СТАНИНА ДЛЯ СТАНКОВ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫ

Полезная модель относится к машиностроению.
Известен обрабатывающий центр по патенту РФ на полезную модель №10361, кл. B23Q 3/155 от 25.11.1997 г., состоящий из основания, с установленными на нем салазками, перемещающимися вдоль основания посредством передачи "винт-гайка качения", колонны, стола, перемещающегося вдоль салазок, инструментального магазина, установленного на кронштейне.
Недостатками известного устройства является сравнительно невысокая производительность и надежность из-за невысокой точности изготовления базовых деталей.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является станина для металлорежущих станков, состоящая из корпусных деталей и выполненная протяженной, коробчатого типа с горизонтальными направляющими, из чугуна и низкоуглеродистой стали, удовлетворяющих условиям стабильности размеров, жесткости и виброустойчивости, (Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов под ред. В.Э.Пуша, М., Машиностроение,1985 с.319-325, рис.17.7 - прототип).
Недостатками известного устройства является сравнительно невысокая производительность и надежность из-за невысокой точности изготовления базовых деталей.
Технически достижимый результат - повышение точности и надежности работы станка за счет выполнения станины протяженной, коробчатого типа с горизонтальными направляющими, из чугуна и низкоуглеродистой стали, удовлетворяющих условиям стабильности размеров, жесткости и виброустойчивости.
Это достигается тем, что в станине для станков сверлильно-фрезерно-расточной, состоящей из корпусных деталей и выполненной протяженной, коробчатого типа с горизонтальными направляющими, из чугуна и низкоуглеродистой стали, удовлетворяющих условиям стабильности размеров, жесткости и виброустойчивости, станина выполнена из чугуна марки СЧ 15 или СЧ 21 и низкоуглеродистой стали марок Ст-3 или Ст-4.
На фиг.1 представлен общий вид вертикальной стойки станка, на фиг.2 - общий вид протяженной станины коробчатого типа для станков сверлильно-фрезерно-расточной группы, на фиг.3 - сечение протяженной станины из бетона, на фиг.4 - конструкция накладных направляющих станины, на фиг.5 - общий вид станка сверлильно-фрезерно-расточной группы, в котором применены станины коробчатого типа с направляющими.
Сварные базовые детали станины 1 и стойки 8, (фиг.1 и 2) станка сверлильно-фрезерно-расточной группы (фиг.5) изготавливают при мелкосерийном производстве и широко применяют в станках, работающих при ударных и при очень больших нагрузках. Низкоуглеродистая сталь применяется при изготовлении сварных базовых деталей относительно простой формы. Достоинства сварных конструкций по сравнению с литыми чугунными в значительно меньшей массе при той же жесткости, поскольку модуль упругости стали почти в 2 раза выше чугуна (табл.1), в возможности применения более совершенных форм с точки зрения жесткости, в возможности исправления дефектов конструкции, в меньшей трудоемкости механической обработки и ускорении производства. При этом используется, в основном, листовая сталь марок Ст-3 или Ст-4 сравнительно большой толщины (8…12 мм). Тонкостенные базовые детали имеют толщину стенок 3…6 мм, что позволяет получить максимальную экономию металла, но технологически сложные из-за большого числа перегородок и ребер. Применение конструкционных фасонных профилей в сварных станинах 1 позволяет существенно снизить трудоемкость их изготовления.
Станина для станков сверлильно-фрезерно-расточной группы (фиг.2) содержит протяженную станину 1 коробчатого типа с горизонтальными направляющими 2, на одном из концов которой перпендикулярно ей закреплена вертикальная стойка 8 с вертикальными направляющими 9, по которым перемещается в вертикальной плоскости шпиндельная бабка 10 с электродвигателем 11 и расточной головкой 12. На станине установлены нижние салазки 3, совершающие движение по направляющим 2 станины и верхние салазки 4, перемещающиеся в плоскости, перпендикулярной направляющим 2 станины, на которых закреплен поворотный стол 5, с установленной на нем монтажной плитой 6, на которой базируется заготовка 7. В стенках станины 2 предусматриваются окна и вырезы по технологическим соображениям, а также для размещения внутри них некоторых вспомогательных устройств (элементов систем смазки и охлаждения, противовесов и др.). Для обеспечения высокой жесткости станину 1 и стойку 8 снабжают ребрами и перегородками (фиг.2 и 3). Основными материалами для станины 1 и стойки 8, удовлетворяющими условиям стабильности размеров, жесткости и виброустойчивости, являются чугуны, например марки СЧ15 и низкоуглеродистые стали, реже применяется бетон. Чугун обладает хорошими литейными свойствами, мало коробится, но имеет сравнительно низкие механические свойства.
Станок сверлильно-фрезерно-расточной группы с предложенной станиной работает следующим образом.
Заготовка 7 устанавливается на монтажной плите 6 поворотного стола 5 и может перемещаться во взаимно-перпендикулярных плоскостях за счет нижних салазок 3, совершающих движение по направляющим 2 станины и верхних салазок 4, перемещающихся в плоскости, перпендикулярной направляющим 2 станины, на которых закреплен поворотный стол 5. Расточная головка 12 приводится во вращение от шпиндельной бабки 10 с электродвигателем 11, которая имеет возможность вертикального перемещения по вертикальным направляющим стойки 9. При повышенных требованиях к износостойкости направляющих, выполненных заодно целое с базовой деталью, применяют также чугун марки СЧ 21. Однако, в литых чугунных изделиях образуются остаточные напряжения, которые могут привести к короблению базовых деталей станка (станины 1 и стойки 8) и нарушению точности станка.
Для снятия этих напряжений применяются различные методы старения: естественное старение, тепловая обработка, метод термоударов, отжиг, вибрационное старение, статическая перегрузка.
В бетонных станинах (фиг.3) направляющие и детали крепления базовых деталей могут быть залиты в бетон. Бетон имеет то положительное свойство, что он хорошо гасит вибрации, а это увеличивает динамическую жесткость станка. Кроме того, большая по сравнению с чугуном тепловая инерция делает бетон менее чувствительным к колебаниям температуры. Хотя модуль упругости бетона меньше, чем чугуна (см. табл.1), ту же жесткость бетонной станины можно достичь увеличением толщины стенок. Масса при этом остается в допустимых пределах, так как удельный вес бетона составляет только треть удельного веса серого чугуна. Силовое замыкание происходит непосредственно через бетон, обеспечивая эффективное гашение вибраций. Вместе с тем необходимо учитывать, что бетон после схватывания поглощает влагу, что влечет за собой изменения объема, а попадание масла на бетон повреждает его, т.е. необходимы мероприятия по защите бетона от влаги и попадания масла. В станинах тяжелых станков может быть применен железобетон. Обеспечивая такую же жесткость, как и чугунная станина, железобетон дает экономию металла примерно на 40…60%.
Для изготовления базовых деталей может быть применен полимербетон (фиг.3). Он включает наполнитель в виде кварца (силикат), мраморную или гранитную крошку и связующий материал - эпоксидную. акриловую или метакриловую смолу с отвердителем. Обладая достоинствами бетонной станины, полимербетоны не боятся воздействия масла и влаги.
Для всех способов изготовления базовых деталей могут быть применены конструкции накладных направляющих показаны (фиг.4), их применяют в сварных и литых станинах; крепят винтами, клеем, а также винтами и клеем одновременно, причем последний способ позволяет существенно увеличить контактную жесткость стыка направляющих. Расстояние между винтами, для устранения искривления и коробления, должно быть не больше удвоенной высоты планки. Тонкие пластины из высоколегированной закаленной стали толщиной 4…8 мм и сплавов цветных металлов толщиной 4…10 мм вклеивают в пазы станины (на чертеже не показано). Их применение позволяет более экономно использовать эти материалы. Число планок и пластин для составных направляющих должно быть минимальным, фаски на торцах и зазоры в стыках не допустимы, а после шлифования направляющих стыки не должны быть заметны.
Сравнительные характеристики различных материалов для изготовления базовых деталей (станины 1 и стойки 8)
Таблица 1
Физическая характеристика
Чугун серый
Сталь
Бетон
Полимер-бетон
Удельный вес, Н/дм<sup>3</sup>
70…72
77…79
18…24
20…24
Модуль упругости, Е·10<sup>4</sup>, Н/мм<sup>2</sup>
11.3…11,6
19,5…20,5
L4…4,0
3,6…5,0
Коэффициент теплового расширения, α·10<sup>-6</sup>, град<sup>-1</sup>
8,0…10,4
10…13
11…14
15…18
Теплопроводность, Вт/м·град
45…52
80
0,3…0,9
0,5…1,9
Предел прочности, σ<sub>B</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
100…300
400…1300
5…60
15…120
Логарифмический декремент затухания колебаний
0,0045
0,0023
0,02
0,02