках, осталась достаточно велика, а новые технологии для их получения пока отсутствуют.

По нарастанию степени сложности существует 3 типа ремонта и модернизации станков:

а) ремонт, главным образом механический или замена любых компонентов с целью восстановления станка до его первоначального состояния с добавлением при этом любых расширяющих технические возможности качеств, которые захочет получить заказчик, например, более высоких скоростей вращения шпинделя или перемещений рабочих органов;

б) полный капитальный ремонт, включающий ремонт или комплексную замену электрооборудования (приводов, электродвигателей и блоков управления) всего станка на такое, которое соответствует современным требованиям промышленности;

в) при комбинации указанных выше типов ремонта и модернизации станок полностью разбирают, заменяя при этом все его механические и электрические компоненты и получая в результате как минимум прежние характеристики станка, а нередко и значительно более высокие. При этом аналоговые приводы заменяют цифровыми, ручное управление — ЧПУ, гидравлические приводы — шариковинтовыми передачами, что позволяет в среднем удвоить скорости подач и в 3−4 раза увеличить частоту вращения шпинделя.

В последнее время расширилась область деятельности многих фирм, занимающихся ремонтом и модернизацией станочного оборудования. По некоторым типам станков они конкурируют даже с их непосредственными изготовителями. В результате стоимость полностью обновленного станка составляет 55−60% стоимости нового. Для заводов мелкосерийного производства модернизация кроме технического имеет психологическое значение. Потому что на старых и привычных, хотя и модернизированных, станках может работать менее квалифицированный персонал.

Между сегментом «переоснащенных» станков с ЧПУ, в том числе многоцелевых, и сегментом традиционных станков с ручным управлением находится ниша станков с упрощенными УЧПУ. Оснащение подержанных станков, которые после модернизации остаются по функциям фактически прежними, такими системами позволяет исключить дорогостоящее обучение операторов и сократить длительный период запуска этих станков. Кроме того, не возникает потребности в новой организации труда. Таким образом, модернизация станков, пусть даже всего лишь их оснащение УЧПУ разной степени сложности, имеет перед собой широкие перспективы.

1. Общая часть

1.1 Общие сведения о сверлильных станках и о работах, проводимых на них

Назначение и область применения

Сверлильные станки являются весьма распространённым видом металлорежущего оборудования машиностроительных заводов.

По универсальности сверлильные станки общего назначения уступают лишь токарным. По технологическим возможностям и простоте наладки — стоят наряду с револьверными станками.

На сверлильных станках могут быть выполнены следующие работы:

1) Сверление цилиндрических, многогранных сквозных и глухих отверстий в сплошном металле (рисунок 1.1, а). Как законченная операция сверление применяется в тех случаях, когда требуемая точность обработки не превышает 4−5 классов точности, а чистота поверхности обработки не выше 4−5 классов. Сверление можно осуществлять:

— вращением и подачей сверла на неподвижную деталь;

— вращением и подачей детали на неподвижное сверло.

Первый способ сверления наиболее распространён и особенно незаменим при обработке отверстий в тяжёлых и громоздких деталях.

Второй вид сверления широко применяется при обработке глубоких отверстий в сплошном металле.

2) Рассверливание и зенкерование (рисунок 1.1, б). По точности и чистоте обработки рассверливание мало отличается от сверления. Для обеспечения большей точности отверстия по диаметру, а также более высокой производительности рекомендуется, по возможности, заменять рассверливание зенкерованием.

Рисунок 1.1 — Схемы видов обработки на сверлильных станках Черновое зенкерование может обеспечить 5-й класс точности отверстия, чистовое — 4-й класс. По чистоте обработки зенкерованием можно обеспечить 5-й класс чистоты поверхности.

Этот метод обработки можно успешно осуществить на сверлильных станках при обработке отверстий, расположенных на детали по точным координатам.

Черновое растачивание обеспечивает 5-й класс точности и применяется для снятия поверхностного слоя в отверстии поковки или отливки.

Чистовое растачивание применяется для придания отверстию правильной формы соответствующей точности и чистоты поверхности обработки. Растачивание резцом обеспечивает 2-й класс точности (а при многократном растачивании 1-й класс точности), а резцовой головкой 3-й класс точности с чистотой поверхности отверстия до 6-го класса.

3) Развёртывание цилиндрических и конических отверстий (рисунок 1, г). В отличие от растачивания, развёртывание не исправляет отверстия м погрешность в расположении оси отверстия относительно базы. Поэтому предварительная обработка под развёртывание должна быть проведена тщательно.

Однократное развёртывание применяется для устранения грубых следов предыдущей обработки. Оно обеспечивает получение 3-го класса точности и чистоты поверхности до 6-го класса включительно.

Двухкратным развёртыванием при соответствующем припуске и тщательно изготовленном инструменте можно обеспечить отверстие 2-го класса точности с чистовой поверхности обработки до 7-го класса включительно.

Тонкое или прецизионное развёртывание осуществляется после чистового развёртывания и предусматривает съём весьма малых припусков, в два раза меньших, чем при чистовом развёртывании. Этот вид обработки может обеспечить получение точности отверстия в пределах 1−2-го классов точности, с чистотой поверхности обработки до 8-го класса включительно.

В качестве инструмента для тонкого развёртывания применяются регулируемые развёртки с тщательно заправленными режущими кромками и небольшим углом заборного конуса.

Крепление развёртки к шпинделю станка плавающее, что весьма существенно для обеспечения надлежащей точности и чистоты обработки.

Тонкое развёртывание производится при низких скоростях резания — порядка, 1,5−2 м/мин и подачах — 0,2−0,5 мм/об с применением охлаждающей жидкости.

4) Проглаживание или развальцовывание (рисунок 1, к). Этот вид обработки применяется для уплотнения или сглаживания гребешков после чистового развёртывания отверстия в деталях из лёгких сплавов (дюраля, электрона). В качестве инструмента для развальцовывания служит специальная роликовая оправка. Припуск под развальцовывание оставляется незначительный (в пределах 0,005−0,01 мм для отверстий диаметром 22−25 мм). Величина припуска устанавливается опытным путём и зависит от диаметра обрабатываемого отверстия, материала и жёсткости изделия.

5) Кроме перечисленных работ, на сверлильных станках выполняются:

— нарезание внутренней и наружной резьбы (рисунок 1, д);

— снятие фасок у отверстий и зенкерование цилиндрических отверстий под головку винта (рисунок 1, е);

— облицовка торцев наружных и внутренних бобышек (рисунок 1, ж);

— вырезка дисков из листового металла (рисунок 1, и);

— проточка внутренних канавок всевозможной конфигурации (рисунок 1, л);

— формование головки заклёпки методом раскатывания (рисунок 1, м).

Технико-экономическая точность

Рациональное использование сверлильных станков может быть обеспечено при:

— ведении процесса обработки при высокопроизводительных режимах резания с использованием совершенной оснастки;

— правильно выбранном технологическом процессе, обеспечивающем необходимую чистоту и экономическую точность обработки.

Классификация сверлильных станков

Все существующие типы сверлильных станков, по классификации ЭНИМС Министерства станкостроения относятся, ко второй группе системы нумерации металлорежущих станков.

По конструктивным признакам сверлильные станки могут быть разделены на три подгруппы:

1) универсальные станки общего назначения;

2) специализированные станки;

3) специальные станки.

Универсальные сверлильные станки являются наиболее многочисленной подгруппой всего парка сверлильного оборудования. К этой подгруппе относятся вертикально-сверлильные станки:

— со стационарным вылетом шпинделя с приводом от индивидуального электродвигателя, с механизмом для регулирования скорости главного движения и движения подачи, или с ручной подачей;

— c переменным числом сверлильных головок, так называемые групповые (или рядовые) сверлильные станки, созданные на базе основных узлов одношпиндельных сверлильных станков;

— с переменным вылетом шпинделя, т. Е. радиально-сверлильные станки разных конструкций.

Указанные станки строятся разных габаритов и веса, с разными параметрами.

Конструкции сверлильных станков, их габариты, кинематика и компоновка узлов обусловливается их целевым назначением.

Для более крупных и разнообразных по характеру сверлильных работ строятся сверлильные станки больших габаритов, более жёсткие и мощные.

В зависимости от их назначения (по типу производства) эти станки, в той или иной мере, оснащены механизмами для регулирования числа оборотов и подач шпинделя, механизмами для автоматизации рабочего цикла.

Сверлильные станки общего назначения характеризуются следующими особенностями:

— возможностью ведения обработки изделий всевозможной конфигурации разных материалов и разными, характерными для сверлильных работ, инструментами;

— возможностью быстрой и лёгкой настройки станка для работы с наивыгоднейшими режимами резания;

— возможностью ведения обработки изделия последовательным методом — путём смены инструмента на ходу станка. При таком методе работы особо ценным является возможность быстрой настройки станка на требуемый режим работы;

— возможностью реверсирования шпинделя при нарезании резьбы метчиками.

Перечисленные особенности содействуют широкому распространению универсальных сверлильных станков на машиностроительных и металлообрабатывающих предприятиях.

Специализированные сверлильные станки в отличие от универсальных предназначены для выполнения ограниченного количества технологических операций и представляют собой предельно автоматизированные сверлильные станки с универсальными механизмами главного движения и движения подач.

Их специализированность определяется оригинальной оснасткой, т. Е. рабочими приспособлениями, режущим и крепёжным инструментом, которые на длительное время устанавливаются на станке для выполнения заданной операции обработки определённой детали.

Настройка на требуемый режим обработки осуществляется с помощью сменных шестерён и фиксируется на всё время обработки данной детали.

К специализированным станкам могут быть также отнесены сверлильные станки с одним лишь механизмом регулирования главного движения, но также со специальной оснасткой.

Специализированные сверлильные станки являются нормальным оборудованием механических цехов машиностроительных заводов крупносерийного и поточно-массового производства.

Специальные сверлильные или операционные станки предназначаются для выполнения одной или нескольких операций обработки в заданной детали. Переналадка этих станков для выполнения другой операции в какой-либо другой детали нецелесообразна, так как это требует коренной переделки станка.

1.2 Общий обзор радиально-сверлильных станков

Из группы сверлильных станков наиболее универсальными являются радиально-сверлильные. Основное их назначение — обработка отверстий в крупных деталях при единичном и мелкосерийном производстве.

Радиально-сверлильные станки применяют на заводах в механических, сборочных, ремонтных и инструментальных цехах, а также мастерских строек. Транспорта и сельского хозяйства. В последнее время их начали применять в крупносерийном производстве при обработке крупных деталей.

Высокая производительность этих станков достигается оснащением их специальными приспособлениями.

В отличие от вертикально-сверлильных станков, при работе на которых приходится перемещать деталь относительно сверла, на радиально-сверлильных станках перемещается сверло относительно обрабатываемой детали.

Шпиндель радиально-сверлильного станка легко перемещается как в радиальном направлении, так и по окружностям различных радиусов, благодаря чему сверло может быть установлено в любой точке площади, ограниченной двумя концентрическими окружностями, одна из которых образована радиусом наибольшего вылета шпинделя, а другая — наименьшего вылета (при круговом вращении рукава).

Особенно существенную роль это отличие играет тогда, когда обрабатывается громоздкая или тяжёлая деталь.

На радиально-сверлильных станках производится сверление отверстий в сплошном материале, рассверливание, зенкование и зенкерование предварительно просверлённых отверстий, зенкование торцовых поверхностей, цилиндрических и конических углублений, развёртывание отверстий, нарезание внутренней резьбы метчиками.

Кроме перечисленных операций, при помощи специальных инструментов и приспособлений на радиально-сверлильных станках можно растачивать отверстия, канавки, вырезать отверстия большого диаметра и диски из листового металла, сверлить квадратные отверстия, притирать точные отверстия цилиндров, подшипников, клапанов и т. д.

Совершенствование радиально-сверлильных станков идёт по пути повышения производительности. Расширения технологических возможностей, механизации и автоматизации.

Стремление к созданию широкоуниверсальных станков, обеспечивающих качественную и высокопроизводительную работу, привело к тому, что современные радиально-сверлильные станки имеют широкие диапазоны и большое количество чисел оборотов и механических подач шпинделя при высокой мощности.

Доля вспомогательного времени при работе на радиально-сверлильных станках всё ещё довольно велика. Поэтому даже небольшое сокращение затрат времени на выполнение вспомогательных операций приводит к повышению производительности станков. С целью уменьшения вспомогательного времени современные радиально-сверлильные станки снабжаются удобными механизмами для переключения чисел оборотов и изменения подач; органы управления станком сосредоточены в одном месте — на шпиндельной головке.

В промышленности применяется много типов радиально-сверлильных станков. Наибольшее распространение получили станки общего назначения, в которых изделие располагается на плите или столе неподвижно, а шпиндель занимает вертикальное положение и перемещается в трёх направлениях: по окружностям вокруг вертикальной колонны, по радиусам этих окружностей и вертикально вдоль своей оси.

Для сверления не только вертикальных отверстий, но также наклонных и горизонтальных применяются универсальные радиально-сверлильные станки с поворотной шпиндельной головкой.

Если обрабатываемое изделие очень велико, используются радиально-сверлильные станки с колонной, перемещающейся по станине. Дальнейшее совершенствование таких станков привело к созданию самоходных радиально-сверлильных станков, которые могут передвигаться по рельсам.

Кроме передвижных станков при обработке крупногабаритных деталей находят применение также переносные радиально-сверлильные станки. Их переносят подъёмным краном к нужному месту и закрепляют рядом с изделием или непосредственно на нём.

Одной из разновидностей радиально-сверлильных станков являются настенные станки, в которых отсутствует плита и колонна.

Для сверления отверстий в листовом материале используют станки с малым осевым перемещением шпинделя и без плиты (изделие в этом случае кладётся на пол или на стеллаж). Разновидность таких станков — станки с шарнирным хоботом, на конце последнего звена которого укреплена шпиндельная головка.

Выпускают радиально-сверлильные станки общего назначения моделей 2А53, ОС-67, 2А55, 2М55, 2Б55, 257, 2Б57, 258 и 2Б58 с наибольшим диаметром сверления в стали средней твёрдости 35, 50, 75 и 100 мм.

Самый маленький из этих станков имеет наибольшее расстояние от оси шпинделя до наружной поверхности колонны (вылет) 1200 мм и весит 3 т; самый крупный — 4000 мм, а вес его 32 т.

Краткие технические характеристики отечественных радиально-сверлильных станков приведены в таблице 1.1.

За границей выпускают радиально-сверлильные станки общего назначения с диаметром сверления от 25 до 160 мм. Наибольший вылет шпинделя достигает 4500 мм.

Таблица 1.1

Краткие технические характеристики отечественных радиально-сверлильных станков

Вертикальные, горизонтальные и наклонные отверстия в крупных деталях можно обрабатывать на переносных универсальных станках моделей 2А592, 2П55, 2П56, 2П57.

На станке 2П57 сверлят в стали отверстия диаметром до 75 мм. Станок установлен на салазках, которые механически перемещаются по станине. Вес этого уникального станка 35 т.

Созданы самоходные радиально-сверлильные станки моделей 2Д53А, ОС-97 и 2Д58 трёх типоразмеров с наибольшим диаметром сверления 35, 75 и 100 мм. Эти станки смонтированы на самоходной тележке, перемещающейся по нормальной железнодорожной колее. Обрабатываемые изделия (в большинстве случаев это металлические фермы мостов) располагают вдоль железнодорожного полотна. Станок своим ходом подъезжает к месту обработки, останавливается, крепко прихватывается к рельсам, после чего рабочий производит с его помощью необходимые технологические операции. Затем станок перемещается дальше.

Выпускают переносные радиально-сверлильные станки моделей 2А592, 2П55 и 2П56. Кроме них, переносным является также станок ОС-29, на котором можно сверлить в стали отверстия диаметром 125 мм и нарезать резьбу диаметром 160 мм. Правда, переносить этот станок нелегко, так как его длина около 6 м, высота превышает 6 м, а вес достигает 28 т.

Для обработки листового металла служат радиально-сверлильные станки 2Г53 и ОС-86.

На станке 2Г53 удобно выполнять разного рода сверлильные работы в невысоких изделиях большой площади. Наибольший диаметр сверления на этом станке 35 мм.

Станок ОС-86 снабжён двумя хоботами. На конце одного из них укреплена сверлильная головка, на конце другого — фрезерная. На этом станке сверлят отверстия диаметром до 8 мм в пакетах их тонких листов металла, а также разрезают их фрезой по шаблону. Таким образом, станок является комбинированным, сверлильно-фрезерным.

Радиально-сверлильные станки всех типов изготавливает Одесский завод радиально-сверлильных станков; универсальные переносные станки 2А592 — Витебский станкозавод им. Коминтерна.

Каждой модели станка присваивается особый номер. Для этого все универсальные станки разбиты на девять групп, в каждой из которых они разделены по разновидностям с присвоением им порядковых номеров.

Сверлильные и расточные станки отнесены ко второй группе. За разновидностями станков этой группы закреплены такие номера: вертикально-сверлильные 1, полуавтоматы 2 или 3, координатно-расточные 4, радиально-сверлильные 5, расточные 6, алмазно-расточные 7, горизонтально-сверлильные 8, разные сверлильные 9.

Номер (шифр) модели станка состоит из трёх или четырёх цифр. Иногда между цифрами или в конце их ставятся буквы русского алфавита. Первая цифра номера обозначает группу, к которой относится станок. Вторая цифра указывает тип станка в этой группе. Третья цифра, при четырёхзначном обозначении и четвёртая цифра условно определяют основной размер станка. Добавочные буквы указывают на конструктивные изменения данного типа станка.

Для сверлильных станков самым характерным размером является наибольший диаметр сверления, т. е. Диаметр такого отверстия, которое можно просверлить на этом станке в стали средней твёрдости быстрорежущим сверлом.

В номерах радиально-сверлильных станков применяемые буквы обычно имеют такие значения: буква, А обозначает модернизацию (усовершенствование) предшествующей модели станка; буква Б говорит о том, что в данном станке вылет больше, чем в базовой модели станка с таким же диаметром сверления; буква Г характеризует станок без вертикального перемещения рукава; буква Д применяется для обозначения самоходных станков, перемещающихся по рельсам; буква П почти всегда обозначает переносный и имеется в номерах переносных и универсальных станков для обработки вертикальных, горизонтальных и наклонных отверстий.

Для обозначения специальных и специализированных станков каждому станкостроительному заводу присвоены две буквы. Порядковый номер специального станка в сочетании с буквами, обозначающими завод, даёт номер модели станка. Так, станок ОС-86 — это 86-я модель специального станка производства Одесского завода радиально-сверлильных станков.

1.3 Конструкция базового радиально-сверлильного станка 2М55

Назначение и область применения

Радиально-сверлильный станок модели 2М55 (рисунок 1.2) предназначен для широкого применения в промышленности.

Благодаря своей универсальности станок находит применение везде, где требуется обработка отверстий — от ремонтного цеха до крупносерийного производства.

Рисунок 1.2 — Общий вид радиально-сверлильного станка 2М55

1- плита; 2 — цоколь, колонна; 3 — агрегат охлаждения; 4 — токосъёмник; 5- рукав; 6 — механизм подъёма; 7 — зажим рукава; 8 — редуктор; 9 — гидростанция; 10 — гидрозажим; 11 — головка сверлильная; 12 — фрикционная муфта; 13 — коробка скоростей; 14 — коробка подач; 15 — вал червяка; 16 — механизм включения подач; 17 — механизм ручного перемещения головки; 18 — зажим головки; 19 — гидропреселектор; 20 — привод гидропреселектора; 21 — гидропанель; 22 — командоаппарат; 23 — шпиндель; 24 — противовес; 25 — насосная установка; 26 — главный цилиндр; 27 — гидрокоммуникация; 28 — смазка; 29 — электрооборудование колонны; 30 — электрооборудование рукава; 31 — электрооборудование головки На станке можно производить сверление в сплошном материале, рассверливание, зенкерование, развертывание, подрезку торцов, нарезку резьбы метчиками и другие подобные операции.

Применение приспособлений и специального инструмента значительно повышает производительность станков и расширяет круг возможных операций, позволяя производить на них выточку внутренних канавок, вырезку круглых пластин из листа и т. д. При соответствующей оснастке на станке можно выполнять многие операции, характерные для расточных станков.

Общая компоновка станка

Основанием станка является фундаментная плита 1, на которой неподвижно закреплен цоколь. В цоколе на подшипниках монтируется вращающаяся колонна 2, выполненная из стальной трубы. Рукав 5 станка со сверлильной головкой 11 размещен на колонне и перемещается по ней с помощью механизма подъема 6, смонтированного в корпусе на верхнем торце колонны. В этом же корпусе расположено гидромеханическое устройство для зажима колонны и токопроводящее устройство для питания поворотных и подвижных частей станка. Механизм подъема связан с рукавом ходовым винтом.

Сверлильная головка 11 выполнена в виде отдельного силового агрегата и заключает в себе узлы: коробки скоростей 13 и подач 14, механизм подачи 16, шпиндель 23 с противовесом 24 и др. Она перемещается по направляющим рукава вручную. В нужном положении головка фиксируется механизмом зажима, установленным на ней.

В фундаментной плите 1 выполнен бак и насосная установка для подачи охлаждающей жидкости к инструменту; На плите устанавливается стол для обработки на нем деталей небольшого размера.

Все органы управления станком сосредоточены на сверлильной головке. На панели цоколя размещены только кнопки вводного выключателя, подключающего станок к внешней электросети, и выключатели управления насосом охлаждения. Для освещения рабочей зоны в нижней части сверлильной головки установлена электроарматура.

Электроаппаратура смонтирована в нише, выполненной с обратной стороны рукава.

Схема кинематическая

Кинематическая схема станка (рисунок 1.3) состоит из четырех кинематических цепей:

вращения шпинделя;

движения подач;

вертикального перемещения рукава;

перемещения сверлильной головки по рукаву.

Шпиндель получает вращение от электродвигателя через промежуточную передачу, пусковую фрикционную муфту и коробку скоростей с четырьмя передвижными зубчатыми блоками. Промежуточная передача обеспечивает определенное число оборотов вала фрикционной муфты в различных исполнениях станка. Фрикционная муфта соединяется с коробкой скоростей либо с двойчаткой 9−10, либо через паразитную шестерню 8, неподвижно закрепленную шестерню 13. В последнем случае коробка скоростей получает обратное вращение, т. е. шпиндель вращается против часовой стрелки. Таким образом, каждым двум ступеням оборотов шпинделя в направлении по часовой стрелке соответствует одна ступень оборотов против часовой стрелки.

Передвижные блоки коробки скоростей (три двойных и один тройной) обеспечивают получение 24 ступеней оборотов шпинделя. Структурный график построен таким образом, что три ступени чисел оборотов перекрываются, а остальные 21 образуют геометрический ряд с =1,26 в интервале от 20 до 2000 об/мин.

Двойной блок на гильзе шпинделя имеет также третье положение, когда обе шестерни выведены из зацепления. При этом шпиндель легко проворачивается от руки.

Коробка подач получает вращение от шпинделя через шестерни 25−26. Один тройной и два двойных блока обеспечивают получение 12 подач, образующих геометрический ряд с =1,41 в интервале от 0,056 до 2,5 мм/об.

Последний вал коробки подач шлицевой муфтой связан с вертикальным валом механизма подач, несущим на себе специальную регулируемую муфту. Муфта обеспечивает размыкание цепи подач при достижении предельного усилия подачи при резании либо на жестком упоре, размыкание цепи тонкой ручной подачи при включении механической подачи и включение тонкой ручной подачи при срабатывании перегрузочного устройства. Зубчатая муфта перегрузочного устройства С соединена с червяком 43, который через червячное колесо 42 с помощью штурвального устройства, А соединяется с реечной шестерней 41, находящейся в зацеплении с рейкой 40 пиноли шпинделя.

Грубая ручная подача осуществляется вращением реечного вала 41 с помощью штурвальных рукояток А. Тонкая ручная подача осуществляется вращением маховичка В.

Перемещение головки по рукаву осуществляется с помощью маховика, сидящего на валу, проходящем через отверстие реечного вала подачи. На другом конце вала имеется шестерня 46, которая через накидную шестерню 47 соединяется с рейкой 61, неподвижно укрепленной на рукаве.

Условные обозначения: С — зубчатые муфты; Д — механизм включения подачи; F — зажим головки; Е — привод гидроселектора.

Вертикальное перемещение рукава производится отдельным электродвигателем через редуктор 56, 55, 58, 57, укрепленный на верхней части колонны, винт подъема 59 и гайку 60, расположенную в рукаве.

Рисунок 1.3 — Кинематическая схема станка Изменение направления перемещения рукава производится реверсированием двигателя. В цепи привода механизма подъема установлена кулачковая предохранительная муфта, которая срабатывает при увеличении сопротивления" перемещению рукава.

Сверлильная головка, ее перемещение и зажим

Сверлильная головка размещена на направляющих рукава, по которым легко перемещается в радиальном направлении. Легкое перемещение сверлильной головки обеспечивается применением комбинированных направляющих качения — скольжения. В отжатом положении между нижними направляющими скольжения головки и рукава имеется, зазор 0,03−0,05 мм, а по верхней направляющей рукава сверлильная головка перекатывается на двух роликах. Трение между боковыми направляющими не затрудняет перемещения, так как центр тяжести головки располагается примерно в плоскости этих направляющих.

Ролики установлены с помощью шарикоподшипников на эксцентриковых осях. Поворотом эксцентриковых осей регулируется зазор между нижними направляющими скольжения. Этот зазор должен быть одинаковым с обеих сторон головки, так как в противном случае при зажиме головки ось шпинделя будет смещаться (в продольной плоскости станка). Регулировка осуществляется поворотом червяка.

Регулировка зазора между боковыми направляющими осуществляется поворотом эксцентриковых осей, которые по окончания регулировки необходимо застопорить винтом.

При зажиме сверлильная головка поднимается вверх до выборки люфта между нижними направляющими рукава и головки. Зажим осуществляется с помощью эксцентрикового механизма. При повороте вала поворачивается соединенная с ним шпонкой эксцентриковая втулка, вращающаяся в эксцентриковой втулке на иголках. При повороте вала благодаря эксцентриситету втулки нажимной элемент через пяту упирается в верхнюю направляющую рукава, заставляя головку приподниматься Поворот вала осуществляется гидроцилиндром, через рейку, нарезанную на штоке поршня, и шестерню. Масло в гидроцилиндр подается от электрозолотника управления, расположенного на гйдропанели.

Смещение оси вала зажима относительно вертикальной плоскости направляющих и конструкция нажимной пяты создают в момент зажима головки горизонтальную составляющую усилия зажима, обеспечивающую постоянный прижим головки к боковым направляющим рукава. Помимо повышения эффективности зажима такая конструкция обеспечивает стабильное положение оси шпинделя в поперечной плоскости станка.

Команда на зажим подается нажатием кнопки, расположенной на пульте в центре маховика ручного перемещения головки. На этом пульте имеются три кнопки, с помощью которых можно осуществлять раздельный зажим и отжим головки при зажатой колонне либо совместный отжим и зажим колонны и головки. При неработающей гидравлике зажим головки можно осуществить вручную. Для этого на свободном конце вала зажима профрезерован квадрат под ключ. Гидравлика включается при нажатии на кнопку «Пуск» пульта управления, расположенного в правой нижней части передней плоскости головки.

Коробка скоростей

Между фрикционной муфтой и шпинделем располагается коробка скоростей, обеспечивающая изменение чисел оборотов шпинделя. С верхней муфтой коробка скоростей соединяется подвижным блоком шестерен. С нижней муфтой коробка скоростей связана шестерней, закрепленной на валу на шпонке, через паразитную шестерню (рисунок 1.4).

Таким образом, при работе верхней муфты вал вращается с одним из двух возможных чисел оборотов в направлении, обеспечивающем вращение шпинделя по часовой стрелке. При работе нижней муфты вал вращается с постоянным числом оборотов в направлении, обеспечивающем вращение шпинделя против часовой стрелки. Вследствие этого каждым двум ступеням оборотов шпинделя по часовой стрелке соответствует одна ступень оборотов против часовой стрелки.

Рисунок 1.4 — Коробка скоростей станка Нижние опоры валов II, III, IV, V смонтированы непосредственно в расточках корпуса сверлильной головки. Осевое положение этих опор определяется стопорными кольцами. Верхние опоры всех валов размещены в специальных стаканах, расположенных в расточках крышки сверлильной головки.

Вал представляет собой полую чугунную гильзу, во внутреннее шлицевое отверстие которой входит хвостовик шпинделя. В нижней части гильзы установлен отражатель, предотвращающий вытекание масла из картера коробки скоростей. На гильзе закреплена шестерня, служащая для передачи вращения валам коробки подач.

Все шестерни изготовлены из качественных сталей, их зубья закалены до высокой твердости и шлифованы, что обеспечивает бесшумную работу и передачу высоких нагрузок.

Коробка подач

Коробка подач (рисунок 1.5) расположена между шпинделем и механизмом подачи и получает вращение от шпинделя через шестерню, через шлицевое отверстие которой пропущен вал VI.

Рисунок 1.5 — Коробка подач станка Нижними опорами валов VI и VII служат гнезда, расположенные в корпусе сверлильной головки. Нижняя опора вала VIII расположена в расточке шестерни. Верхние опоры валов расположены в гнездах, установленных в отверстиях крышки сверлильной головки.

На валу VII расположена переборная шестерня-двойчатка, обеспечивающая получение шести ступеней подач. Еще шесть ступеней подач получается при перемещения шестерни в нижнее положение.

Для извлечения подшипников нижних опор валов VI и VII следует резьбовой конец съемника завернуть в отверстие М8 шайбы и легким постукиванием извлечь подшипник.

Все шестерни коробки подач изготовлены из качественной стали, а их зубчатые венцы термически обработаны.

Механизм подачи

Механизм подачи состоит из двух узлов: вертикального червячного вала и горизонтального вала подачи.

Вал связан с последней шестерней коробки подач и передает вращение валу через соединительную муфту. Червяк соединяется с валом при помощи кулачковых муфт, имеющих зубья треугольного профиля. Муфта служит для предохранения цепи подачи от перегрузки и отключения механической подачи при работе на жестком упоре.

Предохранительная муфта механизма подачи отрегулирована на передачу шпинделем максимального осевого усилия. Муфта обеспечивает нормальную работу станка. При регулировке необходимо постепенно сжимать пружину, вращая винт, освободив предварительно контргайку. Пружина предохранительной муфты рассчитана на максимальный момент на валу червяка.

При возрастании крутящего момента на валу червяка до максимального осевая составляющая окружного усилия на муфте перемещает полумуфту вниз, разъединяя ее с полумуфтой. Механическая подача при этом отключается. При вращении маховика через полумуфты вращается червяк, осуществляя тонкую подачу шпинделя вручную.

При выходе из зацепления, полумуфта находящаяся в кольцевом пазу муфты вилка, перемещаясь с рейкой, вызывает поворот шестерни и валика. Установленный на шлицах валика кулачок к моменту отключения полумуфт фиксируется пружинным фиксатором. Включение муфты после ее автоматического отключения производится рукояткой; этой же рукояткой осуществляют досылку муфты для включения маховичка ручной подачи.

Червяк находится в зацеплении с червячным колесом, сидящим на зубчатой муфте, свободно вращающейся на двух конических роликоподшипниках, размещенных на неподвижно укрепленной ступице. Через отверстие ступицы проходит полый реечный вал-шестерня. Задней опорой вала-шестерни служит игольчатый подшипник, расположенный в гнезде. Реечная шестерня входит в зацепление с зубьями рейки гильзы шпинделя.

На шлицевую часть реечного вала насажена втулка, имеющая два торцевых паза, в которых находятся ползушки. Зубья ползушек имеют специальный треугольный профиль, согласованный с профилем зубьев муфты. Внутри ползушек имеются пружины, под действием которых ползушки всегда стремятся выйти из зацепления с внутренними зубьями муфты.

Кроме втулки на шлицах реечного вала закреплена головка переключения, имеющая два паза, в которых на осях закреплены рычаги штурвала. Зубчатые секторы штурвальных рычагов входят в зацепление с реечной частью толкателя, находящегося в расточке вала-шестерни.

В положении штурвала «от себя» толкатель выдвинут вперед. При этом внутренний конец толкателя воздействует на ползушки через ролики, заставляя ползушки своими зубьями войти во впадины зубьев муфты. Шпинделю сообщается механическая подача или тонкая ручная подача маховичка. Если перевести штурвал в положение «на себя», толкатель уходит назад, и против роликов оказываются углубления, куда ролики заталкиваются под воздействием пружин. При этом зубья ползушек выходят из зацепления с зубьями муфты. В таком положении при повороте штурвала вращается реечный вал, сообщая шпинделю ручное перемещение (грубая ручная подача).

Втулка несет на себе червячное колесо, имеющее внутренние треугольные зубья. На червячное колесо насажен лимб со шкалой, градуированной в миллиметрах. В расточке лимба расположен червяк. При ново роте барашка вращается червяк, в результате чего лимб поворачивается относительно червячного колеса. Это позволяет производить тонкую настройку глубины сверления по нониусу. В пазу головки переключения размещается ползушка с треугольными зубьями по наружному контуру. При движении толкателя «от себя» ползушка перемещается в пазу от центра до тех пор, пока ее зубья не войдут во впадины внутреннего венца червячного колеса.

Перемещение толкателя осуществляется поворотом рукоятки, насаженной на хвостовик шестерни, которая входит в зацепление с зубьями, выполненными на хвостовой части толкателя. При движении толкателя «на себя» пружина выводит ползушку из зацепления с червячным колесом.

В лимбе размещена кнопка-упор, которая служит для отключения подачи на заданной глубине. Кнопка-упор имеет два фиксированных положения. В положении «на себя» она не препятствует вращению лимба. В положении «от себя» кнопка-упор при вращении лимба наезжает на шпонку, закрепленную в гнезде, и таким образом жестко связанную с корпусом головки. Если при этом включена механическая подача, то происходит срабатывание муфты. Внешним признаком срабатывания муфты служит поворот рукоятки.

Для предотвращения случайного включения механической подачи при нарезании резьбы метчиками служит специальная кнопка, которая насаживается на штырь, находящийся в стакане. Фиксированное положение кнопки обеспечивается при повороте попаданием ее зубьев в пазы стакана.

Совместно с механизмом подачи выполнен механизм ручного перемещения сверлильной головки, состоящий из маховика, полого валика-шестерни и паразитной шестерни. Последняя находится в зацеплении с рейкой, закрепленной на рукаве.

Через отверстие валика-шестерни проходит кабельная трубка, на переднем конце которой закреплена кнопочная станция с кнопками зажима и отжима сверлильной головки и колонны.

Шпиндель

Шпиндель станка (рисунок 1.6) вращается на трех точных радиальных подшипниках в пиноли. В передней (нижней) опоре, кроме двух радиальных подшипников, установлен упорный подшипник, воспринимающий осевую нагрузку при сверлении. Задняя (верхняя) опора состоит из радиального подшипника и упорного подшипника. Последний служит для восприятия осевых нагрузок при обратных подрезках и других аналогичных операциях.

Рисунок 1.6 — Шпиндель станка Посадочные поверхности под подшипники выполнены по первому классу точности. Затяжка упорных подшипников производится через опорную шайбу специальной гайкой, которая стопорится винтом.

Передача крутящего момента от коробки скоростей на шпиндель осуществляется через хвостовую часть его, которая своими шлицами сопрягается с гильзой коробки скоростей. Нижняя утолщенная часть шпинделя имеет конусное отверстие (Морзе № 5) для установки инструмента.

На пиноли шпинделя нарезана рейка для передачи движения подачи. Ограничение хода шпинделя обеспечивается специальной шпонкой, конец которой заходит в паз пиноли.

В нижней части пиноли запрессована масленка для смазки нижних опор шпинделя. Для доступа шприцом к смазочному отверстию у верхних подшипников необходимо отвернуть винты и снять переднюю крышку сверлильной головки. Смазку производить через отверстие в корпусе.

Во фланце имеется отверстие, в которое вставляется штифт для предохранения шпинделя от выпадения при демонтаже реечного вала.

Противовес

Пружинный противовес смонтирован в средней части сверлильной головки и служит для уравновешивания всего шпиндельного узла.

Усилие натяжения пружины можно регулировать, благодаря чему достигается уравновешивание шпиндельного узла при работе тяжелым инструментом.

Уравновешивающее усилие создается двумя спиральными ленточными пружинами. Постоянство этого усилия по длине хода шпинделя обеспечивается поверхностью барабана (выполненной по архимедовой спирали), на которую ложится роликовая цепь, Конец роликовой цепи закреплен на штыре. Второй конец цепи наматывается на барабан, выполненный заодно с шестерней, которая зацепляется с реечным валом.

На прифланцованном к корпусу сверлильной головки кронштейне на шарикоподшипниках вращается корпус спиральных пружин. Своим внешним витком пружины крепятся к корпусу, внутренний конец пружины входит во втулку.

На оси имеется муфта, которая торцевыми зубьями связана с втулкой. Муфта имеет два стопорных винта, которые своими наконечниками могут заходить в пазы червячного колеса и оси.

Червячное колесо закреплено на втулке и находится в постоянном зацеплении с регулировочным червяком. Стопорный винт может заходить в соответствующие пазы корпуса пружин. Стопорные винты используются при регулировке пружин, демонтаже узла, демонтаже реечного вала и шпинделя.

Регулирование пружин, уравновешивающих шпиндель с инструментом, осуществляется в нижнем положении шпинделя поворотом червяка по часовой стрелке.

Таблица Основные технические характеристики и данные радиально-сверлильного станка 2М55

1.4 Патентный поиск

1) Радиально-сверлильный станок: Пат. 14 158 Россия, МПК⁶ В23В39/12 / Жаринов В. Н, Зинов В. Л., Циковкин С. А.; ОАО «Стерлитамак М. Т. Е.» № 2 000 101 815/20; Заявл. 27.01.2000; Опубл. 10.07.2000, Бюл. № 7.

Станок радиально-сверлильный, содержащий размещенную на фундаментной плите вертикальную колонну, несущую бочку с рукавом, на котором смонтирована сверлильная головка, отличающийся тем, что, с целью улучшения конструкции и снижения веса станка для уменьшения изгибающей нагрузки, механизм коробки скоростей с приводом вращения шпинделя, механизм переключения скоростей, электрооборудование, ранее размещавшиеся в сверлильной головке, располагаются в бочке (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 — Радиально-сверлильный станок

2) Радиально-шарнирно-сверлильный станок: Пат. 2 006 135 017 Россия, МПК⁶ В23В39/00 / Барботько А. И.; Ессола Д., «Курский государственный технический университет» № 2 006 135 017/02; Заявл. 03.10.2006; Опубл. 10.04.2008.

Радиально-шарнирно-сверлильный станок — содержащий размещенную на основании вертикальную колонну, несущую поворотный кронштейн, приводы мерного поворота и продольного перемещения, включающие зубчатые передачи отличающийся тем, что поворотный кронштейн состоит из верхней и нижней частей, соединенных с помощью гребенчатого соединения обеспечивающего, как перемещение поворотного кронштейна вдоль оси колонны так и его вращение вокруг колонны, дополнительно на кронштейне установлена поворотная ось в виде вала, имеющая возможность вращения с заданной скоростью, на которой закреплен шпиндельный узел станка, содержащий коробки скоростей и подач, в станке, введен прижим, расположенный в колонне, выполненный за одно с корпусом механизма, содержащим зубчатую передачу, обеспечивающим перемещение поворотного кронштейна по вертикальному направлению посредством винта для регулирования его уровня относительно обрабатываемой детали.

3) Шпиндель: Пат. 2 080 215 Россия, МПК⁶ В25В19/02 / Ветлицын А. М., Хмылко Н. В., Алехин А. В.; Амур. ун-т— № 94 016 503/08; Заявл. 04.05.1994; Опубл. 27.05.1997, Бюл. № 15 (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 — Шпиндель

Изобретение относится к электромашиностроению и может найти применение в высокооборотных шпинделях, используемых в станкостроении и других отраслях.

Шпиндель действует следующим образом. При вращении ротора 3 в активных электромагнитных опорах 4 и 5 электропитание на них подается от блока управления 15 и блока питания 16. Блок управления 15 подключает также блок питания 16 к токосъемнику 9, подающему энергию на электромагнит 6, который взаимодействуя с диском 10 через стакан 11 и переходный диск 12 притягивает осевыми электромагнитными силами мембрану 13 и разжимает изделие 17 для его снятия. После установки очередной детали блок управления отключает электромагнит. Для исключения угловой несоосности механизм фиксации содержит сепаратор 18 с шариками, установленный между внутренней поверхностью стакана и наружной поверхностью ротора. В.А. Рогов

4) Шпиндельный узел: Пат. 2 080 214 Россия, МПК⁶ В23В19/02 /Рогов В.А.; Российский университет дружбы народов — № 94 019 866/02; Заявл. 30.05.1994; Опубл. 27.05.1997, Бюл. № 15 (рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 — Шпиндельный узел Изобретение относится к области станкостроения.

Устройство работает следующим образом. В начале работы подается электрический ток на коллектор 8 (например при помощи графических щеток — на чертеже не показаны), а далее на обмотку 7. Шпиндель 4 начинает вращаться. Одновременно подается ток и на катушки магнитных подшипников радиальных 2 и упорного 3. В результате в процессе работы шпиндель 4 вращается бед трения в магнитных опорах, а шарикоподшипники 5, 6 вращаются, не касаясь корпуса 1. Нагрузка, прикладываемая к шпинделю 4 в процессе резания, воспринимается магнитными опорами. Вибрации, возникающие в приводе при переходных процессах, а также в зоне резания, демпфируются материалом корпуса 1 и шпинделя 4.

Выводы по разделу

В данном разделе были рассмотрены общие сведения о сверлильных станках и о работах, проводимых на них, их назначение, классификация и область применения. Был произведён общий обзор радиально-сверлильных станков, где особое внимание было уделено конструкции и техническим характеристикам радиально-сверлильного станка модели 2М55, на базе которого выполнен данный дипломный проект. Произведен патентный поиск, в результате которого были найдены патенты на различные виды радиально-сверлильных станков и конструкции шпиндельных узлов. Это может быть использовано при модернизации радиально-сверлильного станка модели 2М55.

2. Технологическая часть

2.1 Анализ обрабатываемой детали (ступица грузовых автомобилей)

Автомобильное колесо состоит из пневматической шины, обода, ступицы и соединительного элемента. Обод колес у грузовых автомобилей плоский, имеет два бортовых кольца (рисунок 2.1). Съемное бортовое кольцо неразрезное и закреплено на ободе разрезным замочным кольцом.