Модернизация фрезерного станка ФСШ-1А

Министерство Науки и Образования Российской Федерации

Марийский Государственный Технический Университет

Кафедра ДОП

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине

Оборудование отрасли

на тему:

Модернизация фрезерного станка ФСШ-1А.

Выполнила: ст-ка гр. ТОЛДП-31

Казаринова А.А.

Проверил: профессор, д.т.н.

Торопов А.С.

Йошкар-Ола, 2006.

Введение.

Огромная роль лесной и деревообрабатывающей промышленности в ускоренном решении сложных социально-экономических задач развития нашего общества: сейчас древесина и изделия из древесных материалов занимают важное место в сфере строительства и промышленного производства, а также в сфере потребления.

Возникновение и развитие деревообрабатывающих станков тесно связано с общим развитием техники вообще. Современные деревообрабатывающие станки являются весьма разнообразными и развитыми рабочими машинами. Станки имеют большое количество механизмов, для которых используются механические, электрические, пневматические, гидравлические и другие приводы.

Повышается степень механизации и автоматизации станков, улучшается форма и повышается надежность станков в работе. Улучшаются также эксплуатационные и технологические возможности станков.

Развитию станков во многом благоприятствует древесина как объект обработки. Сравнительно легкая обрабатываемость древесины резанием дает возможность повысить скорость обработки при малых усилиях в системе стол-заготовка-инструмент. Простота форм и небольшой вес деталей облегчают установку, крепление и базирование их при обработке.

С развитием деревообработки возрастают требования, предъявляемые к станкам.

Разнообразие оборудования и режущих инструментов деревообрабатывающих предприятий  объясняется большим числом способов механической обработки древесины и древесных материалов, применяемых при изготовлении продукции.

Обработка древесины и древесных материалов резанием занимает ведущее место в деревообрабатывающих предприятиях. Она является наиболее сложной и дорогостоящей частью процесса производства изделий из древесины и древесных материалов.

Современные деревообрабатывающие станки являются сложными рабочими машинами. В их состав входят механизмы резания, подачи, базирования, настройки, регулирования, управления, загрузки и разгрузки деталей. Приводы станков включают механические, электрические, пневматические, гидравлические, вакуумные, электромагнитные устройства для обеспечения заданного движения рабочих органов.

Оборудование обновляется в связи с непрерывным совершенствованием технологических процессов.

Дальнейшие перспективы совершенствования деревообрабатывающего оборудования тесно связаны с решением проблемы внедрения малоотходных и безотходных технологий. Необходима комплексная автоматизация основных и вспомогательных процессов. Необходимо более широкое применение ЭВм для оптимизации процессов и программного управления работой механизмов в заданных условиях.

Одним из основных направлений развития современного станкостроения является автоматизация, включающая комплекс мероприятий организационного и технического порядка, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека. Вопросы автоматизации решаются не только при проектировании станков, но и при модернизации существующих.

При модернизации следует учитывать общие современные принципы конструирования машин вообще, а станков в частности: увеличение производительности и улучшение условий труда, надежность в эксплуатации, красивый вид, минимальный вес конструкции, использование эффективных способов передачи энергии, узловую компоновку, широкое применение стандартных, нормализованных и унифицированных деталей, высокую технологичность конструкции.

              Данная курсовая работа предполагает совершенствование    деревообрабатывающего фрезерного станка с шипорезной кареткой ФСШ-1А, используемый на предприятии для выполнения разнообразных фрезерных работ по дереву  с ручной подачей, нарезки простых шипов с помощью шипорезной каретки по средством установки на стол специального приспособления.

В технологическом процессе обработки вставок филенчатых дверей возникает необходимость обеспечения на ряду с продольным фрезерованием и поперечного строгания для получения фасонной поверхности. С этой целью предлагается обеспечить заготовке, расположенной на столе выше указанного станка и поперечное перемещение этой заготовки.

Для решения этой задачи необходимо установить на столе станка швеллер с цилиндрической направляющей. По цилиндрической направляющей перемещаются два ролика, соединенных с кареткой. Таким образом каретка получает возможность поперечного перемещения относительно стола. На каретку устанавливается заготовка с возможностью продольного и поперечного перемещения относительно фрезы.

Основные технические данные и характеристика станка, назначение, область применения. Описание конструкции и принцип работы станка.

Фрезерование – процесс резания со снятием циклоидальной стружки на цилиндрической или торцевой поверхности. По принципу фрезерования работают станки: 1) продольно-фрезерной группы: фуговальные, рейсмусрвые (пропускные) одно- и двусторонние, четырех- и трехсторонние; 2) фрезерные; 3) копировально-фрезерные; 4) шипорезные; 5) цепнодолбежные и другие специализированные станки с вращающимися фрезами и ножевыми валами.

Назначение фрезерования - чистовая обработка деталей с целью получения поверхностей заданной формы путем снятия припуска.

По конструктивным и технологическим признакам различают следующие основные типы фрезерных станков: с нижним расположением шпинделя, копировальные с верхним расположением шпинделя, карусельные и модельные. Фрезерные станки предназначены для плоской, профильной и рельефной обработки прямолинейных и криволинейных деталей и узлов способом фрезерования. Фрезерные станки нашли широкое применение во всех отраслях деревообработки, так как позволяют выполнять широкий ряд технологических операций: плоское и профильное фрезерование кромок, криволинейное фрезерование по шаблону (копиру), несквозное фрезерование пазов, нарезание шипов и выборку проушин и т.д. Эти операции можно выполнять как с ручной, так и с механической  подачей.

Фрезерный станок – один из универсальных станков, на котором выполняются разнообразные работы при изготовлении деталей прямолинейной и криволинейных форм. Фрезерные станки с верхним расположением вала фрезы служат для копировальных и гравированных работ.

Для зарезки простых шипов и ряда других работ универсально-фрезерный станок оснащается шипорезной кареткой. Различают станки с ручной подачей каретки и с механической подачей. Она перемещается по направляющим в плоскости стола, представляет собой плиту повышенной жесткости.

На фрезерных станках производится обработка заготовок из древесины и древесных композиционных материалов (древесностружечных, столярных, древесноволокнистых плит и фанеры).

Заготовками называются отрезки древесины или древесных материалов, имеющие размеры, равные или кратные размерам деталей с учетом припусков на последующую обработку, в том числе на усушку. Заготовки получают в результате раскроя пиломатериалов или композиционных материалов, имеющие большие размеры по сечению, длине или площади.

Технологический процесс получения готовой детали  из заготовки в общем случае включает ряд последовательных операций, выполняемых на фуговальных, рейсмусовых, четырехсторонних продольно – фрезерных, собственно фрезерных и, шлифовальных и других станках. В результате выполнения этих операций на заготовке формируются новые поверхности, точное положение которых относительно друг друга достигается соответствующим положением технологической базы заготовки на установочных и направляющих поверхностях конструктивных элементов станка.

По конструктивным и технологическим признакам различают следующие основные типы фрезерных станков: с нижним расположением шпинделя, копировальные с верхним расположением шпинделя, карусельные и модельные. Фрезерные станки предназначены для плоской, профильной и рельефной обработки прямолинейных и криволинейных деталей и узлов способом фрезерования, в том числе формирования сквозных и несквозных профилей, контуров, выборки пазов, гнезд, шипов и т.д. На рис. 1 даны виды обрабатываемых деталей на станках фрезерной группы.

На станках с нижним расположением шпинделя производят следующие виды обработки деталей: продольную плоскую и фасонную (рис. 1, а, б, в), криволинейную обработку прямых и фасонных кромок (г, д), по наружному и внутреннему контуру щитов и рамок (е, ж), несквозную зарезку пазов (з), а также шипов и проушин (и, к).

Фрезерные станки с нижним расположением шпинделя наиболее универсальны и находят широкое применение во всех отраслях деревообработки, так как позволяют выполнять широкий ряд технологических операций: плоское и профильное фрезерование кромок, криволинейное фрезерование по шаблону (копиру), несквозное фрезерование пазов, нарезание шипов и выборку проушин и т. д. Эти операции можно выполнять как с ручной, так и механизированной подачей заготовок.

Универсальный фрезерный станок с нижним расположением шпинделя и оснащенный шипорезной кареткой ФСШ – 1А предназначен для выполнения разнообразных фрезерных работ по дереву с ручной подачей, нарезки простых шипов с помощью шипорезной каретки.

Перечень составных частей станка (рис. 2):

1 – каретка

2 – прижим с линейкой

3 – станина

4 – ограждение инструмента

5 – бабка шпиндельная

6  - плита под моторная

7 – кронштейн шпинделя

8 – защита инструмента

9 – механизм подъема

10 – электрооборудование

Станок имеет всего две кнопки управления: «Пуск» и «Стоп», расположенные на пульте управления.

Каретка служит для перемещения пиломатериалов при фрезерных работах. Представляет собой консольно подвешенный столик в одной плоскости с основным столом станка. Перемещается вручную направляющим качения неподвижного кронштейна.

Прижим представляет собой штативную систему, предназначен для фиксации заготовок во время работы. Устанавливается и перемещается по правому и левому  Т –образному пазам каретки. Стопорение всех подвижных частей происходит винтовыми зажимами. К корпусу прижима подвижно закреплена базовая линейка, к которой прижимается материал во время работы. На линейке предусмотрен упор для установлении партии заготовок «в размер». На поверхности корпуса предусмотрена шкала для установки требуемого угла поворота линейки.

Станина представляет собой жесткую сварную коробчатую конструкцию, накрываемую плоским столом из чугуна. Внутри станины закрепляются приставные направляющие для монтажа привода главного движения. В нише станины монтируется электрооборудование станка. Допускается литой вариант станины.

Ограждение инструмента служит для ограждения режущего инструмента. Оно представляет собой литой корпус, в котором имеется патрубок для вытяжки стружки и пыли в общецеховую вентиляционную систему. В патрубке установлен регулируемый отражатель стружки. Правая опорная поверхность, под линейку, имеет механизм перемещения для настройки величин съема стружки (перпендикулярно направлению подачи).

Привод главного движения состоит из двухстороннего электродвигателя, поликлиновой передачи и шпиндельной бабки, соединенной с подмоторной плитой двумя штангами. Натяжение ремня осуществляется с помощью специального винта. Шпиндельная бабка состоит из чугунного корпуса, в котором на подшипниках качения смонтирован шпиндель. Предварительный натяг подшипников осуществляется комплектом пружин. В верхнем торце шпинделя выполнено конусное отверстие для установки оправки. При установке оправки шпиндель удерживается от поворота фиксатором, который сблокирован с приводом главного движения.

Кронштейн шпинделя служит для поддержания консольного конца оправки. Он состоит из стойки кронштейна с вращающейся опорой. Кронштейн приводится в движение по стойке с помощью реечной передачи.

Защита инструмента выполнена в виде сварного щитка с закрепленной на нем когтевой защитой. Щиток закрывает переднюю выступающую часть инструмента. Подъем щитка в процессе работы осуществляется передним торцем (гранью) движущейся заготовки. Возврат в исходное положение  - под действием массы щитка и пружины. Щиток имеет ограничитель хода, который настраивается в зависимости от размера заготовки. Ход щитка должен быть больше размера заготовки на 2…4 мм.

Механизм подъема состоит из винтовой пары, редуктора и маховичка. Он предназначен для подъема и опускания привода главного движения. Механизм подъема крепится на верхней крышке станины.

Работа станка: включением вводного переключателя на боковой стенке станка подается питание на силовые цепи и цепи управления, при этом на пульте управления должна загореться сигнальная лампа. В зависимости от предполагаемого вида работ заранее должен быть установлен соответствующий инструмент и направляющие приспособления, должны быть отрегулированы упоры, линейки. Воздействием на кнопку «Пуск» включают привод станка и подают вручную подготовленный к обработке материал на вращающийся инструмент.

Таблица 1. Основные параметры и размеры станка.

Принцип действия механизмов главного и вспомогательного движения фрезерного станка.

В станке с механической подачей              заготовок шипорезной кареткой 1 перемещение ее осуществляется пневмогидропривода через зубчатую 2 и 4 и цепную 3 и 5 передачи (рис.3). Пневмогидропривод смонтирован на кронштейне и крепится болтами к задней боковой поверхности стола станка. На кронштейне установлены пневмоцилиндр подачи Ц2, односторонний гидравлический демпфер с дросселирующим устройством Ц1, регулируемые упоры 6 и конечный пневматический выключатель РК3, служащие для обеспечения заданной длины хода каретки.

На штоке пневмоцилиндра крепится зубчатая рейка 4, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом 2, которое установлено на одном валу со звездочкой 3, приводящей в движение через цепь 5 каретку 1. Гидродемпфер смонтирован соосно с пневмоцилиндром и служит для стабилизации скорости подачи каретки.

Схема работает следующим образом. Воздух из цеховой пневмосети чере кран ВН поступает в узел подготовки воздуха, включающий в себя фильтр – влагоотделитель ФДВ, маслораспылитель МР, редукционный клапан давления КД, манометр МН и реле давления РД. Фильтр – влагоотделитель ФВД очищает воздух от твердых частиц величиной более 0,05 мм, остатков влаги и компрессорного масла. Далее воздух поступает в маслораспылитель МР, проходя через который он насыщается частицами масла для системы. С помощью редукционного клапана КД пневмосистеме станка устанавливается необходимое для его работы давления сжатого воздуха, контроль которого осуществляется монометром Мн. На выходе узла подготовки воздуха стоит реле давления РД, обеспечивающее отключение электросхемы питания двигателя механизма резания и его динамическое торможение при падении или исчезновении давления в пневмомагистрали.

Далее воздух поступает в пневмораспределитель РК1, РК2 и Р. В исходном положении воздух через пневмораспределитель Р поступает в левую полость пневматического цилиндра Ц2, перемещая поршень, а следовательно, и каретку в исходное положение.

При нажатии кнопки «пуск» срабатывают электромагниты ЭМ1 и ЭМ2, переключая пневмораспределители РК1 и РК2 во вторую позицию. Воздух, поступивший по магистрали 16 к пневмораспределителю Р, переключает его, выходя в атмосферу через пневмораспределители РК2 и РК3 и магистрали 18 и 24. После отпускания кнопки «пуск» срабатывает электромагнит ЭМ1 и пневмораспределитель РК1 принимает исходное положение, а пневмораспределитель РК2 сохраняет новое положение, что обеспечивается электросхемой управления. Магистраль 17 соединяется с атмосферой.

Воздух по магистралям 13 и 19 поступает к клапану последовательности КП и с поступлением в правую полость цилиндра Ц2 блокируется для обеспечения требуемого давления в сети. Пока в магистрали не будет достигнуто давление, достаточное для срабатывания пневмоклапана последовательности КП (больше, чем давление отрегулированной заранее пружины клапана), магистраль 19 не будет соединена с магистралью 22 и рабочий ход цилиндра (а следовательно, и каретки) не будет осуществлен. При срабатывании клапана КП магистраль 19 соединяется с магистралями 21 и 22 и воздух поступает в цилиндр Ц3 прижима заготовки и в правую полость цилиндра Ц2, причем пружина цилиндра Ц3 выбрана такой, что прижим срабатывает раньше, чем начнется движение поршня цилиндра Ц2. Далее поршень со штоком 8 и соединенная с ним рейка 4 и плунжер гидроцилиндра Ц1 начинают перемещаться влево. Реечно – цепной редуктор 4, 2, 3 и 5 приводит в движение каретку 1. Происходит рабочий ход. Скорость подачи каретки регулируется дросселем ДР с обратным клапаном. Масло из полости демпфера Ц1 вытесняется через дроссель в бачок Б. В конце рабочего хода кулачок 6 нажимает на ролик 7 конечного пневматического выключателя трехлинейного пневмораспредлителя РК3, при этом магистраль 25 соединяется с магистралью 24 и давление через пневмораспределитель РК2 передается на управление пневмораспределителем Р и переключает его. Воздух с другой стороны пневмораспределителя Р по магистрали 16 1ходит в атмосферу. При переключении пневмораспределитель занимает положение, указанное на схеме: магистраль 13 соединяется с магистралью 17, а магистраль 19 – с атмосферой. По магистрали 17 воздух поступает в левую полость цилиндра Ц2, заставляя поршень и шток перемещаться вправо, а вместе с ним и плунжер гидроцилинра Ц1. Каретка возвращается в исходное положение.

При этом поршень цилиндра, вытесняя воздух из правой полости, создает давление в магистралях 22 и 21, поддерживая давление в прижимах. При движении плунжера вправо масло из бачка Б заполняет цилиндр Ц1 не через дроссель, а через обратный клапан, за счет чего происходит ускоренный холостой ход каретки. После возврата каретки в исходное положение давление в магистрали 22 подает и воздух из прижима Ц3 и пневмоклапана КП уходит в атмосферу. Обработанная деталь освобождается, и пневмоклапан КП разрывает связь магистралей 19 и 20. При необходимости возврата каретки, не достигшей конца рабочего хода, следует нажать кнопку «стоп». При этом пневмораспределитель РК2 обеспечивается и под действием пружины принимает положение, показанное на схеме. Пневмораспределитель Р переключается, и карека возвращается в исходное положение. При исчезновении напряжения в электросети пневмораспределитель Рк2 обеспечивает те же действия, как это было указано выше.

Описание кинематической схемы станка.

На литой чугунной станине 1 коробчатой формы высокой жесткости крепятся чугунный стол 8 с ребрами жесткости на нижней поверхности
и шпиндельный суппорт (шпиндельная бабка) 5, шпиндель II которой заканчивается инструментальной оправкой V, выступающей через отверстие
в поверхности стола и служащей для крепления режущего инструмента 9. Привод шпинделя во вращение осуществляется от вала I двухскоротного асинхронного электродвигателя 23, установленного на задней стенке станины на поворотной плите, через плоский синтетический ремень 25 и шкивы 24 и 2. Натяжение ремня – тарированное, регулируется маховиком 21 и винтом VII через торированную цилиндрическую пружину сжатия 22. Шпиндельный суппорт представляет собой чугунный корпус, в котором  на высокоточных подшипниках качения 3 и 6 смонтирован шпиндель.

Настроечные перемещения суппорта по высоте выполняются маховиком 20 через вал II, вращение которого через червячную пару 18 и 19 передается винту IV, зафиксированному в осевом направлении в упорных подшипниках 17 и 26. Ввертывая в неподвижно закрепленную на суппорте гайку 27, винт IV заставляет перемещаться суппорт по высоте на величину 160 мм. Суппорт
в заданном положении фиксируется винтом 4. Чтобы при настройке суппорта по высоте плоский ремень 25 не соскочил со шкива 2, последний выполняется длиннее шкива 24, закрепленного на валу электродвигателя, на максимальную величину перемещения, то есть 160 мм.

После модернизации станка его кинематическая схема  имеет вид: Рис….

Данная схема отличается от предыдущей тем, что позволяет двигать заготовку как в продольном, так и в поперечном направлении. Движение в поперечном направление достигается посредством ручной подачи вдоль направляющих № .. с помощью цилиндрических роликов. Направляющие жестко сцеплены с кареткой станка. Таким образом при вращательном движении роликов обеспечивается поступательное движение стола в поперечном направлении.

Режущий инструмент.

Фрезерный инструмент наиболее широко применяется для обработки деталей на фрезерных, калевочных, шипорезных, копировальных и других  деревообрабатывающих станках.

В качестве режущего инструмента на фрезерных станках применяют фрезы, закрепленные на шпинделях. По конструкции фрезы подразделяют на цельные и со вставными резцами; по способу крепления  - на насадные и концевые; по форме – на цилиндрические, пазовые и фасонные.

Для фрезерных станков наибольшее распространение получили конструкции сборных насадных фрез, представленные на рис. 5. Дисковая пазовая фреза (рис.5, а) предназначена для фрезерования пазов и проушин на станках с шипорезной кареткой. Такая фреза содержит вставные ножи 1, укрепляемые в клиновых пазах корпуса 4 клиньями 2 и распорными винтами 3. Внешний диаметр Д фрез 200; 250; 320 и 360 мм. Ножи изготавливают из стали или оснащают пластинками твердого сплава длинной 50 мм и шириной 8; 12; 16 и 20 мм. Диаметр посадочного отверстия 32 и 40 мм.

Цилиндрическая сборная фреза с прямыми ножами (рис. 5, б) имеет центробежно – клиновой способ крепления ножей. Фреза состоит из корпуса 4, ножей 1, клиньев 2 и распорных болтов 3. При вывинчивании болтов 3 клинья 2 прочно закрепляют ножи в корпусе. Для надежного крепления ножей усилие затяжки составляет 30 -40 Н при длине ключа 120 – 140 мм. Во время вращения фрезы под действием центробежных сил усилие зажима ножа в корпусе возрастает.

Фрезы выпускают в двух исполнениях: исполнение А – с плоскими стальными ножами длиной 40; 60; 90; 110; 130; 170 и 200 мм; исполнение Б – с ножами, оснащенными пластинками твердого сплава ВК15. Внешний диаметр фрез 80; 100; 125; 140; 160 и 180 мм. Существуют аналогичные конструкции фрез для профильного фрезерования, а также нарезки шипов.

Составные фрезы собирают (составляют) из двух и более цельных фрез для обработки сложных (двусторонних) профилей, имеющих участки, расположенные в плоскости вращения фрезы. Сборные насадные фрезы имеют сменные режущие элементы – резцы или ножи. В этом их основная особенность. Сборные насадные фрезы состоят из корпуса, режущих элементов в виде ножей или резцов, деталей крепления, регулирования, центрирования и зажатия на шпинделе станка. Сборные насадные фрезы обеспечивают постоянство диаметра резания независимо от переточек.

Фланцевая фреза (головка) с регулируемыми ножами показана на рис.5, в. Ножи 6 установлены между нижним 5 и верхним 7 фланцами, в которых находятся специальные пазы для базирования ножей под заданным углом резания. Верхний и нижний фланцы в сборе с ножами соединяются стяжными болтами 9. Верхняя боковая кромка каждого ножа выполнена в виде рейки, зубья которой взаимодействуют с винтовой нарезкой регулировочного винта 8. Вращая винт, можно изменить выступание ножа относительно фланцев и добиться заданной точности положения лезвия на окружности резания. Кроме того, регулировочный винт предохраняет ножи от вылета при вращении фрезы. Различают левые и правые фланцевые головки. Для оснащения таких головок изготовляют плоские цельные ножи из быстрорежущей стали и ножи, оснащенные пластинками твердого сплава.