Металлорежущие станки

Станочное оборудование

2013-09-20T23:20:34Z

Основные этапы создания металлообрабатывающего оборудования

Порядок проектирования металлорежущих станков установлен отраслевым стандартом «Разработка и постановка продукции на производство», который разработан на основе соответствующего ГОСТа «Разработка и постановка продукции на производство. Основные положения», а также в соответствии с требованиями ЕСКД, ЕСТД и др. документов.

ОСТ устанавливает следующие этапы создания металлорежущего оборудования:

1) Техническое задание, которое разрабатывается на все станки, включая и модернизируемые;

2) Техническое предложение;

3) Эскизный проект;

4) Технический проект, который разрабатывается на все станки, включая и модернизируемые;

5) Рабочая конструкторская документация;

6) Техническая подготовка производства;

7) Выпуск опытного образца;

8) Выпуск опытной партии

На всех стадиях проектирования станка проводится художественное конструирование. Инженерное и художественное конструирование – это единый процесс создания станка. Художественное конструирование состоит из ряда этапов соответственно стадиям инженерного конструирования.

Содержание разделов технической документации технического задания при проектировании станочного оборудования

Техническое задание содержит основные сведения о назначении оборудования, т.е. какие детали, с какой точностью, размерами и производительностью предполагается обрабатывать на разрабатываемом станке. Обосновывается целесообразность создания нового оборудования на основе анализа научно-технической информации, патентного поиска и сопоставления существующих технических решений. Проводится экономическое обоснование и назначаются основные технико-экономические показатели.

Содержание разделов технической документации технического предложения при проектировании станочного оборудования

Техническое предложение разрабатывают в тех случаях, когда это оговорено в разделе «Стадии и этапы разработки» технического задания или в договоре на разработку с учетом новизны и сложности станка. Исходным документом при разработке технической документации является техническое задание.

Техническое задание является первым этапом проектирования и включает в себя:

а) обоснование главных особенностей проектируемого станка;

б) обоснование и уточнение технической характеристики;

в) выбор источников движения;

г) дополнительные патентные исследования и поиск научно-технических достижений по отдельным вопросам конструкций, технологий и т.д.;

д) уточнение экономической эффективности;

е) выбор возможных компоновок и их анализ.

Содержание разделов технической документации эскизного проекта при проектировании станочного оборудования

Эскизный проект разрабатывают в тех случаях, когда это оговорено в разделе «Стадии и этапы разработки» технического задания или в договоре на разработку с учетом новизны и сложности станка. Исходным документом при разработке технической документации является техническое задание. Он разрабатывается для установления принципиальных (конструктивных, схемных и др.) решений, дающих общее представление о принципе работы и устройстве станка, когда это целесообразно сделать до разработки технического проекта или рабочей документации. Предварительная проработка всех узлов.

Содержание разделов технической документации технического проекта при проектировании станочного оборудования

Технический проект разрабатывается по утвержденному техническому заданию, техническому предложению и эскизному проекту (если они предусмотрены техническим заданием) для выявления окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции станка, когда это целесообразно сделать до разработки рабочей документации. Применяются окончательные технические показатели, разрабатываются общие виды и сборочные чертежи всех узлов, проводятся уточненные расчеты и определяется окончательно эффективность оборудования.

Содержание разделов рабочей конструкторской документации при проектировании станочного оборудования

Рабочую документацию (рабочий проект) разрабатывают по утвержденному техническому проекту. Разработка рабочей документации осуществляется в соответствии с требованиями стандартов и действующих на предприятии-изготовителе техпроцессов и оборудования. Рабочий проект включает в себя всю документацию, необходимую для представления о конструкции, материалах, технических параметрах и т.д. оборудования: рабочие чертежи всех деталей, сборочные чертежи и чертежи общего вида и т.д.; кинематические, электрические, гидравлические, пневматические и т.д. принципиальные и монтажные схемы; руководство по эксплуатации, паспорт, спецификации.

Проектные критерии, предъявляемые к станочному оборудованию

Современное машиностроение наряду с непрерывным ростом потребления металлорежущих станков предъявляет к ним все более высокие требования в отношении их качественных показателей. Основными технико-экономическими показателями качества станка, которые конструктор должен знать и учитывать в первую очередь, являются следующие.

1. Максимальная производительность при обеспечении заданной точности и шероховатости обработанной поверхности. Производительность станка может быть оценена количеством деталей, обработанных на нем в единицу времени. Для достижения максимальной производительности следует сокращать как основное время, необходимое на непосредственное резание, так и вспомогательное, затрачиваемое на установку и снятие заготовки.

2. Точность работы. Точность работы станка зависит от геометрической и кинематической точности станка, температурных деформаций станка ,жесткости деталей и стыков, износа деталей и возможности его компенсации, правильности установки и эксплуатации станка, конструкции и точности зажимных приспособлений и т.д.

3. Простота, легкость и безопасность обслуживания и управления, удобство ремонта. Уменьшение утомляемости рабочего и безопасность работы на станке достигаются максимальной автоматизацией, удачной компоновкой станка, рациональным расположением органов управления, обеспечением малых усилий на органах управления, снижением шума до минимума и т.д.

4. Надежность и долговечность.

Надежность – способность станка обеспечивать при эксплуатации заданные технологические параметры в течение определенного срока службы с условием своевременных технического обслуживания, ремонта и т.д. Нарушение работы станка называется отказом.

Безотказность станка – свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени. Вероятность безотказной работы станка определяется как произведение вероятностей безотказной работы всех узлов станка.

Интенсивность отказов – это условия плотность вероятности возникновения отказа в единицу времени.

Долговечность станка – свойство станка сохранять работоспобность в течение некоторого времени с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до наступления предельного состояния.

Технический ресурс – наработка от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние.

Ясно, что высокое качество станка в целом должно включать, кроме надежности ,и другие показатели, как точность, производительность, экономичность и т.д. Эти показатели взаимосвязаны и должны рассматриваться только совместно.

5. Низкая себестоимость изготовления деталей на станке. Для выполнения этого требования необходимо обеспечить высокую производительность станка, максимально автоматизировать цикл его работы.

6. Малые затраты на изготовление станка и малые эксплуатационные расходы. Это требование выполняется повышением технологичности конструкции станка.

7. Малая металлоемкость (материалоемкость) и габаритные размеры. Габаритные размеры станка и различных устройств, поставляемых вместе с ним, существенным образом влияют на рациональное использование производственных площадей, так как с увеличением занимаемой станком площади растут эксплуатационные расходы. Поэтому вертикальная компоновка станка с этой точки зрения является более выгодной, чем горизонтальная.

8. Технологичность конструкций. Технологичность конструкции станка характеризуется степенью сложности изготовления деталей и сборки его узлов, а также количеством оригинальных, унифицированных, нормализованных и стандартных деталей и узлов.

9. Возможность переналадки станка при смене объекта производства (для некоторых типов станков, например агрегатных)

10. Эстетический уровень.

11. Степень унификации, нормализации и стандартизации.

12. Патентоспособность и патентная чистота.

С развитием науки и техники перечисленные требования к станкам изменяются, определяя новые направления в развитии станкостроения. Поэтому конструктор должен следить за достижениями в области технологии производства и станкостроения.

Обобщенные (базисные) показатели оценки качества оборудования (эффективность, производительность, гибкость, надежность)

Любая обработка характеризуется 3-мя основными параметрами: качество обработки (точность и шероховатость), производительность, стоимость обработки.

Чем выше квалитет точности, тем выше класс шероховатости, выше стоимость обработки. При выборе технологии стремятся обеспечить: максимальную эффективность, набольшую производительность, высокую точность, высокую надежность, гибкость оборудования.

Экономическая эффективность – один из главных критериев в современных рыночных условиях. После выбора нескольких вариантов тех.процессов определяется себестоимость (затраты на материалы, зарплату, эксплуатацию) Рассчитываются капитальные вложения на оборудование, площади, оснастку. Сумма себестоимости и капитальных вложений с определенным коэффициентом являются приведенными затратами. Разность приведенных затрат по 2-м вариантам определяет экономическую эффективность.

Производительность – способность станка обеспечить обработку определенного числа деталей в единицу времени.

Штучная производительность:

где Т_о – годовой фонд времени (ч);

Т_шт – трудоемкость обработки (время загрузки детали, закрепления, холостые ходы, обработка, снятие со станка, Т_п-з);

N – программа выпуска (шт.)

Производительность универсального оборудования определяется по представительной детали, которая имеет вид, массу, размеры и допуски усредненной из обработанных деталей.

Технологическая производительность – возможность на станке снимать максимальный объем материала, максимальные припуски на максимальных режимах за единицу времени.

Интенсивность отказов – это условия плотность вероятности возникновения отказа в единицу времени.

Технический ресурс – наработка от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние.

Гибкость станочного оборудования – способность к быстрому переналаживанию на изготовление других деталей. Чем чаще происходит смена деталей ,тем большей гибкостью оно должно обладать.

Универсальность – это возможность использования станка для обработки деталей различных форм и размеров.

Переналаживаемость - определяется потерей времени и средств на переналадку при переходе от одной партии к другой.

1 – автоматические линии;

2 – переналаживаемые автоматические линии;

3 – гибкие станочные системы;

4 – станочные модули и станки с ЧПУ;

5 – станки с ручным управлением.

Точность – один из основных показателей технической характеристики станка. Источники возникновения погрешностей

Точность станка определяет точность обрабатываемых на нем деталей, погрешность – величина обратная точности. По характеру и источникам возникновения все погрешности станка можно разделить: геометрическая, кинематическая, технологическая, динамическая (виброустойчивость), конструкторская, управления.

Геометрическая погрешность зависит от:

1)точности изготовления отдельных деталей станка;

2)точности взаимного расположения узлов станка при отсутствии внешних воздействий;

3)качества сборки;

4)регулировки.

Кинематическая погрешность – рассогласование скоростей перемещения двух или нескольких исполнительных механизмов станка, в котором присутствуют сложные движения. Это разница между фактической и расчетной скоростями перемещений узла, выраженная в условных единицах, реже в процентах.

Возникает из-за:

1)неточное изготовление исполнительных узлов (ходовой винт-гайка – это погрешность шага на разных участках);

2)неточная настройка;

3)неточность сборки;

4)износ инструмента – один из наиболее важных и постоянно изменяющихся факторов и в большей степени влияющий на точность обработки. Для компенсации износа: взять лучше материал режущей части + Т/О + покрытие; изменить режимы резания; чаще контролировать; автоматические системы слежения и поднастройки.

Динамическая устойчивость: при неравномерности снимаемого припуска по длине и т.д., меняются силы резания. Динамические факторы при движении неуравновешенных или работающих прерывисто исполнительных органов станка. Определяют амплитудно-фазовые и АФЧХ. Применяют различные приспособления, адаптивные системы гашения колебаний. Выявляют источник колебаний, разрабатывают меры по их слежению. (Маховики подвергают статической и динамической балансировке.)

Конструкторские погрешности. Жесткость системы СПИД – свойство противостоять упругим перемещениям под действием постоянных или медленно изменяющихся во времени силовых факторов. Податливость – величина обратная жесткости. Теплостойкость – сопротивляемость станка возникновению недопустимых температурных деформаций.

Погрешности систем управления. Точность позиционирования – вывод исполнительного органа станка в заданную позицию по одной или нескольким координатам. Влияние оказывают случайные и систематические погрешности, которые учитываются. При множестве подводов в заданное положение в разных направлениях получается разброс попадания – зона нечувствительности. При подводе в одном направлении – зона рассеяния называется стабильностью позиционирования. Величина зоны нечувствительности зависит от: зазоров, величины единичного перемещения (цена деления), инерционности. Точность позиционирования – один из главных параметров технической характеристики.

Критерии работы станочного оборудования – жесткость. Методы повышения жесткости.

Жесткость - способность сопротивляться появлению упругих перемещений или деформаций под действием нагрузки F

Угловая жесткость- отношение приращения моментов М к угловой деформации

Обратная жесткость-податливость

; ; ;

E-модуль упругости

G-модуль сдвига

J-момент инерции

-полярный момент инерции

Прикасание шарика с плоскостью:

Для неподвижной плоскости стыков:

К-коэффициент контактной податливости(от материала и качества обработки поверхности)

Р-сред.уд давления в стыке

М-показатель степени

С увеличением Р-деформация снижается

При определении слабых мест в конструкции необходимо знать какую долю податливости вносит деформируемый элемент. Составляется баланс податливости.

1-стойка

2-станина

3-салазки

4-стол

5 спутник

С1-С10 – жесткости элементов станка

–общая жесткость(с последовательной связью)

–(c параллельной связью)

Название элемента

Баланс податливости

Узлы перемещения стола

Направление и корпус стойки

Корпус шпиндельной бабки

Шпиндельный узел

Станина

Доля элемента в общем балансе, в %

Y41,1

29,1

15,6

12,3

1,9

Z82,6

7,2

Методы повышения жесткости:

1. Создание предварительного натяга в подшипниках и направляющих

2. Уменьшение числа элементов и стыков в силовом потоке

3. Повышение качества обработки стыков

4. Применение рациональных сечений

Критерии работы станочного оборудования – прочность. Методы повышения прочности.

Элементы и детали станка должны обладать такой прочностью что бы в течении всего периода эксплуатации не происходило их поломок. Поломка это не допустимый вид выхода из строя детали и является следствием не правильного расчета и подбора материала или недопустимых методов эксплуатации.

Поломки детали из-за усталости происходят в шпинделях и валах, зуб. Колесах и носят аварийный характер. Статическая прочность определяет размеры лишь некоторых деталей станков: кронштейнов, медленно вращающихся валов, и зубчатых колес, крепежных винтов некоторых корпусных деталей. Расчет ведут по формулам сопротивления материалов как это принято в курсах деталей машин.

2.1 Усталостное разрушение – возникает при переменных нагрузках (зуб. Колесо, валы, подшипники качения и т.д.), т.е. усилие не постоянное. Обычно используется линейное суммирование усталостных повреждений. Расчет ведут по эквивалентным числам циклов нагружений и эквивалентным нагрузкам.

G – напряжения

- циклы

m – показатель степени(при контактных напряжениях m=3, изгиб m=6…9 от т/о)

2.2 Пластическое деформирование – испытывают в основном детали из вязких материалов без т/о ( искривление валов, смятие шпонок)

2.3 Хрупкие разрушения – маловязкие материалы при действии ударных нагрузках (зажимные цанги, корпуса патронов)

Критерии работы станочного оборудования – износостойкость. Методы повышения износостойкости.

Износостойкость – причина входа из стоя подавляющего числа станков и деталей.

Основным параметром является износ. Пример: разрушение или отделение материалов с поверхности твердого тела приводит к потере точности, снижение КПД, снижение прочности, возрастанию шума и т.д.

Виды изнашивания:

3.1 Механические (абразивное изнашивание) – изнашивание твердыми посторонними частицами.

Противодействие - повышение износостойкости за счет повышения твердости(т/о)

Критическая твердость 60% от твердости абразива.

3.2 Молекулярное изнашивание (схватывание трущих поверхностей). Особенно опасно при незакаленных и химически однородных материалов.

3.3 Коррозионномеханическое изнашивание (сопровождается химическим и электрически взаимодействием материалов)

3.4 Водородное изнашивание – повышенная влажность и нефтепродукты, сталь по медным сплавам.

3.5 Эрозионные и кавитационное изнашивание.

Методы снижения износа на работоспособность:

1) при воздействиисилыFграни направляющих по разному влияют на точность размера d.

2) Создаются постоянные усилия (постоянное удвоение давления Р или произведение силы на скорость на поверхностях трения).

4)Применение бесконтактных механизмов: электромеханическая передача винт-гайка или гидростатических направляющих штосселя зубодолбежного станка.

5) создание усилии для хорошего смазывания деталей: в паре трения желательно жидкостное трение.

6)Применение пористых материалов.

7)разгрузка от усилий ответственных элементов

8) компенсация и самокомпенсация зазоров.

9)правильны выбор трущихся пар – сочетание ТВ. Материалов с мягкими

10) Защита рабочей поверхности от загрязнений

11)своевременная замена масла

12)правильное назначение шероховатости трущихся поверхностей

12 Критерии работы станочного оборудования – теплостойкость. Методы повышения теплостойкость.

В результате нагрева возникают вредные для станка явления:

1) понижается точность станка(температурные деформации из-за неравномерного и равномерного нагрева детали)

а)из-за разного коэффициента расширения детали, непостоянство температурного поля в пространстве.

б)из-за разной тепловой инерции детали и их элементов зависит от массы, теплостойкости, инертности нагрева.

2)изменение величины зазоров в подвижных соединениях. Искажение геометрии сопряжения

3)снижение защитной способности масляного слоя

4)понижение стойкости

Способы уменьшения влияния температурных явлений на работоспособность:

1. Создание термосимметричных конструкций

2. использование охлаждения особенно для наиболее важных узлов и стабилизация температуры масла

3. выбор материала детали с низким коэффициентом теплопроводности

4. теплоизоляция

5. рациональное закрепление детали

6. применение самоустанавливающих механизмов и элементов

7. автоматическое обеспечение зазоров и натягов

8. применение статически определяемых систем

9. снижение влияния деформации (использование схем компенсации)

10. самокомпенсирующая деформация. При выбранных размерах между подшипниками, когда оси роликов пересекаются в одной точке изменение размеров подшипников компенсируется осевыми деформациями вала

11. выбор направления деформации

12. применение систем адаптации

Критерии работы станочного оборудования – виброустойчивость. Источники возникновения вибраций. Методы повышения виброустойчивости.

Виброустойчивость – способность станка работать в требуемом диапазоне режимов без не допускания колебаний. В станках во время работы возникают: вынужденные колебания, вызванные внешними периодическими силами; автоколебания и самовозбуждающие колебания, являющимися наиболее распространенными в станках. Возмущающие силы вызываются самими колебаниями (автоколебания связаны с падением силы трения или повышением скорости). Расчеты на колебания проводят для упругих систем станка в целом, учитываются упругие и контактные деформации, деформации в стыках. Одним из основных методов улучшения динамических характеристик является повышение жесткости конструкции, не всегда с повышением массы. Повысить виброустойчивость можно перераспределением массы внутри станка, уменьшить массу тех узлов в которых ожидается максимальная амплитуда. Эффективным способом повышения виброустойчивости является повышением демпфирования, достигается за счет применения материалов, гидростатических направляющих и опор скольжения, расположением стыков и направляющих перпендикулярно основным формам колебаний, применением демпферов со вспомогательной массой.

Эргономические основы проектирования оборудования. Основные задачи эргономики. Дизайн, функционализм, стилизация, стайлинг

Главной движущей силой технического прогресса было и есть стремление создавать более производительные, надежные, долговечные, экономичные средства производства. Создавая средства производства, человек стремится сделать их максимально удобными и красивыми, так как стремление к красоте неотделимо от человека. Поэтому в процессе развития производительных сил эстетизация предметной среды приобретает все большее и большее значение.

Техническую эстетику и художественное конструирование обозначают термином дизайн, имеющим несколько значений: инженерное и художественное конструирование, систему теоретических взглядов в этой области, результаты творчества художника-конструктора и метод его работы. В дизайне можно отметить следующие направления: истинный дизайн, функционализм, стилизация, стайлинг.

Истинный дизайн – это создание изделия на основе эргономики, функционального и композиционного анализов, передовых технических требований. Форма изделия в этом случае наиболее точно отображает его практическое назначение (функцию).

Функционализм – формообразование изделия на основе совершенствования функции, т.е. в основе создания изделия лежит прежде всего отработка функции, которой отдается предпочтение перед формой.

Стилизация – конструирование внешнего вида нового изделия по существующему образцу. Стилизация способствует распространению современных форм изделий и модернизации производства.

Стайлинг – конструирование изделий, отличающихся от своих аналогов лишь внешним видом. Постоянная модернизация изделия не вызывает существенной модернизации производства.

Эргономика - наука, изучающая функциональные возможности человека в трудовых процессах с целью создания для него совершенных орудий и оптимальных условий труда, т.е. таких условий, которые, делая труд человека высокопроизводительным и безопасным, в то же время обеспечивают человеку необходимые удобства и экономят его силы, здоровье и работоспособность. Эргономика включает в себя инженерную психологию, антропометрию и ряд вопросов физиологии и гигиены труда.

К основным вопросам эргономики относятся закономерности зрительного восприятия, антропометрические данные, биомеханические возможности человека.

Антропометрия и биомеханические возможности человека. Рабочая зона и рабочее пространство. Основные типы органов управления и индикации. Эргономическая оценка промышленного оборудования

Антропометрия – измерение тела человека. Антропометрические данные кладут в основу проектирования машин, орудий труда, помещений, потребительских изделий, что делает возможным правильную и эффективную эксплуатацию этих предметов. Антропометрические данные включают основные размеры человеческого тела и пределы движения конечностей. Например, средний рост мужчин в Российской Федерации равен 170 см, женщин – 157 см. В процессе проектирования нового и изучения существующего оборудования желательно провести антропометрический анализ, который дает возможность выявить недостатки компоновки отдельных узлов и расположения органов управления. К особенностям биомеханических возможностей человека можно отнести:

1) рука человека двигается лучше и быстрее в горизонтальной плоскости, чем в вертикальной, причем правая - против часовой, левая - по часовой;

2) там, где требуется быстрая реакция, нужно использовать движение по направлению "к себе";

3) движения вперед и назад быстрее, чем движения в стороны;

4) каждое движение должно заканчиваться в положении, удобном для начала следующего движения;

5) при работе двумя руками движения должны быть симметричны и противоположны, а также обе руки должны одновременно начинать и закачивать действия;

6) мускулы меньше утомляются при динамической работе, чем при статической, в связи с этим статическая работа при обслуживании оборудования должна быть сведена до минимума;

7) время переключения органа управления должно быть минимальным;

8) движение менее утомительно, если оно совершается в направлении положительного действия силы тяжести;

9) движения по окружности предпочтительнее, чем прямолинейные;

10) движение под прямым углом изменяется значительно быстрее, чем под тупым; плавно закругленные движения быстрее движений прямолинейных и имеющих резкое и внезапное изменение направления;

11) точные движения лучше выполняются сидя, чем стоя;

12) движения, ориентированные механическими устройствами, быстрее, чем движения, зависящие только от визуальной опенки;

сила предплечья больше при согнутой руке, чем при вытянутой.

А - рабочее пространство; Б - зона удобного размещения устройств; В - оптимальное рабочее пространство; а - зона, удобная для обеих рук; б - расстояние между центрами оптимального рабочего пространства

Эргономический анализ органов управления в основном производится по следующим трем критериям:

1) удобство размещения органов управления;

2) величина усилия, необходимого для переключения рукояток;

3) время, необходимое на переключение и процент неудачных переключений, т.е. переключений, которые не удается выполнить с первого раза.

Оценка двух первых критериев производится путем сравнения параметров, характеризующих органы управления оборудованием, с цифрами, приведенными в таблице, разработанной ЭНИМС. В этой таблице приведены допустимые значения усилий на органах управления металлорежущих станков средних размеров в зависимости от частоты переключения рукоятки, ее расположения и направления усилия, необходимого для ее переключения. Здесь же указаны пределы рекомендуемой зоны расположения органов управления по высоте.

Понятие привода, назначение, требования к приводам, основные виды приводов, основные способы регулирования скорости приводов.

Привод – совокупность механизмов, передающих движение от источника энергии до элемента, выполняющего заданное движение в станке.

Назначение привода: приводы МРС предназначены для осуществления рабочих, вспомогательных и установочных перемещений.

Их делят на приводы гл.движения (обеспечивают скорость резания) и приводы подач (для координатных и вспомогательных перемещений).

Требования к приводу:

Общие: соответствие осн. хар-к привода (v перемещения, мощности, крутящего момента, хар-ка диапозона регулирования скорости и т.д.)

Технологические требования:

· обеспечение обработки деталей заданной номенклатуры с заданной производительностью, точностью и параметрами шероховатости;

· обеспечение заданных конструктивно-технологических требований по хар-кам точности перемещения раб.органа, уровню автоматизации управления приводом, удобство компановки;

· надежность привода в эксплуатации, особенно ограничение перегрузок при переходных процессах;

· высокий КПД привода, чтобы был минимум энергетических потерь;

· ограничение уровня шума (ниже нормы);

· применение унифицированных типовых стандартизованных покупных узлов-агрегатов, других элементов приводов;

· рациональные габариты, материалоемкость и стоимость привода.

Виды приводов:В общем случае в привод входит источник движения (двигатель), механизм изменения передаточного отношения, механизмы вкл/выкл реверсирования, исполнительный орган.

В станках применяют приводы:

1. вращательного движения;

2. прямолинейного;

3. периодического (храповые механизмы, мальтийские кресты)

Для главного движения самый распространенный привод – электромеханический (электродвигатель пост. или переменного тока + механическая часть: зубчатые, фрикционные передачи + передаточные механизмы, коробки скоростей, кулисные передачи, кулачковые механизмы, исполнительный орган (как правило шпиндель)).

В станках с прямолинейным (возвратно-поступательным) движением (строгальные, долбежные, протяжные станки) кроме электромеханического используют гидроприводы (гидродвигатель (силовой гидроцилиндр или гидромотор с источником энергии – насосом) + управляющее устройство (дроссели, распределители) + передача к раб. органу)

Особенность станков с ЧПУ: каждый привод имеет свой источник движения (электро- или гидродвигатель).

Виды и способы регулирования скорости:

1. изменением частоты вращения двигателя;

2. изменение передаточного отношения между двигателем и раб.органом в приводном механизме

Регулирование может осуществляться:

1. при постоянной предельной мощности во всем диапазоне скоростей;

2. при постоянном моменте;

3. при комбинировании п1 и п2

По характеру регулирования скорости различают ступенчатое, бесступенчатое и смешанное регулирование.

Ступенчатое изменение скорости обеспечивается коробками скоростей, ступенчатыми шкивами, асинхронными двигателями и т.д.

Бесступенчатое – электродвигатель постоянного тока, гидродвигатель, механический вариатор или комбинированный привод.

Основные параметры технической характеристики приводов главного движения, виды диапазонов регулирования и их выбор. Классификация приводов по назначению, типу и количеству источников движения, характеру регулирования скорости движения рабочего органа.Основные параметры технической характеристики приводов главного движения:

1. предельные частоты вращения шпинделя (числа двойных ходов) n_max, n_min;

2. промежуточные значения частот вращения шпинделя n_i;

3. число частот вращения шпинделя z;

4. мощность электродвигателя, кВт;

5. максимальные габаритные размеры заготовки, мм.

Виды диапазонов регулирования:

1. - диапазон скоростей регулирования;

2. - диапазон частот вращения;

3. - диапазон двойных ходов;

4. - диапазон рабочих подач;

5. - диапазон диаметров обработки для станков с главным вращательным движением заготовки;

6. - диапазон длин обработки для станков с главным возвратно-поступательным движением.

Выбор диапазона регулирования реально в большинстве случаев определяется на основании статистического анализа работы аналогичного оборудования в производственных условиях.

Классификация приводов:

1. по назначению:

· гл.движения;

· движения подач;

· привод холостых ходов и быстрых перемещений;

· быстрого поворота на точный фиксированный угол;

· привод механизмов управления и переключения;

· вспомогательных механизмов (н-р, зажим и разжим заготовки);

· активного контроля размеров в процессе обработки;

· удаления стружки и т.д.

2. по типу источника движения:

· электропривод;

· гидропривод;

· пневмопривод;

· гидропневмопривод.

3. по количеству источников движения:

· все исполнительные органы получают движение от одного источника через разветвленную кинематическую цепь (токарно-винторезные, токарно-револьверные, токарно-карусельные станки);

· каждый исполнительный орган получает движение от отдельного источника (станки с ЧПУ);

· один или несколько раб.органов получают движение от одного или нескольких ист.движения (универсально-фрезерные станки).

4. по характеру регулирования скорости движения раб.органа:

· ступенчатое;

· бесступенчатое;

· смешанное.

Основные параметры технической характеристики приводов подач, виды диапазонов регулирования и их выбор. Классификация приводов по назначению, типу и количеству источников движения, характеру регулирования скорости движения рабочего органа.

Основные параметры технической характеристики приводов подач:

1. предельные значения подач S_max, S_min;

2. промежуточные значения подач S_i;

3. число подач z_S;

4. мощность электродвигателя, кВт;

5. максимальные габаритные размеры заготовки, мм.

Виды диапазонов регулирования:

7. - диапазон скоростей регулирования;

8. - диапазон частот вращения;

9. - диапазон двойных ходов;

10. - диапазон рабочих подач;

11. - диапазон диаметров обработки для станков с главным вращательным движением заготовки;

12. - диапазон длин обработки для станков с главным возвратно-поступательным движением.

5. по назначению:

· гл.движения;

· движения подач;

· привод холостых ходов и быстрых перемещений;

· быстрого поворота на точный фиксированный угол;

· привод механизмов управления и переключения;

· вспомогательных механизмов (н-р, зажим и разжим заготовки);

· активного контроля размеров в процессе обработки;

· удаления стружки и т.д.

6. по типу источника движения:

· электропривод;

· гидропривод;

· пневмопривод;

· гидропневмопривод.

7. по количеству источников движения:

· каждый исполнительный орган получает движение от отдельного источника (станки с ЧПУ);

8. по характеру регулирования скорости движения раб.органа:

· ступенчатое;

· бесступенчатое;

· смешанное.

Ступенчатое, бесступенчатое, смешанное регулирование скорости движения рабочего органа. Знаменатель ряда частот вращения (чисел подач), его стандартные значения и области применения, выбор. Определение мощности электродвигателя привода.

При ступенчатом регулировании скорости движения изменение скорости обеспечивается коробками скоростей, шкивами, многоскоростными асинхронными двигателями; при бесступенчатом – электроприводом постоянного тока, гидроприводом, механическим вариатором, комбинированным приводом.

1. Сочетание одноступенчатого однофазного электродвигателя с механической коробкой передач (распространенный тип привода).

+ низкая стоимость, высокая надежность, жесткая механическая характеристика, т е при изменении нагрузки на выходе частота вращения не падает, а при изменении частоты вращения коробкой мощность сохраняется до 100 кВт.

2. Сочетание многоскоростного АЭД с механической коробкой.

+ упрощается конструкция механической коробки, можно переключать скорости на ходу.

- при изменении частоты вращения вала ЭД меняется мощность ЭД. Используют до 30 кВт.

3. Односкоростной АЭД, механический вариатор, механическая коробка скоростей.

Слабое звено – вариатор. Применяют редко из – за вариатора (недолговечность ремней).

4. Многоскоростной АЭД с механическим вариатором.

Применяют редко из – за того, что при изменении частоты меняется мощность.

5. Односкоростной ЭД с гидроприводом и механической коробкой передач.

Особенность: в нижней части диапазона регулирования частоты вращения осуществляется за счет изменения производительности насоса. Частота вращения увеличивается, крутящий момент постоянный, мощность увеличивается. В верхней части диапазона регулирования частоты вращения мощность постоянна, крутящий момент уменьшается, коробка дается не в нагрузку, а для увеличения диапазона регулирования.

Чаще приводы проектируют ступенчатыми. Для обеспечения рационального использования станка частоты вращения между минимальной и максимальной должны давать постоянное падение скорости при переходе с соседних частот. Рус. академик Гадомен доказал, что частоты вращения целесообразно изменять по геометрической прогрессии. Для всех интервалов ряда частот вращения шпинделя абсолютные и относительные потери скорости будут одинаковы.

Где - знаменатель геометрического ряда;

- число скоростей.

Задаваясь значением z можно найти знаменатель геометрического ряда:

Значения, вычисленные по формулам или по графику округляют: z – до ближайшего большего целого; - до ближайшего нормализованного значения; диапазон регулирования пересчитывают. При выборе знаменателя и числа ступеней изменения скорости необходимо учитывать: все значения должны быть нормализованы (табл.) для того, чтобы можно было нормализовать ряды частот вращений(двойные ходы, подачи), чтобы упростить кинематический расчет, а так же проектирование станка в целом, для упрощения модернизации, для нормирования станочных работ, сокращения подготовки производства, унификации узлов и т д

Значения знаменателя определены на основании:

· ГОСТ 8032 – предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел должны представлять собой десятичные ряды геометрической прогрессии со знаменателем

в приводе станков применяются приводы, частота вращения в которых изменяется при переключении полюсов.

Либо у трехскоростного

· Отраслевой стандарт рекомендует применять знаменатели ряда 1,26; 1,41; 1,58 для приводов в виде коробок.

· Для станков средних размеров , если нет каких –либо других условий, пожеланий заказчиков.

· При наличии быстросменных зубчатых колес применяют .Станки для массового и серийного производств перенастраиваются редко.

· В станках с большим диаметром обрабатываемых деталей должно быть маленьким

· В станках с небольшими диаметрами обрабатываемых деталей должно быть большим

· В приводе могут применять 2 значения . В средней части диапазона частот вращения (используемый наиболее часто) применяют меньшее значение (чаще частоты вращения), а для крайних участков больше (отношение частот больше).

· Желательно, чтобы число ступеней частот вращения было 2 и 3 (количество передач в группе с одного вала на другой должно быть 2,3,4,6,8,9,12,16,18,24,27,32,36).

· Значение z не должно быть большим, так как это усложняет конструкцию коробки скоростей с одной стороны, а с другой стороны как можно больше, стремясь к бесступенчатому приводу.

Источники движения в приводах:

· Электродвигатель постоянного или переменного тока

· Гидродвигатель используется в гидроприводе (гидроцилиндр или гидромотор с источником энергии – насосом + управляющие устройства(дроссель, распределитель) + передача к рабочему органу)

Станки с ЧПУ. Особенность: каждый привод имеет свой источник движения (электродвигатель, гидродвигатель)

Определение мощности электродвигателя привода.

В общем случае мощность двигателя привода равна:

, где полезная мощность;

расходуемая мощность на преодоление сил трения.

; ; ,

Где максимальная тяговая сила;

максимальная скорость рабочей подачи.

Токарные станки

Сверлильные станки

Фрезерные станки

, где мощность, рассчитанная на преодоление сил трения на холостом ходу; дополнительная часть мощности, рассчитанная на преодоление сил трения при работе под нагрузкой.

Цели и задач кинематического расчета, его последовательность. Понятие о группе передач и множительной структуре. Структурная формула и характеристика группы подач. Конструктивные и кинематические варианты.

Целью кинематического расчета является получение требуемого числа z частот вращения или частот в требуемом диапазоне регулирования и с необходимой точностью. Исходными данными для расчета могут являться число ступеней z, , max или min значением частоты вращения или подачи z, ,, , , , R в различном сочетании этих параметров.

Последовательность кинемат. расчета:

1) выбор варианта кинематики привода. Для кинемат. расчетов приводов используют: аналитический, графоаналитический

2) строится СТС и ГЧВ или ГЧП.

СТС для того, чтобы в наглядной форме выявить все возможные варианты и выбрать оптимальный вариант структуры кинематических цепей привода.

ГЧВ строится для определения конкретной величины передаточного отношения привода и частот вращения всех валов.

Группой передач называется совокупность передач, связывающих вращение двух соседних валов. Если отдельные группы передач последовательно соединить между собой, то получится структура называемая множительной.

Структура называется множительной, т. к. число частоты вращения ее выходного вала получается перемножением числа передач в группах, образующих данную структуру. Число частот вращения определяется по структурной формуле, которая в общем виде записывается:

где ,,,…- число передач в соответствующих группах,

к- число групп передач в структуре

Каждая группа передач имеет так называемую хар-ку.

Характеристикой группы передач называется показатель степени Х при знаменателе геом. ряда , показывающий во сколько раз изменяется частота вращения выходного вала структуры при переключении передач в данной группе и неизменных передачах в остальных группах.

Группы могут быть:

а) основной (если при переключении передач внутри нее на выходе переходим на соседнюю частоту и хар-ка этой группы основной 1)

б) первая переборная группа, хар-ка равна числу передач в основной группе;

в) вторая и последующая переборные

Последующая переборная группа имеет большую хар-ку и диапазон регулирования, поэтому отношение:

Для коробки скоростей -8, для коробки подач-14.

Конструктивные и кинематические варианты.

В принципе любая из групп передач может находиться на любом месте в структурной формуле, это определяет конструктивные варианты. Количество конструктивных вариантов определяется по формуле

где -общее количество групп передач в структуре;

- число групп передач с одинаковым количеством передач

В общем случае оптимальным является вариант, по которому одна группа имеет наибольшее количество передач, а количество передач в группах уменьшается выходному валу.

Аналогично каждая из двух передач может являться основной, первой, второй и т. д. переборной.

Оптимальным кинематическим вариантом является тот, по которому основная группа стоит на первом месте в структурной формуле и имеет наибольшее количество передач.

Порядок построения СТС и ГЧВ, их характеристика, назначение, выбор оптимального варианта.

Исходные данные:

– структурная формула z = 6 = 3(1)·2(3); z = 6 = 3(2)·2(1)

Если изменить порядок следования групп (сначала двойной блок, потом тройной), получим:

z = 6 = 2(1)·3(2); z = 6 = 2(3)·3(1)

Порядок построения СТС.

1) На равных расстояниях проводят столько горизонтальных линий, сколько скоростей имеет привод;

2) На равных расстояниях проводят вертикальные линии на одну больше, чем число групп передач. Поле между двумя вертикальными линиями отводится для одной группы передач. Проставляются римскими цифрами номера валов (они могут идти не по порядку), на СТС нет постоянных передач;

3) Над СТС над соответствующим полем в порядке конструктивного расположения групп в приводе указывают число передач в группе Р_i и ее характеристику X_i;

4) На середине первой левой вертикали намечают точку О, из которой симметрично горизонтали проводят лучи в количестве, равном Р_i, и с расстоянием между концами лучей на следующей вертикали, равным Х_i;

5) Из каждой полученной точки на второй и последующих вертикалях аналогичным путем проводят лучи для второй, третьей и т.д. групп передач.

Пример: z = 6 = 2(3)·3(1)

Порядок построения ГЧВ.

1) На равных расстояниях проводятся горизонтальные линии в количестве, равном количеству скоростей (или больше), и им присваиваются снизу вверх частоты вращения, начиная с n₁=n_min, потом n₂ и т.д. (в числах) из стандартного ряда значений, их столбика с соответствующим φ;

2) На равных расстояниях проводят столько вертикальных линий, сколько валов в проектируемом приводе, и нумеруют каждую вертикальную линию римскими цифрами, как на кинематической схеме;

3) Намечают цепь передач от первого вала к выходному по правилам:

а) на крайнем левом (первом) валу ставят n_эд;

б) построение ведут в строгом соответствии с принятым вариантом СТС (количество передач и характеристика);

в) линия, соединяющая на графике 2 точки валов, обозначает передачу с передаточным числом i = φ^m, где m – число интервалов, перекрываемых лучом. Если луч отклоняется вниз, то m < 0.

Пример:

Для рационального построения кинематики привода для каждого значения φ для коробок скоростей и подач есть допустимые значения характеристики.

Выбор оптимального варианта кинематики.

I. Выбор оптимальной СТС.

1) Диапазон регулирования последней переборной группы должен быть наибольшим (φ = 1,26; Х_max = 9). Поэтому исключить из рассмотрения варианты, не удовлетворяющие этому условию.

2) С уменьшением частоты вращения вала при постоянной мощности крутящий момент увеличивается, а значит и увеличиваются размеры деталей передач привода («веерообразность»);

3) В качестве последней переборной группы выбирают группу с наименьшим числом передач.

II. Выбор оптимальной ГЧВ.

1) Стремиться, чтобы передаточные отношения были в пределах от 1/4 до 2. Число интервалов между лучами в соответствии с таблицей 3;

2) Для уменьшения крутящих моментов и массы деталей стремиться, чтобы лучи на ГЧВ на промежуточных валах занимали более высокое положение;

3) Желательно, чтобы число передач в группах уменьшалось от электродвигателя к шпинделю;

4) Не рекомендуется устанавливать на шпинделе станка 3 и более колес (прогиб шпинделя, вибрации). Колеса следует располагать ближе к передней опоре. Если есть одиночная передача, то ее лучше оставить на шпинделе;

5) При установке на валу коробки тормоза, муфт и т.д. не следует располагать на этом валу больше двух колес;

6) Характеристики групп должны увеличиваться от эл. двигателя к шпинделю;

7) Требуемое число z привода нужно стремиться получить при меньшем числе групп передач (меньшем количестве валов, подшипников, отверстий в корпусе);

8) Желательно уменьшить номенклатуру колес, используемых в коробке.

Расчет чисел зубьев передач МРС, действительного ряда частот вращения (чисел подач) и его отклонения от стандартного ряда.

Сумма чисел зубьев в каждой группе передач должна быть не больше 100…120. Модуль всех передач группы должен быть одинаковый (сумма чисел зубьев каждой передачи должна быть одинаковой). Минимальное число зубьев зубчатого колеса в передаче:

[Z_min] = 18…20 – для главного движения (лучше с 21);

[Z_min] = 16…17 – в приводе подач;

[Z_min] = 14 – для механизмов управления;

[Z_min] = 10…12 – для реечной шестерни.

Способы определения чисел зубьев.

1. Наименьшего кратного.

Передаточные отношения заменяются отношением целых чисел, находится их сумма, и определятся наименьшее кратное этих сумм. Затем по целым числам и наименьшему кратному определяется число зубьев всех колес группы. Если минимальное число зубьев меньше допустимого значения, то вводится коэффициент коррекции. Это отношение допустимого минимального к наименьшему расчетному числу зубьев с округлением до ближайшего большего целого.

;

– наименьшее общее кратное.

[Z_min] = 18…20;

Z1=21

Z2=33

Z_наим = 7 К_кор = 3 Z3=24

Z4=30

Z5=27

Z6=27

2. Метод задания чисел зубьев по наименьшему зубчатому колесу в группе.

Самое маленькое колесо в группе передач спрятано за лучиком, который имеет наибольший перепад в группе (вниз или вверх). Если для главного движения, то число зубьев для колеса принимаем 21 (19). Определяем Z1.

Z_min = Z1 = 21

3. Табличный метод.

В зависимости от передаточного отношения i и суммы чисел зубьев в передаче по таблицам выбирают значения чисел зубьев.

После разработки кинематической схемы привода (схема и числа зубьев) определяются фактические частоты вращения шпинделя и сравниваются с выбранными нормальными. Отклонения должны находится в пределах:

Если не попадаем, меняем числа зубьев.

Отклонения множительной структуры (структуры со связанными колёсами, с совпадением скоростей, ломаным геометрическим рядом, перебором, многоскоростным электродвигателем и двигателем постоянного тока).

Связанными являются такие ЗК, которые принадлежат к 2-м смежным группам передач, т.е. работают ведущими и ведомыми.

+ Сокращается номенклатура ЗК, уменьшаются осевые габариты, сокращается металлоёмкость привода и трудоёмкость изготовления.

- Некоторое увеличение радиальных габаритов из-за увеличения нагрузки на связанные колёса. Сложнее кинематический расчёт.

1) Односвязанное колесо. Расположение связанного колеса самое простое i₁=i₂=1.

При применении односвязанного колеса, число ЗК сокращается на одно, незначительно, но сокращаются осевые габариты. Кинематический расчёт без изменений.

2) Двухсвязанные колёса. Число колёс меньше на 3, осевые размеры уменьшаются на ширину 4 ЗК.

3) Трёхсвязанные колёса. Колёс меньше на 3, осевые размеры уменьшаются на ширину 7 ЗК. Проблема – не обеспечивают изменение скоростей по геометрическому ряду, поэтому, как правило, не применяются. Используются в механизмах с вытяжными шпонками, в механизмах цилиндров механических передач.

Совпадение скоростей

В обычных множительных структурах характеристики групп передач: основной х₀=1, первой переборной х₁=Р₁, второй переборной х₂=Р₁Р₂ и т.д. При этом иногда диапазон регулирования последней переборной группы оказывается больше допустимого. В этих случаях, с целью сохранения принятой множительной структуры, за счёт сокращения общего диапазона регулирования, уменьшают характеристику последней переборной группы до допустимых значений; это ведёт к совпадению ряда скоростей на последнем валу и уменьшению общего числа ступеней привода.

Вариатор

В приводах станков иногда удобно применять вариаторы. При небольшом диапазоне регулирования чисел оборотов используются только вариаторы, если же требуемый диапазон больше диапазона бесступенчатого регулирования, то вариаторы комбинируют с шестерёнными коробками и в этом случае диапазон регулирования привода R_n=R_mR_б,

где R_m – диапазон регулирования коробки,

R_б – диапазон регулирования вариатора.

Для того чтобы ряд чисел оборотов в пределах от n_min до n_max был непрерывным, коробка скоростей должна иметь ряд таких передаточных отношений, чтобы при i₁ получался бесступенчатый ряд от n_min до n_minR_б, при i₂ – от n_minR_б до n_minR²_б …, и при i_m – от n_minR^m^-1_б до n_minR^m_б, где m – число ступеней коробки. Отсюда видно, что знаменатель ряда передаточных отношений коробки

К<1 – коэффициент проскальзывания вариатора. Например:

Переборы

Для получения более низких частот вращения шпинделя. Движения передаётся с 1 на 3 вал; i=1, либо Z₂/Z^’₂* Z₃/Z^’₃, i₁=i₂=

Многоскоростные двигатели

В МРС используют 2-х, 3-х и 4-х скоростные двигатели. При переключении полюсов в 2 раза, синхронные частоты вращения уменьшаются тоже в 2 раза (750 и 1500; 750 и 3000; 750, 1500 и 3000).

Есть электродвигатели: 750/1000/15000

500/1000/1500/3000

На станках, где нужен геометрический ряд частот вращения, можно применять только двигатели с удваивающейся частотой .

При применении в приводе станка многоскоростного электродвигателя и коробки скоростей число ступеней скоростей на выходе Z=y*m, где

у – число ступеней ЭД;

m = k*E₂ – число ступеней коробки;

k – целое положительное число.

yk=Z/E₂

Z должно быть кратно Е₂

Z/E₂ должно делиться на 2 или 3, в зависимости от числа ступеней ЭД.

Пример:

Z=24, φ=1.12, E₂=6, yk=24/6=4

у=2, к=2, m=2*6=12

у=4, к=1, m=1*6=6

4-х скоростного ЭД с удваивающейся частотой нет.

Коробка должна иметь 12 скоростей

При применении многоскоростного ЭД, его рассматривают как электрогруппу.

Характеристика электрогруппы:

ЭД постоянного тока

Можно получить любую скорость

где Р_Э – число ступеней скоростей ЭД

m – число ступеней коробкию.

Шпиндельный узел – главный узел станка от которого зависит точность обработки поэтому к нему предъявляются особые требования.

Точность вращения устанавливается соответствующими ГОСТами в зависимостиот типа и назначения станка. Регламентируются следующие параметры: радиальное биение центрирующей шейки шпинделя, конического отверстия, осевое биение шпинделя, торцевое биение опорного буртика шпинделя.

Жесткость ГОСТами не регламентирована. Жесткость шпинделя устанавливается исходя из баланса жесткости станка (система СПИД). И эти нормы регламентированы ГОСТами. Наибольшее вляние на жесткость оказывает диаметр шпинделя. Межопорное расстояние влияет на деформацию шпинделя. При проектировании следует стремиться с одной стороны к увеличению жесткости(увеличение диаметра), с другой стороны при этом падает быстроходность. Результатом расчета на жесткость является величина прогиба конца шпинделя которая должна быть на радиальное биение шпинделя. А максимальный прогиб между опорами не больше 0,0002 от расстояния между опорами.

Виброустойчивость определяется динамическими свойствами – амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний. Виброустойчивость станка на 40-50% определяется параметрами шпиндельного узла. Чем выше собственная частота и меньше резонансная амплитуда тем лучшими динамическими показателями обладает шпиндельный узел.

Быстроходность шпинделя определяется конструктивными и технологическими особенностями станка. Быстроходность оценивается по произведению частоты вращения шпинделя и диаметра передлнего подшипника. (nÄd)

Установка каждого дополнительного подшипника снижает быстроходность на 25%, применение керамических подшипников повышает быстроходность до 2х раз.

Несущая способность шпинделя

Для большинства шпиндельных опор несущая способность и выбранная по критериям жесткость предельно допустимая статическая нагрузка подшипника соответствует предъявляемым к шпиндельным опорам требования, применяются опоры с высокой несущей способностью.

Долговечность шпиндельных опор ГОСТами не регламентируется. В паспорте устанавливается срок службы. Ниже срок службы у расточных и шлифовальных станков.

Теплостойкость. Допускаемый нагрев подшипников шпиндельных опор зависит от точности станка. Гостами устанавливается 50^о плюс комнатная температура. Практикой установлены следующие значения для станков Н 60-70^о, П 50-55⁰, В 40-45⁰, А 35-40⁰, С 28-30⁰ Нагрев опор приводит к изменению натяга в подшипниках, снижается несущая способность, уменьшается жесткость.

Быстрота и точность закрепления инструмента или заготовки в шпинделе, возможность автоматизации.

Минимальные затраты на изготовление, сборку, эксплуатацию шпиндельного узла.

Преречисленные требования могут быть обеспечеты правильным выбором: материала и т/о, конструкции опор, допуска на размеры, технологические условия сборки и регулировки, правильная эксплуатация, своевременная(постоянная) смазка.

Конструкция шпинделя зависит от типа, размера, класса точности и других характеристик станка.

3 разновидности шпиндельных узлов:

а) шпиндели со сквозным отверстием и наружным или внутренним посадочным отверстием под ТО;

б) шпиндели с несквозным отверстием и внутренним посадочным отверстием под ТО (сверлильно-расточная группа);

в) Шпиндели не имеющие сквозного отверстия ( шлифовальные).

Технические требования:

1) точность размеров

2) точность формы поверхности

3) точность расположения поверхностей

4) качество поверхностей

5) для высокоскоростных шпинделей – допустимый дисбаланс

Точность размеров:

Точными должны быть диаметральные размеры опорных поверхностей и посадочных поверхностей под технологическую оснастку (ТО). Обычно 6 кв., в прецезионных – 5кв.

Посадочные поверхности под зубчатые колеса 7 кв. реже 6, остальные по 9-12 квалитету. Резьб. Поверх.отверстия 6 степени точности, остальные наружные 8, внутренние – 7.

Точность формы поверхности:

Регламентируется для опорных и посадочных отверстий. Допуск формы ответственных поверхностей шпинделя для станков нормальной точности не более 50% допуска соответствующего диаметрального размера, повышенной – 25%, для станков Б и В - 5-10%.

Отклонение от круглости поперечного сечения и профиля продольного сечения диаметра 100..120 мм подшипники качения: 3…0,8 мкм, отклонение продольного сечения 2,5…0,6 мкм, для подшипников скольжения отклонение от круглости 1,5…0,3 мкм

Посадочные отверстия под ТО отклонения от круглости 15…3 мкм

Точность расположения поверхностей:

Наиболее важным для точности вращения шпинделя торцевых опорных поверхностей. Под подшипники относительно подшипниковых шеек допуск торцевого биения 4…1 мкм. Отклонение от соосности опорных и посадочных поверхностей 10…3 мкм.

Качество поверхностей:

Шероховатость поверхностей: опорные под подшипник качения 0,4…0,01 мкм, скольжения – 0,2…0,01 мкм. Наружные посадочные под ТО 0,4…0,1 мкм, под внутренние – 0,4…0,01 мкм. Под ЗК 0,8…0,2 мкм. На остальные поверхности 6,3…1,6 Ra.

Требования по твердости зависят от материала и т/о.

Подшипники качения: норм. 40-45HRC, повыш. 48-52HRC, выше.до 65 HRC

Подшипники скольжения: норм. 50-56HRC, повыш. 56-62HRC, выше.до 68 HRC.

Шпиндели сложной формы ст. 50Х, 40ХГТ объемная закалка тв. до 60 HRC. Для прецезионных станков низкоуглеродистые стали 20Х, 18ХГТ + цементация + закалка. Для слабонагруженных высокоточных станков для уменьшения внутренних напряжений применяют азотируемые стали 38ХМЮА + закалка до 68 HRC. Шпиндели большого диаметра с отверстиями иногда выполняются из чугуна СЧ20.

Допустимы дисбаланс:

Предъявляется только к высокоскоростным шпиндельным узлам, балансируется не только не только шпиндель, но и все составляющие, а также в сборе. Для станков нормальной точности дисбаланс не более 20-30 гÄсм, для прецезионных станков 1-2 гÄсм.

Выбор типа передачи на шпиндель(зубчатая или ременная) зависит в первую очередь от частоты вращения и от величины передаваемой силы. Зубчатая передача более проста и компактна и передает значительные крутящие моменты. Однако из-за ошибок шага она не сможет обеспечить высокое качество обработки на прецезионных станках а в станках с переменными силами резанья уменьшает плавность вращения шпинделя и возрастают динамические нагрузки в деталях коробки скоростей.

Применение ременной передачи получает некоторое увеличение размеров и усложнение конструкции, так как шкив следует устанавливать на самостоятельные опоры что бы разгрузить шпиндель. Однако в этом случае обеспечивается плавность вращения и высокое качество обработки. Для станков с прерывистым резаньем применение ременной передачи снижает максимальные значения крутящих моментов.

29.Опоры качения шпинделей(приимущества и недостатки, выбор, особенности расчёта, виды уплотнений, способы создания предварительного натяга, способы смазки). Особенности конструкций быстроходных шпиндельных узлов с опорами качения.

По виду применяемых опор шпиндели делят на 2 гр:

-опоры качения

-опоры скольжения(гидростатические, гидродинамические, аэростатические)

Типы опор шпинделя определяют форму посадочных мест, выбираются на основании требований точности и быстроходности.

В зависимости от быстроходности шпинделя применяют следующие методы смазки: погружение; разбрызгивание; циркуляционное; капельное; масляный туман; под давлением.

Погружение - для шпиндельных узлов практически не применяется из-за потерь в опорах, из-за загрязнённого масла.

Циркуляционное - кроме смазки осуществляет теплоотвод от опор, чаще всего система общая для шпинделя и коробки.

Капельный метод – индивидуально для каждой опоры. Расход масла 1-100 гр/час.

Масляный туман – при вращении з.к., погружённых в масляную ванну и имеющих v>2 м/с(<12) внутри коробки, в которую входит шпиндельный узел образуется взвесь масла во всём объёме, в котором смазывается всё. Масляный туман м.б. создан специальными форсунками (масло распылители).

Под давлением (или проточное) для опор, работающих в особо напряжённых условиях (повышенные частоты вращения). Масло через специальные дозаторы периодически или постепенно впрыскивается м/у сепаратором и кольцом подшипника, преодолевая воздушный барьер, создаваемый телами качения при высоких частотах вращения.

Твёрдые смазочные материалы(консистентная смазка) применяются в шпиндельных узлах при низких частотах вращения. А также для узлов, расположенных вертикально и под углом.

Избыток смазочного материала в опоре ведёт к увеличению трения, повышению температуры и вытеканию смазочного материала.

Уплотнения шпиндельных узлов: для защиты подшипников в шпинделе от проникновения грязи, пыли, охлаждающей жидкости, а также препятствуют вытеканию смазочного материала из подшипника. Чаще всего и лучше применяют бесконтактные лабиринтные уплотнения для уменьшения трения в узле и изнашивания уплотнения. Для надёжной работы нужно, чтобы радиальные зазоры в них были не более 0,2-0,3 мм. При работе в условиях тяжёлой загрязнённости лабир. Заполняют твёрдым смазочным материалом. Иногда применяют продувку воздухом через уплотнения (изнутри). В уплотнениях размещают полости (каналы для отвода смазочного материала в подшипниках).

Конструктивные разновидности шпиндельных узлов: 1 из главных признаков шпиндельного узла является тип опор, наибольшее распространение получили подшипники качения: прецизионные конические и цилиндрические роликоподшипники, упорно-радиальные шарикоподшипники и радиально упорные шарикоподшипники. Подавляющее большинство шпиндельных узлов создаётся на базе типовых конструктивных схем.

Для закрепления внутреннего кольца подшипника в шпиндельных узлах станков Н и П точности применяют корончатую гайку с лепестковой шайбой или 2е корончатые гайки.

В шпиндельных узлах прецизионных станков используют специальные конструкции гаек, имеющие промежуточный самоустановочный элемент. Для обеспечения осевого перемещения инструмента шпиндельный узел монтируется в специальной гильзе (пиноль). Привод осевого перемещения гильзы со шпинделем м.б. ручным или механическим.

Гидродинамические и гидростатические опоры шпинделей, опоры с воздушной смазкой, особенности конструкции и критерии их расчёта. Электромагнитные опоры шпинделей.

Гидродинамические опоры когда требуется высокая и постоянная Vрез (шлифовальные станки). В станках применяют многоклиновые подшипники различной конструкции. Применяют с фасонной расточкой втулок, упругодеформированные втулки и самоустанавливающиеся сигм. Упорные гидродинамические выполняются многоклиновыми со специальными скосами, рабочая ж-ть Н5А,…,Н20А. Рабочий зазор 0,002D.

Недостатки:

-нестабильность положения оси шпинделя при изменении скорости вращения.

-повышенный износ в момент пуска и остановки.

-ограничения ж-ти.

-создание систем для подкачки масла и удерживание его в опоре.

-сложность изготовления, монтажа, эксплуатации.

Гидростатические опоры обеспечивают высокую точность вращения, обладают высокой демпфирующей способностью, что значительно повышает виброустойчивость шпиндельного узла, имеют практически неограниченную долговечность, высокую нагрузочную способность при любой частоте вращения шпинделя. Гидростатические опоры могут быть использованы в качестве датчиков силы в системах адаптивного управления, в качестве приводов микроперемещений.

Принцип действия гидростатического подшипника основан на том, что при прокачивании масла под давлением от внешнего источника через зазоры между сопряжёнными поверхностями в зазоре образуется несущий масляный слой, исключающий непосредственный контакт поверхностей даже при невращающемся шпинделе. В радиальных подшипниках равномерно по окружности делают полости-карманы, куда через дроссели подаётся под давлением масло от источника питания(насоса). При приложении внешней нагрузки вал занимает эксцентричное положение, зазоры h в подшипнике перераспределяются, что приводит к увеличению давления p масла в одних карманах и уменьшению в противоположных. Уравнения давлений в карманах не происходит вследствие наличия дросселей на входе в каждый карман. Разность давлений создаёт результирующую силу Fc воспринимающую внешнюю нагрузку. Отвод смазочного материала производится через торцы подшипника, иногда и через дренажные канавки, выполненные на перемычках между карманами.

Аэростатические – малые потери на трение, высокая точность вращения, долговечность бесконечна. Применение – высокоточные, высокоскоростные шпиндельные узлы. В качестве рабочей среды используется очищенный и осушённый воздух, давление 0,3-1 МПа. Радиальные аэростатические подшипники имеют 6-12 питающих дросселей, d которых 1-3мм, глубина 0,02-0,04 мм. Рад. Зазор определяется 2мя высотами кармана, отношения к диаметру опоры 2Н/Dоп.

Магнитные опоры применяют в высокоскоростных шпиндельных узлах.

+использование 1 вида энергии

+нет потерь на трение

+экологически чистый.

Наиболее распространены электромагнитные опоры с внешней автоматической стабилизацией.

Несущая система станка(назначение и состав, требования). Базовые детали МРС (требования, классификация, разновидности конструкций, материал, расчёт).

Базовые детали металлорежущих станков служат для создания требуемого пространственного размещения узлов, несущих инструмент и обрабатываемую деталь, и обеспечивают точность их взаимного расположения под нагрузкой. Совокупность базовых деталей между инструментом и заготовкой образует несущую систему станка. К базовым деталям относят: станины, основания, колонны, стойки, поперечины, ползуны, траверсы, столы, каретки, суппорты, планшайбы, корпуса шпиндельных бабок и т.п.

По форме условно можно разделить на 3 группы: брусья – детали, у которых один габаритный размер больше двух других; пластины – один размер значительно меньше двух других; коробки – габаритные размеры одного порядка.

Базовые детали должны иметь:

Первоначальную точность изготовления всех ответственных поверхностей для обеспечения требуемой геометрической точности станка;

Высокую жесткость, определяемую контактными деформациями подвижных и неподвижных стыков, местными деформациями и деформациями самих базовых деталей;

Высокие демпфирующие свойства

Долговечность, которая выражается в стабильности формы базовых деталей и способности направляющих сохранять первоначальную точность в течение заданного срока эксплуатации.

Малые температурные деформации.

Станины: в зависимости от расположения оси станка: горизонтальные и вертикальные. Они несут на себе основные подвижные и неподвижные части станка. Форма поперечного сечения горизонтальных станин определяется требованиями жёсткости, расположением направляющих, условиями удаления стружки и охлаждающей жидкости, размещением в станине различных механизмов, агрегатов, и резервуаров для масла и охлаждающей жидкости.

Основные типы представлены на рисунке

Станина с двойными стенками (б) в 1.3 -1.4 раза жестче, чем станины с одинарными (а), Внутренние полости часто делают замкнутыми и оставляют в них стержневую смесь. Замкнутый профиль имеет гораздо большую жёсткость, чем разомкнутый, а сыпучий материал увеличивает демпфирующие свойства. Применяются так же станины, у которых стружка отводится через окна в задней стенке (в). Сечение станин с наклонной задней стенкой и расположением направляющих на разном уровне (г), обладают высокой жесткостью и создают хорошие условия для отвода стружки, но усложняется конструкция суппортов. Для тяжёлых станков используют (д), для высокопроизводительных гидрокопировальных, многорезцовых станках и в станках с программным управлением (е).

Вертикальные станины (стойки):

Стойки, испытывающие нагрузки в плоскости симметрии (например, вер-сверл) – (а,г). Если же нагрузка пространственная (например - фрезерные), то делают ближе к квадрату форму (б), это обеспечивает повышенную жёсткость на кручение. Стойки имеют круглое сечение (в), если необходимо обеспечить поворот узлов относительно оси стойки (рад-свер).

Увеличение жёсткости добиваются с помощью поперечных и продольных рёбер. Расстояние между рёбрами <400мм во избежание коробления.

Плиты – служат для повышения устойчивости станков с вертикальными станинами, их применяют в станках с неподвижной заготовкой. Высота не должна быть меньше 1/10 длины плиты.

Коробчатые детали. Жескость коробок увеличивают за счёт увеличения жескости стенок непосредственно в месте приложения нагрузки путём постановки бобышек и рёбер. Отверстия в стенках снижают жёсткость коробок пропорционально соотношению площадей отверстия и стенки.

Салазки и суппорты – при конструировании салазок приходится учитывать противоречия: уменьшение массы и размеров по высоте, с одной стороны, и увеличение жесткости за счёт увеличения высоты сечения салазок.

Столы – служат для поддержания и перемещения заготовок при обработке:

Бывают подвижные и неподвижные. Подвижные имеют одну систему направляющих, т.е. перемещаются в одном направлении. Столы неподвижные (рад-сверл, протяж. ст.) и подвижные консольные (вер-сверл, попер-строг.) имеют коробчатую форму с внутренними перегородками и рёбрами, повышающими их жёсткость.

Основными материалами базовых деталей, удовлетворяющих условиям стабильности, жесткости и виброустойчивости, являются чугун и низкоуглеродистая сталь. Значительно реже применяют бетон, да и то в качестве материала для оснований или станин. Чугун – дешёвый, хорошие литейные свойства, мало коробиться, но низкие мех свойства. В основном для больших и громоздких конструкций. Углеродистую сталь – для сварных конструкций простой формы. Повышенная жёсткость при той же массе (в сравнении с чугуном), применят в станках при ударных и очень больших нагрузках. Бетон- хорошо гасит вибрации, что увеличивает динамическую жесткость станка. Тепловая инерция, то есть менее чувствителен к изменению температуры, чем чугун, дешевле чугуна, но попадание масла на бетон повреждают его, меры по защите от влаги и масла, также применяют железобетон, обеспечивая такую же жесткость, что и чугун экономия металла 40-60%.

Направляющие МРС (классификация, требования, форма поперечного сечения). Направляющие смешанного трения и качения (преимущества и недостатки, способы регулирования зазоров, создания качения и предварительного натяга, материал, смазка, категории расчета).

Направляющие обеспечивают траекторию движения в конечном счете заготовки (инструмента), точность перемещения узлов и воспринимают внешнюю силу.

Требования: -точность перемещения подвижного узла,

-эксплуатационная долговечность (малый износ),

-высокая жесткость,

-высокие демпфирующие свойства,

-малые силы трения.

Конструктивные требования:

-простота конструкции и изготовления,

-близость тягового устройства к центру тяжести,

-возможность регулировки зазора, натяга,

-благоприятное расположение в рабочем пространстве.

Классификация 1-по виду трения м/у подвижными элементами

-скольжения

-качения

-комбинированные

2- по характеру трения

-полужидкостное (по материалу трущихся пар)

-чугун-чугун

-чугун-сталь

-чугун-текстолит и др

-жидкостное (по принципу образования несущего масляного слоя)

-гидродинамические

-гидростатические

-аэростатические

Полужидкостное возникает на смазанных направляющих, при этом суммараная сила от взаимодействия контактирующих поверхностей деталей и силы вязкого сопротивления смазки не разделяющей полностью эти поверхности. Если смазка полностью разделяет трущиеся поверхности, то трение жидкостное.

3-в зависимости от траектории движения подвижного узла

-прямолинейные

-круговые

4 они же делятся на

-горизонтальные

-вертикальные

-наклонные

5 По форме поперечного сечения

-прямоугольные

-треугольные

-трапецевидные

-цилиндрич

6 Каждую из форм направляющих можно использовать в виде

-охватывающих

-охватываемых

Форма поперечного сечения

Направляющие смешанного трения (скольжения).

Преимущества +высокая контактная жесткость,

+хорошие демпфирующие свойства,

+надёжная фиксация подвижного соединения после перемещения в заданную позицию

Недостатки: -непостоянство сил сопротивления,

-большие силы трения.

-большая разница м/у силами, необходимыми в начальный момент движения и для поддержания перемещения приводит к скачкообразному движению, особенно при малых скоростях, т.о. ниже точность.

Пути решения:- применение антискачковых масел,

-накладки из антифрикционных материалов.

Материал направляющих:

*СЧ ( часто выполяют как одно целое с базовой деталью).+простота, +дешево, -небольшая долговечность

*стальные , чаще в виде отдельных планок, которые приваривают к сварным станинам, а к чугунным крепят винтами или приклеивают (сталь 20,20Х, 18ХГТ, 40ХФ, ХВГ, ШХ15),

*цвет сплавы (алюминевые бронзы, оловянистые бронзы, цинковый сплав)

+высокая износостойкость, +не бывает задиров, + равномерное усилие перемещения, -дорого,

*пластик, +высок характеристики трения, +хорош антизадирные св-ва, +равномерность усилий, -высокий износ, - проблемы направляющих с кислотами, маслами.

(фторопласт, композиты на основе эпоксидных смол, присадки различных порошков металлических).

Направляющие жидкостного трения.

Жидкостное трение можно обеспечить а) за счет гидродинамического эффекта,

б) гидростатич (подача масла м/у направляющими под давлением)

+нет износа направляющих, +высокие демпфирующие св-ва, +плавность хода,

Направляющие качения

+хорошие характеристики трения, равномерность и плавность движения при малых скоротях, +высокая точность установочных перемещений, +малые потери на трение, небольшое тепловыделение, +простота системы смазки.

-высокая стоимость, -высокая трудоемкость изготовления, -низкое депфирование, -повышенная чувствительность к загрязнению.

Чугун применяют редко, в основном использ стальные направляющие.

Для устранения вредного влияния зазоров и увеличения жесткости направляющих создают предварительный натяг, который м.б. получен за счет веса узла и внешней нагрузки. Недостаток такого способа натяга -невозможность выбора оптимальной величины натяга и отсутствие регулировки.

Защита направляющих.

Необходима для предохранения от попадания на рабоч поверхность грязи, мелкой стружки. Отсутствие защиты ускоряет изнашивание, снижает долговечность. Наиболее чувствительны к загрязнению- направл качения.

Применяют:

-войлочное уплотнение(но быстро загрязняется),

-полимерное уплот (защищает от мелких повреждения и от попадания крупной стружки.)

-телескопические щитки (из листовой стали),

-защитные ленты (используют при большой длине хода),

-гармоникообразные меха (увеличивают габариты), изготавл из полимеров.

Расчет направляющих качения:

1)на предельно допустимую нагрузку,

2)на прочность поверхностного слоя и отсутствие пластических деформаций,

3)определение упругих перемещений,

4)долговечность,

5)определяют величины предварительного натяга

Гидростатические и аэростатические направляющие. Комбинированные направляющие. Защита.

Гидростатические -более распространены в МРС чем гидродинамические, обеспечивают жидкостное трение, в т.ч. момент трогания и остановки, а также одинаковый масляный слой при различных скоростях.

-необходимость системы смазки, -необх фиксация узла в заданном направлении.

Гидростат направл имеют карманы, в которые под давлением подается масло, вытекая через зазор наружу, оно создает масляную подушку по всей площади контакта.

По характеру восприятия нагрузки: -незамкнутые, -замкнутые

Комбинированные направляющие. Сочетание направляющих разного типа в одной конструкции. Лучший вариант – направляющие качение+скольжения+облицовка полимерными материалами. «+»:

хорошие характеристики трения; высокая жесткость; демпфирование; беззазорное в главном направлении; дешевле чем направляющие качения.

Элементы качения могут быть на основных (при тяжелых перемещениях), дополнительных и вспомогательных гранях. Остальные грани – полужидкостное трение. Грани скольжение выполняют с частичной разгрузкой роликовыми опорами – повышает точность обработки.

Направляющие с боковыми гранями качения. Использование в станках, где необходимо устранить переориентацию узлов при реверсе (расточные, многооперационные, вертикально-фрезерные…). Гидроразгрузка направляющих п/жидкостного трения – подача масла под давлением. Прим. для наиболее ответственных направляющих. Автоматические системы выбора давления в карманах снижают коэф-т трения, увеличивают долговечность, надежная фиксация узла после перемещения.

Комбинации гидростатических опор и направляющих качения используются в качестве способа создания замкнутых гидростатических опор. Подпружиненные катки обеспечивают надежное замыкание гидростатических опор, даже при отсутствии внешней нагрузки.

Защита направляющих. Необходима для предохранения от попадания на рабочую поверхность грязи, мелкой стружки… Отсутствие защиты ускоряет изнашивание, снижает долговечность. Применяют:

1. войлочное уплотнение. Быстро загрязняется, чаще заменяют;

2. полимерное (комбинированное). Щит. Защита от механических повреждений и попадания стружки;

3. телескопические щитки. В средних, тяжелых станках, при большом ходе узла. Выполнены из листовой стали;

4. защитные ленты. При большой длине хода. Бывают стальные, текстовиниловые, п/а пленка, армированная капроновая сетка. Края ленты смазывают и поджимают;

5. гармоникообразные меха. Высокая герметичность, применяют в шлифовальных и презеционных станках. В сложенном состоянии – увеличивают габариты; по причине провисания добавляют каркас; для защиты от прожига – добавка напыления или фольги.

Организация ремонта и обслуживания. Назначение, классификация и расчет систем смазки и охлаждения. Модернизация и паспортизация оборудования.

Организация ремонта и обслуживания. Применяется система планово-предупредительного ремонта (ППР). Основные положения:

1. Ремонт оборудования производится через равные, заранее планируемые промежутки времени (межремонтные периоды).

2. Период времени от начала работы станка до его капитального ремонта является ремонтным циклом, станок после этого должен отвечать всем требованиям, предъявляемым к новому станку.

3. Структура ремонтного цикла (число периодических ремонтов в цикле, их вид и чередование) одинакова для различных типов станков.

4. Длительность межремонтного периода является одной из основных характеристик ремонтного цикла оборудования и устанавливается в зависимости от типа станка и условий его работы.

5. Содержание и трудоемкость работ в плановом ремонте характеризуются числом слесарных и станочных нормочасов.

6. Трудоемкость ремонта определяют с помощью групп ремонтной сложности станка R —коэффициента, показывающего, во сколько раз трудоемкость ремонта данного станка больше, чем трудоемкость ремонта станка-эталона.

7. Объемы ремонтных работ являются средними и допускают отклонения как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения в зависимости от фактического состояния станка.

8. Кроме периодических ремонтов предусмотрено межремонтное обслуживание станков, при котором кроме профилактических мероприятий производят малотрудоемкий ремонт и ремонт некоторых быстро изнашивающихся деталей.

9. Также планируются осмотры и проверки станка на точность для выявления состояния оборудования и уточнения объема ремонтных работ.

Смазка трущихся поверхностей станков устраняет их непосредственный контакт, благодаря чему не только значительно уменьшаются силы трения, но и создаются условия для устранения или резкого уменьшения износа поверхностей. В сопряжениях станков имеют место различные виды трения.

Жидкостное трение — гидродинамическое и гидростатическое (подача смазки под давлением). Жидкостное трение обладает рядом недостатков: усложнение конструкции системы смазки, наличие масляного слоя между поверхностями, величина которого зависит от нагрузки, может нарушить точность перемещения узла. Неполная смазка, когда между поверхностями возникает граничное трение (слой смазки порядка 0,1 мкм и менее) или полужидкостное трение (смешанное трение, одновременно жидкостное и граничное или сухое). В этом случае износ поверхностей значительно меньше, чем при отсутствии смазки, но избежать его полностью нельзя, так как может появиться непосредственный контакт трущихся тел. В качестве смазочных материалов в станках применяются жидкие минеральные масла и густые (консистентные) мази. Преимущественное распространение получили минеральные масла, которые лучше подходят для смазки ответственных быстроходных сопряжений и позволяют более легко осуществлять централизованную смазку с ее циркуляцией и очисткой от загрязнения. Выбор того или иного сорта смазки зависит в первую очередь от скоростей относительного скольжения и нагрузок, действующих в сопряжениях. Наиболее совершенна централизованная смазка, которая надежно обеспечивает смазку всех основных узлов станка.

Особое значение для станков, имеет смазка шпинделей направляющих скольжения. Для смазки направляющих, которая способствует значительному увеличению их долговечности, применяются разнообразные методы. Простейшими, но менее совершенными, являются смазка ручным способом и при помощи индустриальных масленок. Непрерывная подача масла может осуществляться специальными роликами, помещенными в масляных карманах станины, при помощи насоса или при наличии масляной ванны. Для распределения масла по всей поверхности трения на направляющих выполняют специальные смазочные канавки. Также бывает смазка разбрызгиванием, погружением, циркуляционная, капельная, масляный туман и под давлением.

При работе смазочных систем большое значение имеет надежная фильтрация масла, чтобы инородные частицы и продукты износа при его циркуляции не попадали на трущиеся поверхности, так как это приведет к их интенсивному износу.

Система охлаждения. Для снижения тепловой напряженности процесса резания применяются смазывающе-охлаждающие вещества (СОВ). Чаще всего применяют жидкости-эмульсии и масла, с добавками твердых смазывающих веществ (графит, парафин, сернистый молибден и др.). Необходимо, чтобы жидкость наряду с высокими охлаждающими свойствами обладала хорошей маслянистостью и вымывающей способностью, была безвредна для рабочих и оборудования. Охлаждающе-смазочная жидкость может быть подведена в зону резания различными способами, наиболее простой — полив свободно падающей струей. Однако в этом случае смазывающее действие жидкости ничтожно, так как она почти не попадает в зону контакта инструмента с заготовкой и со стружкой. Кроме того, возникает сильное разбрызгивание жидкости. Лучший эффект дает подача жидкости под давлением причем струя направлена в зону резания. Находит применение также подвод жидкости под давлением, через отверстия в инструменте.

Хороший эффект дает, как правило, охлаждение жидкостью, распыленной при помощи струи сжатого воздуха.

Системы охлаждения обычно включают в себя: насос для подачи жидкости под давлением; трубопроводы и арматуру; фильтры; резервуар для жидкости; иногда применяют устройства регулирования температуры.

Паспортизация. В паспорте изображается общий вид оборудования и общие сведения о нем: тип станка, модель, завод-изготовитель, год выпуска, класс точности, масса, габаритные размеры и др. Паспорт состоит из нескольких разделов: основные данные (размеры предельные перемещения); привод (электродвигатели, ремни, цепи, подшипники, муфты…), кинематическая схема станка; механика станка (частоты вращения шпинделя, числа двойных ходов, крутящие моменты и мощности, подачи, допустимые силы резания, общий к.п.д. и к.п.д. кинематических цепей); гидравлические механизмы; системы смазки; изменения в станке; дата капитального ремонта; принадлежности и приспособления; таблицы настройки станка; схемы управления; электрические схемы; чертежи быстроизнашивающихся деталей и т.п.

Управление системами и процессами

2013-09-20T23:26:04Z

Управление системами и процессами

Области эффективного применения станков и станочных комплексов.

Обычно технологический процесс изготовления детали на станке позволяет одновременно закреплять заготовку, менять режущий инструмент, устанавливать необходимые режимы резания. Но практически на станке с ручным управлением рабочий все эти вспомогательные операции выполняет последовательно. Аналогичная ситуация имеет место и с рабочими операциями.

Увеличение масштабов производства, потребность в изготовлении большого количества одних и тех же машин обусловили появление универсальных станков – автоматов и полуавтоматов.

Особенностью станков-автоматов является высокая производительность, что достигается совмещением вспомогательных и рабочих операций, высокими скоростями выполнения всех вспомогательных перемещений, большим количеством одновременно работающих инструментов.

Хотя станки-автоматы рассматриваемого вида и называют универсальными, возможность их переналадки значительно ниже, чем станков с ручным управлением.

На станке с ручным управлением рабочий, закончив изготовление очередной детали, может сразу же приступить к изготовлению по другим чертежам совершенно иной детали. На универсальном станке-автомате такая переналадка занимает несколько часов, а подготовка к переналадке (проектирование и изготовление кулачков, копиров, разработка циклограмм и карт наладки) – несколько дней. Поэтому фактическая производительность автоматов в условиях мелкосерийного производства оказывается низкой.

Таким образом, универсальные автоматы и полуавтоматы наиболее эффективны в том производстве, где не требуется частые переналадки оборудования, т.е. в крупносерийном производстве.

Стремление максимально повысить производительность при больших масштабах производства привело к созданию специализированных и специальных станков автоматов. Специализированными называются станки-автоматы, которые могут быть переналажены на обработку небольшой группы однотипных деталей (например, колец подшипников качения). Специальные станки-автоматы создаются для обработки одной единственной детали (например, коленчатого вала). Узкая специализация такого оборудования приводит к значительному упрощению его компоновки, конструкции и системы управления, что позволяет обеспечить более высокую производительность и эффективность по сравнению с универсальными автоматами в условиях крупносерийного и массового производств.

При смене выпускаемого изделия большинство специализированного оборудования оказывается ненужным, несмотря на полную работоспособность.

Одним из методов решения поставленной задачи является унификация узлов (агрегатов), механизмов, деталей и систем управления станокв-автоматов, что и привело к созданию агрегатных станков. За счет различных комбинаций унифицированных элементов можно быстро создавать высокопроизводительные специализированные станки-автоматы самого различного технологического назначения. Оригинальными в таких станках остаются только те узлы, конструкция которых связана с индивидуальными особенностями обрабатываемых деталей (шпиндельные коробки, зажимные приспособления), но и эти узлы собираются из унифицированных деталей.

Автоматические линии из агрегатных, специальных и универсальных станков автоматов обеспечивают дополнительное (в несколько раз) повышение производительности труда за счет автоматизации межстаночных транспортных операций, загрузки заготовок и выгрузки готовых деталей. Для обработки наиболее сложных и трудоемких деталей машин применяются комплексы автоматических линий, которые кроме металлорежущего оборудования встраиваются контрольные автоматы, моечные машины, агрегаты для термической обработки, промышленные роботы, накопители, автоматы для клеймения и другое оборудование. В составе автоматических линий могут быть также сборочные автоматы.

Для автоматических линий характерно расположение всего оборудование в порядке последовательности операций технологического процесса, выполняемых без вмешательства человека (необходимы лишь периодический контроль, наладка, профилактическое обслуживание и устранение неполадок).

Автоматическим линиям присущи, однако, и недостатки. Прежде всего – это высокая трудоемкость, а иногда и невозможность переналадки линии на другую деталь (даже родственную) и тем более на другой технологический процесс. Имеет место также простои работоспособных станков, агрегатов из-за неполадок в другом оборудовании входящем в состав одной линии.

Большие перспективы дальнейшего повышения производительности труда и эффективности в машиностроительном производстве имеет создание гибких производственных систем (ГПС), управляемых от ЭВМ. ГПС представляет собой совокупность оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени.

Любая ГПС обладает свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений ее характеристик.

Роботизированный технологический комплекс (РТК) состоит из единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств накопления, ориентации и поштучной выдачи изделий.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) – это единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик, автономно функционирующая, и имеющая возможность встраивания в ГПС.

В гибкой автоматизированной линии (ГАЛ) технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.

Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) функционирует по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

В состав гибкого автоматизированного цеха (ГАЦ) входят в различных сочетаниях гибкие автоматизированные линии, роботизированные технологические комплексы, гибкие автоматизированные участки для производства изделий заданной номенклатуры.

Станки автоматы и полуавтоматы

Основные понятия об автоматизации металлорежущих станков

Машиностроительное производство по своему характеру подразделяется на массовое, серийное и единичное с внутренним подразделением на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное.

При массовом производстве технологическое оборудование специализируется на выполнение одинаковых, повторяющихся операций технологического процесса.

При серийном производстве технологическое оборудование специализируется на выполнение двух или нескольких закрепленных операций, чередующихся в определенной последовательности.

При единичном производстве технологическое оборудование загружается различными работами и не имеет закрепленных операций или объектов производства.

Важнейшим показателем, характеризующим тип производства, является номенклатура и количество выпускаемых изделий. При этом на одном и том же предприятии производство может иметь различный характер. Так при серийном характере производства основной продукции производство нормалей (болтов, винтов, гаек и т.д.) может носить массовый характер, а продукция инструментальных цехов - мелкосерийный или даже единичный.

Характер производства предъявляет определенные требования к технологическому оборудованию. Если в условиях массового производства со стабильными характеристиками выпуска продукции главным требованием к рабочим машинам является высокая производительность, то для условий серийного и единичного производства первостепенное значение приобретает универсальность и мобильность средств производства при обеспечении соответствующего качества продукции.

Под универсальностью понимается способность оборудования к переналадке на возможно широкий диапазон обрабатываемых изделий.

Мобильность определяется быстротой перехода с выпуска одних изделий на другие.

Как правило, чем выше производительность оборудования и степень его автоматизации, тем ниже показатели универсальности и мобильности.

Таким образом, массовое производство одних и тех же изделий в течение длительного периода времени требует создания дорогостоящих, предельно автоматизированных, высокопроизводительных машин, длительное время сохраняющих свои эксплуатационные качества. К таким машинам относятся прежде всего станки-автоматы и полуавтоматы, а в условиях серийного производства - станки с ЧПУ. Из таких станков компонуются в дальнейшем гибкие производственные модули и системы, автоматические линии.

Обработка деталей на металлорежущих станках состоит из рабочих и вспомогательных операций. Во время рабочих операций осуществляется формирование требуемой поверхности, то есть производится процесс резания. К вспомогательным относят операции управления станком, установки, закрепления и снятия обрабатываемой детали, операции подвода и отвода инструментов, контроля размеров и т.д.

Автоматами называют станки, в которых весь цикл изготовления детали, начиная от загрузки заготовок и кончая выгрузкой готовых изделий полностью автоматизирован, то есть процесс изготовления деталей происходит без участия оператора. Оператор осуществляет только лишь загрузку станка на партию обрабатываемых деталей и первоначальный пуск.

Полуавтоматами называют станки, в которых весь цикл обработки деталей автоматизирован, а операции загрузки станка штучными заготовками, выгрузки готовых изделий, а также операции управления станком, т.е. его включение и выключение производятся оператором вручную при каждом цикле.

К станкам с ЧПУ обычно относят универсальные станки, в систему автоматического управления которых вводят числа или символы, отражающие величину и характер перемещений инструмента и детали относительно друг друга и работают по заданной программе. Как правило, такие станки характеризуются большой гибкостью, маневренностью и универсальностью в условиях современного динамического производства.

Классификация станков-автоматов и полуавтоматов

Автоматизированные станки в основном подразделяют по размерам, роду обрабатываемой заготовки, технологическим возможностям (выполняемым операциям), по точности обработки, принципу действия, по конструкции, числу различных органов (шпинделей) и по типам (см. рис. 1).

Так все автоматизированные станки можно подразделить на вертикальные и горизонтальные, которые, в свою очередь делятся на автоматы и полуавтоматы, одношпиндельные и многошпиндельные и т.д.

Вертикальные станки обычно являются более тяжелыми и мощными, чем горизонтальные и предназначаются для обработки деталей большого диаметра и относительно небольшой длины.

Токарные автоматы и полуавтоматы предназначены для обработки деталей из прутка или штучных заготовок соответственно и позволяют выполнить следующие операции: точение продольное и поперечное, подрезание торцев, центрение отверстий, сверление, растачивание, зенкерование, нарезание наружных и внутренних резьб, накатывание рифлений, фасонную обработку, отрезку деталей, а при оснащении станков спец. приспособлениями - фрезерование шлиц, лысок и другие операции.

Рис.1
Системы управления автоматическими станками

Системы автоматического управления обеспечивают работу станка по заранее заданной программе. Главное отличие автомата от обычного универсального станка состоит в том, что он по точной, заранее составленной программе выполняет определенный повторяющийся цикл работы.

Выбор системы управления во многом зависит от специфики технологического процесса, от конкретных производственных условий, в которых будет эксплуатироваться станок и от требований экономики.

Кроме того, система управления накладывает свои особенности на кинематику и конструкцию станков, систему транспортных и вспомогательных устройств,

так как они неотделимы от системы управления.

Однако любая система управления, независимо от ее технологического назначения, должна отвечать следующему ряду основных требований:

1. высокоточное исполнение команд на перемещение;

2. синхронизация перемещений в различных циклах;

3. высокая надежность работы;

4. мобильность при смене объекта производства;

5. простота конструкции и низкая стоимость;

6. оптимальное регулирование процесса обработки;

7. короткий цикл подготовки программы работы;

8. выполнение большого количества команд (переключение подач и частот вращения шпинделя, поворот резцовой головки, включение и выключение САЖ, смена инструмента и т.д.);

9. управление продолжительными циклами обработки без смены программоносителя.

Системы управления автоматов и полуавтоматов можно различать по следующим признакам: по принципу синхронизации, степени централизации управления, по методу воздействия, числу управляемых координат, виду программоносителя, по наличию или отсутствию обратной связи и т.д.

Централизованные системы управления характеризуются тем, что управление всем технологическим циклом осуществляется с центрального командного устройства (командоаппарата, пульта, распределительного вала, лентопротяжного устройства) независимо от действия и положения ИО. У таких систем управления (СУ) продолжительность рабочего цикла для каждого ИО является, как правило, величиной постоянной. Благодаря простоте схемы управления, надежности в работе удобству обслуживания и наладки централизованные СУ получили наибольшее применение в автоматах и полуавтоматах. К числу недостатков подобных систем можно отнести необходимость иметь дополнительные предохранительные устройства, так как команды с центрального пульта подаются вне зависимости от действия и положения исполнительных и рабочих органов.

Децентрализованные СУ, называемые иногда путевыми, осуществляют управление при помощи датчиков (чаще всего путевых переключателей и конечных выключателей), включаемых движущимися ИО. Эти системы основаны на управлении упорами. Все ИО связанны между собой так, что каждое последующее движение одного может происходить только лишь после окончания движения предыдущего ИО. Преимуществом этой системы управления является отсутствие блокировки, так как команды подаются только лишь после окончания предыдущей операции. Однако датчики расположены в рабочей зоне станков и нередко выходят из строя из-за попадания стружки, пыли, масла и выдают неправильные команды вследствие закорачивания электрических цепей. Кроме того, такие датчики являются еще недостаточно надежными в работе.

Смешанные СУ являются комбинацией первых двух систем. Здесь управление некоторыми элементами цикла осуществляется как в децентрализованной системе, а другими (остальными) от центрального командного, командного устройства. Например, управление всем циклом обработки детали осуществляется централизованно, а контроль выполнения очередных команд - при помощи путевых датчиков.

Наиболее важным и характерным признаком любой системы ПУ является способ задания программы обработки, выбор которого во многом зависит от назначения СУ, от структурной особенности и экономической целесообразности. Любая СУ выполняет строго определенный, заранее намеченный комплекс операций по обработке детали, составленный в виде программы работы автомата. Поэтому СПУ имеет программоноситель, который в той или иной отражает величину, траекторию, скорость и направление перемещения детали и инструмента.

По способу задания программы и виду программирования имеются:

1. системы управления упорами;

2. системы управления копирами;

3. системы управления распределительным валом;

4. СЦПУ (упоры, коммутаторы, штекерное табло);

5. системы ЧПУ (перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и т.д.).

Наиболее высокой надежностью обладает СУ распределительным валом. Она представляет собой характерный пример централизованной разомкнутой СУ без обратной связи, обеспечивающей надежную и точную синхронизацию рабочего цикла любой сложности. Эта СУ получила широкое распространение в автоматах самого широкого распространения.

СУ упорами нашли широкое распространение в современных агрегатных станках и автоматических линиях.

СУ копирами, обладая целым рядом преимуществ (возможность обработки деталей со сложными поверхностями, универсальность и мобильность при наладке, широкая возможность автоматизации станков и т.д.) имеют и недостаток - невозможность работы несколькими инструментами, автоматизация только рабочих ходов и сравнительно высокая трудоемкость изготовления копиров.

Цикловые СПУ в отличие от СЧПУ более просты по структуре построения, конструкции и схеме их узлов. Они имеют меньшую стоимость, меньшую сложность освоения, достаточно высокую надежность работы, простоту устранения возникающих неисправностей, но и менее широкие возможности, чем СЧПУ.

Системы ЧПУ более сложны, чем ЦСПУ, более универсальны, обладают высокой гибкостью и переналаживаемостью оборудования на обработку новой детали, но и менее надежны. Несмотря на высокую пока еще их стоимость и сложность в обслуживании они находят все большее и большее применение, особенно при обработке сложных корпусных и дорогостоящих деталей.

Выбор той или иной СУ оказывает существенное влияние на все технико - экономические показатели автоматов и полуавтоматов: их производительность, надежность в работе и экономическую эффективность.

Производительность рабочих машин - это величина, обратная длительности рабочего цикла и суммарных внецикловых потерь. Учитывая только собственные внецикловые потери, получим;

. (1)

Здесь: t_p- время рабочих ходов цикла;

t_x- время холостых ходов;

åC_i- потери по инструменту;

t_e- потери по оборудованию;

t_пер- потери по переналадке;

Q_пер - время затрачиваемое на переналадку станка при переходе на обработку другой детали;

а - размер партии обрабатываемых деталей. (1 < a < ¥).

Применение различных СУ в значительной степени зависит от потерь на холостые хода рабочего цикла t_x и длительность переналадки станка Q_пер.

По принципу осуществления холостых ходов все автоматы и полуавтоматы можно разделить на три группы.

В автоматах первой группы величина потерь холостых ходов пропорциональна изменению величины рабочих ходов. По этому принципу построены СУ почти всех неметаллорежущих станков с распределительным валом (РВ) - пищевых, текстильных, электровакуумных и др., а также металлорежущих для несложных работ. К этой же группе относятся станки с ПУ с управлением от магнитной ленты при постоянной скорости ее протягивания. При этом цикловая производительность Q_ц пропорциональна технологической К, т.е.

, где (2)

h₁- коэффициент производительности. h₁=const.

b₁ – угол хх. (без учета совмещений **)

В автоматах второй группы СУ построена таким образом, что изменение величины рабочих ходов и технологической производительности не влияет на длительность холостых ходов, которые остаются постоянными. К автоматам этой группы относятся, например, гидрокопировальные станки, где длительность зажима деталей, быстрого подвода и отвода суппортов и других холостых ходов не зависит от изменения режимов и длительности обработки. К этой группе относятся и токарные многошпиндельные автоматы, автоматические линии из агрегатных станков с системой управления упорами и др. Их общим признаком является условие:

t_xх = const.

Цикловая производительность автоматов второй группы выражается формулой

=К×h_II. (3)

Автоматы третьей группы (промежуточной) сочетают характерные признаки автоматов первой и второй групп. Их СУ строятся таким образом, что при изменении длительности рабочих ходов одна часть холостых ходов меняется пропорционально, а остальная - остается неизменной. Следовательно, для автоматов данной группы характерны оба признака: h₁=const; t_x_II= const.

По этому принципу построены, например, многие автоматы в электровакуумном машиностроении, которые кроме основного распределительного вала, вращающегося с постоянной скоростью, имеют и периодически включающийся быстровращающийся вал, от кулачка которого происходит поворот карусели.

В автоматах третьей группы длительность рабочего цикла

T=t_P+t_xI+t_xII, (4)

где — холостые ходы, совершаемые по группе 1 (зависящие от изменения t_p).

— холостые ходы, совершаемые по группе 2 (независимые от изменения t_p).

. (5)

Здесь: h₁ - коэффициент производительности без учета холостых ходов группы 2;

—коэффициент производительности без учета холостых ходов группы 1;

Это дает возможность сравнивать величину цикловой производительности при различных вариантах построения систем управления и выбирать для каждого конкретного случая самые оптимальные варианты (рис. ). Из графика видно, что кривая производительности автоматов третьей группы занимает промежуточное значение между кривыми автоматов первой и второй групп, так как в диапазоне изменения технологической производительности от К₁ до К₂ она обеспечивает большую производительность, чем автоматы первой и второй групп. Вне этих пределов автоматы промежуточной группы менее производительны, чем автоматы группы 2 (К₃<К₂) и группы 1 (К₃<К₁). Из этого же графика виден диапазон использования автоматов первой и второй групп.

На основе анализа конструкций и динамического исследования большего числа целевых механизмов металлорежущих автоматов и полуавтоматов можно сделать следующие выводы:

1. если К>10 шт./мин., автоматы должны строится по схеме группы 1.

2. если К<1 шт./мин., автоматы должны строится по схеме группы 2.

3. если К=0.5 ... 10 шт./мин., автоматы должны строится по схеме группы 3.

Иными словами, для мелких и легких работ следует создавать автоматы первой группы; для мелких и средних работ, требующих сложной последовательной обработки, - автоматы III группы; для средних и тяжелых работ - автоматы и

полуавтоматы II структурной группы.

Вторым параметром, определяющим выбор той или иной СУ при создании автомата, является длительность переналадки на обработку других деталей. При массовом и крупносерийном производстве (N®¥) потери на переналадку равны или близки к нулю (t_пер®0), поэтому выбор системы управления определяется максимальной величиной цикловой производительности. Однако в условиях серийного и мелкосерийного производства важнейшим определяющим фактором становится мобильность СУ, быстрота их переналадки. При плохой мобильности фактическая производительность автоматов в условиях серийного производства оказывается во много раз ниже производительности их в массовом производстве.

Именно малая длительность переналадки обусловила широкое применение СПУ как наиболее мобильных, в то время, как для массового стабильного производства основой автоматизации по прежнему остаются СУ с распределительным валом и кулачками. N - размер партии обрабатываемых деталей между переналадками.

Системы управления с распределительным валом.

Если представить обычный копир обернутым на цилиндр, а все цилиндры с копирами - посаженными на один общий вал, то при вращении вала получим надежную и максимальную синхронизацию всех движений цикла любой сложности. Такая система управления (с распределительным валом) получила широкое распространение в автоматах самого широкого технологического назначения для крупносерийного и массового производства деталей. Большое значение при конструировании машин-автоматов имеет длительность холостых ходов, осуществляемых самой машиной. Чем быстрее совершаются холостые ходы, там выше коэффициент производительности и сама производительность. В зависимости от конструкции целевых механизмов, осуществляющих холостые ходы, автоматы и полуавтоматы можно разделить на 3 основные группы:

Автоматы группы I с одним распределительным валом предназначены для выполнения одним целевым механизмом (распределительным валом) как всех рабочих, так и холостых ходов цикла. За один оборот распределительного вала производится одна или несколько деталей. Распределительный вал (РВ) приводится в движение по одной кинематической цепи со звеном настройки i_s, а, следовательно, для данной наладки скорость его вращения постоянна. Причем кулачки для осуществления холостых ходов являются постоянными, требующими определенного угла поворота РВ, тогда как кулачки для производства рабочих ходов в зависимости от характера работы в каждом конкретном случае требуют различных углов поворота РВ.

Для автоматов этой группы характерна большая потеря времени при вспомогательных движениях. Однако в автоматах малых размеров с небольшим количеством холостых движений и небольшим рабочим циклом (до 20с) применение такой схемы целесообразно вследствие ее простоты.

Автоматы труппы II представляет собой основную часть автоматного парка металлорежущих станков. К этой группе относится часть одношпиндельных и почти все многошипндельные автоматы и полуавтоматы.

Автоматы группы II также имеют один РВ с кулачками для осуществления рабочих и холостых ходов. Но в отличие от автоматов I группы в автоматах II группы РВ получает две скорости вращения: рабочую (медленную) и для осуществления холостых ходов (быструю).

Привод рабочего движения имеет звено настройки i_s, обеспечивающее для каждого конкретного случая различную скорость вращения РВ. Для осуществления холостых ходов РВ получает вращение по другой кинематической цепи i_y без звена настройки с постоянной скоростью, определяемой прочностью звена механизма холостых ходов автомата.

Следовательно, каково бы ни было время обработки детали, время на осуществление холостых ходов остается постоянным, а коэффициент производительности автоматов группы II является величиной переменной, зависящей от технологической производительности.

Автоматы группы III (промежуточной) представляют собой сочетание автоматов групп I и II. Автоматы этих групп имеют два вала: Распределительный 1 и вспомогательный 2. Распределительный вал 1 вращается с одной скоростью, определяемой звеном настройки i_sкак при осуществлении рабочих, так и холостых ходов. На нем установлены кулачки рабочих ходов и некоторой части холостых. Кроме того, этот вал несет на себе командные кулачки для переключения тех или иных механизмов, осуществляющих холостые движения с помощью специального вспомогательного вала 2, а также муфты включения и выключения механизмов холостых ходов.

Вспомогательный вал вращается с большей скоростью, чем распределительный вал по отдельной кинематической цепи i_y, характерной для данной конструкции автомата.

Автоматы III структурной группы характерны для токарно-револьверных автоматов и полуавтоматов.

Основными характеристиками СУ с РВ является длительное время переналадки, что обусловило их применение прежде всего в автоматах и полуавтоматах для массового и крупномасштабного производства. Для уменьшения времени наладки автоматов в плоских кулачках небольших размеров делают пазы для замены их без демонтажа РВ. Другим средством повышения мобильности является бескулачковая наладка, то есть с ЧПУ.

Автоматы и полуавтоматы параллельного, последовательного и параллельно-последовательного действия.

Простейшим структурным вариантом любой рабочей машины является однопозиционная машина, на которой осуществляется полностью или частично весь технологический процесс обработки, сборки или контроля изделий. Такие машины для выполнения заданного технологического процесса должны иметь минимально необходимый комплект механизмов рабочих и холостых ходов, привода, комплект инструмента и т. д. Так токарный одношпиндельный автомат должен иметь один шпиндель, один механизм зажима и подачи прутка, поперечные суппорты и т. д. (токарно-револьверные автоматы, автоматы фасонно-продольного точения). Отличительной чертой таких автоматов является последовательное использование всех инструментов технологического комплекта (возможно совмещение некоторых операций).

Если технологический процесс дифференцирован, то есть каждая машина выполняет одну составную операцию, то она должна иметь полный комплект механизмов и устройств и инструментов из технологического комплекта.

В многопозиционных машинах, выполняющих весь дифференцированный и концентрированный технологический процесс, количество механизмов неизбежно увеличивается по сравнению с однопозиционной машиной. Так, многошпиндельные токарные автоматы и полуавтоматы, обрабатывающие те же детали, что и на т/р. автомате, должны иметь столько механизмов зажима и подачи прутка, сколько шпинделей имеет станок и идентичный технологический комплект инструмента.

Таким образом, если в однопозиционных машинах общее время рабочего цикла определяется суммарной длительностью всех не совмещенных операций, то в многопозиционных интервал выпуска изделий равен длительности одной составной операции плюс время холостых ходов на загрузку и зажим деталей, подвод и отвод инструмента и т.д., что приводит к повышению производительности.

Дальнейший рост требований к производительности приводит к тому, что одна технологическая цепочка машин с дифференцированным технологическим процессом уже не в состоянии обеспечивать производственную программу. Отсюда появление многопоточных технологических машин.

Исходя из изложенного различают машины последовательного, параллельного и последовательно-параллельного (смешанного) действия.

На машинах последовательного действия все операции выполняются последовательно на одном изделии по рабочим позициям в порядке, заданном технологическим маршрутом обработки детали. При этом весь технологический комплект инструмента рассредоточен по позициям обработки. Обработка на всех позициях происходит одновременно, после завершения которой производятся холостые ходы (перемещение деталей в следующую позицию, зажим и разжим заготовок, передача новой заготовки в I-ю позицию, подвод и отвод суппортов и т.д.). При этом каждая деталь последовательно проходит через все рабочие позиции, а длительность рабочего цикла машин (автоматов и полуавтоматов) равна интервалу выпуска одной детали.

По такому циклу работает большинство автоматов и полуавтоматов одношпиндельных и многошпиндельных, вертикальных и горизонтальных.

В машинах параллельного действия, как правило, в нескольких позициях одновременно выполняется одна и совмещенные с ней операции технологического процесса, а, следовательно, такие машины имеют один механизм рабочего хода (суппорт, инструментальный блок и др.). За каждый цикл работы таких автоматов со станка сходит одновременно столько деталей, сколько позиций имеется на станке. Длительность же рабочего цикла определяется временем срабатывания основных механизмов (суппортов, инструментальных блоков и др.).

Машины параллельно-последовательного или смешанного действия концентрируют как одноименные, так и разноименные операции. Такие машины применяются при сложных технологических процессах обработки и большой производственной программе.

Компоновка автоматов и полуавтоматов. В зависимости от технологических возможностей и назначения автоматы и полуавтоматы могут быть различного конструктивного исполнения.

Автоматы фасонно-продольного точения выполняются одношпиндельными для пруткового материала диаметром обычно до 12-16 мм и применяются для обработки детали большой длины и малых диаметров со сложным контуром с точностью по 5-8 квалитету, шероховатостью R_a=1,25 мкм. Они получили широкое распространение в часовой и приборостроительной промышленности, где используются для изготовления различные валы и оси. Повышенные требования к точности обработки и небольшая жесткость обрабатываемых деталей привели к необходимости применения люнетов, которые размещаются в кронштейне близко к месту обработки. В процессе обработки детали пруток, зажатый во вращающемся шпинделе, постепенно перемещается в осевом направлении на заданные величины, а инструменты поочередно подходят к прутку и производят обработку. Инструмент закрепляется в 4-5 поперечных суппорта. Помимо продольного и поперечного точения на таких автоматах можно осуществлять фасонную обработку, точение конусов, обработку отверстий, нарезание резьб и т.д.

Фасонно-отрезные автоматы, работающие из проволки, применяются для выполнения различных фасонно-отрезных работ из материала, диаметром до 8 мм. Чаще всего это обработка шпилек, винтов и других простейших по конструкции деталей. Обработанный материал при обработке деталей не вращается и остается зажатым между двумя зажимными механизмами, один из которых расположен спереди шпинделя, а другой позади него. Вращение получают суппортные головки. Кроме того, в процессе обработки инструменты получают поперечное перемещение. По окончании обработки детали и ее отрезки инструменты возвращаются в исходное положение, зажимные механизмы освобождают пруток и происходит подача новой порции материала, после чего цикл повторяется. Другой характерной особенностью станков этой системы является наличие механизма правки, который осуществляют с помощью роликов, между которыми пропускается проволока.

Одношпиндельные фасонно-отрезные автоматы применяются для обработки коротких деталей из прутка (прутковые) и штучных заготовок (магазинные, бункерные)с точностью по 8..13 квалитету и шероховатостью R_a=2мкм. Наибольшее распространение получили прутковые автоматы для прутков диаметром от 3 до 25 мм. Пруток или штучная заготовка зажимаются во вращающемся шпинделе, а резцы получают поперечную подачу. По окончании обработки детали в зону обработки либо подается новая заготовка, либо выдвигается пруток до упора. При обработке деталей на таких автоматах, как правило, используются фасонные инструменты.

Одношпиндельные токарно-револьверные автоматы применяются для обработки деталей сложной формы из прутков диаметром до 70мм. с точностью по 8..13 квалитету и шероховатостью R_a=2мкм. Автоматы имеют револьверную головку и 2-4 поперечных суппорта. Пруток подается из шпинделя на определенную величину и зажимается, после чего производится последовательная обработка инструментами, закрепленными в револьверной головке и в суппортах. После отрезки готовой детали пруток снова подается до упора на определенную величину и цикл повторяется.

Многошпиндельные автоматы последовательного действия проектируются, как правило, для обработки деталей из пруткового материала диаметром до 100мм, реже для обработки штучных заготовок с магазинным питанием и могут быть 4, 6, 8 и 12 шпиндельными. Автоматы имеют продольный суппорт и поперечные на каждую позицию, а также оснащаются разного рода приспособлениями, расширяющими технологические возможности автомата (резьбонарезное устройство, быстросверлильное, для фрезерования пазов, шлиц и др.). По окончании одного цикла шпиндельный блок поворачивается на одну или несколько позиций и цикл повторяется. За каждый цикл со станка сходит готовая деталь.

Многошпиндельные автоматы непрерывного действия применяются в основном для обработки штучных заготовок с бункерным или магазинным питанием. В процессе непрерывного карусельного вращения шпиндельного блока вокруг неподвижной колонны осуществляется обработка деталей либо путем перемещения заготовок относительно неподвижных инструментов, либо перемещением инструментов относительно заготовок. Полный поворот стола вокруг колонны соответствует времени обработки заготовки и удаления готовых деталей со станка. Как правило, такие автоматы применяются для обработки сравнительно несложных деталей.

Многошпиндельные фасонно-отрезные автоматы являются результатом развития одношпиндельных фасонно-отрезных автоматов и представляют собой, по существу, несколько соединенных в одном корпусе отдельных одношпиндельных автоматов, каждый из которых осуществляет полную обработку детали (автоматы параллельного действия). Они строятся обычно 2, 4, 6 и 8 шпиндельные.

Патронные и центровые многорезцовые одношпиндельные полуавтоматы широко применяются в крупносерийном и массовом производстве тяжелых и сложных работ. Весь процесс обработки производится автоматически, за исключением установки и закрепления заготовок, т.к. конфигурация заготовок в большинстве случаев требует сложных механизмов для автоматического зажима заготовок.

Такие полуавтоматы предназначены для выполнения различных операций, а поэтому кроме поперечных суппортов они снабжаются продольным суппортом. Детали большой длины можно обрабатывать в центрах одновременно несколькими продольными и поперечными суппортами, расположенными по ее длине на круглых скалках (направляющих). Применяя ряд специальных приспособлений, можно осуществлять обработку фасонных поверхностей.

Патронные и центровые полуавтоматы чаще строятся с горизонтальной осью и реже имеют вертикальную компоновку.

Револьверные полуавтоматы предназначены для сложных патронных и центровых работ, требующих большого количества последовательно работающих инструментов. Полуавтоматы этого типа получают все большее применение ввиду их мобильности и широких технологических возможностей в серийном и мелкосерийном производстве деталей длиной до 1750мм, а также деталей типа фланцев, дисков, шкивов, зубчатых колес и др. за один или несколько проходов. Станки могут оснащаться и устройствами для смены инструментов по программе, число которых может достигать 16.

Многошпиндельные полуавтоматы последовательного действия. По принципу действия не отличаются от многошпиндельных автоматов и предназначены для обработки штучных заготовок из различных материалов (втулки, кольца, гильзы, зубчатые колеса и др.). Отличием многошпиндельных горизонтальных полуавтоматов от аналогичных автоматов является отсутствие блока направляющих труб для поддержания вращающихся прутков и наличие зажимных, обычно пневматических патронов. Процесс смены готовой детали на заготовку осуществляется на специально для этого отведенной позиции и производится во время обработки на других позициях. Шпиндель в позиции загрузки не вращается. После установки заготовки оператор включает шпиндель и тем самым снимает блокировку от поворота шпиндельного блока.

Такие полуавтоматы получают широкое применение в крупносерийном и массовом производстве. На них можно выполнять самые разнообразные операции. При оснащении их специальными загрузочными устройствами они могут работать полностью по автоматическому циклу. По специальному заказу они могут выполняться с двойной индексацией шпиндельного блока, то есть могут работать как сдвоенные полуавтоматы с загрузкой в двух позициях, что позволяет обрабатывать одновременно две несложные детали. Производительность при этом значительно возрастает.

Вертикальные многошпиндельные полуавтоматы предназначены для обработки, в основном, крупногабаритных деталей большого диаметра и небольшой длины. Шпиндель в загрузочной позиции не вращается. В остальных позициях шпиндель вращается с частотой, необходимой по характеру обработки в данной позиции. Шпиндельный блок по окончании обработки во всех позициях по команде оператора поворачивается на одно деление вокруг неподвижной колонны, на гранях которой установлены суппорты. Все суппорты имеют независимый привод. Они могут осуществлять продольную и поперечную обработку, точение конусов и фасонных поверхностей.

Существуют полуавтоматы непрерывного действия с фасонно-продольной обработкой, многошпиндельные полуавтоматы непрерывного действия с невращающейся заготовкой, многошпиндельные полуавтоматы последовательного действия для обработки деталей неправильной формы (рычаги, автотракторные детали и т. д.) в основном для осевой обработки.

Ретроспектива развития ЧПУ

Дальнейшее усовершенствование и развитие любой отрасли машиностроения немыслимо без широкой и комплексной автоматизации производственных процессов.

Известно, что на обработку резанием при изготовлении детали в настоящее время приходится 40-45% от общей трудоемкости, обработку давлением - 7-8%, сварочные процессы - 5-6% и т.д. на заготовительные операции, транспортирование, складирование деталей. Такое разделение сохранится как минимум до 2000 года, т.к. основная масса деталей изготовляются, и будут изготовляться из сталей и чугунов и только незначительная их часть из различных полимерных материалов. Кроме того, на обработку металлов резанием затрачивается значительно меньше энергии, чем на другие технологические процессы при лучшем качестве обрабатываемых поверхностей. Так при эл. физических методах обработки энергии требуется в 10 раз больше, чем при обработке резанием, а при обработке лучом лазера - в сто тысяч раз. Поэтому металлорежущие станки были, есть и будут основным технологическим оборудованием, но с ним произойдут радикальные изменения, что повлечет радикальные изменения и во всем машиностроении. Типаж металлорежущих станков весьма велик и разнообразен (9 групп,9 подгрупп, плюс целая масса станков специальных и специализированных). Большая часть этих станков приходится на долю единичного, мелкосерийного и серийного производства (около 75%). А это значит, что на каждом таком станке должен быть оператор. Возникает 1-я ПРОБЛЕММА - нехватка станочников. Так, в настоящее время, на 3 млн. станков приходится 2 млн. станочников. Кроме того, тяжело повышать производительность. При замене морально устаревшей модели станка новой, производительность может быть повышена, но в общем балансе времени она незначительна. В результате затраты времени на обработку с использованием станков общего назначения и специализированных в условиях мелкосерийного и серийного производства значительно превышают их для крупносерийного и массового производства. Применение же станков специальных, станков-автоматов и автоматических линий в условиях мелкосерийного и серийного производства крайне нежелательно. Это 2-я ПРОБЛЕММА.

Далее, доля затрат на складирование и транспортирование в условиях мелкосерийного и серийного производства значительно перекрывает по площадям долю затрат на заготовительные операции и размерную обработку деталей.

1.Затраты на заготовительные операции.

2.Затраты на размерную обработку на станках.

3.Затраты на транспортирование деталей.

4.Затраты на складирование деталей.

5.Затраты на различные финишные операции (отделочные работы, смазка, упаковка и т.д.).

Ликвидация затрат на транспортирование и складирование деталей является очередной ПРОБЛЕММОЙ в машиностроении. Необходимо решать вопросы, чтобы деталь со станка сходила в уже готовом виде и по каналам связи (транспортеры, конвейеры) передавалась на сборочные посты, минуя складские помещения.

С развитием автотракторостроения, авиастроения, ракетной техники, новейшей научно-исследовательской аппаратуры к металлообрабатывающему оборудованию предъявляется все больше и больше требований. Для новых отраслей характерно усложнение объектов производства. Так, в самом сложном современном автомобиле насчитывается более 4 тыс. наименований деталей, а самолет типа АН-22 - один из крупнейших в мире транспортных кораблей, содержит уже около 400 тыс. наименований деталей, нормалей и узлов. Пассажирский самолет средних размеров включает примерно 60 тыс. деталей. В конструкциях растет число совершенно оригинальных, не встречающихся ранее узлов и деталей. Решить задачу выпуска таких новых объектов в кратчайшие сроки, даже с использованием станков-автоматов и полуавтоматов практически невозможно. Для этого необходимо спроектировать и изготовить около 2000 копиров, 3-5 тыс. различных штампов, около 1000 кулачков, 15-20 тыс. шаблонов для измерения заготовок, деталей и узлов. Изготовление такого количества оснастки требует колоссальных затрат труда рабочих, что ведет к низким темпам изготовления машин, которые зачастую устаревают еще до того, как выйдут на испытания.

Можно констатировать, что в станках-автоматах и полуавтоматах высокая производительность достигнута за счет узкой специализации, приведшей к потере маневренности, гибкости и плохой адаптации станка к меняющимся объектам производства. Автоматизация движений в таких станках, их последовательность и продолжительность осуществляется применением различного рода кулачков, копиров, упоров и других кинематических элементов, которые в процессе работы быстро изнашивались, в результате чего точность обработки на таких станках снижалась и не превышала обычно третьего класса. Переналадка таких станков на обработку другой детали приводила к необходимости длительной регулировки многочисленных упоров и изготовлению новых кулачков высококвалифицированными лекальщиками.

Именно поэтому станки-автоматы и полуавтоматы эффективны лишь в условиях крупносерийного и массового производства с устойчивой номенклатурой изделий.

Однако такой тип производства дает в настоящее время менее 30% всей продукции машиностроения и приборостроения, а свыше 70% - производится в отраслях единичного, мелкосерийного и серийного производства с быстрой сменяемостью номенклатуры. Доля этих типов производства под влиянием воздействия НТР будет еще выше.

Таким образом, быстрые темпы обновления продукции машиностроения и приборостроения поставили на повестку дня ЗАДАЧУ создания универсального станка-автомата, обладающего и высокой производительностью, и достаточной гибкостью, и маневренностью в условиях современного динамического производства.

Для решения этих проблем призваны станки с ЧПУ, создание которых стало возможным благодаря бурному развитию электроники и вычислительной техники. Первое устройство ЧПУ было изобретено в 1949 году советскими специалистами А.Е.Кобринским, М.Г. Брейдо и В.К.Бесстрашновым. В 1955 г. был изготовлен макетный образец станка с ЧПУ, а в 1957 г. советский станок с ЧПУ демонстрировался на Всемирной выставке в Брюсселе, где он завоевал первую премию "Гран-при". В этом станке дозировка размерных перемещений осуществлялась с помощью механического шагового привода с анкерным механизмом.

С 1959 г. начинается все расширяющийся промышленный выпуск станков с ЧПУ. С этого времени начался 1-й ЭТАП в развитии станков с ЧПУ.

Для устройств ЧПУ первого поколения характерно применение полупроводниковых приборов и электронных машин. Широкое применение в этот период получил фрезерный станок модели 6Н13ГЭ-2 с шаговым эл.гидравлическим приводом. Программа записывалась в унитарном коде на магнитную ленту, что позволило значительно упростить электронную часть устройства и повысить ее надежность.

Простота устройств ЧПУ позволила быстро освоить их выпуск и эксплуатацию. Станки с этими устройствами ЧПУ оправдали себя, несмотря на ограниченные технологические возможности (отсутствие коррекции и др.) и трудоемкость подготовки программы на магнитной ленте.

Вскоре выяснилось, что ручной расчет и изготовление программ, особенно для обработки детали со сложными криволинейными поверхностями, крайне трудоемкая работа. При расчете требуется оперировать без округления многозначными цифрами, что приводит к появлению многочисленных ошибок и проведению многократных перепроверок и перерасчетов. Потребовалась организация больших служб инженеров и технологов программистов для выполнения таких расчетов.

В начале освоения станков с ЧПУ считалось, что основной областью применения ЧПУ станками станет единичное производство. Однако уже первые результаты промышленной эксплуатации показали, что трудности подготовки программы обусловили наиболее эффективное применение ЧПУ в мелкосерийном и серийном производстве, где партии деталей достаточно велики. В опытном производстве станки с ЧПУ нашли применение главным образом при обработке крупногабаритных деталей со сложной конфигурацией.

В России первый этап на большинстве предприятий завершился в 1960 - 62 гг. Опыт эксплуатации станков на этом этапе выявил следующие преимущества ЧПУ станками:

1. Снижение квалификации станочников;

2. Сокращение и упрощение технологической оснастки;

3. Повышение производительности за счет снижения машинного и вспомогательного времени.

ВТОРОЙ ЭТАП характеризуется резким увеличением внедрения станков с ЧПУ различных групп в различные отрасли промышленности. Совершенствуются конструкции и технические показатели отдельных узлов станков и систем ЧПУ. В станках применяют быстродействующий привод подач, высокоточные датчики, поворотные резцедержатели, револьверные головки и т.д.

Все больше находит применение контрольные автоматы с ЧПУ, промышленные роботы на сборочных и упаковочных операциях, основанные на принципах ЧПУ. Широкие возможности для внедрения роботов открываются в литейных, термических, гальванических цехах и кузнечно-штамповочном производстве.

Особую группу составляют станки с ЧПУ, получившие название "обрабатывающий центр" (много инструментальный, многооперационный). Эти станки могут выполнять полную обработку всех сторон детали, закрепленной на столе станка, за одну установку, производя разнородные операции: точение, сверление, фрезерование, нарезание резьбы и др. Такие станки имеют инструментальные магазины, в которых может устанавливаться до 138 различных инструментов и "автоматические руки" для смены инструмента в шпинделе станка. Кроме этого с помощью ЧПУ на этих станках осуществляются автоматические перемещения заготовки вдоль трех координатных осей и ее вращение вокруг вертикальной оси поворотного стола, а иногда и вокруг горизонтальной оси, что дает возможность осуществлять обработку сложных корпусных деталей при одном их закреплении. ПУ станка обеспечивает необходимое изменение скорости вращения шпинделя, величины рабочей подачи и скоростей холостых перемещений, а также включение и выключение других устройств станка.

Режущий инструмент помещается в револьверных головках или специальных инструментальных магазинах большой емкости, что делает возможным в соответствии с принятой программой автоматически устанавливать в шпинделе станка практически любой инструмент, необходимый для обработки соответствующей поверхности детали. Смена инструмента производится в течение 3-5 сек.

ЧПУ всеми движениями станка и поворотным столом, а также автоматическая смена большого числа режущих инструментов обеспечивает в некоторых моделях многооперационных станков получение до 500000 различных положений инструмента относительно обрабатываемой детали.

В отличие от обычных многошпиндельных станков – автоматов и автоматических линий, применяемых в массовом производстве повышение производительности на многооперационных станках достигается не за счет совмещения технологических переходов и параллельной много инструментальной обработки многих поверхностей, а вследствие резкого сокращения затрат вспомогательного и подготовительно-заключительного времени и интенсификации режимов резания. Так в условиях серийного и мелкосерийного производства доля машинного времени на прецизионных станках не превышает 18-20%, на станках с ЧПУ она увеличивается до 50-60%, а на многооперационных она достигает 80- 90%. Простой станка под наладкой сокращается в среднем на 80%. В результате этого производительность изготовления деталей на таких станках в 4-10 раз превышает производительность обработки на универсальных станках.

Важнейшим преимуществом многооперационных станков перед другими автоматизированными станками является простота их наладки и переналадки и отсутствие необходимости создания сложной технологической оснастки (шаблонов, копиров, приспособлений и т.д.). Это создает большую гибкость и мобильность производства, позволяющие применить многооперационные станки в условиях мелкосерийного и опытного производства. И, несмотря на высокую стоимость этих станков при правильной их эксплуатации с полной загрузкой в 2-3 смены окупаются в течение 1-2 лет.

Второй этап характеризуется и созданием систем автоматического расчета управляющих программ на ЭВМ. Разработка методов автоматического программирования и математического обеспечения оказал решающее значение на темпы развития ЧПУ станками в целом. Для ускорения решения вопросов программирования были созданы специальные системы автоматического программирования и машинного языка, рассчитанные на определенный тип станков и осуществляющие связь оператора с машиной (САП-2, САП-3, САПС-М32 и др.). В РОССИИ значительную роль в ускорении систем автоматического программирования и улучшении вопросов подготовки программ сыграли заводские бюро и созданные в 1973 г. кустовые территориальные центры по программированию. В последнее время начали внедряться способы задания информации голосом.

Использование принципов ЧПУ с широким привлечением ЭВМ позволяет автоматизировать инженерный труд. Созданы координатографы, графопостроители, которые работают в 25-30 раз быстрее человека и могут по сигналам управления выполнить многие сечения деталей, перевести цифровую модель детали в графическую форму, изменить масштаб построения, выполнить аксонометрическую проекцию изделия и т.д.

Появились и устройства, выполняющие противоположные функции - программаторы. Программаторы на основании чертежа или модели изделия создают его цифровую модель, а затем - управляющую программу для станка с ЧПУ.

С развитием электроники и вычислительной техники построен, изготовлен и находится в эксплуатации дисплей. Это устройство позволяет осуществлять визуальный диалог человека и машины в графических образах. Дисплей представляет весьма существенные возможности для автоматизации конструирования, выполнении конструкторских работ человеком в апре с ЭВМ и используется для ускорения отладки и внедрения УП станкам с ЧПУ непосредственно в цехе, возле станка. Оператор, с помощью специального светового луча может непосредственно у станка вносить изменения в чертеж детали на экране дисплея, которые сразу запоминаются машиной.

На основании устройств автоматизирующих конструкторскую и технологическую подготовку производство изделий, а также их непосредственного изготовления, контроль и сборку технические прогнозы обещают создание в 2000 году комплексов СЧД (система чертеж-деталь), в которой на протяжении всего цикла производства - от возникновения замысла до изготовления детали - рука и мозг человека не будут участвовать в производственных процессах.

Широкое использование ЭВМ при подготовке УП для станков с ЧПУ показало, что такие станки могут эффективно использоваться не только в мелкосерийном и единичном производстве, но и успешно решать задачи серийного и крупносерийного производства.

Однако даже такие станки, как обрабатывающие центры не всегда обеспечивают полную обработку детали, т.к. многие из них требуют дополнительных операций - термообработка, шлифование, доводка и т.д. Кроме того, на каждом станке с ЧПУ должен быть оператор и только иногда допускается многостаночное обслуживание. Эти обстоятельства привели к 3-му ЭТАПУ в развитии станков с ЧПУ.

Стремление распространить автоматизацию, достигаемую на автоматических линиях, на мелкие и средние партии обрабатываемых деталей привело к объединению нескольких обрабатывающих центров и станков с ЧПУ в участок (автоматическую станочную систему АС) с единым транспортным устройством и универсальным управлением. Создание автоматизированных участков и цехов, управляемых от одной линии ЭВМ, сопровождается разработкой станков с новыми конструктивными компоновками, учитывающими возможность работы в составе автоматизированного участка, промышленных роботов для загрузочно-разгрузочных операций, контрольных автоматов с ЧПУ, а также адаптивные системы к станкам.

Таким образом, получаются системы, обеспечивающие быструю переналадку на другое изделие и обладающие высокой гибкостью в противоположность жестким автоматическим линиям.

Первый гибкий комплекс "Rota-F-125М" (ГДР) в мировой практике демонстрировался в 1971 г. на Лейпцигской выставке. В комплекс входит семь станков с ЧПУ: 1-токарный, 3-токарноревольверных, 2-вертикальнофрезерных, 1-круглошлифовальный.

В РОССИИ в настоящее время эксплуатируется более 100 автоматических станочных систем типа АСК - для обработки корпусных деталей и АСВ - для обработки деталей типа тел вращения.

3-й ЭТАП в развитии станков с ЧПУ характеризуется и разработкой и оснащением станков с ЧПУ адаптивными системами и системами диагностики, позволяющими в любой момент времени быстро определить ту или иную неисправность станка, или определить приближение того или иного узла к критическому состоянию.

Понятие о ЧПУ станками

Почти всякий автоматизированный станок можно рассматривать как станок с ПУ. Программоноситель в таких станках: кулачок, копир, шаблон, расположенные в определенных местах упоры и конечные выключатели являются программой формообразования детали. Он кинематически связан определенным образом с исполнительными узлами либо непосредственно (автоматы с РВ), либо через систему усиления и управления. При таком управлении для изменения величины перемещения исполнительного узла требуется смена параметров кинематической цепи (замена кулачков и копиров, переустановка упоров и т. д.).

В станках с ЧПУ программа формообразования и осуществления вспомогательных движений рабочих органов не связана со структурой и конструкцией станка. Эти станки характеризуются управлением, обеспечивающим быструю их переналадку без смены и перестановки механических элементов, т.е. бескопирным дистанционным управлением. Величины перемещения исполнительных узлов, определяющие форму и размеры детали задаются числами или какими-либо другими символами, отражающими форму траектории, величину, направление и скорость этого перемещения.

Программа для станков с ЧПУ обычно составляется заранее. Суть ее обычно состоит в следующем. По заданному технологическому процессу изготовления детали и ее чертежу разрабатывают программу перемещений режущего инструмента относительно заготовки, а также направления и величины подач этих перемещений. Эту программу кодируют, т.е. либо заменяют принятой условно системой чисел или знаков, которые затем фиксируют посредством пробивки отверстий на программоносителе- перфокарте или перфоленте, либо запоминаются каким-либо иным способом (магнитная запись на ленте, запись на киноленте и т.д.). В таком виде программа вводится в "считывающее" устройство станка, в котором "прочитанные" данные преобразуются в соответствующие командные импульсы, а последние с помощью управляющих механизмов подают сигналы на приводы исполнительных органов.

Таким образом, станками с ЧПУ называются станки, в систему автоматического управления которых вводятся числа или символы, отражающие величины перемещений исполнительных органов, участвующих в формообразовании изготовляемой детали или позиционировании заготовки и инструмента.

Классификация ЧПУ станками

В СЧПУ программа работы станка задается в виде определенного комплекса чисел или знаков, записанных на программоносителе (перфоленте, магнитной ленте, перфокарте, ОЗУ и т.д.). Системами с программированием цикла и режимов работы оснащаются станки автоматы и полуавтоматы, а также станки с автоматической сменой режимов работы.

2. По принципу управления движениями: позиционные и контурные. Позиционные системы управления, в свою, очередь делятся на:

а) системы с установкой координат без определенного линейного перемещения между отдельными точками обработки с заданной точностью. При этом все исполнительные узлы могут перемещаться в любом направлении одновременно, но не взаимосвязано. Траектория движения инструмента при этом существенного значения не имеет и определяется в основном конструкцией станка и его кинематической схемой. Например, в станках сверлильно-расточной группы необходимо вначале установить ось сверла над центром будущего отверстия, что может осуществляться одновременным, но несогласованным движением сверла по осям X и Y, т.е. в плоскости, перпендикулярной оси сверла, а затем дать рабочее движение (т.е. подачу) по оси Z, вдоль оси сверла. Перемещения в таких системах задают в абсолютных координатах или приращениях, а работа систем основана на сравнении показаний абсолютных и неабсолютных датчиков перемещения с координатными данными, заданными программой.

б) системы с прямоугольным последовательным перемещением исполнительных органов от пункта к пункту в процессе формообразования детали. Такие системы можно назвать системами с программированием прямых, параллельных направлению движения исполнительных органов. Перемещения в позиционной системе с необходимой точностью, определяемой ее разрешающей способностью, как правило, задают в абсолютной системе координат, имеющей фиксированное начало отсчета, которое может изменяться по программе или вручную.

Рабочее движение в позиционных системах ПУ, т.е. движение подачи, всегда осуществляется по одной координате. Системами с программированием прямых могут считаться токарные, карусельные и фрезерные станки.

Системы контурного (непрерывного) управления являются функциональными. В таких системах производится непрерывное, одновременное и согласованное движение исполнительных органов и заготовки, что обеспечивает обработку криволинейных контуров и поверхностей на станках токарной, фрезерной, строгальной и др. групп. Программа задается в относительных координатах или в приращениях, определение которых на криволинейных участках контура производится автоматически, с помощью специальных устройств - интерполяторов.

Само собой разумеется, что контурные СПУ в принципе можно применять вместо позиционных, т.к. они также обеспечивают приход инструмента в заданную точку с высокой точностью, хотя координаты у них обычно заданны в относительной системе. Однако из-за наличия интерполятора контурные СПУ всегда были намного сложнее и дороже позиционных и в связи с этим их применяли только в станках, предназначенных для обработки деталей с криволинейными образующими взамен копировальных станков, где эффект от применения СПУ был особенно велик.

Появление инструментальных магазинов в среднем на 30-40 инструментов, необходимость в связи с этим автоматически изменять частоту вращения шпинделя в широких пределах, иметь коррекцию размеров инструментов и индикацию положений рабочих органов станка, упрощения программирования за счет введения стандартных циклов, переход на следящий режим позиционирования для обеспечения высокой точности - все это привело к резкому усложнению позиционных СПУ. Добавление в такую СПУ интерполятора не на много увеличивает ее сложность и стоимость, но делает ее универсальной.

В связи с этим большинство современных СПУ выполняют как универсальные. И только простейшие СПУ до некоторой степени сохраняют это разделение.

Подразделение СПУ на позиционные, контурные, универсальные привело к некоторым изменениям в нумерации и обозначении станков с ЧПУ. Так, в обозначении станков с ЧПУ обозначают дополнительным индексом в конце: Ф1 - станки с цифровой индикацией и пред набором координат, Ф2 - с позиционными системами ПУ, Ф3 – с контурными системами ПУ , Ф4 - с универсальными системами для позиционной и контурной обработки, С1, С2, С3 - количество управляемых координат. Например, токарный станок с контурной СПУ и управлением по 2-м координатам обозначают 1А616Ф3С2.

В зависимости от наличия или отсутствия обратной связи СПУ подразделяются на замкнутые и разомкнутые системы управления. Система управления с разомкнутым контуром значительно проще и дешевле в изготовлении, но в ней отсутствует контроль исполнения команды, что снижает ее точностные показатели. В СПУ с замкнутым контуром датчик обратной связи следит за положением исполнительного органа и вносит необходимые коррективы в работу СПУ. Такие системы обладают большей точностью, но они сложнее, менее надежны и соответственно дороже СПУ с разомкнутым контуром.

По характеру информации, выраженной в программе различают системы непрерывные, дискретные и дискретно-непрерывные.

Программа в СПУ с фазовой модуляцией считывается с магнитной ленты в виде синусоидального напряжения, имеющего угол сдвига фазы относительно опорного напряжения, пропорциональный заданному перемещению, а воспроизведенное движение контролируется датчиками перемещения также в угол сдвига фаз синусоидальных напряжений. Фаза напряжений, характеризующее заданное и фактическое перемещения, сравниваются в так называемом фазовом индикаторе, который выдает сигнал следящему приводу в виде выпрямленного напряжения. Фазовая система ПУ по сравнению с другими СПУ имеет минимальный объем электронного оборудования и надежные в работе датчики положения.

Дискретная (импульсная) система - это такие СПУ, в которых информация о перемещении инструмента или изделия выражена соответствующим числом импульсов.

В разомкнутых импульсных системах в качестве исполнительных устройств применяют шаговые двигатели, поэтому их часто называют шагово импульсными. В таких системах каждый импульс преобразуется в поворот вала шагового двигателя на определенный строго фиксированный угол. Число импульсов определяет величину перемещения, а частота их следования - скорость движения рабочего органа станка.

Замкнутые импульсные системы называют счетно-импульсными, т.к. в них использована счетная схема. В счетно-импульсных суммирующих системах величина перемещения рабочего органа задается в виде суммы импульсов. Каждому импульсу соответствует перемещение, например, на 0,01 мм. Заданное число импульсов фиксируется и сравнивается с числом импульсов, поступающих по мере перемещения рабочего органа от датчика обратной связи. Когда число импульсов, поступивших от датчика обратной связи сравняется с заданным числом импульсов, подается команда для прекращения движения рабочих органов.

Однако импульсные СПУ имеют и недостатки:

1. Возможность потери информации (пропадания импульсов программы), что приводит к изменению размеров детали.

2. Задание размеров в приращениях приводит к накопленной ошибке.

3. Введение в систему обратной связи с целью повышенной точности обработки усложняет конструкцию станка, снижает их надежность и долговечность.

Системы же с фазовой модуляцией в значительной мере свободны от этих недостатков благодаря непрерывному характеру управляющей информации, имеющей вид фазомодулированных синусоидальных сигналов переменного тока. Для получения информации в импульсных системах применяют преобразователь унитарного кода в фазовый, что обеспечивает простоту и надежность управления.

Шагово-импульсные системы применяют в станках с точностью обработки не выше +-0.1 мм и шероховатости поверхности 5-6 при максимальном времени обработки деталей в цикле не более 30-40 мин.

Счетно-импульсные системы с обратной связью находят применение в станках для обработки крупногабаритных деталей с циклом обработки до 2-3 часов, точностью до +- 0.1 мм и 5. Станки 6441Пр, ГФ-628, СФП-1, СФП-2 и др.

Дискретно-непрерывные системы подразделяются на аналого потенциометрические (АПСПУ) и импульсно-фазовые.

В АПСПУ происходит непрерывно воспроизведение и обработка текущих значений координатных точек траектории центра фрезы, вычисленных относительно начала координат, принятых для системы. АПСПУ является системой абсолютного отсчета со встроенным линейным интерполятором электромеханического типа. В системе предусмотрен датчик обратной связи потенциометрического типа. Программоносителем является обычно 80-колонковые перфокарты. В таких системах сравнивающие устройство сравнивает число импульсов, заданных программой с числом импульсов системы обратной связи (с числом фактически отработанных импульсов) и выдает аналоговый сигнал, пропорциональный отклонению скорости и величины перемещения рабочих органов станка от заданных программой. Этот сигнал образуется в результате отклонения от нулевого положения реверсивного счетчика, в котором выполняется одновременное сложение импульсов программы и вычитание импульсов обратной связи.

В импульсно-фазовых системах аналоговый сигнал управления образуется в результате сдвига по фазе последовательности импульсов обратной связи по отношению к последовательности импульсов программы.

АПСПУ обеспечивает выполнение следующих функций: работу станка в позиционном и контурном режиме, одновременную продольную и поперечную подачу при включенной вертикальной подаче, линейную интерполяцию контура детали, изменение положения начала координат в системе воспроизведения.

Таким образом АПСПУ характеризуется непрерывным управлением приводами продольной и поперечной подач и позиционным управлением приводом вертикальной подачи станка.

Системы ПУ, в которых помимо основного потока информации на перемещение какого-либо исполнительного узла по определенным направлениям с коррекцией или без коррекции этого перемещения, имеется ряд дополнительных воздействий в зависимости от факторов случайного характера (состояния режущей кромки инструмента, физические свойства обрабатываемого материала, тепловые колебания и другие силовые воздействия на систему СПИД), называются самонастраивающимися или адаптивными системами ПУ. Такие системы можно отнести к системам с программированием цикла и режима обработки.

Преимущества станков с ЧПУ

1. Высокая производительность за счет сокращения вспомогательного, Тп.з. и То. времени.

2. Исключение предварительных разметочных и пригоночных работ.

3. Повышение точности и идентичности деталей и, как следствие сокращение брака и пригоночных работ в процессе сборки.

4. Сокращение количества и упрощение конструкции технологической оснастки, что сокращает сроки технологической подготовки производства.

5. Обеспечивается экономия площадей для хранения деталей в процессе производства, готовых изделий, приспособлений, инструментов.

6. Значительное снижение квалификации оператора.

7. В связи с резким сокращением брака при работе на станках с ЧПУ, автоматической сменой инструмента и его перемещением относительно заготовки по программе значительно уменьшается объем контрольных операций и сокращается штат контролеров.

Благодаря этим преимуществам применение станков с ЧПУ целесообразно в следующих случаях:

1) сложные многочисленные и дорогостоящие операции по настройке и обработке;

2) обработка малыми партиями, особенно для сложных деталей;

3) деталь настолько сложная, что обработка ее в больших количествах приводит к появлению субъективных ошибок;

4) обработка деталей с большим количеством размеров, имеющих жесткие допуски, и детали с индивидуальными отклонениями размеров в партии;

5) обработка деталей подверженных конструктивным изменениям;

6) когда требуется весьма точная и дорогая оснастка;

7)сложность хранения инструментов;

8) расходы на контроль составляют значительную часть общей мости детали.

Типовая СПУ и ее особенности

Блок схема типовой универсальной СПУ состоит из 2-х основных устройств: устройства ЧПУ, конструктивно оформляемого в виде отдельного шкафа или пульта, и исполнительных устройств с приводами и датчиками обратной связи, установленными на станке.

Основными блоками СПУ являются следующие:

1. Устройство ввода информации предназначено для считывания с программоносителя закодированных данных в виде электрических, магнитных световых или других воздействий.

2. Блок запоминания информации считанной с программоносителя предназначен для запоминания прочитанных данных одного кадра, а также их контроля и формирования соответствующего сигнала при обнаружении ошибки, т.е. остановки работы СПУ. В связи с тем, что время считывания информации с перфоленты в пределах одного кадра при обычной скорости считывания 200...300 строк в секунду составляет величину примерно 0,1...0,2 сек. и более (в зависимости от количества строк), то такой перерыв в подаче информации недопустим, особенно в контурных СПУ. Поэтому в таких системах применяют обычно два запоминающих блока: блок рабочей памяти БРП и блок буферной памяти ББП. Эти два блока абсолютно идентичны и работают параллельно. В это время пока отрабатывается информация одного кадра из БРП, информация последующего кадра вводится в ББП. Как только информация с БРП будет отработана СПУ практически мгновенно переключается на ББП, а информация с третьего кадра вводится в БРП и т.д. Во многих системах СПУ этот блок имеет возможность принимать непосредственно информацию от ЭВМ, минуя считывающее устройство.

3. Пульт управления и индикации служат для связи оператора с СПУ. С помощью этого пульта осуществляется пуск системы и ее остановка, переключение режимов работы (автоматический, ручной, наладочный), коррекция скорости подачи и перемещения инструмента. На этом пульте находится световая сигнализация, показывающая оператору состояние системы.

4. Блок интерполяции формирует частичную траекторию движения инструмента между двумя или более заданными точками криволинейного контура или контура, непараллельного направлению перемещения режущего инструмента. Блок интерполяции представляет собой сложное электронное устройство, предназначенное для автоматического подсчета координат промежуточных точек с точностью до 5-6 десятичного разряда. Входная информация на блок интерполяции поступает с запоминающего блока, а выходная представляется уже в декодированном виде в импульсной форме, т.е. в виде последовательности импульсов по каждой координате, частота которых определяет скорость подачи, а общее их количество - величину пройденного пути по данной координате. Максимальная частота импульсов на выходе интерполятора является одной из основных его характеристик и в современных СПУ имеет величину 5-10 кГц.

При работе интерполятора обеспечивается с высокой точностью заданное мгновенное отношение частот импульсов по двум или более координатам, изменяемое по соответствующему закону, что необходимо для получения заданной траектории движения инструмента с погрешностью не более 2-3%, тогда как погрешность задания скорости подачи в 3-5% считается вполне допустимой.

5. Блок управления приводом подач предназначен для преобразования информации поступающей с выхода интерполятора в соответствующие командные импульсы, управляющие приводами подач, заданное перемещение будет обеспечиваться в зависимости от цены импульса их количества. Цена импульса обычно имеет величину 0,01-0,02 мм. Если, например, необходимо переместить суппорт на 10 мм., а цена одного импульса равна 0,02 мм., то общее количество импульсов, которое должно быть подано на привод подачи будет равно 10:0,02 = 500.

В зависимости от типа приводов (замкнутые или разомкнутые, фазовые или амплитудные) блоки управления существенно различаются.

В различных приводах с шаговыми двигателями блок управления представляет собой специальный кольцевой коммутатор, выходные усилители которого читают обмотки ШД, что создает его вращение.

В замкнутых приводах фазового типа с датчиками обратной связи в виде вращающихся трансформаторов блоки управления представляют собой преобразователи импульсов в фазу переменного тока и фазовые дискриминаторы, сравнивающие выходную фазу с фазой датчика обратной связи.

В замкнутых приводах импульсного типа с датчиком обратной связи в виде датчика импульсов, блок управления представляет собой реверсивный счетчик, на один вход которого подаются импульсы от интерполяторов, а на другой - от датчика импульсов. На выходе счетчика включен дешифратор, преобразующий содержимое счетчика в сигнал постоянного тока, подаваемый на привод подачи.

6. Приводы подач станка, чаще всего следящие, предназначены для перемещения исполнительных органов станка, т.е. столов, суппортов, кареток и т.д. с заданной точностью и необходимой скоростью. Следящий привод представляет собой систему, состоящую из двигателя (электрического или гидравлического), усилителя мощности, датчика обратной связи, регулируемой в широких пределах, и сравнивающего устройства. Датчик обратной связи вырабатывает сигнал о фактическом перемещении исполнительного органа, которое сравнивается в СПУ с заданным. Сравнивающее устройство выдает сигнал ошибки, который поступает на вход усилителя мощности, в результате чего скорость двигателя оказывается пропорциональной ошибке системы. Если в процессе работы обнаруживается ошибка, то СПУ автоматически выключается с помощью специального устройства защиты. В СПУ достаточно широко применяют и более простые разомкнутые приводы подач, без датчиков обратной связи, т.е. следящие. Для этого применяют шаговые двигатели с соответствующими усилителями момента.

7. Датчики обратной связи определяют фактическое перемещение исполнительного органа, которое по каналам системы обратной связи поступает в БУ, где оно сравнивается с заданной величиной. До тех пор пока имеет место "рассогласование" между заданной и фактической величинами перемещения ИО система работает. По окончании заданного перемещения сигнал от датчика перемещений поступает в БУ, который вырабатывает сигнал на выключение движения ИО. Если в процессе работы появляется ошибка от заданного перемещения, то БУ подает сигнал для исправления ошибки. В качестве датчиков перемещений могут быть индуктосины для линейных измерений, прецизионные зубчатые рейки с многополюсными вращающимися трансформаторами, оптические измерительные шкалы с соответствующими датчиками для особо точных измерений, а также угловые измерительные устройства в виде обычного вращающегося трансформатора или револьвера (точного вращающегося трансформатора синусно-косинусного типа), измеряющие угол поворота вала двигателя подач.

8. Блок скоростей подач обеспечивает заданную скорость подачи, а также процессы разгона и торможения в начале и конце участков обработки по заданному закону. Скорость подачи задается либо номером скорости соответствующего ряда скоростей со знаменателем =1,26, либо непосредственно в мм/мин. через 1 или даже через 0,1 мм/мин. Помимо рабочих подач, находящихся обычно в пределах от 5...10 мм/ мин. до 1500...2000 мм/мин, этот блок обеспечивает и холостой ход с повышенной скоростью, равной 5000...10000 мм/мин.

9. Блок коррекции программы совместно с пультом управлением предназначается для изменения запрограммированных параметров обработки: скорости подачи, величины перемещения инструмента и т.д. Изменение скорости подачи в пределах от 5 до 120% обычно сводится к ручному изменению частоты задающего генератора в блоке подач. Изменение величин перемещения инструмента по той или иной координате производится также вручную блоком корректоров, который выводится обычно на панель управления.

10. Блок технологических команд служит для управления цикловой автоматикой станка, включающей поиск и смену режущего инструмента, смену скорости вращения шпинделя, частоту подачи, включение и выключение СОЖ и т.д. Цикловая автоматика станка состоит в основном из исполнительных элементов типа пускателей, электромагнитных муфт, соленоидов, концевых и конечных выключателей, реле тока, реле давления и других элементов, сигнализирующих о состоянии исполнительных органов.

11. Блок стандартных циклов служит для облегчения программирования и сокращении длины программоносителя при позиционной обработке повторяющихся элементов детали, например при сверлении и растачивании отверстий, нарезание резьбы и т.д.

Например, на перфоленте не программируются такие движения, как быстрый подвод сверла к обрабатываемой детали и его вывод из готового отверстия при многократном сверлении одинаковых отверстий - это заложено в соответствующем стандартном цикле, например, G81. В первом кадре, с которого начинается обработка группы одинаковых отверстий, записываются координаты первого отверстия, номер инструмента, скорость подачи, глубина сверления и расстояние до поверхности детали, а также адрес G81. Для обработки всех последующих одинаковых отверстий этой группы в последующих кадрах необходимо указывать только координаты отверстий, при этом цикл работы станка будет повторяться при минимуме вводимой информации.

Обычно используют до 10 подобных циклов в одной СПУ.

12. Блок питания обеспечивает питание необходимым напряжением и током всех блоков СПУ от обычной 3-х фазной сети. Особенностью этого блока является наличие стабилизаторов напряжения и фильтров, защищающих электронные схемы СПУ от помех, всегда имеющих место в промышленных силовых сетях.

Помимо этих блоков иногда применяют блоки адаптации, которые являются средством повышения точности и производительности обработки при изменяющихся по случайному закону внешних условиях, например, припуска на обработку, твердости обрабатываемого материала, затупления инструмента и т.д. Дело в том, что любая СПУ по существу является разомкнутой системой управления, т.к. она не "знает" результата своей работы. В СПУ с обычной обратной связью деталь ею не охвачена; задается только перемещения инструмента относительно детали. К адаптивным принадлежат также системы, которые автоматически учитывают изменения базовых размеров детали с помощью соответствующих датчиков или корректируют изменение линейных размеров в зависимости о температуры.

Требования, предъявляемые к СПУ станками

При проектировании СПУ, а также при выборе элементов этих систем необходимо обеспечить:

1. Достаточно высокую точность работы СПУ, что в значительной мере зависит от точности измерительных и отсчетных устройств системы. В дискретных системах ПУ предельная точность измерений и расчетов ограничена разрешающей способностью програмных устройств и датчиков положения.

При точности обработки +-10 мкм разрешающую способность в СПУ целом желательно иметь до 5 мкм, а в отдельных случаях - до 2 мкм. При этом погрешность отсчетных и измерительных устройств будет равна соответственно 2,5 и 1,0 мкм.

Увеличение разрешающей способности СПУ всегда связано с увеличением объема программной информации и усложнением электронной части системы. Поэтому повышение разрешающей способности СПУ должно оправдываться чисто технологическими соображениями, связанными с точностью обработки деталей. Разумеется, что на станках для предварительной обработки одновременно со снижением точности должна подниматься и разрешающая способность СПУ. Однако высокая точность обработки зависит не только от высокой разрешающей способности системы, но и от точности изготовления и конструкции отдельных звеньев кинематических цепей. Поэтому станки высокой точности с ПУ должны конструироваться с учетом ряда особых специфических требований.

2. Заданную производительность. Элементы современной вычислительной техники, кроме релейных и пневматических, позволяют без особых трудностей создать устройства для обработки импульсной информации, следующей с частотой 3000...5000 имп/сек. Если принять для средних станков высокой точности разрешающую способность системы ПУ в 5 мкм, то при частоте следования импульсов программы 5000 имп/сек, линейная скорость рабочих органов будет 1500 мм/мин, а у тяжелых станков пониженной точности обработки и при разрешающей способности 50 мкм 15 м/мин. Значит, производительность металлорежущих станков не ограничивается степенью быстродействия вычислительных устройств СПУ, а определяется из чисто технических соображений.

3. Достаточно высокую надежность, что требует принятия ряда конструктивных мер при разработки и конструировании СПУ и создания соответствующих организационно-технических мероприятий как на предприятиях, изготовляющих СПУ, так и на предприятиях, эксплуатирующих СПУ. В современных СПУ наработка на один отказ составляет 2000-2500 часов при условии правильной эксплуатации.

4. Упрощение конструкции и снижение стоимости СПУ, что достигается за счет агрегатирования, т.е. создания типовых блоков или агрегатов, из которых затем комплектуется система ПУ с требуемыми для данного назначения характеристиками. Например, наиболее существенно различаются СПУ в зависимости от количества одновременно работающих координат станка. Каждая лишняя координата влечет за собой лишний блок управления приводом, усложняет интерполятор, увеличивает объем входной памяти устройства управления. В связи с этим в станках с большим количеством координат (5-6), но с небольшим количеством единовременно работающих координат (многооперационные станки) применяют устройства с минимальным количеством одновременно работающих координат (обычно 2-3). Управление остальными координатами производится путем переключения устройства управления на управление другими приводами подач, которые в отключенном состоянии фиксируются в неподвижном положении. Далее количество и вид необходимой коррекции, количество стандартных циклов, тип индикации и т.д. в более простых станках, как правило, могут быть ограничены. Так, например, стоимость СПУ "Mark-Century 550" американской фирмы "Дженерал - Электрик" снижена примерно в 3 раза за счет возможности одновременного управления только 2-я координатами при общем их количестве до 3-х, ограничением разрешающей способности до 40 импульсов на 1 мм вместо скорости подачи до 1000 мм/мин при наличии быстрого хода до 3000 мм/мин, отсутствием буферной памяти, что приводит к остановке приводов при смене каждого кадра, ограничением мощности приводов подач до 0,25 кВт.

5. Современная СПУ должна иметь возможность: принудительного прерывания процесса обработки, вывода инструмента из зоны обработки и возврата в нее без потери информации по желанию оператора, индикацию фактического абсолютного значения координат, ручного ввода информации с панели управления, перемотки перфоленты в начало и конец заданного кадра по номеру кадра, заданного с панели управления, пропуска кадров отмеченных знаком "del" по желанию оператора, повторение цикла обработки по приказу с перфоленты, контроля вводимой информации и автоматического прекращения обработки при обнаружении ошибки с индикацией ее на панели управления.

Подготовка и порядок подготовки программы

Для составления программы изготовления детали необходимо иметь рабочий чертеж детали и заготовки, по которым разрабатывают подробный технологический процесс обработки детали с указанием режима обработки (скорость, число об/мин, СОЖ), а также вспомогательные движения применительно к заложенной на станке системе управления.

После этого выбирается начало системы координат, первоначальное положение инструмента и его последующие относительное перемещение относительно начала координат. Затем траектория относительного движения инструмента разбивается опорными точками на отдельные участки. Опорные точки при обработке прямолинейных участков обычно устанавливаются на границах этих участков, даже если они непаралельны направлению осей координат. При обработке криволинейных контуров опорные точки в зависимости от точности их изготовления и способа аппроксимации располагаются с небольшими интервалами на этой кривой. Определение координат промежуточных (текущих) точек между опорными точками осуществляется автоматически интерполяторами, которые выдают информацию в унитарном коде.

После установления опорных точек составляют программу со всеми необходимыми командами, которую переносят на перфоленту, а при декодированном способе записи программы - ее перезаписывают на магнитофонную ленту.

Для записи и ввода в систему управления кодированной информации наиболее широко используется перфолента. Она применяется как для систем координатного, так и контурного управления.

В настоящее время в России и за рубежом в системах ЧПУ преимущественно используется телеграфная перфолента шириной 17,5 мм для 5-и дорожечной записи и 22,5 - для 6 и 7 дорожечной. Для 8-и дорожечной записи за рубежом применяются перфолента шириной 25 мм. Шаг между перфорациями по строке и между дорожек не зависимо от их числа составляет 2,5+-0,05 мм. Диаметр кодирующих отверстий 1,8 мм, а диаметр трансляртных отверстий 1,2 мм. Достоинством таких лент является их малая цена и наличие дешевых стандартных перфораторов.

Перфокарты, несмотря на то, что для записи и считывании информации с них существует широкий комплект оборудования, применяются в системах ЧПУ сравнительно редко. Перфокарты, в ряде случаев, являются одним из элементов комплекта подготовки программы для автоматического программирования. Недостатками перфокарты являются громоздкость считывающего устройства и неудобство их хранения и транспортировки.

В России имеются два типа перфокарт: на 45 и 80 колонок и 12 строк, на которые может быть записана информация на любых 540 или 960 позициях. Запись производится в обоих направлениях стандартными перфораторами двух типов: однопериодными и двухпериодными, отличающимися тем, что в первом случае происходит поочередная пробивка отверстий, а в другом одновременная по предварительному набору.

Магнитная лента. Для записи программ в станках с ЧПУ в России преимущественное распространение получила лента шириной 35 мм, которая удобна в цеховых условиях, т.к. обладает высокой прочностью и не образует узлов при случайной размотке рулона, как это имеет место при использовании узкой ленты. В РОССИИ выпускаются ленты типа 2, 6, 7ВТ. Скорость протягивания ленты в системах ЧПУ находится в пределах от 100 до 200 мм/сек. Ленты, шириной 35 мм, позволяют осуществлять многоканальную запись с числом дорожек от 12 до 15.

В настоящее время за рубежом выпускают специальные магнитные ленты. Так в США выпускают ленты, выдерживающие значительные механические нагрузки, высокие скорости протягивания и перемотки, высокую температуру - от -40 до +90 С, тогда как ленты РОССИИ допускают температуру от -30 до +75 С. Долговечность таких лент США в условиях высокого нагрева и давления в 15 раз выше обычных лент.

Другой специальный тип ленты, выпускаемый в США, покрыт оксидным слоем, который имеет проводимость в 1000 раз большую, чем у обычной ленты, что предотвращает электрические разряды. В покрытии лент заключена также обильная силиконовая смазка, предотвращающая истирание магнитных головок и увеличивающая долговечность ленты.

Фирма "Агфа" (Германия) выпускает специальную магнитную ленту для ЧПУ станками с повышенной прочностью и не чувствительностью к загрязнению. Последнее достигается нанесением на магнитный слой тонкой полиэфирной пленки, которая защищает магнитные головки от истирания. Лента выпускается шириной 24,5 и 35 мм различной толщины, трех типов: А, Б и В.

Кроме магнитной ленты в системах ЧПУ станками находят применение магнитные барабаны, которые можно использовать при ограниченном объеме информации. В одном случае магнитные барабаны используются в системе управления координатно-расточными станками с записью программы по первой детали. На каждую дорожку барабана записывается информация об одной координате перемещения, а число дорожек определяется числом возможных технологических переходов.

В другом случае в системе ЧПУ координатного управления использовано запоминающее устройство на магнитном барабане от вычислительной машины. На нем записывается типовая информация, которая может быть использована для большинство деталей, но в этом случае магнитный барабан не является программоносителем, а является постоянной памятью системы.

Устройства подачи программоносителя и считывания программы

В зависимости от типа программоносителя используются различные считывающие и транспортные устройства.

Считывание с перфоленты может осуществляться и последовательным и параллельным способом. В первом случае кадр информации считывается последовательно - строка за строкой, во втором - весь кадр сразу. Но и в одном, и в другом случае перфолента останавливается. Однако остановка ввода программы должна быть незначительной. Установлено, что остановка исполнительных органов при обработке на фрезерном станке с контурной системой ЧПУ даже на 0,01 сек может привести к значительным дефектам обрабатываемой поверхности. Поэтому в системах контурного ЧПУ новый кадр информации должен вводиться менее чем за указанный выше промежуток времени. Это достигается обычно применением двух вспомогательных устройств, в одно из которых вводится новый кадр еще при обработке старого кадра.

В системах координатного управления частота ввода новых кадров мала и определяется временем обработки в одной позиции. В этом случае можно делать временные разрывы между кадрами без опасности получения брака при обработке.

Преимуществом последовательного считывания при координатном управлении является упрощение электронной части системы управления (требуется одно запоминающее устройство), но зато усложняется электромеханическая часть системы управления. При параллельном считывании оба запоминающих устройства выполняются электронными.

Выбор того или иного типа считывающих устройств зависят от величины подачи на станке и типа интерполяции. Так для линейных интерполяторов, предназначенных для фрезерования легких сплавов, требуются быстродействующие фотоэлектрические считывающие устройства со скоростью считывания до 1000 строк в секунду.

Для линейно-круговых интерполяторов вполне достаточны механические считывающие устройства последовательного типа со скоростью 50-60 строк в сек.

В настоящее время распространены как электромеханические контактные считывания, так и фотоэлектрические. Одна из конструкций контактного считывания показана на рис. 10.

При повороте барабана на некоторый угол, соответствующий шагу рас положения перфораций отверстие по падает под щетку 3, в результате чего замыкается электрическая цепь IV. Такое считывание является достаточно надежным и применяется как в устройствах последовательного, так и параллельного типа считывания. Электромеханическое считывающее контактное устройство последовательного действия обеспечивает в настоящее время скорость считывания кадра до 60 строк в сек в обоих направлениях перемотки. Это соответствует времени считывания примерно 0,15-0,3 сек, что исключает их использование в линейных интерполяторах.

Другими методами считывания информации являются методы изображенные на рис. 11 а, б, в, г.

Контактное устройство типа СУ-1 (рис.11а) предназначено для считывания 5-й и 8-й дорожечной телеграфной ленты со скоростью 5 - 10 строк в сек. в старт-стопном режиме. Считывание производится в момент остановки ленты.

Максимально допустимое напряжение на считывающих контактах 100 В, Imax = 2 А. Считывающее устройство позволяет считывать одну и ту же ленту не более 20 раз. Из 1000000 считанных строк количество неверно считанных допускается не более 3. Если в ленте отверстия нет, то ощупывающие штыри 1 поднимутся только до упора в ленту, а контакты 2 будут разомкнуты. Если в ленте против штыря 1 будет отверстие, то контакты 2 замыкаются.

При пневматических способах (рис. 11 в) скорость считывания недостаточно высока. Для повышения скорости пневматического считывания против каждой дорожки на перфоленте располагают отрезок нагретой проволоки, который, при наличии отверстия обдувается сжатым воздухом. В результате охлаждения электрическое сопротивление отрезка проволоки, включенного в схему управления, снижается, что вызывает срабатывание соответствующих спусковых элементов.

Фотоэлектрическое считывание (рис. 11 б) превосходит по скорости другие способы, обеспечивая скорость считывания строк кадра до 1500 в сек, но дороже остальных способов. Считывание информации осуществляется с помощью фотодиодов 3 при непрерывном движении ленты. Свет на фотодиоды попадает от электрической лампочки 1 через линзу 2. Чтобы обеспечить старт-стопный режим на высоких скоростях считывания кадра в таких устройствах применяются шаговые двигатели и двигатели постоянного тока с печатным ротором, обеспечивающим считывание перфоленты со скоростью до 300 и более строк в сек. и реверсивное действие лентопротяжного механизма.

Считывание перфокарт может производиться так же как и перфолент, электрическим, фотоэлектрическим и пневматическими способами. Считывающие устройства для перфокарт могут быть, так же как и для перфолент, последовательного и параллельного типа. При последовательном считывании необходимо считывать информацию при движении перфокарты. При этом скорость считывания может достигать 100 карт в минуту.

При параллельном считывании считывается одновременно вся перфокарта. Это существенно упрощает систему, но снижает скорость ввода информации.

На магнитной ленте применяются два метода записи программ: метод фазовой модуляции непрерывного сигнала и метод импульсной записи.

Амплитудно-модулированный сигнал записывать нельзя вследствие возможных колебаний уровня, которые вызывают брак при изготовлении детали.

Для воспроизведения записи на магнитной ленте в настоящее время преобладающее применение находят магнитные головки индукционного типа (рис.11г). Величина отдачи в таких головках пропорциональна скорости магнитной ленты.

Однако, вследствие стремления перейти на кодированную запись, снижают скорость протягивания магнитной ленты, что обеспечивает ее экономию. В связи с этим разрабатываются магнитные воспроизводящие головки с отдачей, независящей от скорости магнитной ленты. Существует несколько способов воспроизведения с малыми скоростями движения магнитной ленты. К ним относятся воспроизведение с помощью вибрационных головок, воспроизведение головками с магнитной модуляцией потока и с помощью полупроводниковых головок.

Вибрационным головкам сообщаются колебания вдоль магнитной ленты с амплитудой в несколько мкм и частотой в несколько кГц, что приводит к увеличению величины ЭДС, индуктируемой в обмотке головки. Существенным недостатком таких головок является их громоздкость и невысокая эксплуатационная надежность.

Более удобными в работе являются неподвижные головки с модуляцией магнитного потока. Среди них наибольшее распространение получили головки с удвоением частоты. Характерным для них является то, что в ее сердечнике вместе с магнитным полем от носителя записи действует вспомогательное поле – магнитное поле возбуждения, создаваемое током в обмотках, подключенных к вспомогательному источнику. В выходной обмотке вследствие этого индуктируется переменная ЭДС, амплитуда которой пропорциональна потоку Ф.

Кодирование технологических команд и логической информации

В любом коде программы содержатся команды управления и необходимая логическая информация. К ним относятся: указания о направлении перемещений, команды на смену инструмента, зажима заготовки, включения и выключения СОЖ и т.д. Кроме того, имеется обширная информация об адресах цифровых элементов кода. Такую информацию желательно обозначать буквами или нецифровыми символами, например, (+) и (-) для направления перемещения, (%) начало программы и т. д.

Так как информация вводится в систему отдельными кадрами, то необходимо различать следующие их разновидности: фиксированный кадр, переменный кадр и адресный кадр.

В фиксированном кадре имеется определенное количество строк с жесткой последовательностью их расположения. При этом независимо от количества передаваемой информации в кадре, его длина остается неизменной. Это является недостатком такого построения кадра.

Очень часто в кадре передается лишь часть максимально возможной информации, например перемещение, только по одной координате, когда другие неизменны. В этом случае удобно применять переменные кадры. При этом в программе ставится сигнал окончания кадра последней значащей цифровой информацией кадра. Длина программоносителя в этом случае значительно сокращается. Другой особенностью переменного кадра является то, что между смежными строками одного кадра можно ставить особый разделительный знак "ТАВ", что дает возможность записывать только ту информацию в данный кадр, которая отличается от информации предыдущего кадра. На месте информации оставшейся от предыдущего кадра, в программе ставится знак "ТАВ". Например, очень часто подача остается неизменной во всей программе. Тогда в каждом кадре на ее месте ставится знак "ТАВ".

В фиксированном и переменном кадрах последовательность различной информации является постоянной.

Более совершенным является адресный кадр, в котором каждому коду информации (перемещению, технологическим командам, логической информации) присваивается буквенный адрес, который указывает место данного кода в запоминающем устройстве. Это дает возможность не только сохранить повторяющуюся информацию, но и существенно уменьшить длину программоносителя.

Переход на адресный кадр более удобен при использовании восьмидорожечного программоносителя вместо пятидорожечного. Таким образом, в фиксированном и переменном кадрах можно применять как цифровую, так и буквенно-цифровую запись, а для адресного кадра желательно использовать только буквенно-цифровую запись.

Для записи программы на перфоленте в различных странах применяют различные коды. Так, в ФРГ узаконены стандартом VDI3259 код PCS для пятидорожечной перфоленты и коды AEG-PC8A и 8В - для восьмидорожечной перфоленты. В США специально для ЧПУ в 1961 году разработан код EIA (Electronic Industries Accociation) и код ASCII (American Standart Code for Information Interchange) для восьмидорожечной ленты.

В настоящее время применяют для СЧПУ разработанный в ЭНИМСе буквенно-цифровой код БЦК-5 (нормаль станкостроения Э68-1) и код ISO для применения в вычислительных машинах и устройствах обработки информации кода ISO-7bit.

Коды PC8,РC8A и 8В приняты в ФРГ с целью удобства использования клавиатуры существующих пишущих машинок в сочетании с перфорирующей приставкой.

В коде PC8 используются цифры от 0 до 9,14 букв, знаки (+),(-) и команды управления телетайпом: IRR,ZWR,< и. Цифры кодируются в коде "3 из 5",буквы в коде "2 из 5" и "4 из 5","1 из 5" и "5 из 5".Код PC8 исключает однократные ошибки, в особенности для цифр, с помощью контроля на четность.

Код PC8А использовался ранее только фирмой АЕG, но теперь самой фирмой заменяется на код РС8В.В коде РС8В также используется цифры от 0 до 9,знаки (+) и (-),14 букв, четыре команды управления, знак начала программы ( ) и ее конца (Ende).Остальные 11 букв используются как запасные. Цифры записываются на 5...8 дорожках, 3 и 4 дорожки используются для указания признака букв,1 и 2 для контроля на поперечную четность. Код РС8В разработан в США.

Код EIA - восьмиразрядный, позволяющий закодировать 63 символа. Этот код использует только 6 дорожек из 8.Цифры кодируются двоично-десятичным кодом с весами 8-4-2-1 для дорожек 4-3-2-1. Аналогично кодируются буквы (применяются только строчные буквы латинского алфавита) от a до i, от j до r и от s до z. Признак группы букв записывается дополнительно на 6 и 7 дорожках. Восьмая дорожка используется для обозначения только лишь конца кадра, а 5-я - контрольная, обеспечивающая всегда нечетное количество перфораций в строке.

Код ASCII имеет возможность закодировать 127 символов, столько же, сколько и в коде ISO, и используется в основном в вычислительной технике. Основным отличием этого кода от кода ISO является то, что он в значительной степени сохраняет аппаратуру, работающую в коде EIA при необходимости перехода с кода ЕIA на код ASCII.

Код ISO, применяемый в СНГ, является семизначным кодом для 127 символов на восьмидорожечной перфоленте шириной 25,4 мм. Семь дорожек используются для кодирования информации в двоично-десятичной системе, а 8-я - для контроля считывания информации и дополняет количество перфораций в строке до четного числа. Код ISO обеспечивает получение 16 кодовых обозначений от 0 до 15.

Каждый символ кода (адрес, цифры, знак или признак) располагаются в виде комбинации пробивок (перфораций) на одной строке ленты. В первых четырех дорожках от 0 до 9 признак цифры записывается дополнительными пробивками на 5-й и 6-й дорожках. Буквы от А до О закодированы аналогично цифрами от 1 до 15,а признаком буквы является пробивка на 7-й дорожке. Вторая группа букв от P до Z закодирована аналогично числам от 16 до 26,а признаком буквы является также дополнительная пробивка на 7-й дорожке.

Помимо адресов код ISO имеет ряд служебных символов, например: (+), (-),(:),(LE),(%) и др. (см. таблицу).

Для обозначения четкого определения требований определяемых системой ЧПУ, и ее возможностей разработаны рекомендации, предусматривающие полный формат кадра. Кадр состоит из слов "номер кадра", слов основной информации и символа "конец кадра", обозначающего конец каждого кадра и предшествующего новому кадру.

Вся информации в кадре должна записываться в строго определенном порядке и не повторяется внутри кадра. Но в каждом кадре может быть не вся вышеуказанная информация, а только часть ее. Кадр должен строиться в следующей последовательности:

1.Номер кадра из трех цифр. Всего возможно 999 номеров в одной программе.

2.Подготовительные команды группы G (режим работы) из двух цифр. Проектом рекомендаций ISO эти команды закреплены определенными кодами. Например :

G00...G09 - команды общего порядка: позиционирование, линейная или круговая интерполяция, ускорение, замедление, выдержка.

G10...G39 - особенности непрерывной обработки: выбор осей, плоскостей, видов интерполяции.

G49...G59 - коррекция размеров инструмента, без отсчета.

G60...G79 - вид работы: точно, быстро.

G80...G99 - стандартные автоматические циклы.

3.Размеры по координатам Х,Y и Z. Размер задается шестью позициями, определяющими количество десятичных разрядов до и после заданной ( по три позиции) при задании координаты. Кроме того, после адреса записывается знак перемещения, т.е.(+) или (-).

4.Слова "подача" F, и "скорость шпинделя" S выбирают задание режимов резания кодовым числом. ISO предусматривает два способа кодирования: арифметическая прогрессия (3,4 или 5 цифр) или геометрическая прогрессия (две цифры). Второй способ предусматривает большую степень унификации, более перспективен и использован в отечественных системах ЧПУ. При этом способе подача и скорость выражаются кодом из двух цифр, представляющим log f(s),а все подачи или скорости выбираются из ряда представляющего целые степени "1,12".При этом 00 соответствует "остановке", 99 - "быстрому ходу", цифры же от 1,12 до 75000(1,12⁹⁹) охватывают весь диапазон используемых на практике величин подач и скоростей. Линейные подачи, не зависящие от скорости шпинделя, задаются в мм/мин, зависящие - в мм/об; скорости поворотного стола или шпинделя - в об/мин.

5.Слово "инструмент" Т выражает в кодированном виде номер инструмента и, при необходимости, номер связанной с ним коррекции. Количество цифр в слове "инструмент" устанавливается в каждом конкретном случае и указывается в обозначении формата. Обычно для обозначения номера инструмента применяют 2 цифры.

6.Вспомогательные команды группы М определяют манипуляции, производимые станком. Их выполнение подтверждается станком, что является необходимым условием для продолжения автоматической работы. Наиболее часто применяемые команды этой группы следующие:

М00 - стол по программе. По этой команде после отработки кадра происходит остановка автоматической работы. Используется при необходимости выполнения отдельных операций оператором: контроль, переустановка деталей и т.д. Команда на продолжение

работы дается оператором нажимом кнопки "Пуск".

М02 - конец программы. По этой команде после отработки кадра происходит отключение шпинделя, охлаждения, подачи и СЧПУ приводится в исходное состояние.

М03 - шпиндель по часовой стрелке

М04 - шпиндель против часовой стрелки

М05 - стоп шпинделя

М06 - смена инструмента

М38 - М40 - выбор диапазона скоростей шпинделя.

Следует отметить, что в одном кадре перфоленты может быть несколько функций G и М, например,G02,G17,G45,G61,G83,но только из разных групп. Например, не может быть в одном кадре функций G01 и G02,т.е. линейная и круговая интерполяция одновременно. То же самое относится и к командам М. Обычно имеется возможность программировать в одном кадре до 4-х и более команд G и М. Ошибочное программирование этих команд из одной группы должно выявляться СЧПУ и вырабатываться в виде" ошибки перфоленты".

Режим работы по циклам используется при последовательном повторении определенных операций, например, при сверлении в детали одинаковых отверстий. В обычном программировании необходимо несколько раз повторить одни и те же кадры, такие как: быстрый подвод, рабочая подача, отвод с включением, реверсирование и выключение шпинделя. При работе с постоянными циклами перед обработкой первого отверстия дается кадр с циклом G90 (начало работы по циклам), после чего в следующий кадр включается, кроме информации о величине перемещения, подачи и т.д., также номер цикла. После окончания первого цикла может быть записана программа для работы по второму циклу и т.д.

Кодированная и декодированная запись программы.

После считывания с программоносителя закодированная числовая программа в системе управления декодируется, причем в системах позиционного координатного управления декодирования цифровой программы осуществляется самой СПУ, установленной у станка.

В системах контурного управления декодирование цифровой программой осуществляется специальными устройствами интерполяторами или кодовыми преобразователями. Эти устройства могут быть встроены в систему ПУ приданную к станку, а могут, находится отдельно от него.

В случае, когда интерполятор расположен отдельно от станка, закодированная числовая программа с интерполятора, записывается на промежуточный программоноситель (обычно на магнитную ленту) в видекомандных импульсов или приращений фазы, которые уже непосредственно могут быть использованы для управления станком. В связи с этим для систем контурного управления значительно упрощается устройство ПУ, находящееся в цехе, непосредственно у станка. Но при этом появляется необходимость в специальных устройствах или перезапись программ на промежуточный программоноситель в виде магнитной ленты, что оказывается целесообразным только при эксплуатации одновременно группы станков с контурными СПУ. Поэтому в настоящее время одинаково широко распространены как кодированный, так и декодированный ввод программ в системы контурного числового управления, а в системах координатного числового управления - кодированный ввод программы.

Однако это не значит, что магнитная лента применяется только в случае декодированного ввода программы. Она широко применяется и для кодированной записи программы, т.к. в этом случае значительно уменьшается длина программоносителя, резко ускоряется работа ЭВМ и исключается основной недостаток магнитной ленты, как программоносителя - плохое ее использование при малых скоростях движения исполнительных органов станка.

Но использование магнитной ленты для кодированной записи программ требует старт - стопного протягивания ленты при очень малой скорости (порядка нескольких мм в сек),что связано с созданием принципиально новых магнитных головок, чувствительных к величине магнитного потока, а не к скорости его изменения, как в обычных головках. Тем не менее, преимущества кодированной записи информации на магнитной ленте позволяют рассчитывать на дальнейшее расширение ее применения для этой цели.

Интерполяторы

В станках с контурными СЧПУ формообразование заданного контура между опорными точками аппроксимируется в самой системе управления отрезками прямых линий или других более сложных кривых. Это обеспечивается специальными устройствами интерполяторами.

Интерполяторы могут быть непрерывного типа (аналоговые) и дискретного типа (числовые ).

В числовых интерполяторах информация вводится в виде унитарного кода, представляющего собой последовательность импульсов, количество которых по каждой координате станка точно равно числу в кодированном виде, введенному в интерполятор, а время за которое выдается это число импульсов, -заданному времени обработки участка контура от одной опорной точки до другой.

Интерполяторы, кроме аппроксимации заданного профиля, в системах контурного управления выполняют функцию декодирования исходной числовой кодовой программы путем преобразования ее в форму, удобную для восприятия и отработки системой управления станка. Поэтому эти устройства называют еще иногда кодовыми преобразователями.

Современные интерполяторы представляют специализированные электронные машины, которые, кроме блоков интерполяции, включают целый ряд дополнительных устройств, обеспечивающих надежную работу интерполятора и правильность отработки заданной программы. К ним относятся блоки задания различных технологических команд, устройства плавного разгона и торможения, устройства контроля считанной информации, блоки коррекции скорости и величин перемещения рабочих органов и т.д.

В зависимости от способа аппроксимации обрабатываемого контура между опорными точками, в настоящее время в промышленности находят применение следующие типы интерполяторов: линейные, линейно-круговые, линейно-параболические и устройства позволяющие моделировать целые поверхности.

Линейно-круговые интерполяторы в среднем имеют в 2-3 раза больше элементов, чем линейные, но зато при их использовании упрощается программирование. Количество вводимой информации сокращается при этом в 1,3...2 раза по сравнению с линейными интерполяторами. Однако при использовании ЭЦВМ и автоматическом программировании целесообразно использовать линейные интерполяторы, как более простые и более надежные.

Линейные интерполяторы

В самом простейшем случае в качестве линейного интерполятора может служить обычный потенциометр, представляющий собой прибор, в состав которого входит сопротивление, позволяющее делить известное напряжение тока в любом отношении. Допустим, что при положении подвижного контакта К в точке А величина снимаемого напряжения пропорциональна ординате Y(А),а при снятии напряжения в точке В - ординате Y(В). Если подвижной контакт потенциометра К перемещается вместе с рабочим органом, то величина снимаемого напряжения на выходе будет изменяться по линейному закону, а участок кривой АВ заменен хордой АВ.

В настоящее время известен ряд принципов построения линейных интерполяторов, основных из которых три: интерполятор с импульсными умножителями, интерполяторы на числовых интеграторах с параллельным переносом и интерполятор на счетчиках с переменным коэффициентом деления.

Наибольшее распространение получили интерполяторы с импульсными умножителями, обладающие рядом преимуществ, которые и обеспечили их широкое применение. Основной частью такого интерполятора является двоичный или десятичный импульсный умножитель, состоящий из триггерного счетчика 1 ,регистра памяти а1 а2 а3..аn, схем совпадения "И" и схемы объединения "ИЛИ". Выходы всех систем "И" связаны со схемой "ИЛИ" откуда управляющие импульсы, вырабатываемые интерполятором поступают на головку магнитной записи или непосредственно в схему управления станком.

Заполнение триггерного счетчика 1 осуществляется от импульсного генератора, частота которого F определяет частоту входных импульсов f, получаемых со схемы "ИЛИ". Время заполнения счетчика называется циклом работы интерполятора. Оно равно времени отработки одного кадра программы от одной опорной точки обрабатываемого контура до другой. Изменяя частоту F, получают различные значение этого времени, требуемое по программе.

Если обозначить объем счетчика, включая импульс перемещения, через N, а число вводимое в память интерполятора через Х, то при рассматриваемом случае двоичного кодирования, получим за один цикл работы интерполятора количество импульсов на его выходе:

Dx=a₁×2²+a₂×2¹+a₃×2²+...+a_n×2ⁿ^-1,

где n - число разрядов счетчика

Таким образом, число импульсов на выходе интерполятора, построенного по схеме импульсного умножителя, всегда будет равно числу, введенному в кодированном виде в его память. Этим и обеспечивается основная функция интерполятора, как декодирующего устройства.

Для каждой управляемой координаты в интерполяторе имеется свой регистр памяти ,своя схема объединения "ИЛИ" и свои схемы совпадения "И". Счетчик для всех координат общий. Этим обеспечивается одновременное считывание за цикл работы интерполятора всех введенных в его память чисел и в среднем равномерное распределение управляющих импульсов по каждой координате:

где - DX, DY, DZ - числа импульсов, введенные в регистр памяти по координатам;

f_x ,f_y ,f_z - средняя частота импульсов по координатам;

t - время цикла работы интерполятора, равное времени отработки программы.

Прямая пропорциональность, существующая в интерполяторе между средними частотами выходных импульсов и их числами, введенными в память, позволяет получить линейную аппроксимацию обрабатываемого контура.

Однако в крупных продольно-фрезерных станках привод продольной подачи обычно должен быть значительно более мощным, а следовательно, более инерционным, чем остальные, в результате чего обыкновенные СЧПУ с независимыми координатами не могут обеспечивать требуемую точность. В этом случае применяют линейный интерполятор с задающей координатой, т.е. необходимо иметь одну координату независимой (задающей), все остальные зависимыми от нее. При этом форме обрабатываемых деталей на этих станках может соответствовать любое соотношение между скоростями подач по задающей и зависимым координатам.

Такой интерполятор имеет умножитель 1 на два или большее число выходов с клапаном 3.Работа происходит следующим образом.

Перемещение по задающей оси, например Х, задается комбинацией включения контактов Х1...Хn памяти Х, импульсы с которой поступают на вход "запрет" клапана 3.Перемещение по управляемой координате, например Y, задается комбинацией включения контактов Y1...Yn считывающей памяти Y, импульсы с которой подаются в систему управления координаты Y. На вход "разрешение" клапана 3 поступают импульса от датчика задающей координаты (перемещения) 4.Таким образом, каждый импульс, поступающий с контактов Х, запирает клапан 3,а каждый импульс, поступающий от датчика задающей координаты 4,открывает этот клапан, разрешая доступ импульсов от генератора 2 в умножитель 1.В результате, при поступлении заданного числа импульсов по координате Y от датчика обратной связи поступит число импульсов, равное заданному по оси Х.

Каким же образом происходит обработка заданного контура в линейных интерполяторах. Любая линия (прямая) в линейных интерполяторах аппроксимируется отрезками прямых параллельных осям координат.

Пусть необходимо обработать некоторый прямолинейный участок. Для этого по осям Х и Y подается соответствующее количество импульсов, поступающих от различных разрядов двоичного умножителя. В силу того, что информация выдается дискретно, также ввиду неравномерности выдачи отдельных импульсов, в действительности инструмент будет двигаться не по прямой, а по некоторому ступенчатому профилю, аппроксимирующему эту прямую. При этом максимальная ошибка, т.е. отклонение от теоретической прямой, составляет

где n - число разрядов умножителя;

j- цена одного импульса.

Или, выражая через наибольшее перемещение L,

Т.е., при возрастании максимально допустимого перемещения по одной оси и фиксированной цене одного импульса наибольшее отклонение аппроксимирующего профиля от заданной прямой будет неограниченно возрастать по логарифмическому закону.

Одним из наиболее эффективных способов повышения точности обработки на станках с ЧПУ является уменьшение цены импульса. Но пропорционального повышения точности с уменьшением импульса не происходит, т.к. при этом увеличивается количество разрядов, необходимых для осуществления одного и того же перемещения. А если максимально возможное перемещение по одной оси фиксировано, то с уменьшением цены импульса пропорционально растет объем умножителя.

Пример: Пусть требуется переместить рабочий орган по оси Х на величину Х=789,3 мм. При цене одного импульса 0,1 мм требуется 7893 импульса и четырехдекадный счетчик, т.е. объем умножителя должен составить не менее 10000 импульсов. При цене импульса 0,01 мм требуется 78930 импульсов, т.е. уже пятиразрядный триггерный счетчик.

С целью уменьшения числа разрядов счетчика пользуются многократным повторением кадров, а прямолинейный участок разбивают на несколько проходов, когда объем счетчика интерполятора не позволяет сделать прохода за один кадр.

Пусть необходимо обеспечить проход по прямой АВ. Если разбить этот участок прямой на несколько частей, то можно получить требуемое уменьшение числа участвующих разрядов с соответствующим уменьшением предельной возможности ошибки интерполирования.

Величина максимально возможного перемещения по одной оси Х, выраженная в импульсах, в пределах одного кадра определяется объем счетчика N и выражается соотношением

DX_max=N-1

В ряде линейных интерполяторов объем умножителя составляет 10000,а максимально возможное перемещение в пределах одного кадра в импульсах составляет 9999 импульсов. Для программирования линейного перемещения, проекция которого на одну или обе оси, выраженная в числе импульсов, превышает 9999 наиболее естественным является разбиение такого перемещения на ряд кадров с тем, чтобы в пределах каждого кадра перемещения Хi и Yi по каждой оси не превышала бы максимально возможного. Для того, чтобы точка контура, получающаяся в конце отработки каждого такого кадра, лежала на заданной прямой, необходимо и достаточно, чтобы Xi и Yi удовлетворяли условию

где DX и DY - проекции программируемого прямолинейного перемещения на координатные оси;

DХi и DYi – перемещения, предусмотренные при программировании i-го кадра.

Это может иметь место только когда DХ и DY имеют общие множители не только равные 1,т.е. (DХ, DY)¹1. В случае если это условие не выполняется точки Аi не будут лежать на заданной прямой. Разбиение заданного промежутка на ряд кадров таким образом, чтобы точки деления отстояли от заданной прямой на величину, не превышающую величины шага одного импульса не представляет особых затруднений.

Пусть, например, объем умножителя составляет 10000 импульсов и максимально возможное перемещение составляет 9999 импульсов. Если следует запрограммировать линейное перемещение по отрезку, проекции которого на координатные оси составляет DХ=98132, DY=87647 импульсов, то разбивают указанные перемещения на 10 кадров. Основную величину перемещения по каждой оси можно получить путем отбрасывания последней цифры суммарного перемещения, т.е. DХi=9813 импульсов, DYi=8764 импульсов. Оставшиеся по оси Х=2 и по оси Y=7 импульсов распределяют по кадрам по возможности равномерно.

Например

	DХi	DYi
1-й кадр	9813	8765
2-й кадр	9813	8764
3 -й кадр	9814	8765
4 -й кадр	9813	8765
5 -й кадр	9813	8764
6 -й кадр	9813	8765
7 -й кадр	9813	8765
8 -й кадр	9814	8765
9 -й кадр	9813	8764
10 -й кадр	9813	8765

Этот способ дает возможность осуществлять практически сколь угодно большие прямолинейные перемещения, увеличивая ошибку аппроксимации не более чем на величину одного импульса.

В случае, если на осуществление указанного разбиения накладывается дополнительное условие равенства всех кадров, на которые разбивается заданное перемещение, точнее всех кроме одного последнего, в котором осуществляется компенсация ошибки, накопленной на всех остальных кадрах, то задача значительно усложняется и сводится к наиболее точной аппроксимации тангенса

угла наклона заданной прямой к оси абсцисс, представляющего в данном случае рациональную дробь с большими числителем и знаменателем. В этом случае применяют аппарат цепных дробей, являющейся наиболее эффективным.

Деление заданного перемещения с применением ценных дробей не всегда эффективно, т.к. оно математически очень сложно и часто приводит к программе, состоящей из большого числа кадров (более 1000), что, в свою очередь, вызывает большие накопления ошибки аппроксимации. Поэтому в настоящее время чаще применяют деление на неравномерные кадры, что приводит к программе всего из 10 кадров и ошибка программирования не более цены шага одного импульса.

Линейно-круговые интерполяторы

Наряду с линейными интерполяторами существуют различные типы линейно-круговых интерполяторов, эффективность которых обусловлена широким применением в промышленности деталей с криволинейными поверхностями.

Линейно-круговые интерполяторы при ручном программировании имеют преимущества перед линейными, т.к. уменьшают количество кадров, необходимых для аппроксимации окружности. Самая трудоемкая работа при программировании приходится на вычисление координат опорных точек профиля и на расчет эквидистанты. Вместе с тем широкое внедрение автоматического программирования делает обе системы интерполяции равноценными с точки зрения удобства программирования.

Линейно-круговой интерполятор с постоянной памятью

Такой интерполятор аппроксимирует дугу окружности с помощью линейной интерполяции. Исходя из заданной точности " ",окружность разбивается на N равных участков.

Величина приращения центрального угла (Dw) и сами углы (w_i) определяются следующем образом:

, i=1, 2,...,N.

Для первой четверти:

a_i=90-w_i; DX_i=DS×cosa_i; Y_i=DS×sina_i;

где DS - хорда окружности

Абсолютные значения sina_i и cosa_i хранятся в памяти интерполятора и выбираются в соответствующей последовательности, а значения DS вычисляется и вводятся от программы.

Схема имеет линейный интерполятор на умножителях 1,производящий линейную интерполяцию по вводимым в него значениям sina_i и cosa_i из памяти 2.Конец вычислений по участку ломаной определяется счетчиком конца участка 3.

По сигналу счетчика 3 в умножители линейного интерполятора вводятся следующие значения sina_i, cosa_i, DX и DY.

Недостатком такого интерполятора является наличие громоздкого запоминающего устройства и погрешности за счет аппроксимации дуги ломанной. Кроме того, необходимо иметь устройство для ликвидации накопленной погрешности, а также трудно ввести в систему коррекцию эквидистанты.

Линейно-круговой интерполятор с оценочной функцией

Этот тип интерполятора не имеет накопленной погрешности и, кроме того, на его основе сравнительно легко производить автоматический расчет эквидистанты по данному радиусу инструмента.

Рассмотрим линейную часть интерполятора. Работа интерполятора основана на том, что в результате отработки одного шага (импульса) по оси DХ или DY вычисляется функция F, оценивающая по какой оси дать следующий импульс, чтобы перемещение, возникающее в результате этого шага, приближалась к обрабатываемому прямолинейному контуру.

Пусть необходимо отработать приращения DХ и DY,т.е. придти в точку с координатами x_k и y_k .Прямая, соединяющая начало координат с этой точкой и есть заданная прямая. Т.к. перемещение на один импульс величина конечная, то текущее значение координат точек (X_iY_i) может быть как выше (область F>0),так и ниже ( F<0 ) теоретической прямой, а может находиться и на данной прямой (F=0).

Если в результате вычисления оказывается F>=0,то импульс всегда выдается по оси Х,а если F<0 - то по оси Y. Первый импульс, т.е. движение от начала координат (Хо,Yo) всегда выдается по оси Х. Причем, если интерполируемый отрезок совпадает с осью Х (Yк=0),то траектория интерполяции совпадает с самим отрезком и не выходит из области F = 0.Если же интерполируемый отрезок совпадает с осью Y, то при этом первый шаг, который всегда должен быть по оси Х и все последующие не делаются.

Пусть текущее значение координат будет Хi и Yi. Тогда:

Yк/Хк = tga и Yi/Xi = tga`

Если a`>a,то F=tga` -tg a>0 и точка находится в области F >0.

Если a`<a ,то точка находится в области F < 0.

Текущее значение функции F будет

Fij = tga` - tga =YiXк - XiYк.

В результате шага по оси Х, получим

Fi ,j = YiXк - Xi Yк

Но Хi = Xi + 1,следовательно

Fi ,j = YiXк-(Xi+1)Yк = (YiXк-ХiYк)-Yк = Fij-Yк.

После шага по оси Y аналогичным образом получим

Fi,j = Fij + Хк.

Таким образом, для определения значения функции F после шага по оси Х от предыдущего значения функции F отнимается значение Yк,а после шага по оси Y к предыдущему значению F прибавляется значение Хк.

Здесь i = 1,2,3...к,

j = 1,2,3...к.

Поскольку начальное значение оценочной функции F равно 0 (F=0), то все последующие значения этой функции определяются только с помощью величин Хк и Yк. При этом знак оценочной функции, определяемый интерполятором, и, получившийся в результате очередного шага, определяет, в свою очередь, направление следующего шага. Окончание процесса интерполяции определяется интерполятором путем сравнения координат промежуточной и конечной точек обработки.

Основным недостатком такого интерполятора является его сравнительная сложность и зависимость скорости обработки от угла наклона обрабатываемого участка.

При круговой интерполяции с оценочной функцией решается уравнение окружности вида ,при этом обеспечивается воспроизведение окружности с точностью до одного импульса.

Окружность, на которой расположен интерполируемый отрезок дуги, разделяет плоскость на две области F>0 и F<0. Сама окружность представляет собой область, где F=0 Интерполируемый отрезок дуги имеет начальные координаты ХоYо и конечные - XкYк. Если промежуточная точка, например Х₂ Y₆ находится в области F>=0, то очередной шаг делается по оси Х, а если в области F<0 (например Х Y ) - то по оси Y.

При интерполяции дуги окружности, расположенной в 1-м квадранте в направлении против часовой стрелки, при шаге по оси Х в направлении "минус", т.е. из точки ХiYjв точку Хi Yj, координата промежуточной точки траектории интерполятора уменьшается на единицу

Хi = Xi_-1

При шаге по оси Y из точки XiYj в точку XiYj координата Y промежуточной точки траектории интерполяции увеличивается на единицу

Yj = Y_j+1

При круговой интерполяции координаты начальной точки траектории (ХоYo)¹0 и зависят от радиуса интерполируемой дуги окружности в соотношении

Xo² + Yo² =R² .

Величина оценочной функции в начальной точке траектории равна нулю, так как находится на самой дуге (в области F = 0).

Fоо = 0

Значение оценочной функции в промежуточной точке траектории интерполяции с координатами ХiYj определяется формулой

Fij = Xi² + Yj² – R² .

При шаге по оси Х из т. ХiYj в т.ХiYj, получим.

Fij =Х_i₊₁²+Y_j²–R²=(Xi-1)²+Yj²–R²=Xi²-2Xi+1+Yj²-R²=Fij-2Xi+1,

т.е.

Fi ,j = Fij - 2Xi +1

Аналогично при шаге по оси Y из точки ХiYj в т. XiYj ,получим

Fij₊₁=Xi²+ Yj₊₁²-R²=Xi²+(Yj+1)²-R²=Xi²+Yj²+2Yj+1-R²=Fij + 2Yi + 1 ,

T.e.

Fi,j₊₁ = Fij +2Yj+1

Поскольку начальное значение оценочной функции равно нулю (Foo=0), то все последующие значения этой функции определяются текущими кординатами траектории интерполяции.

Один из методов построения кругового интерполятора с оценочной функцией был предложен В.В.Карибским (рис.1). По этому методу следующий шаг по оси Y делается только в том случае, если в результате этого шага функция F оставалась бы больше нуля. Если это условие не выполняется, то делается шаг

по оси Х.

Другой метод построения кругового интерполятора, предложенный Гроссманом, (рис.2) состоит в том, что в зависимости от знака текущего значения функции F дается шаг по той или иной оси. Если F0,то шаг делается по оси Y.

Общим недостатком обоих методов является изменение скорости в процессе обработки в 1,4 раза.

Из сравнения рассмотренных методов круговой интерполяции с точки

зрения количества электронного оборудования, точности обработки траектории, простоты программирования и быстродействия наиболее выгодной является интерполяция с использованием оценочной функции по методу Гроссмана.

Исполнительные приводы станков с ЧПУ

Шаговые приводы подачи.

Шаговый привод является простейшим вариантом исполнительного позиционного привода подачи. Достоинством его является простота конструкции, отсутствие каналов обратной связи и средств измерения положения и скорости исполнительного органа, а также естественный характер связи с устройством задания программы в унитарном коде. К недостаткам шагового привода следует отнести существенное ограничение по скорости, необходимость (во избежание пропуска импульсов) плавного разгона при выходе на режим ускоренных перемещений и плавного торможения при выходе из режима, а также невосполнимый характер потери информации в случае сбоя, т.е. пропуска шага. Уступая в этом смысле следящему привода, шаговой привод, однако, как более простой, более высокой надежности и низкой стоимости шаговый привод продолжают использовать, особенно при использовании большого числа управляемых по программе координат в малых и средних станках. Кроме того шаговый двигатель применяют для управления различными вспомогательными механизмами станков - поворот и смещение суппортов, резцедержателей и т.д.

Шаговые приводы могут использовать несиловые и силовые шаговые двигатели. В первом случае в состав привода дополнительно входит система усиления крутящего момента, выполненная в виде автономной следящей системы (обычно гидравлической). Во втором случае выходной вал ШД непосредственно связан с винтом или редукторам механизма передачи.

Рассмотрим структуру шагового привода с несиловым ШД. Импульсы программы в унитарном коде поступают на вход электронного коммутатора по одному из двух каналов в зависимости от заданного направления. Электронный коммутатор представляет собой кольцевой сдвиговый регистр, изменяющий свое состояние под действием каждого очередного входящего импульса. Смена состояний коммутатора приводит через усилитель мощности к переключению фаз электрического ШД и повороту его ротора на угловой шаг.

Цена одного шага неизменна и обусловлена особенностями

конструкции ШД.ШД является механическим задатчиком своеобразной гидравлической копировальной системы (с жесткой обратной связью), выполняющей функции усиления крутящего момента. Т.о., шаговые перемещения ШД воспроизводятся с усилением на общем силовом входе привода.

Конструктивно ШД и контрольная система усиления крутящего момента составляют единый агрегат. ШД 1 через пару шестерен поворачивает следящий золотник 2 гидравлического усилителя в гайке, связанной с выходным валом гидромотора 5,в силу чего золотник смещается в осевом направлении и из нейтрального исходного положения. При этом во внешних магистралях гидравлического усилителя возникает перепад давления, приложенный к плунжерам гидромотора через неподвижный распределительный узел 4,а выходной вал гидромотора приходит во вращение. Одновременно вращается и

гайка винтового механизма обратной связи 3,так что следящему золотнику сообщается осевое перемещение в осевом направлении, противоположном заданному шаговым двигателем.

Таким образом, по мере отработки на выходном валу заданного ШД перемещения золотник возвращается в исходное положение. В исходном положении перепад давления во внешних магистралях гидравлического усилителя равен нулю, а выходной вал гидромотора неподвижен. Направление смещения следящего золотника из нейтрали зависит от направления вращения ШД; для разных направлений сериообразная проточка торцевого распределительного узла соединена в одном случае с давлением, а в другом -со сливом, чем и достигается реверс гидромотора.

Рассмотрим два характерных режима работы системы усиления крутящего момента: режим отработки единичных шагов и режим некоторой постоянной скорости. В первом случае каждому импульсу управления соответствует поворот вала ШД на строго определенный угол, определяемый конструкцией ШД и способом переключения его обмоток, чем обусловливается рассогласование гидроусилителю, равному, соответственно, величине одного углового шага, т.е. до тех пор, пока рассогласование не исчезнет за счет обратной связи.

Режиму постоянной скорости предшествует режим разгона, в котором рассогласование увеличивается до тех пор, пока угловые скорости ШД и гидромотора не уравняются. Скорость вращения и суммарный угол поворота пропорциональны соответственно частоте и числу поданных импульсов управления.

В установившемся режиме рассогласования гидроусилителя момента будет удерживаться на уровне, соответствующем частоте вращения и внешней нагрузке гидромотора. Величина рассогласования определяет динамическую (скоростную) ошибку шагового привода и может, в зависимости от заданной частоты вращения и внешней нагрузке, составлять несколько десятков шагов.

Силовой ШД представляет собой двухстаторную шестифазную машину с реактивным ротором и по конструкции напоминает конструкцию несилового ШД.

Современные быстродействующие ШД являются модифицированными синхронными электростатическими машинами, обмотки которых возбуждаются несинусоидальными сигналами - прямоугольными и ступенчатыми импульсами напряжения с изменяющейся в широких пределах частотой. Ступенчатому характеру напряжений на фазах ШД соответствует дискретное вращение электромагнитного поля в воздушном зазоре двигателя, вследствие чего движение ротора на низкой частоте слагается из последовательности элементарных перемещений, совершенных по апериодическому или колебательному закону. При возрастании управляющей частоты девиация (отключение) скорости ротора ШД сглаживается.

Следящий привод подачи

По мере совершенствования устройств ЧПУ, увеличение жесткости и точности узлов станка возросли требования к величине ускоренных ходов и быстродействию привода подач. Скорость ускоренных ходов возрасла с 5 м/мин в станках второго поколения до 10-12 м/мин в многооперационных станках третьего поколения. Для обеспечения высокой точности обработки цена импульса во многих случаях уменьшилась до 1 мкм. Все это обуславливает применение быстродействующего привода с высокой статической и динамической точностью.

Для удовлетворения указанным требованиям был разработан следящий гидропривод, назначением которого является точное воспроизведение входного управляющего сигнала и преобразование его в механическое перемещение. На вход следящего привода поступают управляющие импульсы от интерполятора устройства ЧПУ. Число импульсов определяет величину перемещения, а частота их следования - необходимую скорость.

Импульсный сигнал от ЧПУ преобразуется в аналоговый в цифроаналоговом преобразователе (ЦАП) и поступает на элемент сравнения (Ср.У),в котором образуется сигнал рассогласования e ,пропорциональный разности заданного j₃ и фактического j положения исполнительного вала привода (или механизма станка),определяемого с помощью измерительного преобразователя перемещения. Иногда сравнение заданного и фактического положений может осуществляться в импульсной или иной форме. Сигнал рассогласования поступает на предварительный усилитель (У) регулируемого привода который работает в сторону уменьшения рассогласования.

Основной характеристикой следящего электропривода является погрешность положения

e=j₃-j,

которая легко может быть пересчитана на положение исполнительного органа станка.

В прямой цепи следящего электропривода включен тиристерный преобразователь (ТП) и двигатель постоянного тока (Д),не охваченный обратной связью. Тиристерный преобразователь (ТП) и предварительный усилитель (У) системы импульсно-фазового управления являются пропорциональными элементами. Система импульсно-фазового управления (СИФУ) предназначена для преобразования непрерывного (фазового) сигнала в импульсный сигнал управления, фаза которого пропорциональна входному воздействию. Поскольку угол управления a, отсчитывается от момента естественного открывания теристора, работа СИФУ должна быть согласована с

напряжением питания ТП. Управляющие импульсы должны иметь достаточную мощность и высокую крутизну, необходимую для четкого открывания теристоров.

Напряжение на выходе ТП пропорционально рассогласованию

при погрешности e:

U=K×e,

где К - общий коэффициент преобразования ТП и СИФУ.

Отношение заданной скорости следящего привода к установившейся погрешности называют добротностью привода по скорости. Если произвольное возмущение Мс = 0,то добротность по скорости равна общему статическому коэффициенту преобразования разомкнутой системы следящего привода:

Здесь Кд - коэффициент преобразования двигателя.

Для уменьшения установившейся ошибки необходимо увеличить добротность системы. Однако большие значения коэффициента преобразования ТП и СИФУ (К) могут привести к потере устойчивости, т.е. система может перейти в колебательный режим.

Улучшение статических и динамических характеристик следящего привода может быть получено путем использования корректирующих устройств в контуре регулятора перемещения (РП) так же как и в регулируемом приводе. Для этого используют самые разнообразные способы введения параллельной и последовательной коррекции в следящих системах. В некоторых системах ЧПУ для уменьшения скоростной погрешности используют принцип комбинированного управления, согласно которому на вход следящего привода подается не только сигнал управления ,но и компенсирующий сигнал, пропорциональный скорости его изменения .Это позволяет существенно уменьшить скоростную погрешность без увеличения добротности системы, связанной с опасностью потери чувствительности.

Таким образом основой следящего электропривода служит регулируемый привод, элементы которого будут рассмотрены ниже.

Специфическими устройствами, свойственными только следящему электроприводу подачи, являются датчики обратной связи по перемещению и исполнительные двигатели. Датчики обратной связи непосредственно связаны как со схемой электропривода, так и с конструкцией станка и во многом определяют качество системы ЧПУ.

Исполнительные электродвигатели

В следящих приводах подач станков с ЧПУ в настоящее время применяют исполнительные двигатели постоянного тока традиционного исполнения с несколько улучшенными датчиками и регулировочными характеристиками. Такие двигатели имеют повышенную перегрузочную способность и широкий диапазон регулирования частоты вращения. Такие двигатели соединяют с ходовым винтом через редуктор. Массивный якорь двигателя улучшает отвод тепла от обмотки и имеет большую тепловую инерционность, однако существенно снижает быстродействие.

Для улучшения динамических свойств двигателей обычно увеличивают отношение момента двигателя к собственному моменту инерции М/I путем снижения момента инерции вращающихся частей, т.е. делают двигатели малоинерционными. Уменьшение момента инерции достигается за счет резкого увеличения отношения активной длины якоря к его диаметру, которое может достигать 4-х-кратной величины. Обмотка якоря размещается не в пазах, как в обычных машинах, а на его гладкой внешней поверхности, что улучшает охлаждение обмотки и тем самым позволяет увеличить ток якоря и динамический момент. Такие двигатели способны развивать ускорение до 25000 1/с² .

Однако малоинерционные двигатели требуют специального динамического согласования с механической системой станка. Если собственная частота двигателя и частота механической системы станка будут соизмеримы, то может произойти потеря устойчивости всей системы электромеханического привода. Поэтому более рациональный путь повышения быстродействия двигателя связан с увеличением динамического момента М двигателя при неизменном моменте инерции его якоря. Двигатели подобного типа получили название высокомоментных.

Существенной конструктивной особенностью высокомоментных двигателей является возбуждение от постоянных ферритовых магнитов. Такое решение конструкции двигателя исключает потери на нагрев обмотки возбуждения, на 10-15% увеличивает КПД и уменьшает размеры двигателя. Высокомоментные двигатели обеспечивают равномерное вращение при частотах до 0,1 об/мин. Номинальная же частота вращения составляет обычно 1000 об/мин, но может быть повышена до 2000 об/ мин за счет кратковременной форсировки напряжения якоря. Высокомоментные двигатели обеспечивают 6-10 кратную перегрузку по моменту при низких частотах вращения в течение 20-30 минут, что позволяет устанавливать их непосредственно на ходовой винт механизма подач. С повышением частоты вращения коммутация двигателя ухудшается и перегрузочная способность снижается.

Ниже приведена типичная конструкция высокомоментного двигателя с ферритовыми магнитами.

Ферритовые сегменты 1 многополюсной магнитной системы располагаются в цилиндрическом корпусе 2 и охватывают якорь 3. На валу двигателя расположен коллектор 4 со щетками 5.Двигатель снабжен электромагнитным тормозом 6 и встроенным тахогенератором 7. Для осуществления обратной связи по перемещению предусматривается револьвер 8, который связан с валом двигателя прецизионной повышающей передачей 9.Конструкция двигателя допускает применение внешнего вентилятора.

Дальнейшим развитием исполнительных электродвигателей постоянного тока являются вентильные бесконтактные электродвигатели, в котором коммутация (переключение обмоток за счет перераспределения токов и напряжений)осуществляется полупроводниковыми приборами. Это позволяется избавиться от коллектора и щеток и существенно улучшить динамические свойства машины. Обмотка якоря в таких двигателях расположена на неподвижной части машины - статоре, а на роторе расположены постоянные магниты, которые создают ток возбуждения. С помощью полупроводникового коммутатора (инвертора) управляемого в функции поворота ротора по сигналам датчика положения, в такой обмотке создается вращающееся магнитное поле. Вращающий момент возникает в результате взаимодействия этого поля с полем ротора. Внешне машина напоминает синхронный безконтактный двигатель. Однако наличие датчика положения приводит к тому, что частоту вращения двигателя можно регулировать посредством изменения напряжения в цепи якоря, а не путем изменения частоты задающего генератора, управляемого инвертором, как в синхронной машине.

Регулируемый привод станков с ЧПУ

Регулируемый привод применяют в механизмах главного движения станков с ЧПУ, а кроме того он является главным структурным компонентом следящего привода подачи станков с ЧПУ. Регулируемый привод для станков с ЧПУ выполняют по схеме "теристорный преобразователь - двигатель" (ТП - Д) и регулируют напряжением в цепи якоря при неизменном возбуждении, что обеспечивает постоянный максимально - допустимый момент на всем диапазоне регулирования.

Особенностью этих приводов является широкий диапазон регулирования частоты вращения от Д = 1:1000 до Д = 1:50000,что позволяет полностью обеспечить не только рабочие движения, связанные с технологическим процессом обработки, но также и быстрые установочные перемещения без применения промежуточных механических передач. Минимальная частота вращения привода должна составлять 1 об/ мин, а в некоторых случаях 0,1 об/мин.

При малых скоростях привод должен обеспечить равномерное перемещение. Современный регулируемый привод должен обладать высоким быстродействием при переходе с одной установочной частоты на другую.

Силовая часть регулируемого привода должна состоять из двигателя Д и силового преобразователя П ,который преобразует переменное напряжение на якоре двигателя.

Для увеличения диапазона регулирования привод охватывается жесткой обратной связью по частоте вращения. Для этого на валу двигателя Д устанавливается тахогенератор ТГ, напряжение которого пропорционально угловой скорости .Это напряжение сравнивается с задающем. Разность напряжений задающего и тахогенератора усиливается усилителем У и подается на силовой преобразователь П. Точность работы привода и диапазон регулирования увеличиваются по мере возрастания общего коэффициента передачи К. Однако чрезмерное увеличение К может привести к потери устойчивости системы. Во избежание этого и для обеспечения требуемого быстродействия в приводе применяются специальные корректирующие устройства.

Точность работы привода в большей степени зависит от точности и стабильности характеристик цепи обратной связи по частоте вращения и в первую очередь от стабильности коэффициента передачи тахогенератора. К остальным элементам привода, охваченным обратной связью, таких жестких требований по стабильности характеристик не предъявляется.

Приводы главного движения

В приводах главного движения станков с ЧПУ преимущественно применяют регулируемые приводы с двигателем постоянного тока и тиристерным преобразователем. Необходимая мощность привода главного движения металлорежущего станка изменяется в функции частоты вращения шпинделя. При этом полностью номинальная мощность не используется при высоких и низких частотах вращения. До 0,5 диапазона регулирования мощность возрастает пример но пропорционально частоте вращения и регулирование нужно производить с постоянным моментом М. Затем мощность достигает максимума и затем незначительно снижается при наибольшей частоте вращения. На этом участке привод можно регулировать с постоянной максимально допустимой мощностью. Таким образом, привод главного движения станка нуждается в двухзонном регулировании, которое обеспечивают разными способами.

Регулирование с постоянной максимально допустимой мощностью осуществляется путем изменения тока возбуждения при неизменном напряжении на якоре. При этом частота вращения изменяется вверх от номинальной в небольшом диапазоне, который определяется коммутационными возможностями двигателей постоянного тока. Для двигателей постоянного тока серии 2П этот диапазон Др_=соnst = 1:4.В этом случае, когда по технологическим требованиям диапазон Др необходимо увеличить, вводят дополнительную коробку скоростей с автоматическим переключением ступеней с помощью электромагнитных муфт.

Для регулирования с постоянным максимально допустимым моментом необходимо изменять напряжение на якоре при неизменном возбуждении. Частота вращения при этом регулируется вниз от номинала и диапазон регулирования может быть достаточно большим, обычно по технологическим требованиям необходимо иметь Д_м=соnst= 1:20.Однако в многооперационных станках этот диапазон может быть значительно увеличен. Это связано с необходимостью точного позиционирования шпинделя при смене инструмента.

В связи с этим привод главного движения должен иметь два тиристорных преобразователя: один для питания цепи якоря, другой - для цепи возбуждения. Соответственно этому образуются два контура управления.

Регулирование частоты вращения изменением напряжения на якоре и изменением потока возбуждения можно производить независимо. Однако, во избежании пуска двигателя при пониженном возбуждении в современных приводах главного движения применяют двухзонное зависимое управление. При зависимом управлении магнитный поток остается номинальным до тех пор, пока частота вращения двигателя меньше основной. Повышение частоты вращения двигателя обеспечивается путем ослабления магнитного потока. Схема управления имеет один задатчик скорости

общий на обе зоны регулирования. Система управления напряжением якоря (ТП1 – тиристорный преобразователь этой цепи) имеет замкнутый контур по скорости двигателя с регулятором скорости (РС) и подчиненный ему контур тока с регулятором тока (РТ).

В некоторых случаях такой контур может быть заменен системой токоограничения. В целом эта система совпадает с системой регулируемого привода и оптимизируется теми же методами. Некоторое отличие заключается в том, что привод главного движения имеет большую мощность и больший момент инерции. Вследствие этого входная цепь привода обычно имеет задатчик интенсивности, ограничивающей скорость нарастания управляющего сигнала; это необходимо во избежание резких толчков тока при больших значениях задания, поскольку медленно нарастающая ЭДС двигателя не может обеспечить эффективного токоограничения.

Система управления током возбуждения связана с системой управления напряжением якоря через ЭДС двигателя. Сигнал пропорциональный ЭДС снимается с диагонали тахометрического моста образованного якорем двигателя, обмоткой дополнительных полюсов (ДП) и резисторами R1 и R2.Этот сигнал подается на регулятор возбуждения (РВ),имеющий зоны насыщения, и далее через СИФУ-2 управляет работой теристорного преобразователя ТП-2,питающего обмотку возбуждения (ОВ) двигателя. Поскольку мощность возбуждения не велика применяют упрощенный однофазный преобразователь.

Кроме сигнала, пропорционального ЭДС двигателя, на вход регулятора (РВ) подается опорное напряжение, соответствующее номинальной частоте вращения двигателя. До тех пор пока частота вращения двигателя меньше номинальной, регулятор РВ находится в состоянии насыщения, и по обмотке насыщения протекает номинальный ток. При больших частотах вращения регулятор вступает в работу и начинает уменьшать поток возбуждения двигателя. Совместное действие регуляторов скорости и возбуждения приводит к тому, что во второй зоне регулирования ЭДС остается все время неизменной. Поэтому систему регулирования возбуждения считают контуром регулирования ЭДС, зависимым от контура скорости.

В первой зоне регулирования за счет изменения напряжения на якоре двигателя ЭДС возрастает при неизменном потоке.

Во второй зоне регулируется ток в области возбуждения. При этом стабилизируется ЭДС, а магнитный поток уменьшается.

Гибкие производственные системы

2013-01-12T12:31:50Z

ГИБКИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ

Области применения и классификация

Важной особенностью сегодняшнего производства, направленного на удовлетворение возросших запросов потребителей, является рост числа мелких серий обрабатываемых деталей и увеличение их разнообразия, что вызывает необходимость в частой переналадке технологического оборудования.

Поэтому в настоящее время наряду с традиционными требованиями (высокой производительности, точности и надежности) к оборудованию предъявляют новое требование - гибкость, т.е. переналаживаемость в минимально возможное время. Этому требованию удовлетворяет оборудование с ЧПУ, объединенное в гибкие производственные системы (ГПС), предназначенные для комплексной обработки различных деталей.

ГПС, включающая в себя технологическое оборудование и систему обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, способна автоматически переналаживаться при переходе на обработку новой детали, входящей в номенклатуру деталей, изготовляемых на данной ГПС.

Достоинства ГПС: существенно снижается производственный цикл изготовления продукции; индивидуальные заказы выполняют в условиях серийного производства; значительно сокращается численность обслуживающего персонала, вплоть до создания "безлюдных" производств.

Структура ГПС (рис.1) строится по принципу повышения уровня организации производства; гибкий производственный модуль (ГПМ) ® гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) или гибкий автоматизированный участок (ГАУ) ® гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) ®гибкий автоматизированный завод (ГАЗ).

Рис.1. Организационная структура ГПС

В ГПС, как правило, встраивают только автоматизированное технологическое оборудование, которое приспосабливается к изменяющимся условиям производства при минимальном участии обслуживающего персонала. Вместе с тем при производственной необходимости допускается включение в состав ГПС отдельных видов оборудования с ручным управлением.

В общем случае в ГПС автоматически реализуются следующие функции:

1. управление циклом работы оборудования с помощью УЧПУ, ПК и др.;

2. загрузка, разгрузка и межоперационное транспортирование закрепленных за ГПС деталей;

3. контроль точности и режимов обработки;

4. контроль технического состояния станков, инструментов, транспортной системы;

5. подналадка и замена инструментов;

6. периодическая переналадка станка при переходе на обработку новой детали;

7. диспетчирование и управление производством в целом.

Оборудование, применяемое в ГПС, определяется величиной партии и номенклатурой обрабатываемых деталей.

Станочные модули

ГПМ состоит из единицы технологического оборудования, оснащенного устройством ЧПУ (УЧПУ) и средствами автоматизации технологического процесса. ГПМ функционирует автономно, осуществляя многократные циклы, и может встраиваться в ГПС.

В общем случае в состав станочного модуля (т.е. ГПМ, где в качестве технологического оборудования служит металлорежущий станок) входят:

1. станок с ЧПУ;

2. транспортно-накопительная система;

3. механизм автоматической смены заготовок;

4. магазин инструментов и устройство их автоматической смены;

5. устройства автоматического контроля размеров обработанных деталей;

6. устройство контроля размеров режущего инструмента;

7. система опознавания заготовок;

8. система контроля за состоянием процесса резания;

9. механизм автоматической смены элементов зажимных приспособлений.

На рис.2 показан станочный модуль, выполненный на базе двухшпиндельного токарного станка 4 с ЧПУ. Станок имеет механизированные приводы зажимных патронов, ограждения и соответствующие датчики для получения необходимых сигналов о состоянии оборудования, наличии заготовок и т.д.

В состав модуля входит промышленный робот (ПР) 1, оснащенный четырьмя манипуляторами и предназначенный для загрузки - разгрузки станка. ПР способен одновременно взять с транспортно-накопительной системы 6 две заготовки и снять с двух шпинделей станка 4 две обработанные детали.

Кроме того, ПР устанавливает заготовку на призму поворотного стола 5, где она кантуется и одновременно контролируется, что позволяет сократить вспомогательное время. Наличие магазина 3 инструментов и устройства 2 их автоматической смены (в случае износа или поломки резца) обеспечивает работу модуля в течение значительного интервала времени (например, в течение двух смен) без участия обслуживающего персонала.

Рис.2. Токарный гибкий станочный модуль.

На рис.3 показан сверлильно-фрезерно-расточный модуль, предназначенный для обработки крупногабаритных корпусных деталей.

Рис. 3. Сверлильно-фрезерно-расточный гибкий модуль для обработки корпусных деталей.

Модуль имеет поворотный стол 4, стол 5 и подвижную стойку 6. В то время как закрепленная на одном столе деталь обрабатывается, на второй стол загружают очередную заготовку. На стеллаже 1 расположены четыре 30-позиционных инструментальных магазина, а на трехъярусном стеллаже 3 - многошпиндельные коробки. Стойка 6, перемещаясь по направляющим станины 2, подходит к стеллажам 1 и 3 для автоматической замены магазинов и головок. Управление модулем осуществляется от УЧПУ типа CNC.

ГПМ со сменными шпиндельными коробками (рис.4), предназначенный для обработки корпусных деталей в средне- и крупносерийном производстве, компонуется на базе унифицированных узлов.

В комплект унифицированных узлов входят:

1. силовой стол 7, который имеет угольник, оснащенный приводами (подачи и вращения), и механизм 1 фиксации и зажима шпиндельных коробок 6;

2. транспортная система, предназначенная для перемещения шпиндельных коробок 6 по замкнутой прямоугольной траектории и установки их на угольник силового стола, включающая: секции 3 (с приводными роликами); поворотные столы 5 (с приводными роликами), устанавливаемые в местах изменения направления движения шпиндельных коробок;

3. кантователи 2 и 8, служащие для поворота шпиндельных коробок 6 вокруг горизонтальной оси перед их установкой в рабочую позицию и после снятия с нее, перегружатель, перемещающий шпиндельные коробки из кантователя в рабочую позицию и обратно;

4. устройство 4 складирования шпиндельных коробок, которое состоит из секций (с приводными роликами) и транспортной тележки, доставляющей шпиндельные коробки со склада на транспортную систему (и обратно);

5. поворотный делительный стол 9 (имеет три позиции: обработки, загрузки и выгрузки детали), на который устанавливается обрабатываемая деталь 10.

6. устройство для уборки стружки.

К специальным узлам, входящим в ГПМ, относятся: приспособления для зажима и фиксации обрабатываемых деталей; устройство для контроля целостности режущих инструментов и комплект шпиндельных коробок.

Управление работой ГПМ осуществляется с помощью персонального компьютера (ПК), имеется центральный пульт, а также пульты, предназначенные для управления в наладочном режиме отдельными механизмами и устройствами.

Рис. 4. ГПС со сменными шпиндельными коробками.

Длительной работе ГПМ без вмешательства оператора способствуют контроль и диагностирование процесса обработки и состояния инструмента, осуществляемые специальными датчиками.

Например, датчик контроля состояния инструмента, представляющий собой четыре пьезоэлектрических кварцевых элемента (расположенных между револьверной головкой и салазками станка), измеряет верхнее и нижнее пороговые значения сигнала, пропорциональные возникающим при обработке усилиям, и автоматически регулирует эти усилия. В момент поломки инструмента сигнал датчика превышает верхнее пороговое значение, в результате чего выдается команда на остановку оборудования.

Широкое распространение нашли подшипники-датчики, устанавливаемые в передней опоре шпинделя станка.

На наружной поверхности внешнего кольца такого подшипника имеются канавки, в которые вмонтированы тензодатчики. Кроме того, в комплект измерительного устройства входят усилитель и измерительный блок, управляемый от микропроцессора. Деформация наружного кольца подшипника обусловливает изменение сопротивления тензодатчиков, которые соединены по мостовой схеме. На выходе схемы возникает переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна радиальной составляющей силе, действующей на опору шпинделя.

Для измерения инструментов и обрабатываемых деталей вдоль оси Х и Z. используют специальные электроконтактные датчики (рис. 5).

Система измерения с применением таких датчиков включает в себя щуп 1 для контроля обрабатываемой детали и щуп 8 для контроля инструмента. Датчик для измерения обрабатываемой детали устанавливают в револьверной головке 2. Его питание осуществляется через передающее 3 и приемное 4 устройства. Посредством кабелей 5 сигнал передается в электронный блок 6, а с помощью кабеля 7 осуществляется связь с УЧПУ станка, обрабатывающим информацию, поступающую от датчика.

Проверяемый инструмент перемещается к щупу 8, смонтированному в головке 9, закрепленной на станине станка. Выдаваемый сигнал передается в УЧПУ, где фактическое значение размера инструмента сравнивается с номинальным и автоматически корректируется.

Рис. 5. Специальный электроконтактный датчик.

Гибкие автоматизированные участки

Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) состоит из нескольких ГПМ, объединенных общей автоматизированной системой управления; при этом технологический маршрут обработки деталей предусматривает изменение последовательности использования оборудования.

На рис. 6 представлена структурная схема ГАУ для обработки деталей типа тела вращения.

Управляющий вычислительный комплекс (УВК) и производственный комплекс связаны между собой через ЭВМ (например, при прямом управлении станками в режиме ЭВМ - УЧПУ) или посредством соответствующей документации (например, при планировании и учете).

Производственный комплекс ГАУ включает в себя: ГПМ, связанные между собой транспортно-накопительной системой; режущий и вспомогательный инструмент; приспособления и оснастку.

ГАУ бывают двух типов:

1. АСК (автоматизированная система для обработки корпусных деталей);

2. АСВ (автоматизированная система для обработки деталей типа тел вращения).

Планировка ГАУ типа АСК приведена на рис. 7. Для обработки (с четырех сторон за одну установку) корпусных деталей применяют сверлильно-фрезерно-расточные станки 1 с ЧПУ, оснащенные устройствами автоматической смены инструмента и устройствами автоматической смены приспособлений спутников (ПС) с закрепленными на них деталями. Станки связаны между собой транспортной системой 6.

Рис. 7. Планировка ГАУ типа АСК

Базовые поверхности заготовок обрабатывают на специальных станках 2 с ЧПУ, а доделочные операции выполняют на станках 3 и 4.

Помимо указанных станков в состав ГАУ в ряде случаев входят координатно-разметочная машина 5 (для контроля и разметки литья) и контрольно-измерительная машина 7 (для окончательного контроля обработанных деталей).

На участке предусмотрены отделения 9 (для хранения ПС, элементов универсально-сборной переналаживаемой оснастки и сборки приспособлений) и 8 (для хранения, сборки и настройки инструментов).

Отделение 9 оснащено механизированными стеллажами для хранения элементов оснастки и монтажными столами для ее сборки.

Отделение 8 оборудовано стеллажами для хранения режущего и вспомогательного инструмента и рабочими верстаками; для размерной настройки инструмента используют оптические приборы.

Применение ГАУ типа АСК обеспечивает повышение производительности обработки в среднем в 3,2 раза при стабильном ее качестве.

ГАУ типа АСВ (рис. 8) предназначены для токарной обработки серийных деталей типа тел вращения (валов, фланцев и др.), а также для обработки (на сверлильно-фрезерных станках) плоских деталей (рычагов, кронштейнов и др.).

В состав ГАУ входят токарные и сверлильно-фрезерные ГПМ или полуавтоматы с ЧПУ (в том числе многоцелевые станки), а при необходимости - шлифовальные и зубообрабатывающие ГПМ или станки с ЧПУ; для выполнения доделочных операций могут применяться станки с ручным управлением (например, долбежный станок).

ГАУ типа АСВ строятся по модульному принципу, т.е. технологическое и вспомогательное оборудование располагается в соответствующих секциях.

Как видно из рис.8, станки расположены попарно и перпендикулярно конвейеру, что позволяет одному транспортному манипулятору обслуживать четыре станка, обеспечивая доставку на рабочие места ПС с заготовками, инструмент и оснастку.

Рис. 8. Планировка ГАУ типа АСВ.

1 - секция токарных станков, 2 - секция сверлильно-фрезерных станков, 3 - секция наладки и комплектации инструмента, 4 - секция приема - сдачи заготовок и готовой продукции и технического контроля, 5 - секция сбора стружки, 6 - секция силового питания и трасса разводки его по участку, 7 - конвейер, 8 - секция транспортного манипулятора, 9 - секция удаления стружки, 10 - зона установки автоматического манипулятора.

Одна секция удаления стружки обслуживает четыре станка и обеспечивает транспортировку емкостей со стружкой от станков к конвейеру.

Размещенные в конце участка секции 4 и 5 позволяют быстро эвакуировать контейнеры со стружкой, загружать приемные столы ПС с заготовками и выгружать ПС с деталями не только цеховым краном, но и электро- и автопогрузчиками.

Адресный конвейер 7 обеспечивает кратчайшую транспортную связь между рабочими местами, а его секционное построение позволяет при необходимости увеличить или уменьшить длину конвейера.

Гибкие автоматические линии

Рассмотрим конструкции гибких автоматических линий (ГАЛ) со сменными шпиндельными коробками для обработки корпусной детали. На рис. 9 показана ГАЛ, осуществляющая двустороннюю обработку деталей. Линия предназначена для полной обработки корпусов дифференциала тракторов семи типоразмеров. Для обработки деталей всех модификаций требуется 46 многошпиндельных коробок.

Рис. 9. ГАЛ со сменными шпиндельными коробками.

В состав ГАЛ входят два модуля 1, каждый из которых имеет два магазина 8 шпиндельных коробок. ПС 5 с закрепленными на них заготовками подаются на линию с помощью устройства 6 автоматического подвода и смены ПС. При установке новой детали на ПС меняются зажимные приспособления или их элементы.

Для многосторонней обработки детали используют поворотный стол 4 с устройствами 3 для зажима ПС. На силовых узлах, выполненных в виде крестовых столов, смонтированы механизмы для базирования и закрепления шпиндельных коробок 2, которые подводятся к силовым узлам с помошью роликовых конвейеров.

Смену шпиндельных коробок производят на позиции 9. Шпиндельные коробки транспортируются из магазина 8 шпинделями вверх, что обеспечивает стабильное положение инструмента, облегчает его наладку и подналадку. Замена шпиндельных коробок на рабочей позиции осуществляется специальным устройством 7.

Силовые узлы управляются с пульта 10 УЧПУ 11, а транспортная система - ПК 12. ГАЛ оснащена системами диагностирования и информации состояния. Информация поступает на дисплей 13.

Компоновка ГАЛ обеспечивает обработку деталей с четырех сторон. Время закрепления деталей на ПС и снятия с ПС совмещено со временем обработки. Детали одновременно обрабатываются с двух сторон, после чего поворачиваются на 90° и обрабатываются с двух других сторон. Наибольшее время обработки одной детали 30 мин.

ГАЛ для обработки тел вращения строится из станков с ЧПУ, управляемых от ЭВМ. В качестве транспортно-загрузочной системы используются транспортеры различных типов, ПР и набор вспомогательного оборудования (накопители и т.п.).

На рис. 10 показана ГАЛ для комплексной обработки деталей типа валов и валов-роторов электродвигателей. Предусмотрена обработка 38 типов валов длиной до 1200 мм, диаметром до 320 мм и массой до 130 кг.

ГАЛ включает в себя следующее технологическое оборудование, расположенное в соответствии с процессом обработки:

1. два токарных станка 4 с центральным приводом доя одновременной обработки вала с двух сторон;

2. два шпоночно-фрезерных станка 6 для одновременного фрезерования канавок под призматические шпонки на концах двух валов;

3. круглошлифовальный станок 7 для шлифования шейки вала под место посадки крыльчатки вентилятора; сборочная установка 8 для горячей запрессовки крыльчатки вентилятора на вал (для этого крыльчатки нагреваются в пета 9 и устанавливаются на холодные валы);

4. участок 10, где вал с крыльчаткой вылеживается на транспортере до охлаждения;

5. два круглошлифовальных станка 7 для шлифования обоих концов вала;

6. два одношпиндельных токарных станках 11 для обработки наружного диаметра ротора;

7. автоматизированная моечная установка 12 с цепным транспортером 13 и сушилкой 14;

8. три балансировочных станка 15 с ручным управлением.

Оборудование связано в ГАЛ с помощью системы ленточных транспортеров 2 и тринадцати портальных манипуляторов 3. В начале линии расположен накопитель 1 заготовок.

Рис.10. ГАЛ для обработки валов.

В составе ГАЛ предусмотрены измерительные позиции 5, куда детали поступают после выполнения всех технологических операции. Позиции 5 в сочетании с микропроцессорными УЧПУ обеспечивают коррекцию положения инструмента на станках.

Транспортно-накопительные системы

Транспортно-накопительная система (ТНС) функционально связана с конкретной ГПС в целях обеспечения ГПС заготовками, инструментами и др., а также эвакуации из системы обработанных деталей, заменяемых инструментов и приспособлений, стружки. ТНС реализует связь между станками, подающими устройствами, контрольно-измерительным оборудованием и складом, что позволяет полностью автоматизировать производственный цикл обработки деталей. ТНС, являясь одной из основных подсистем ГПС, в значительной степени определяет технический уровень системы и ее компоновку. От работы ТНС во многом зависит надежность ГПС, ее бесперебойная работа и оптимальная загрузка оборудования.

Транспортирование деталей в ТНС может осуществляться с помощью ПС и без ПС (в лотках, поддонах, кассетах). Использование ПС хотя и удорожает стоимость ТНС, но в то же время упрощает автоматизацию смены заготовок благодаря единству установочных баз ПС. Транспортирование деталей без ПС применяют обычно при ручной смене деталей (на столе станка) или при обработке большого числа изделий одного наименования.

Различают две основные компоновки ТНС:

1. линейную (см. рис. 7);

2. замкнутую.

Выбор компоновки определяется траекторией движения деталей в горизонтальной плоскости. Помимо главных движений в ряде случаев предусматривают дополнительные пути.

Преимуществом замкнутой ТНС (по сравнению с линейной) является то, что загрузочная позиция в ней может быть совмещена с разгрузочной, вследствие чего отпадает необходимость в дополнительной транспортной линии для возврата ПС.

Накопление деталей в ТНС может быть:

1. централизованным;

2. децентрализованным (на отдельных рабочих позициях).

В центральном накопителе (складе) хранят заготовки, готовые детали и полуфабрикаты. Если ГПС определенное время (например, в ночную смену) функционирует без вмешательства обслуживающего персонала, то предусматривается определенный задел заготовок. Центральный накопитель связан со всеми рабочими позициями, а децентрализованные станочные накопители связаны с отдельными станками и позволяют компенсировать разницу между временем транспортирования и временем обработки деталей.

ТНС может иметь один центральный склад (для заготовок и деталей) или два таких склада (один для заготовок, а второй для готовых деталей); в первом случае экономится производственная площадь, но в то же время усложняется система управления.

Связь центрального склада с технологическим оборудованием бывает прямая (используется в ГАЛ) и непрямая (используется в ГАУ): в первом случае детали транспортируются непосредственно из склада (через главную транспортную магистраль) к станкам и передаются от станка к станку (через ответвления транспортной магистрали, используемые так же как промежуточные накопители), минуя склад; во втором случае деталь после обработки на каждом из станков возвращается на центральный склад, который осуществляет связь между станками.

Конструкция склада зависит от таких факторов, как масса транспортируемых деталей, конструкция подающих устройств и др. Наибольшее распространение получили склады типа стеллажей. Такие склады могут быть многоярусными (что экономит производственную площадь) и одноярусными (используемыми в основном для хранения тяжелых корпусных деталей).

ТНС с замкнутым конвейером (рис. 11) имеют несколько вариантов исполнения: с центральным накопителем 1 и циркулирующей системой подачи материалов с помощью конвейера 2 (рис. 11, а, б и в); с ответвлениями транспортной линии наружу (рис. 11, г); с ответвлениями транспортной линии внутрь (рис.11, д); с перемычками (рис. 11, е) и без ответвлений (рис. 11, ж).

Рис. 11. ТНС с замкнутым конвейером

На рис.12 показана ТНС полочного типа: заготовки хранятся в центральном складе 1; распределение заготовок по станкам осуществляется тележкой, перемещающейся по рельсам 2; загрузка - разгрузка станков 4 осуществляется через приемные столы 3 (рис. 12, а) или непосредственно на станок.

Рис.12. ТНС полочного типа

В ТНС, показанной на рис. 13, средством транспортирования заготовок из склада 3 к станкам 7 являются четырехколесные напольные тележки 2 (рельсовые или безрельсовые). К тележке, на которой установлен ПС, крепится магнитная карточка с информацией о работе ТНС.

Рис. 13. ТНС с тележечным транспортом (рис.12, б)

Удаление стружки и подача СОЖ

Стружку из рабочей зоны станков удаляют смывом (подачей эмульсии) , сжатым воздухом или путем перемещения подвижными элементами конвейеров. При обработке деталей из чугуна (без охлаждения) стружку и графитовую пыль отсасывают с помощью гидроциклонов. При обработке отверстий 'стружку из них выдувают (сжатым воздухом) или вытряхивают на специальных поворотных устройствах.

При обработке деталей из стали применяют резцы со стружколомателями, которые дробят сливную стружку и тем самым улучшают условия для ее отвода. Базирующие элементы деталей и ПС очищают от мелкой стружки путем ее смывания СОЖ или выдувания сжатым воздухом. Во многих ГПС предусмотрены моечные машины, в которых детали и ПС полностью очищаются от стружки.

В ГПС, как правило, для удаления стружки применяют конвейеры, проходящие вне ТНС (стружка на них от каждого станка подается с помощью специально встроенного в станок устройства) и конвейеры, встроенные непосредственно в ТНС или в проходящий под ТНС специальный канал (в этом случае стружка на конвейеры поступает через проем в станине станка).

Для удаления стружки от отдельных станков и ГПС используют скребковые и винтовые конвейеры.

Скребковый цепной конвейер (рис. 14) имеет желоб 9 (смонтированный в бетонном канале 10), к боковым стенкам которого приварены верхние 11 и нижние 12 направляющие уголки. На уголках смонтированы (на осях 7) ролики 8 пластинчатой цепи 2.

Рис. 14. Скребковый конвейер для отвода стружки

Цепь натянута на звездочки 1 и 5. Звездочка 5 приводится во вращение (через редуктор) от электродвигателя. На цепи жестко укреплены скребки б. При движении цепи нижние скребки перемещают поступающую от станков 4 стружку по желобу 9, который сверху закрыт крышками 3.

На рис. 15 показана система удаления стружки, состоящая из винтовых конвейеров, расположенных продольно, поперечно и наклонно. Стружка 5 с помощью встроенных конвейеров 1 удаляется со станков 8 на двухвинтовые конвейеры 2 и 7 и далее (посредством двухвинтового конвейера 4) передается в сборник 9. Из него стружка (с помощью конвейера 6 с приводом 3 периодически выгружается в автомашину.

Рис.15. Система из винтовых конвейеров для удаления стружки

Подачу СОЖ к станкам осуществляют как от индивидуальных, так и от централизованных циркуляционных установок. Каждая установка состоит из бака (с устройством для очистки СОЖ), насоса и трубопроводов. Индивидуальные баки охлаждения размещают в станине станка или рядом с ним.

Преимущества централизованных циркуляционных систем (по сравнению с индивидуальными):

§ улучшается очистка и стабилизируется температура СОЖ, в результате чего повышается качество обработки;

§ улучшаются условия обслуживания и гигиена производства; сокращается производственная площадь;

§ создаются предпосылки для механизации приготовления СОЖ, удаления из нее примесей (стружки, шлама и др.).

На рис. 16 показана централизованная система отвода СОЖ и стружки, используемая в ГПС, состоящих из токарных станков.

Рис. 16. Централизованная система отвода СОЖ и стружки

Поток СОЖ смывает стружку, образующуюся при обработке детали на станке 1, и направляет ее (вместе с жидкостью) в канал 2. В канале размещен скребковый конвейер 4, перемещающий стружку на конвейер 5. Наклонный участок конвейера 4 обеспечивает отделение стружки от СОЖ. Под конвейером 4 установлен металлический лист с отверстиями, через которые жидкость стекает в канал, соединенный с баком-отстойником 3, откуда очищенная СОЖ перекачивается в систему для повторного использования.

Система централизованной подачи СОЖ (рис. 17) состоит из бака-отстойника 5, откуда жидкость подается (насосом 1) по напорному трубопроводу 2 к станкам 3. Отработанная жидкость самотеком сливается в колодцы-отстойники 4 и по сливному трубопроводу 7 попадает в бак-отстойник. Утечку и испарения СОЖ в системе компенсируют перед началом рабочей смены из дополнительного бака б, в котором приготовляется СОЖ.

Рис. 17. Система централизованной подачи СОЖ

Система управления ГПС

Система управления обеспечивает нормальное функционирование ГПС.

Важнейшей частью этой системы является вычислительный комплекс УВК, обеспечивающий автоматизацию управления.

Системы управления ГПС делятся на:

1. неавтоматизированные,

2. автоматизированные;

3. автоматические.

В настоящее время наибольшее применение находят двухуровневые автоматизированные системы управления (АСУ) ГПС на базе ЭВМ,

Верхний уровень АСУ, построенный на основе вычислительных комплексов, обеспечивает выполнение следующих функций: подготовка, контроль, редактирование и хранение УП, формирование сопроводительных технологических документов, карт наладок и т.д.; оперативно-календарное планирование; учет хода производства (состояние оборудования, сведения об инструменте, заготовках и т.д.); оперативное управление станками с ЧПУ.

Нижний уровень системы АСУ обеспечивает: непосредственное управление станками с ЧПУ; управление ТНС; связь отделений ГПС с ЭВМ и диспетчером.

Для обеспечения выполнения основных функций в рамках АСУ ГПС выделяют соответствующие подсистемы, решающие определенные задачи:

1. Подсистема оперативного управления координирует работу оборудования и обслуживающего персонала; осуществляет групповое управление основным технологическим оборудованием (станками, ГПМ) и управление ТНС.

2. Подсистема планирования реализует месячное, оперативное (2-5 суток) и сменно-суточное планирование; формирует и корректирует соответствующие плановые документы.

3. Подсистема технологической подготовки производства осуществляет проектирование технологических процессов: разработку и корректировку УП и сопроводительной технологической документации; нормирование.

4. Подсистема учета обобщает сведения о ходе производства, работе оборудования, наличии на производстве необходимых средств.

5. Подсистема контроля и диагностирования контролирует работу оборудования и средств обеспечения: выполняет диагностирование технического состояния ГПС.

АСУ ГПС содержит средства обеспечения:

§ технического,

§ программного,

§ информационного,

§ организационного.

Совокупность компонентов технического обеспечения образует комплекс технических средств (КТС), состоящих из устройств вычислительной техники, устройств организационной техники и средств передачи данных.

Компонентами программного обеспечения являются документы с текстами программ; программы на машинных носителях; эксплуатационные документы.

Совокупность компонентов информационного обеспечения образует информационную базу (базу данных), включающую в себя: документы, содержащие описание проектных процедур, решений, комплектующих изделий, материалов и др.; файлы и блоки данных на магнитных носителях.

Компонентами организационного обеспечения являются методические и руководящие материалы; положения, инструкции, приказы; штатные расписания и квалификационные требования и т.п.

Организация эксплуатации

Автоматизированная система технологической подготовки производства основана на применении ЭВМ. При этом программно-математическое обеспечение разрабатывается так, чтобы максимально сократить трудоемкость технологической подготовки производства и обеспечить высокую надежность управляющей и технологической информации.

В качестве примера на рис. 19 приведена схема автоматизированной системы технологической подготовки производства, принятая на ГАУ типа АСК.

В качестве исходных данных (ИД) необходимы чертежи обрабатываемых деталей, годовые программы выпуска, величины партий запуска. Обработка деталей на участках организована на базе общезаводского типового технологического маршрута (1), определяемого возможностями оборудования ГАУ. Однако для каждой конкретной детали разрабатывается маршрутная технология и выдаются задания (2) на оптимальную заготовку, компоновку приспособлений из унифицированных элементов и специальный инструмент (если последний необходим).

Рис. 19. Схема технологической подготовки производства на ГАУ типа АСК

Чертеж заготовки поступает в технологическую группу литейного цеха (3), задание на компоновку приспособлений в группу сборки приспособлений (4), а задания на специальный инструмент в группу инструмента ОГТ (5). Все указанные службы через соответствующие цеха: модельный (6), инструментальный (7), механический (8) и литейный (9) обеспечивают изготовление необходимых компонентов к определенному интервалу времени. Контроль за ходом подготовки производства осуществляет АСУП завода. Одновременно с запуском материальных элементов осуществляется разработка технологического процесса и подготовка УП. Выбор техпроцесса основан на широком использовании заложенных в память ЭВМ сведений (10): библиотеки технологических циклов, данных об инструментальных наладках и о станках.

На базе приведенных исходных данных проводится подготовка УП (12) и необходимой технологической документации на ЭВМ (13). Полученная УП (11) подлежит предварительной проверке (14) до ее передачи на станок. Окончательная проверка УП осуществляется при покадровой обработке первой детали в партии с проведением при необходимости редактирования УП с помощью ЭВМ (15). Редактирование программы может осуществляться на станках ГАУ или на специально выделенном оборудовании. После отладки программы проводится обработка первой партии деталей (16) и на основании этого окончательно корректируется технологическая документация.

После окончания этапа подготовки производства спецификация на инструмент (в том числе на специальный) поступает в инструментальное отделение (17); спецификация на элементы оснастки в отделение УСП (18), а заготовки - на склад ГАУ (19). В память ЭВМ, входящей в УВК ГАУ, вводится необходимая технологическая документация и УП (20). Вся необходимая информация (выходная технологическая документация и материалы, получаемые от ЭВМ) сосредотачивается на участке 27.

По мере обработки повторяющихся партий деталей на участке хранится технологическая документация от ЭВМ; распечатки с технологическими комментариями, карты инструментов, распечатки исходных данных, карты комплектации инструментов; карты контроля перфоленты УП (22).

Эксплуатация ГАУ должна обеспечить эффективность изготовление деталей в условиях серийного производства (т.е. при серийности до 500 шт. и среднем размере партии 10…50 деталей). Число наименований обрабатываемых деталей практически не ограничено, а доля повторяющихся деталей составляет 20…40 % от общего числа обрабатываемых деталей. Высокая стоимость ГАУ требует организации его двух трехсменной эксплуатации в течение суток, а в ряде случаев и непрерывной эксплуатации, в том числе в выходные дни.

При этом рекомендуется следующая система эксплуатации: в первую смену в течение 2…3 ч проводят регламентное техническое обслуживание оборудования участка (смазку, подналадку, смену инструментов и др.) и предварительную проверку УП для обработки новых деталей. В первую смену в соответствии со сменно-суточным планом работы ГАУ осуществляют ввод заготовок на ПС или поддонах в ТНС, а также устанавливают режущий и вспомогательный инструмент и оснастку. В память УВК вводят необходимые программы и другую технологическую информацию.

В начале второй смены также выполняют необходимое регламентное обслуживание в течение (1…2) часов и организовывают непрерывную обработку партий заранее подготовленных деталей. В процессе обработки могут возникать отказы оборудования и поломки инструментов, носящие случайный характер. При внезапных отказах оборудования дежурный оператор вызывает на УВК участка сведения об организации работы и организует обслуживание в соответствии с полученными рекомендациями.

В инструментальных магазинах установлены резервные инструменты и вводятся команды на их автоматическую смену.

Оператор-наладчик передает (с помощью пульта) в УВК сведения о готовности очередной детали к обработке.

Диспетчерский пункт ГПС оборудован дисплеем и устройством печати, с помощью которых диспетчер получает необходимые сведения о работе ГАУ, ТНС, а также плановые задания для ГПС.

Общее руководство ГПС осуществляет сменный инженер. Обслуживает ГПС комплексная бригада, состоящая из операторов-наладчиков, каждый из которых может работать на станках с ЧПУ, в автоматизированном складе, на станциях загрузки — разгрузки деталей и комплектов инструментов.

В ходе научно-технической революции оборудование будет совершенствоваться. Хотя станки с ЧПУ в соответствии с их технологическим назначением (фрезерно-расточные или токарные) уже сейчас могут обеспечить обработку деталей практически любой конфигурации (в пределах технических возможностей станка), их эффективность в эксплуатации будет повышаться. Рабочий цикл станков будет полностью автоматизирован, включая подачу инструмента, выбор оптимальных режимов резания, контрольные операции и загрузку заготовок.

Существенно должна возрасти надежность работы станка за счет внедрения самодиагностики неполадок и возможного резервирования отдельных элементов. На современных станках практически решена проблема быстросменное-ти инструментов, однако пока велик разброс размерной стойкости. Поэтому будут развиваться системы активного контроля и адаптивного управления обработкой. Ожидается дальнейшая автоматизация подналадки при многоинструментальной обработке.

Тенденции развития оборудования показывают, что будет автоматизирована установка заготовок в приспособление, созданы специальные приспособления, которые изменят усилие зажима в зависимости от фактических припусков и усилий резания; будут созданы зажимные приспособления, которые позволят полностью обработать деталь на многооперационном станке за одну установку.

Высшей формой автоматизации машиностроительного производства является использование гибких производственных систем. В значительной степени перспективы развития ГПС будут связаны с успехами в развитии вычислительной техники, обрабатывающего оборудования и организации производства

Дальнейшее расширение технологических возможностей механообрабатывающих ГПС будет достигаться за счет включения в их состав шлифовальных, зубообрабатывающих и других станков с ЧПУ по мере их создания и освоения промышленностью. Это же относится к оборудованию для выполнения заготовительных операций, мойки, сборки, консервации, упаковки и т.д.

Таким образом открываются возможности создания в ближайшие годы технологически замкнутых механообрабатывающих автоматизированных производств, наиболее полно охватывающих технологический цикл изготовления деталей на основе объединения нескольких ГПУ в единую систему. При этом вновь создаваемые ГПС будут комплектоваться как взаимозаменяемым, так и взаимодополняемым, в том числе специальным оборудованием.

Помимо мелко- и среднесерийного производства ГПС будут использоваться в крупносерийном и массовом производствах в виде ГАЛ. Это потребует разработки нового металлообрабатывающего оборудования - агрегатных станков с ЧПУ со сменными агрегатами, многоцелевых станков с ЧПУ со сменными многошпиндельными головками и узлами, станочных модулей и т.п., обеспечивающего смену узлов, в том числе транспортных палет, в течение нескольких минут, что соответствует длительности цикла обработки корпусных деталей средних размеров в условиях крупносерийного и массового производства.

Работа в режиме безлюдной технологии, по всей видимости, наиболее эффективна в условиях ГАЗ, который в настоящее время считается наивысшей ступенью автоматизации машиностроительного производства и должен обеспечить его наибольшую эффективность.

Зубообрабатывающие станки

2013-01-12T12:23:40Z

Зубообрабатывающие станки

Нарезание цилиндрических зубчатых колес

Нарезание цилиндрических зубчатых колес можно осуществить по методу копирования и методу обката (метод нарезания определяется методом образования профиля зуба).

По методу копирования:

· модульной фрезами (пальцевой или дисковой);

· фасонным резцом;

· резцовой головкой;

· протягиванием.

По методу обката:

· зубодолблением одним или двумя круглыми долбяками и зуборезной гребенкой;

· зубофрезерованием;

· зуботочением.

Соответственно и cтанки для нарезания цилиндрических колес подразделяются на зубодолбежные, работающие по методу обката и копирования, зубофрезерные и станки для зуботочения.

Зубодолбежные станки

Зубодолбежные станки предназначаются для обработки цилиндрических зубчатых колес наружного и внутреннего зацепления с прямым и винтовым зубом, блоков зубчатых колес, зубчатых муфт, реек, храповиков и т.д. В качестве инструмента применяют зуборезные гребенки- на базе зубчатой рейки, зуборезные долбяки - на базе цилиндрического зубчатого колеса при работе по методу обката и резцовые головки при работе по методу копирования.

Принцип работы зубодолбежного станка

Принцип работы зубодолбежного станка, работающего зуборезным долбяком, можно рассмотреть по структурной схеме, представленной на рис. 1 а.

Для образования зуба по длине необходимо исполнительное движение которое обеспечивается кинематической группой, включающей в себя источник движения М, кинематическую связь а - б с настроечным органом i_v, кривошип - К и исполнительный орган - долбяк, М - а - б - i_v.-К - П₁- т.е. внутренняя связь_.

Образование зуба по профилю обеспечивается сложным исполнительным движением обката. Вращательное движение долбяка и заготовки должны быть принудительно между собой связаны так, как это было бы в зацеплении пары . Для этого в кинематической группе формообразования по профилю предусмотрена внутренняя связь В₂ - m - d -i_x - e - f - В₃.Эта связь должна обеспечить поворот заготовки на оборотов за время поворота долбяка на 1 оборот.

Вращение долбяк получает от кривошипа (К)по цепочке К - b - i_s - с - m - В₂ через настроечный орган i_s который обеспечивает нужную скорость движения обката.

Перед началом резания долбяк и заготовка устанавливаются так, как показано на рис.94б, вершины зубьев долбяка касаются периферии заготовки. Одновременно с включением движений включается и движение для постепенного врезания на полную глубину нарезаемой впадины h. Муфта М1 выключается при достижении глубины врезания h. Движение П₄ называют движением врезания. Вр(П4), оно осуществляется от кривошипа К по цепи К - b - g - i_Вр.- h - M₁ - ходовой винт t -

Рис.1.Структурная схема зубодолбежного станка и схема установки долбяка и заготовки:

а)- структурная схема, б)- схема установки долбяка и заготовки.

На рис. 2 показан общий вид одного из типов зубодолбежных станков. На нижней станине 4, в которой размещается привод изделия, электрооборудование, устройства для подачи смазочно-охлаждающей жидкости и другие, закреплена неподвижно верхняя станина 2, на горизонтальных направляющих которой имеет возможность перемещаться суппорт 1, несущий шпиндель долбяка 5, стол 3 станка в некоторых моделях имеет возможность перемещаться В5(У).

Рис.2. Компановка зубодолбежного станка.

Кинематическая настройка зубодолбежного станка модель 5А12

Общие сведения.

Зубодолбежный полуавтомат мод. 5А12 (рис.3) предназначен для обработки цилиндрических зубчатых колес внешнего и внутреннего зацепления с прямыми и винтовыми зубьями.

На данном станке можно нарезать блоки зубчатых колес с малыми расстояниями между зубчатыми венцами. В качестве режущего инструмента применяют долбяк. Процесс нарезания зубьев ведется по методу обкатки (рис.4).

Для осуществления процесса нарезания зубьев в станке необходимо обеспечить установку долбяка относительно заготовки и сообщить необходимые, относительные движения.

Долбяк подводят к заготовке до соприкосновения с ней (рис.4 а,б).Долбяку и заготовке сообщают медленные согласованные вращательные движения Sк . Наряду с этим долбяк совершает возвратно-поступательное движение (движение резания) и перемещается в радиальном направлении на заготовку Sр (движение врезания).Процесс резания происходит только при рабочем ходе долбяка (вниз).При обратном(холостом) ходе долбяка заготовка отводится от него с целью предотвращения трения зубьев долбяка об изделие.

Рис. 3. Внешний вид станка 5А12: 1 - нижняя часть станины, 2 - средняя часть станины, 3 - маховик ручного перемещения долбяка по вертикали, 4 - щиток кривошипно-шатунного механизма, 5 - каретка штосселя, 6 - колпак, 7 - валик ручного вращения долбяка, 8 - штоссель, 9 - стол, 10 - валик для ручного вращения стола.


а)	б)

Рис. 4. Схема установки и нарезания зубьев долбяком.

Техническая характеристика модели 5А12

Наименьший и наибольший модули нарезаемых зубчатых колес, мм 0,75 и 4

Наименьший и наибольший наружные диаметры нарезаемых

зубчатых колес с прямыми зубьями, мм 12 и 208

Наибольший угол наклона винтового зуба, град b=45

Наибольшая ширина обработки зубчатых колес:

наружного зацепления, b, мм50

Число зубьев нарезаемых колес:

с модулем от 0,75 до 1,5 12…150 мм

с модулем от 1,75 до 4 12…110 мм

Наибольший отход стола при обратном ходе долбяка, мм 0,5

Наибольшее перемещение каретки штосселя, мм 210

Наибольший ход штосселя (долбяка), мм 55

Числа двойных ходов штосселя в минуту 300, 375, 475, 600

Круговые подачи долбяка за один двойной ход долбяка

при (d =75 мм) , мм 0,1;0,12;0,15;0,18;0,20;0,22;0,25;0,31;0,38;0,46.

Габарит станка (длина ´ ширина ´ высота), мм 1170´1120´1750

Вес станка, кг около 1650

Кинематическая схема станка мод.5А12 приведена на рис.5.

Рис. 5 Кинематическая схема станка 5А12.

Возвратно-поступательное движение долбяка

Для сообщения возвратно-поступательного движения штосселю, несущему долбяк, применен механизм, состоящий из кривошипного диска 1, раздвижного шатуна 2 и коромысла 3 зубчатый сектор 4 которого сцеплен с круглой рейкой 5 штосселя (рис. 5).

Число двойных ходов долбяка в минуту равно числу оборотов кривошипного диска.

Эта кинематическая цепь настраивается из условия:

n_эд ® n_дв.ход

Уравнение кинематической цепи главного движения будет:

(17)

откуда формула настройки:

Число n двойных ходов в минуту определяют, исходя из заданной скорости резания, по формуле:

(18)

Длина l хода долбяка регулируется путем изменения радиуса вращения оси кривошипного пальца при помощи винта 6 (рис. 5), смонтированного в кривошипном диске 1.

(19)

l = b + (5¸7) мм,

где l - длина хода долбяка; b - длина нарезаемого зуба.

Крайние положения долбяка регулируются изменением длины шатуна 2, который состоит из двух частей, имеющих различные направления резьб, соединенных при помощи длинной гайки.

Сумма чисел зубьев А + B = 100, так как межосевое расстояние этих зубчатых колес постоянно.

К станку прилагаются две пары сменных зубчатых колес А и В, позволяющих получить четыре числа двойных ходов долбяка в минуту.

При настройке станка долбяку можно сообщить возвратно-поступательное движение вручную рукояткой 7.

Круговая подача (вращение долбяка)

Под круговой подачей понимается длина дуги поворота долбяка по делительной окружности за один двойной ход долбяка. Кривошипный диск, за один оборот которого совершается один двойной ход, и долбяк связаны передачами 4-50, С - D (гитара подач), 35-35, 25-25, 1-90.

Данная цепь настройки из условия:

1дв.ход.долбяка.® S мм/дв.ход.

Уравнение кинематической цепи круговой подачи имеет вид:

откуда формула настройки:

(20)

где m — модуль нарезаемого колеса; z_д - число зубьев долбяка.

Кроме того, сумма зубьев колес должна быть C + D=122.

Вращение заготовки

Вращение заготовки должно быть точно согласовано с вращением долбяка. Долбяк и заготовка связаны передачами 90 -1, 25-25, 35-35, a, b, с, d (гитара деления), 25-25, 25-25, 1-90.Если обозначить число зубьев долбяка z_д, а число зубьев нарезаемого колеса z, то за период поворота долбяка на один зуб (1/ z_д) заготовка также должна повернуться на один зуб (1/z), т.е. условием настройки этой цепи будет:

Тогда можно написать уравнение кинематического баланса:

откуда формула настройки:

(21)

Следует заметить, что на данном станке межосевое расстояние зубчатых колес a и b постоянно, поэтому а + b = 120. Кроме того, при расчете чисел зубьев сменных колес а, b, с, d, колесо c берут с числом зубьев, кратным числу зубьев долбяка z_д, например: 1:1; 1:2; 2:1; 2:3, что значительно облегчает подбор сменных колес.

Способ закрепления долбяка и заготовки на станке 5А12 приведен на рис. 6.

Рис. 6. Закрепление долбяка и заготовки:

1 - штоссель, 2 - долбяк, 3 - заготовка, 4 - оправка, 5 - стол.

Врезание долбяка

Врезание долбяка в заготовку осуществляется горизонтальным перемещением каретки штосселя по направляющим станины под воздействием вращающегося кулачка 8 (рис. 5).

После установки долбяка, заготовки и сменных колес, рукояткой 9 поворачивают кулачок 8 в положение, при котором ролик 10 будет находиться на самой удаленной точке (от центра) профиля кулачка 8, а затем подводят каретку штосселя к заготовке, пока зуб долбяка не коснется заготовки.

После того, как долбяк коснется заготовки, перемещают каретку 14 относительно рейки 15 на величину h₁, близкую к высоте зуба h:

(22)

h₁= h - 0,l m

Здесь принимается величина запаса 0,1m на случай изменения размеров зубьев долбяка вследствие его переточек, неточностей изготовления заготовки и ее установки.

Поскольку глубина врезания была принята неполной, то толщина S' полученного зуба будет немного больше нормальной толщины зуба S на величину:

(23)

DS = S' - S.

Зная величину DS, для получения зуба нужной толщины приближают долбяк к изделию на величину Dh, равную:

(24)

где a - угол зацепления:

при a = 20⁰Dh = l,37DS,

при a = 15⁰Dh = l,87DS.

После перемещения долбяка на величину Dh зубчатое колесо обрабатывают вторично и получают нужную толщину зуба.

Во время работы станка кулачок 8 медленно вращается и постепенно перемещает долбяк на изделие. Вращение кулачка передается от вала 16 через одну из ступеней тройного скользящего блока, червячную пару 1/90, храповой механизм 17 на вал, на котором закреплен кулачок.

На данном станке можно обрабатывать зубья колес в один, два или три прохода, т.е. за один, два или три оборота заготовки. Для этого устанавливают соответствующий кулачок для одного, двух или трех проходов (рис. 7) и вводят в зацепление соответствующее зубчатое колесо подвижного тройного блока, вал 16 (рис.5).

Рис. 7. Кулачки врезания долбяка станка

На всех кулачках имеется участок врезания на угле 90°, на котором профиль кулачка очерчен по архимедовой спирали, и участки обкатки, очерченные по окружности и занимающие различные углы в зависимости от проходности кулачка.

На участке врезания долбяк врезается в заготовку на нужную величину, а на участках обкатки происходит обработка зубчатого колеса, при этом долбяк радиальных перемещений не имеет.

При однопроходной обработке вводится в зацепление зубчатое колесо z = 28 тройного блока вала 16 (рис. 5) с колесом z = 38.

Тогда за время одного оборота заготовки, после врезания долбяка, кулачок повернется примерно на 3/4 оборота, как это следует из уравнения кинематической цепи:

окружности кулачка.

Для работы в два прохода включаются зубчатые колеса z = 18 и z = 48. При этом за один оборот заготовки после врезания долбяка кулачок повернется на 3/8 окружности. При трехпроходной обработке включаются колеса z = 13 и z = 52. Тогда после врезания долбяка за один оборот заготовки кулачок вернется на 1/4 окружности.

Радиальный отвод заготовки

Отвод заготовки от долбяка в период обратного хода последнего осуществляется кулачком 18, закрепленным на валу кривошипного диска, который при помощи штока 19 (рис. 5) качает рычаг 20, поворачивает эксцентрик 21 и перемещает шатун 22, а последний сообщает короткие возвратно-поступательные перемещения столу, несущему заготовку.

Нарезание зубчатых колес с винтовыми зубьями.

Для этого на рассматриваемом станке необходимо установить долбяк с винтовыми зубьями, а также установить специальные винтовые направляющие (сменные) на штосселе долбяка. Это усложняет наладку станка, что в некоторой степени ограничивает применение его для нарезания винтовых зубьев. Настройка кинематических цепей производится по тем же формулам, что и при нарезании прямозубых колес.

Нарезание зубчатых колес внутреннего зацепления.

Данное нарезание аналогично нарезанию колес с внешним зацеплением, только при нарезании зубчатых колес с внутренним зацеплением направление вращения долбяка и заготовки одинаково, тогда как при изготовлении колес с внешним зацеплением оно противоположно.

Если движение (рис.93) заменить на поступательное П так, как показано на рис.97, появляется возможность обработки зубчатых реек круглым долбяком по методу обката. По такому принципу работает рейкодолбежный станок мод. Е3-9А.

Рис.8.Схема нарезания рейки долбяком.

В этом станке расстояние А (рис.8) может быть установлено сразу, перед началом формообразования (позиция 1), поэтому отпадает надобность в группе врезания. В структуре этого станка имеются лишь две группы формообразования: цепь главного движения или скоростная цепь деления)— внешняя связь (цепь подач).

Принцип действия зубодолбежного станка, работающего по методу копирования резцовой головкой, показан на рис. 9.

Рис.9. Схема нарезания зубьев резцовой головкой.

Заготовка 3 получает возвратно-поступательное главное движение относительно неподвижной резцовой головки 1, в радиальных пазах которой имеют возможность перемещаться по стрелке резцов. Все резцы имеют наклонные к оси хвостовики, входящие в коническую кольцевую проточку чашки 4. Если чашке 4 сообщить поступательное движение то все резцы одновременно будут сближаться к центру обеспечивая радиальную подачу При врезании резцов на полную глубину впадины резание прекращается.

Технологические возможности зубодолбежных станков

Технологические возможности зубодолбежных станков определяются их основными размерами.

Таблица 1. Основные размеры зубодолбежных станков.

Наименование параметров	Величины параметров станка
Наибольший диаметр обрабатываемых колес, мм	80	200	500	800	1250	2000	3150
Наибольшая ширина нарезаемого венца, мм	20	50	100	160	160	160	160
Наибольший модуль нарезаемых колес, мм(по стали)	1	4	6	12	12	12	12

На зубодолбежных станках, работающих по методу обката, при применении долбяков высокой точности может быть достигнута шестая степень точности нарезаемых колес. На станках нормальной точности обеспечивается обработка колес седьмой степени точности.

Производительность станков, работающих резцовой головкой по методу копирования, выше, чем у зубодолбежных станков, работающих круглыми долбяками, в 8...10 раз, но область их применения ограничивается массовым производством из-за сложности в высокой стоимости резцовой головки, предназначенной для обработки колеса с определенным модулем (m) и числом зубьев долбяка (z_д).

Зубофрезерные станки

Зубофрезерные станки более производительны, чем зубодолбежные, и предназначаются для нарезания одновенцовых цилиндрических колес с прямозубых и винтовым зубом. На этих станках нарезают и червячные колеса. В качестве режущего инструмента здесь применяются червячно-модульные фрезы.

Структурный анализ работы станка.

Принцип работы зубофрезерного станка можно представить по структурным схемам, показанным на рис. 10 и 11.

Рис.10.Структурная схема зубофрезерного станка при нарезании

зубчатого колеса с прямым зубом.

Для нарезания прямозубого колеса (рис.10) необходимо главное движение - вращение фрезы Фv(В₁). Движение В₁обеспечивается от электродвигателя по связи М - a - i_v - b - B₁ и настраивается органом настройки i_v эта связь является внешней. Формообразования зуба по профилю Ф_V(В₁В₂). в результате вращения фрезы В_1.

Движения В₁ и В₂ связываться между собой В₁ - b - c - i_X- р - CM - l - f - В₂, так, как если бы в зацеплении были червяк и червячное колесо, т.е. за один оборот червячной фрезы заготовка должна повернуться на Z зубьев или на , оборота.

Формообразование зуба по длине происходит при медленном поступательном перемещении инструмента вдоль оси заготовки П_З.по связи В₂ - g - i_s - h - ход. винт - П₃ Скорость этого движения определяет толщину срезаемого каждым зубом фрезы слоя металла, поэтому движение П₃ называют движением подачи и измеряют в мм/об.

Для нарезания косозубого колеса вместо простого движения П₃ необходимо движение по винтовой линии Ф (П₃В₄) (рис.11а), но при этом заготовка должна участвовать в двух различных движениях В₂ и В₄. Сложение этих движений обеспечивается суммирующим механизмом СМ, представляющим собой, например, конический дифференциал. Тогда внутренняя связь в группе формообразования по профилю будет обеспечиваться по цепи b - c - i_X- p - CM - l - f, а в группе формообразования по длине, по цепи m - n - i_Y- o - d - CM - l - f, т.е. она будет связывать вращение ходового винта (для движения П₃) с вращением заготовки В₄ через суммирующий механизм СМ.

Рис. 11. Структурная схема зубофрезерного станка при нарезании зубчатого колеса с винтовым зубом: а- структурная схема, б- расчетная схема.

Эта связь определяется шагом винтовой линии зуба (рис.11б) и выражается перемещением фрезы вдоль оси заготовки за один ее оборот. В качестве источника движения в этой группе может быть любой вращающийся вал, например, шпиндель изделия, как показано на рис. 11, или отдельный электродвигатель, или тот же двигатель, что и в приводе главного движения.

Настройка зубофрезерного станка модели 532

Принцип работы зубофрезерного станка.

Зубофрезерный станок модели 532 (рис. 12) является полуавтоматом и предназначен для нарезания прямых и винтовых зубьев цилиндрических зубчатых колес внешнего зацепления, а также для нарезания червячных зубчатых колес.

Рис. 12. Внешний вид зубофрезерного станка модели 532:

1, 8 - станина, 2 - стол, 3- стойка, 4 - кронштейн, 5 - портал, 6 - электродвигатель,

7 - фрезерный суппорт, 9 - гитара деления, 10 - гитары подач и дифференциала.

Техническая характеристика.

Наибольший модуль нарезаемых колес, мм 8

Наибольший наружный диаметр нарезаемых зубчатых колес, мм:

с прямыми зубьями. 750

с винтовыми зубьями, при угле 30° 500

с винтовыми зубьями, при угле 60°. 190

Наибольшая ширина обработки зубчатого венца, мм 250

Угол поворота суппорта фрезы, град. ±90

Наибольший диаметр фрезы, мм 120

Число оборотов шпинделя фрезы в минуту 47, 58, 72, 87,100,122,150

Вертикальные подачи фрезы, мм/об

0,25;0,6;0,75;1,0;1,25;1,75;2,0;2,5;3,0;3,5;4,0.

Горизонтальные (радиальные) подачи стола, мм/об 0,105;0,21;0,315;0,42;0,52;0,63;0,74;0,85; 1,05; 1,26; 1,48; 1,68.

Мощность электродвигателя, кВт 3,2

Вес станка, кг 2500

Станок работает по методу обкатки. В качестве режущего инструмента применяют, в основном, цилиндрические червячные фрезы. Схема работы червячной фрезой приведена на рис. 13.

Рис. 13. Схема работы цилиндрической червячной фрезы

Кинематическая схема зубофрезерного станка мод. 532 приведена на рис.14.

При вращении фрезы (движение 1) в контакт с заготовкой будут последовательно вступать зубья фрезы. Если при этом заготовке сообщить такое вращательное движение 2, чтобы каждый оборот фрезы приходился поворот заготовки на число зубьев, равное числу заходов фрезы, и медленно перемещать фрезу вдоль оси заготовки (движение 3), то на заготовке будут нарезаны зубья требуемого профиля. Фрезу при этом устанавливают таким образом, чтобы направление витков спирали совпадало с направлением зубьев нарезаемого колеса.

Рис. 14. Кинематическая схема станка модели 532:

1 - стол, 2 - траверса, 3 - колонка, 4 - фреза, 5 - верхняя балка, 6 - стоика, 7 - маховик, 8 - гитара деления, 9 - гитара дифференциала, 10 - гитара подач, 11 - гитара скорости.

Рассмотрим настройку станка для нарезания различных видов зубчатых колес.

Нарезание цилиндрических зубчатых колес с прямыми зубьями

Для нарезания зубчатого колеса заготовку 2 (рис. 15) закрепляют на оправке 3, которая предварительно проверяется на биение при помощи индикатора. Отклонение допускается порядка 0,01—0,02 мм. После установки заготовку необходимо проверить на биение индикатором.

Рис. 15. Закрепление заготовки на станке 532:

1 - траверса, 2 - заготовка, 3 - оправка, 4 - стол.

Фрезу 2 закрепляют на оправке 1 (рис. 16), которая предварительно проверяется на биение индикатором. Величина биения зависит от класса точности нарезаемого колеса и допускается в пределах 0,01—0,06 мм. Правильность установки фрезы по отношению к заготовке контролируется установочным пальцем 4.

Рис. 16. Закрепление фрезы на станке 532:

1 - оправка, 2 - фреза, 3 - шпиндель, 4 - установочный палец.

При нарезании цилиндрических прямозубых колес фрезу устанавливают так, чтобы ее ось составляла с торцовой плоскостью заготовки угол j^о, равный углу w° подъема витков фрезы на делительном диаметре ее зубьев (рис. 17). Для этого суппорт фрезы снабжен поворотной частью.

Рис. 17. Схема установки фрезы при нарезании прямых зубьев:

1 - фреза, 2 - заготовка.

Из рассмотрения схемы работы червячной фрезы (рис. 13) следует, что для нарезания прямозубых колес на данном станке необходимы три движения:

1. главное движение (вращение фрезы);

2. движение деления (обкатки);

3. вертикальная подача.

Рассмотрим эти движения и их настройку.

Главное движение.

Фреза получает вращение от электродвигателя мощностью N=3,2 кВт с числом оборотов n=1440 об/мин через червячную передачу , зубчатые колеса ,

Обозначим число оборотов фрезы в минуту через n_ф, тогда расчетные перемещения цепи запишется

Число оборотов фрезы в минуту n_Ф определяется из формулы скорости резания:

где V-скорость резания в м/мин; Dф-диаметр фрезы в мм.

Уравнение кинематической цепи главного движения будет:

откудаформула настройки гитары скорости:

(1)

Гитара скоростей имеет постоянное расстояние между осями зубчатых колес А и В, поэтому сумма их зубьев постоянна и равна 60.

Движение деления

Движение деления (обкатки) должно обеспечить согласованное вращение фрезы с вращением заготовки: за один оборот фрезы заготовка должна повернуться на z зубьев, т. е. k/z своей окружности, где k - число заходов фрезы, z - число зубьев нарезаемого колеса.

Фреза и заготовка связаны между собой передачами 60—20, 20—20, 23—23, 35—30, дифференциалом, колесами e - f, гитарой сменных колес a - b, c-d, червячной передачей 1 - 84.

Уравнение кинематической цепи деления будет:

Колеса e и f выбирают следующим образом:

при z £ 161;

при z > 161;

При фрезеровании прямых зубьев дифференциал обычно отключается. Когда дифференциал отключен, то i_дифф.=1, а когда включен, то .

Следовательно, когда , то

при ,

(3)

при

(4)

когда и

(5)

Вертикальная подача

Под вертикальной подачей понимается величина перемещения суппорта фрезы по вертикали (в мм) за один оборот заготовки. Стол с заготовкой и суппорт фрезы связаны передачами 84—1, 2—20, a₁-b₁, c₁-d₁, 27—21, червячными передачами 4—27 и 4-27, далее движение передается на ходовой винт вертикальной подачи с шагом t=15 мм.

Расчетное перемещение цепи запишется

1об.заготовки®Sв.

Уравнение кинематической цепи вертикальной подачи будет:

откуда,

(6)

Комплект сменных зубчатых колес гитары подач используется тот же, что и для гитары деления.

Нарезание цилиндрических зубчатых колес с винтовыми (спиральными) зубьями

При нарезании цилиндрических зубчатых колес с винтовыми зубьями ось фрезы устанавливается под углом j^o, равным s_о°±w°, к торцовой плоскости заготовки (рис.18), где s_о°- угол наклона нарезаемых зубьев, а w° - угол подъема витков фрезы на делительном диаметре. Знак плюс берется при разноименных направлениях винтовых линий у нарезаемого колеса и фрезы. Знак минус - при одноименных направлениях винтовых линий.

Рис. 18. Схема установки фрезы при нарезании винтовых зубьев: 1 - фреза. 2 - заготовка.

Для нарезания зубчатых колес с винтовыми зубьями необходимы те же движения, что и для нарезания прямозубых колее, кроме того, заготовке сообщается еще одно дополнительное, медленное, вращение в одном или другом направлении.

Представим себе начальный цилиндр заготовки такой длины, чтобы на нем разместился полный виток винтового зуба (рис. 19). Сделав развертку спирали на плоскости, получим прямоугольный треугольник а b с, в котором: Т - шаг нарезаемой спирали в мм; s_о°-угол наклона зуба; D_нач - начальный диаметр в мм.

Рис. 19. Схема образования винтового зуба.

Если при нарезании прямого зуба за один оборот заготовки фреза перемещается по вертикали на величину вертикальной подачи из точки 1 в точку 2, то при нарезании винтового зуба фреза должна за то же время переместиться из точки 1 в точку 2 '. Как видно из рисунка, для обеспечения этого условия необходимо, чтобы заготовка повернулась дополнительно на величину Dx. За второй оборот заготовки фреза должна переместиться по вертикали на величину s_b и попасть из точки 2' в точку 3', для чего заготовка снова повернется дополнительно на величину Dx и т.д.

Сумма s_b дает величину шага SS_B=T, а сумма Dx - величину SDx =pD_нач. Отсюда следует, что для получения винтовых зубьев необходимо, чтобы за период опускания фрезы по вертикали на величину шага Т нарезаемой спирали, заготовка совершила один дополнительный оборот. Это дополнительное вращение заготовки осуществляется по отдельной кинематической цепи (цепь дифференциала).

Направление дополнительного вращения заготовки может совпадать с направлением ее основного вращения или быть ему противоположным в зависимости от направления винтовых линий фрезы и нарезаемого зубчатого колеса. Изменение направления дополнительного вращения заготовки осуществляется установкой паразитного зубчатого колеса в гитаре дифференциала.

Конечными элементами кинематической цепи дополнительного вращения заготовки являются ходовой винт вертикальной подачи и заготовка.

Расчетные перемещения цепи запишутся:

Они связаны червячными передачами 27-4, 27-4, колесами 21-27, 32-27, а₂-b₂, c₂-d₂, 2-30, дифференциалом, передачей e-f, гитарой a-b, c-d, червячной передачей 1-84.

Уравнение кинематической цепи дифференциала будет:

Так как при нарезании винтовых зубьев дифференциал включен, то i_дифф=1/2.

При и получим формулу 4. Подставив эти значения и сделав все необходимые преобразования, получим:

(7)

Шаг спирали:

(8)

(9)

где m_т—торцовый модуль нарезаемого зубчатого колеса; m_н - нормальный модуль нарезаемого зубчатого колеса; z - число зубьев нарезаемого колеса; _о° - угол наклона спирали зуба.

Устройство и принцип работы дифференциала

Дифференциал на станке мод. 532 служит для алгебраического сложения двух движений и представляет собой механизм, (рис. 20) (состоящий из четырех конических зубчатых колес с числом зубьев Z₁=Z₂=Z₃=Z₄=35 и червячной пары 2—30).

Рис. 20. Схема дифференциала: 1 - втулка, 2 - кулачковая муфта

Рис. 21. Схема работы дифференциала

Правое коническое зубчатое колесо Z₁ закреплено на валу. В зацеплении с ним находятся два конических колеса Z₂ и Z₃ (сателлиты), сидящие свободно на Т-образном валу.

Левое колесо z₄ представляет одно целое с втулкой 1, свободно сидящей на горизонтальной части Т-образного вала. На втулке 1 закреплено червячное колесо z=30. На левом конце втулки имеются кулачки, с которыми может соединяться подвижная кулачковая муфта 2 колеса е, сидящая на Т-образном валу на скользящей шпонке.

Дифференциал считается выключенным, когда двухзаходный червяк выведен из зацепления с червячным колесом z=30 и включена кулачковая муфта 2. При этом Т-образный вал жестко связан с втулкой и сателлиты Z₂и Z₃ не имеют возможности обкатываться вокруг колеса Z₄, а будут вращаться вместе с ним. В этом случае передаточное отношение от колеса Z₁ к Т-образному валу равно единице.

Дифференциал считается включенным, когда двухзаходный червяк введен в зацепление с червячным колесом z=30 и выключена кулачковая муфта 2. При этом передаточное отношение от колеса Z₁ к Т-образному валу (если Z₄ неподвижно) равно 1/2.

Рассуждая аналогично предыдущему, убеждаемся в том, передаточное отношение от колеса Z₄ к Т-образному валу при условии, что Z₁ неподвижно, также будет равно 1/2. Если же одновременно передавать вращение от вала А, имеющего n_A оборотов, и вала С (рис. 20), имеющего n_C оборотов, то вал В получит:

(15)

Включение и выключение червяка дифференциала осуществляется специальной рукояткой, расположенной на эксцентричной втулке, внутри которой проходит вал червяка.

Нарезание червячных зубчатых колес

На станке модели 532 червячные зубчатые колеса можно нарезать методом радиальной подачи или методом тангенциальной (осевой) подачи.

На практике в основном применяют метод радиальной подачи. В качестве режущего инструмента при этом применяют цилиндрические червячные фрезы (рис. 22). Диаметр начальной окружности фрезы должен быть равен диаметру начальной окружности червяка, работающего в паре с нарезаемым червячным колесом.

Рис. 22. Схема нарезания червячного колеса методом радиальной подачи.

Этот метод характеризуется тем, что в процессе обработки расстояние А между центрами фрезы и заготовки медленно уменьшается вследствие осуществления радиальной подачи Sp заготовки. При этом фреза и заготовка совершают вращательные движения вокруг своих осей. Следовательно, для нарезания червячного колеса методом радиальной подачи необходимы три движения: главное движение, движение деления и радиальная подача заготовки. Первые два движения осуществляются по тем же кинематическим цепям и настраиваются по тем же формулам, что и при нарезавши цилиндрических зубчатых колес.

Под радиальной подачей понимают перемещение заготовки в радиальном направлении (в мм) за один ее оборот. Конечными элементами этой цепи являются заготовка и ходовой винт стола с шагом t=5 мм. Их связывают передачи 84-1, 2-20, a₁-b₁, c₁-d₁, 27-21, 4-24, 4-24.

Уравнение кинематической цепи радиальной подачи будет:

(16)

откуда формула настройки:

При нарезании червячных колес ось фрезы устанавливают горизонтально. После врезания фрезы в заготовку на нужную глубину радиальная подача автоматически выключается (посредством отключения четырехзаходного червяка), обрабатываемое колесо совершает еще несколько оборотов, в течение которого заканчивается профилирование всех зубьев.

Станок, рассчитанный на работу с тангенциальной подачей, снабжается специальным суппортом фрезы, который устанавливается вместо обычного и позволяет сообщить фрезе вращение и осевое перемещение. Режущим инструментом при тангенциальной подаче служит коническая червячная фреза.

Станки для обработки конических зубчатых колес

Методы нарезания конических зубчатых колес.

Станки для обработки конических зубчатых колес работают по методу копирования или по методу обката.

По методу копирования зубьев конических колеc можно нарезать на станках, работающих островершинным резцом по шаблону дисковой или пальцевой модульном фрезой, круговой протяжкой 1 (рис.23) и торцовой резцовой головкой (рис. 24). Из перечисленных наиболее производительной является обработка круговой протяжкой.


Рис.23. Нарезание зубьев круговой протяжкой.	Рис.24. Нарезание зубьев торцовой резцовой головкой.

Нарезание конических зубчатых колес на станках работающих по методу обката.

При рассмотрении обработки конических зубчатых колес по методу обката изучается взаимодействие нарезаемого колеса с воображаемым производящим колесом в виде плоского (или плосковершинного колеса).

Плоским колесом называется предельное коническое колесо, с углом при вершине начального конуса 2j=180¡.

Профиль зуба плоского колеса прямобочный. Зацепление плоского колеса с коническим показано на рис.25.

Рис.25.Схема зацепления плоского колеса с коническим.

На рис.26 показана принципиальная схема нарезания впадины конического колеса одним резцом при единичном делении.

Рис. 26. Схема нарезания колеса одним резцом.

Если представить плоское колесо 1, у которого из Z_пр зубьев оставлен лишь один 2 в позиции А, этот зуб заточен как строгальный резец и имеет возможность совершать возвратно-поступательное движение П₁, можно понять суть процесса формообразования впадины конического колеса 3. Плоское колесу задается медленное вращение В₂, а заготовка получает связанное с ним движение В₃, так как если бы в зацеплении была коническая пара . При движениях из позиции А резец, совершающий строгание П₁, будет постепенно врезаться во вращающуюся заготовку и, достигнув позиции Б, прорежет одну впадину эвольвентного профиля. Обеспечив движение деления В₄‑ поворот заготовки на оборота- и повторив цикл, можно нарезать вторую впадину и т.д.

Можно представить плоское колесо с дуговым зубом, образованным участком а-в резцовой головки 3 (рис.27). Резцовая головка получает независимое вращение В₁- главное движение, необходимое для формирования впадины по ее длине. При вращении В₂ воображаемого плоского колеса 1 из позиции А в позицию Б и связанном с ним вращении В заготовки 4 на последней будет сформирована впадина, имеющая эвольвентный профиль и длине форму дуги.

Рис. 27. Резцовая головка.

Наибольшее число станков для обработки конических колес, выпускаемых отечественной промышленностью, работает либо резцовой головкой, обеспечивая дуговой зуб, либо двумя резцами 2 (рис.27), формирующими не впадину, как на рис.26, а зуб колеса и обеспечивающими прямой или тангенциальный зуб по длине.

Принцип действия зубострогального станка

Принцип действия зубострогального станка, работающего по методу обката, можно представить по структурной схеме, изображенной на рис.28. Для обработки конического колеса с Z_з зубьями необходимы движения: Ф_V(П₁) для образования зуба по длине, Ф_S(В₂В₃) - два взаимосвязанных вращательных движения для образования зуба по профилю и движение деления Д(В₄) для поочередного нарезания всех впадин (зубьев). При совмещения на заготовке одного непрерывного (В₃) и одного периодического (В₄) движений в структура станка необходим суммирующий механизм.

В структуре станка имеются две кинематические группы формообразования и одна группа деления.

Группа формообразования зуба по длине обеспечивает исполнительное .движение Ф_V(П₁)- возвратно-поступательное движение резцов 3, которое создается кривошипом 2, размещенным на люльке 1. На кривошип движение поступает от двигателя М₁ по цепи а‑b‑i_v‑с‑d‑l.

Рис.28.Структурная схема зубострогального станка.

Группа формообразования зуба по профилю обеспечивает сложное исполнительное движение Ф_S(В₂В₃), в ней имеются внутренняя и внешняя связи. Внутренняя связь обеспечивает траекторию движения и связывает вращение В₂ воображаемого производящего колеса с Z_пр, один зуб которого реализуется резцами 3, и вращение В₃ заготовки.

Эта связь осуществляется по цепочке q‑i_x‑l‑m‑n‑CM‑r‑i_y‑t.

Настройкой гитары i_x обеспечивается связь между В₂ и В₃ так, чтобы за один оборот производящего колеса заготовка сделала оборотов.

Назначение гитары i_y будет объяснено в последующем изложении.

От того, как быстро будут происходить движения В₂ и В₃, будет зависеть толщина срезаемого слоя металла за каждый двойной ход резца.

Формирование одной впадины (одного зуба) происходят в определенной последовательности:

1. подвод заготовки к воображаемому производящему колесу (П₆ влево);

2. вращение В₂ и В₃ в одном направлении с определенной скоростью и на определенный угол, при поступательном движении резца П₁ для полного прорезания впадины;

3. отвод заготовки (П₅ вправо);

4. реверсирование движений В₂ и В₃ и поворот люльки на угол Q ° в обратном направлении;

5. одновременно c обратными вращениями В₂ и В₃ включение делительного движения В₄ через суммирующий механизм и поворот заготовки на оборота.

Далее цикл повторяется в каждой впадине до нарезания всех зубьев.

Циклом управляет распределительный барабан (р.б.), который делает один оборот за цикл и в нужное время включает механизм подвода и отвода заготовки П₅, реверсирует движения В₂ и В₃, включает делительный механизм.

Таким образом время, потребное на один оборот распределительного барабана, определяет толщину срезаемого слоя металла. Временем цикла t_ц в этих станках и определяется скорость формообразования или подача. Один оборот распре распределительного барабана связывается с числом оборотов двигателя М1 за время цикла.

Внешняя связь в группе формообразования зуба по профилю осуществляется по цепочке M1‑a‑f‑i_s‑g‑р.б.‑h‑i_x‑P‑p‑q.. Гитара i_s обеспечивает настройку на заданную подачу, а гитара i_k введена для получения заданного угла качания люльки Q °.

Группа деления Д(В₄).

От двигателя М1 по цепочке a‑w‑x‑y‑z движение постоянно поступает на однооборотную муфту делительного механизма (д.д.) В нужный момент цикла распределительный барабан включает эту муфту, она делает 1 оборот и автоматически выключается. Это движение через правую часть делительного механизма по цепочке v‑и‑СМ‑s‑i_y‑t передается на вращающуюся (В₃) заготовку.

Гитара i_у обеспечивает поворот заготовки в делительном движении на оборота.

Если в схеме (рис.28) кривошип 2 заменить резцовой головкой 2 на рис.29, то получится структурная схема зуборезного станка для обработки конических колес с дуговым зубом, работающего по методу обката при единичном делении.

Рис.29.Схема нарезания конических колес с дуговым зубом.

Зубострогальный станок для обработки конических колес

На рис.30 показана компановка зубострогального станка для обработки конических колес.

Рис.30.Компановка зубострогального станка.

Станина 5 представляющая массивную чугунную отливку, несет на себе все выдвижные и неподвижные узлы станка и служит для размещения в ней элементов гидропривода.

Стойка 1 предназначена для размещения на ней привода главного движения и подач, а также механизмов управления циклом работы станка. В стойке 6 сверху размещаются гитары главного движения (i_y) и подач (i_s). За левой стенкой и стойкой располагаются гитары обката (i_x) и деления (i_y). Через правую стенку стойки выступает люлька 2, несущая суппорты с резцами, совершающими возвратно-поступательное движение П₁.

По горизонтальным направляющим станина может перемещаться, обеспечивая подвод и отвод заготовки (П₅), каретка 4, на круговых направляющих которой крепится бабка изделия 3. Движение В₅ необходимо для установки заготовки в соответствии с углом начального конуса.

Настройка зубострогального станка модели 526

Общие сведения.

Зубострогальный станок модели 526 (рис. 31) является полуавтоматом, работающим по методу обкатки, и предназначен для чернового и чистового нарезания конических зубчатых колес с прямыми зубьями. Режущим инструментом являются

Для уяснения принципа работы станка представим себе металлическое колесо, так называемое производящее колесо (рис. 32), по которому перекатывается коническая заготовка (нарезаемое колесо) из идеально пластичного материала так, что ее начальный конус катится по начальному конусу производящего колеса без скольжения. При этом металлические зубья производящего колеса выдавят в теле заготовки впадины. После полного оборота заготовки вокруг своей оси на ней образуется зубчатый венец.

В процессе обработки зубьев конических колес на существующих станках производящее колесо является воображаемым, и зубья его воспроизводятся в пространстве движущимися лезвиями резцов, но все расчеты движений производятся так, как будто обрабатываемая заготовка находится в зацеплении с некоторым производящим колесом.

Наиболее удобным с точки зрения изготовления инструментов является плоское производящее колесо, у которого половина угла начального конуса равна 90° и зубья которого имеют плоские боковые грани, т. е. профиль зубьев - прямобочный. При этом вершины зубьев расположены по конической поверхности.

Конусное производящее колесо отличается от плоского тем, что половина угла при вершине начального конуса составляет (90°-g°), где g° - угол ножки зуба нарезаемого колеса (рис. 19).

При конусном производящем колесе резцы 1 и 2 движутся в плоскости 1-1, перпендикулярной к оси ОО₂ производящего колеса. Отсюда следует, что заготовку z нужно установить относительно производящего колеса z' таким образом, чтобы ее ось 00₁ составляла с плоскостью 1-1 (плоскостью вершин зубьев производящего колеса) угол °=°- g°, где ° - половина угла начального конуса нарезаемого колеса; g° - угол ножки зуба нарезаемого колеса.

Рис. 17. Внешний вид зубострогального станка 526:

1 - станина, 2 - планшайба, 3 - ползуны резцов, 4 - барабан подачи заготовки,

5 - электродвигатель, 6 - бабка заготовки, 7 - заготовка, 8 - гитара деления,

9 - каретка, 10 - маховик ручного перемещения каретки, 11 - маховик ручного привода станка.

Техническая характеристика зубострогального станка модели 526

Наибольший модуль нарезаемого зубчатого колеса, мм 8

Количество нарезаемых зубьев 10…200

Наибольший диаметр начальной окружности нарезаемого колеса, мм 600

Наибольшая длина нарезаемого зуба, мм 90

Max и min значения половины угла начального конуса нарезаемого

колеса, град 5⁰42' и 84°18'

Число двойных ходов в минуту в пределах 85…442

Количество подач 15

Время обработки одного зуба, с 7,6…86,5

Как известно, числа зубьев двух сопряженных конических колес прямопропорциональны синусам половин углов начальных конусов.

Рис. 18. Производящее колесо

Это выражение называется обкаточным отношением. Для плоского производящего колеса оно равно:

(25)

Для конусного производящего колеса обкаточное отношение будет:

(26)

(27)

Так как угол g° мал и cos g° близок к единице (обычно cos g° > 0,998), то вполне допустимо принимать обкаточное отношение конусного колеса равным отношению плоского колеса (рис.19): откуда

Исходя из этого, можно рассматривать конусное производящее колесо как плоское. Ошибка в результате этого допущения очень мала и не выходит за допустимые пределы неточностей изготовления колес.

Рис. 19 Схема нарезания колеса.

В практике вместо производящего колеса применяют два резца с прямолинейными режущими кромками (рис. 20), которые своими движениями описывают в пространстве поверхности, аналогичные поверхностям, описываемым соответствующими точками зубьев производящего колеса.

Рис. 20. Зубострогальный резец

Кинематическая схема станка модели 526 изображена на рис 21. Заготовка закрепляется на шпинделе каретки 20, которая может перемещаться по направляющим станины, надвигаясь на резцы, или отходить от них. Резцы закрепляются на ползунах, совершающих возвратно-поступательное движение в направляющих планшайбы 22, которая вместе с резцами кинематически воспроизводит движения производящего колеса. Направляющие ползунов расположены на планшайбе таким образом, что вершины резцов проходят через центр планшайбы (вершину производящего колеса).

На зубострогальном станке модели 526 можно производить черновое нарезание зубьев и чистовую обработку.

Настройка зубострогального станка модели 526 для чернового нарезания зубьев

На данном станке черновая нарезка зубьев может осуществляться путем одинарного или двойного деления.

При одинарном делении оба резца обрабатывают один зуб, прорезая с обеих его сторон канавки, немного шире половины впадины (рис. 22, а). При этом заготовка и планшайба в процессе резания не вращаются, а заготовка лишь медленно подается на резцы. После прорезания требуемой глубины выемок заготовка быстро отводится от резцов до полного расцепления с ними и производится поворот заготовки на один зуб, затем цикл повторяется.

Рис. 22. Схема чернового строгания зубьев.

При черновой обработке, по методу двойного деления, одновременно прострагиваются две впадины, при этом поворот заготовки происходит на два зуба, что дает значительную экономию времени на обработку, но требуются специальные резцы (рис.22, б). Выбор способа чернового нарезания определяется модулем и величиной партии нарезаемых колес.

При модулях больше 6 или при числе нарезаемых зубьев меньше 15 применяют одинарное деление.

При модуле меньше 6 и числе зубьев больше 15 выбор способа чернового нарезания определяется величиной партии нарезаемых колес. В условиях единичного производства черновое нарезание производится способом одинарного деления, чтобы избежать изготовления специальных резцов.

Следовательно, для чернового нарезания зубьев необходимо три движения:

1. возвратно-поступательное движение резцов (главное движение);

2. перемещение заготовки на резцы (движение подачи);

3. движение деления.

Возвратно-поступательное движение резцов

Ползуны, несущие резцы, получают движение от электродвигателя (N=3 кВт) через зубчатые передачи 15-45, 25-25, 25-25, А-В, 19-43 и на кривошипный диск, с которым соединены ползуны (рис. 21).

Так как радиус r вращения кривошипного пальца диска D₁ (рис. 23) при любом его положении в прорези всегда меньше радиуса R диска D₂, то при вращении диска D₁ диск D₂ будет совершать качательное движение. При движении одного резца вперед другой будет двигаться назад. Скорость резцов переменная, но с достаточной для практики точностью расчеты можно производить по средней скорости:

(28)

откуда

где n_дв.ход - число двойных ходов резца в минуту; l - длина хода резца в мм.

Рис.23. Схема кривошипно-шатунного механизма станка 526

Найденное таким образом число двойных ходов устанавливается при помощи сменных колес А и В, передаточное отношение которых определяется из уравнения кинематической цепи главного движения:

откуда

(29)

Сумма чисел зубьев:

(30)

А + В = 72

К станку прилагается девять пар сменных колес, обеспечивающих получение 15 чисел двойных ходов в минуту в пределах 85…442.

(31)

Длина хода ползунов с резцами устанавливается регулировочным винтом, вмонтированным в диске D₁ (см. рис. 21). Наименьшая длина l обычно принимается равной:

l = b + 7 мм,

где b - длина нарезаемого зуба в мм; 7 мм - величина перебега резцов (на выходе »2 мм и на входе »5 мм).

Длина хода резцов зависит также от угла d° между направляющими ползунов. К станку прилагают специальный градуированный ключ и таблицу, по которым и определяют положение кривошипного пальца с учетом угла d°. Величина угла d° зависит от характера и способа строгания и достигает 8°.

При черновом нарезании с одинарным делением угол d° определяется по формуле:

(32)

где S_x - толщина зуба нарезаемого колеса по хорде делительной окружности в мм; h" - высота ножки зуба нарезаемого колеса в мм; a° - угол зацепления в град., при a°=20° tg a^o=0,36397, при a° = 15° tg a°=0,26795; L - длина образующей делительного конуса нарезаемого колеса в мм; Dd - добавочный угол, обеспечивающий оставление припуска на двух сторонах зуба(для чистового нарезания):

(33)

где - припуск под чистовое нарезание на каждую сторону зуба.

Обычно величину выбирают равной 0,5¸1 мм или более точно по таблицам.

При чистовом нарезании величина угла определяется по формуле:

(34)

Движение подачи (цепь распределительного механизма)

Станок 526 работает циклично, как полуавтомат. Всем циклом работы управляют барабаны 1 и 5, которые синхронно вращаются (как в этом легко убедиться по схеме рис. 21) и делают по одному обороту за цикл. Барабаны получают вращение от главного электродвигателя.

Обычно настройка гитары подач связана со временем, в период которого выполняется обработка зуба. Обозначив, через t сек время одного цикла, уравнение кинематической цепи подачи будет:

откуда определяется передаточное отношение гитары подач:

(35)

Величина t колеблется в пределах 7,6…86,5 с.

При подборе сменных колес принимают сумму a₁+ b₁= 100 постоянной, а сумму

(с₁+ d₁) - в пределах 84…109.

После подбора сменных колес гитары подач i_под., зная передаточные отношения гитары скоростей и гитары вращения планшайбы (формула 46), можно определить величину подачи S по формуле:

(36)

где обозначения отдельных параметров те же, что и в предыдущих формулах.

Цепь деления.

После окончания обработки одного зуба каретка с изделием при помощи барабана 5 отводится от резцов и производится поворот (деление) заготовки на один или два зуба. Для этого в требуемый момент времени механизм управления через рычаг 3 (рис. 21) соединяет зубчатое колесо 61 с корпусом 4 дифференциала, который совершает один оборот, и колесо 61 автоматически отключается.

При черновой прорезке планшайба не должна вращаться. Для этого сменные зубчатые колеса е и f снимаются и заменяются специальным ключом, приведенным на рис. 23, который допускает вращение вала 8 (рис. 21), но удерживает (шпонкой) неподвижный вал зубчатого колеса f, благодаря чему планшайба остается неподвижной. Ключ удерживает также (через ряд зубчатых колес) левое колесо дифференциала в период деления заготовки.

Один оборот корпуса дифференциала сообщает два оборота валу 10 (i_дифф= 2). За это время заготовка должна повернуться на один зуб (или на два), не считая того вращения, которое она получает через центральное колесо дифференциала от гитары обкатки (при чистовой обработке).

Уравнение кинематического баланса от корпуса дифференциала к заготовке будет:

при P = 1

(37)

при P = 2

(38)

Настройка зубострогального станка модели 526 для чистовой обработки

После чернового нарезания зубьев они имеют прямобочный профиль. Задача чистовой обработки сводится к тому, чтобы придать этим зубьям эвольвентный профиль.

Для чистовой обработки на станке 526 (рис.24) необходимо настроить следующие движения: I - возвратно-поступательное движение резцов, II - быстрый подвод (и отвод) нарезаемого колеса, III - вращение обрабатываемого колеса, IV -вращения производящего колеса, V - движение деления.

Рис. 24. Схема чистовой обработки зубьев:

I - возвратно-поступательное движение тонки, II - быстрый подвод и отвод заготовки, III - вращение заготовки, IV - вращение производящего колеса, V - движение деления

Движения I, II и V настраиваются по тем же формулам, что и при черновом нарезании. При чистовом нарезании каретка заготовки соединяется с канавкой 23 барабана подач для чистовой обработки. Эта канавка спрофилирована так, что обеспечивается быстрый подвод заготовки к резцам и после обработки одного зуба - быстрый отвод. Кроме того, необходимо снять ключ с гитары вращения планшайбы и установить сменные колеса.

Вращение заготовки (цепь обкатки).

При чистовом нарезании зубьев обрабатываемое колесо должно вращаться строго согласованно с вращением производящего колеса, чтобы за время поворота производящего колеса на один зуб (1/z') обрабатываемое колесо также повернулось на один зуб (1/z). Уравнение кинематического баланса цепи обкатки будет:

Подставив i_дифф= 1 (корпус дифференциала неподвижен) и получим:

(39)

(40)

Для более точного подсчета можно пользоваться формулой:

Вращение планшайбы (цепь обкатки)

При чистовой обработке зубчатого колеса планшайба с резцами получает вращение, согласованное с вращением заготовки, и поворачивается за цикл на угол 2l (сначала вниз на угол l, а затем вверх на тот же угол). Величина этого угла выбирается такой, чтобы резцы полностью обкатывали нарезаемый зуб.

Рассматривая поворот планшайбы относительно горизонтального положения 0-0 (рис.25), видно, что угол обкатки l равен сумме углов l₁ и l₂, где l₁ - угол поворота планшайбы вниз от горизонтального положения, а угол l₂ - угол поворота планшайбы вверх от горизонтального положения. Угол l₂ больше угла l₁, так как при обкаточном движении вверх после чистовой обработки заготовка отводится от резцов и производится поворот заготовки на один зуб, в то время как вращение планшайбы вверх продолжается.

Рис. 25. Схема углов поворота планшайбы:

где l₁ - угол поворота планшайбы вниз от нулевого положения, l₂ - угол поворота планшайбы вверх от нулевого положения, l - общий угол поворота планшайбы.

Для ориентировочного подсчета угла l₁ можно пользоваться формулами:

при угле зацепления a=20°

(41)

при a=15°

(42)

где h" - высота ножки зуба нарезаемого колеса, мм; m - модуль, мм; z - число зубьев нарезаемого колеса; - половина угла начального конуса нарезаемого колеса, град.

Угол l₂ определяется по формуле:

(43)

l₂=1,85 l₁.

Тогда полный угол l поворота планшайбы, т. е. угол обкатки будет:

(44)

l= l₁+ l₂ =2,85 l₁

Направление вращения планшайбы изменяется механизм управления, который условно изображен на рис. 21 в виде двусторонней зубчатой муфты 9, барабана 1 и рычагов 2 и 3.

За время цикла, т. е. за один оборот распределительного вала 6, вал 7 делает 17 оборотов (рис. 21). От вала 7 вращение передается валу 8 через зубчатые колеса, 42-42, либо 38-32-38 (реверс). За цикл вал 8 делает 7 оборота в одном направлении и 7-в противоположном. При каждом переключении вследствие особого устройства механизма переключения происходит потеря оборота.

Потеря за одно переключение равна:

Потеря за цикл, т. е. за два переключения, равна:

Следовательно, вал 8 реверсивного механизма за один цикл делает оборотов:

(45)

Теперь можно определить коэффициент k, учитывающий потерю оборотов при переключении реверсивного механизма:

Приняв за конечные звенья кинематической цепи угла обкатки барабан 1, делающий один оборот за цикл, и планшайбу, которая за это время должна повернуться на угол 2l°, уравнение баланса будет:

Подставив сюда передаточное отношение между валами 7 и 8 i_7-8=1 и k=46/51, получим:

(46)

Подбор сменных зубчатых колес е и f производится в зависимости, от угла l°

Числа зубьев колес е и f могут быть вычислены по формуле 46.

Повышения точности обрабатываемых колёс

Для повышения точности обрабатываемых колёс и качества рабочих поверхностей их зубьев применяются зубоотделочные станки, которые подразделяются на обкатные шевенговальные, зубохонинговальные, притирочные, зубошлифовальные.

В производстве наиболее широко применяются шевинговальные и зубошлифовальные станки.

Принцип работы зубошлифовального станка основан на эффекте скольжения вдоль зуба в зацеплении пары цилиндрических колес с перекрещивающимися осями. Инструмент- шевр представляет собой косозубое цилиндрическое колесо, на рабочих поверхностях зубьев которого имеются режущие кромки, полученные прямоугольными канавками, располагающимися на высоте зуба. (рис.102).

Обрабатываемое колесо вводится в зацепление с шевером и притормаживается. Шеверу сообщается главное вращательное движение В₁. Для снятия определённого припуска устанавливаются соответствующее межосевое расстояние.

Различают шевингование с продольной (рис.103а), диагональной (рис. 103б) и тангенциальной (рис.103в) подачами.*)

Зубошлифование может быть осуществлено методами копирования и обката.

По методу копирования шлифование производится профилированным крутом (рис.104). Путем правки крут получает профиль, соответствующий профилю впадины обрабатываемого колеса. Кинематика станков, работающих таким способом, несложная. Она обеспечивает лишь одно движение формообразования зуба по длине Ф_V(В₁П₂) и одно движение деления Д(В₃). Усложняются конструкция и кинематика механизмов правки круга по профилю.

Наиболее распространенные схемы зубошлифования по методу обката представлены на рис.105. В первом случае показано шлифование дисковым коническим кругом 1, профиль которого соответствует профилю производящей рейки 2. Круг получает вращение В₁ и поступательное движение П₂ для формирования зуба по длине. Движения В₃ и П₄, связанные между собой, как при качении колеса по зубчатой рейке, необходимы для образования зуба по профилю. Так как круг шлифует лишь одну впадину (или одну сторону зуба), необходимо движение деления В₅ для того, чтобы поочередно шлифовать каждую впадину.

Аналогично происходит формообразование при шлифовании по схеме на рис.105б. Здесь вместо одного применяются два чашечных круга, расположенных так, что они образуют профиль исходной рейки.

На рис.105в показана схема шлифования червячным шлифовальным кругом. Все движения формообразования точно так же, как и при зубофрезеровании (рис.99 и 100).

На рис.106 представлена структурная схема зубошлифовального станка, работающего дисковым коническим кругом по методу обката при единичном делении.

Движение формообразования зуба по длине Ф_V(В₁П₂) включает два простых движения. Вращение круга В₁ обеспечивается от двигателя М1 по цепочке а-в. Двигатель М1 устанавливается на каретке, где смонтирован шпиндель шлифовального круга. Эта каретка получает поступательное движение П₂ от кривошипа КР, приводимого от М2 через связи c‑d‑i₉₁‑l‑f.

Формообразование по профилю Ф₅(В₃П₄) обеспечивает внутренняя связь m‑n‑s‑CM‑t‑u приводимая от электродвигателя М3 по цепи g‑k‑i₉₂‑l‑f.

Без разрыва цепи обката на заготовку подается периодическое движение деления Д(В₅) от делительного механизма (д.м.) по цепи o‑p‑q‑i_y‑CM‑t‑u.

Скорость движения В₁, как правило, не настраивается. Скорость продольной подачи П₂ настраивается гитарой i_S₁ Внутренняя связь в цепи обката настраивается гитарой i_х по расчетному перемещению 1 об.заг.(В₃)pmz₃ мм продольного перемещения заготовки(П₄). Скорость формообразования профиля зуба настраивается гитарой i_S₂. Гитара деления i_y настраивается по расчетному перемещению

1 об. делит. диска об. заготовки

Станки для обработки тел вращения

2013-01-12T12:16:57Z

Станки для обработки тел вращения

Назначение и классификация токарных станков

Токарная обработка(точение)-один из самых распространенных видов обработки металлов резанием, осуществляемый на станках токарной группы. Станки токарной группы предназначаются для обработки тел вращения.

На этих станках преимущественно обрабатываются детали трех классов: валы, диски, втулки (рис.1).

К классу валов (рис.1,а) относятся валы, валики, оси, пальцы, цапфы т.п. У деталей этого класса длина L их значительно больше диаметра D.

К классу дисков (рис.1,б) относятся диски, заготовки зубчатых колес и шкивов, маховики, кольца и т.п. У таких деталей длина(толщина) L значительно меньше диаметра D.

К классу втулок (рис.1,в) относятся втулки, вкладыши, гильзы, буксы и т.п.

Рис.1. Представители типовых деталей, обрабатываемых на станках токарной группы: а- класс валов, б- класс дисков, в- класс втулок.

Кроме перечисленных деталей на станках токарной группы могут обрабатываться и другие детали, имеющие форму тел вращения. К ним в первую очередь следует отнести корпусные детали.

Характерными операциями, производимыми на этих станка, являются (рис.2.):

а)-продольное точение цилиндрических гладких и ступенчатых поверхностей

б)-точение наружных конических поверхностей;

в)-обработка торцов и уступов;

г)-прорезание канавок и отрезка;

д)-растачивание отверстий (цилиндрических и конических);

е)-сверление, зенкерование и развертывание отверстий;

ж)-нарезание наружной и внутренней резьбы резцом;

з)-нарезание резьбы метчиком и плашкой;

и)-фасонное обтачивание;

к)-вихревое нарезание резьбы;

л)-накатывание рифленых поверхностей.

Рис. 2. Виды работ, выполняемых на токарных станках.

Классификация токарных станков

По классификатору станков, принятому в станкостроении, токарные станки относятся к первой группе. Группа содержит в себе девять подгрупп, которые разделяют станки по технологическому признаку на:

1. токарные одношпиндельные автоматы и полуавтоматы.

2. токарные многошпиндельные автоматы и полуавтоматы.

3. токарно-револьверные станки.

4. сверлильно-отрезные станки.

5. токарно-карусельные станки.

6. токарные, в том числе токарно-винторезные и лобовые станки.

7. токарные многорезцовые станки.

8. специализированные токарные станки.

9. разные.

В станкостроении металлорежущие станки, в том числе и токарные, выпускаются по государственным стандартам, в которых главные параметры отвечают нормальным или размерным рядам. Под размерным или нормальным рядом понимают группу однотипных станков, состоящих из унифицированных узлов и деталей, каждый из которых предназначен для обработки деталей определенных размеров.

По степени специализации токарные станки подразделяются на универсальные, специальные и специализированные.

Универсальные- это станки, на которых возможно выполнение различных операций на деталях широкой номенклатуры.

Специализированные- это станки, на которых возможно выполнение ограниченного числа операций на деталях одного наименования.

Специальные станки- это станки, предназначенные для выполнения ограниченного числа операций на детали одного типоразмера.

Отечественная станкостроительная промышленность выпускает токарные станки пяти классов точности.

Класс Н. Станки нормальной точности. К ним относятся большинство универсальных станков, например, станки мод.1К62,16К20 и др.

Класс П. Станки повышенной точности. К ним относятся, например, токарно-винторезные станки мод.16К20П, 1И611П, 16Б16П и др.

Класс В. Станки высокой точности, полученной за счет специальной конструкции отдельных узлов, точности деталей и качества сборки. К этому классу относится, например станок мод.1В616.

Таким образом при обозначении модели(шифра) станка токарной группы, первая цифра 1 указывает группу станка. Вторая цифра указывает тип токарного станка. Последующие цифры, как правило, показывают технологический параметр станка, а именно максимальный диаметр обрабатываемой детали, высоту центров и др. Буква после первой или второй цифры может символизировать поколение станка, завод-изготовитель или модификацию. Буква, поставленная в конце шифра, может указывать на усовершенствование базовой модели или класс точности станка.

Рассмотрим несколько примеров обозначения моделей токарных станков.

1К62- цифра 1- группа токарных станков; 6-токарно-винторезный; 2-высота центров, дм; К- поколение.

1А616- цифра 1- группа токарных станков; 6-токарно-винторезный; 16-высота центров, см; А- поколение.

1Б811- цифра 1- группа токарных станков; 8-токарно-затыловочный; 11-размер обрабатываемых заготовок; Б- поколение.

16К20П- цифра 1- группа токарных станков; 6-токарно-винторезный; 20-высота центров, см; К- поколение; П- класс точности повышенный.

Токарно-винторезные станки

К основным техническим характеристикам токарных станков относятся: наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, устанавливаемой над станиной (D_max) и над суппортом (D).

В соответствии с ГОСТ440-71 предусматриваются следующие значения:

D_max. = 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3200; 5000; 6300 мм.

D = 50; 60; 80; 100; 125; 160; 210; 260; 350; 450; 600; 800; 1100; 1400; 1800; 2300; 3000 мм.

Станки всех перечисленных размеров выпускаются отечественной промышленностью.

Другими техническими характеристиками являются:

L- длина обрабатываемой детали; n_шп- частота вращения шпинделя; N- мощность привода главного движения; G- масса станка.

Технологические возможности токарно-винторезных станков.

На станках этой группы можно обрабатывать детали практически всех размеров, применяемых в современном машиностроении.

На станках нормальной точности обеспечивается обработка с допусками по 8…9 квалитетам и достигаются 5…6 классы шероховатости. На прецизионных станках можно получить допуски по шестому и выше квалитетам и шероховатость по седьмому и более высокому классам.

Для обработки на токарных станках заготовка может устанавливаться в центрах (рис.3), в патронах четырех кулачковом или трех кулачковом само центрирующих (рис.4) и на оправке (рис.5).

Рис.3.Схема установки заготовки при обработке в центрах.

Для установки заготовки в центрах станок оснащается передним 2 и задним 6 центрами и поводковыми патронами 1, имеющими поводковый палец. На левый конец заготовки, имеющей с торцов центровые отверстия, закрепляется поводковый хомутик 3.

Конструктивно поводковый патрон и хомутик могут быть выполнены иначе, например, как на рис.5.

При обработке коротких цилиндрических заготовок их установка производится в само центрирующем трех кулачковом патроне (рис.4а и б), который состоит из корпуса I, закрепляемого на переднем конце шпинделя, и кулачков 2. Механизм, размещаемый в корпусе, позволяет поворотом ключа, вставляемого в одно из трех отверстий 3, сближать и разводить одновременно все кулачки.

Если обрабатываемая деталь имеет сложную, несимметричную форму, ее устанавливают в четырех кулачковом патроне (рис.4 в), в котором каждый из кулачков 2 перемещается независимо от других.


а).	б).

Рис.4.Установка заготовок в патронах: а)-в трех кулачковом, б)-в четырех кулачковом.

Детали типа шайб, дисков и другие, длина которых весьма незначительна, целесообразно устанавливать на оправку (рис.5), а последнюю- в центрах станка.

Рис.5.Обработка заготовок на оправке.

Для обработки конических поверхностей заготовка может устанавливаться как в центрах, так и в патроне.

Обрабатывать конус можно сдвигом корпуса задней бабки относительно плиты в поперечном направлении или при помощи копирной линейки.

Коническую поверхность можно обрабатывать, если поворотную часть суппорта установить под соответствующим углом, а подачу осуществлять вручную, перемещая резцовые салазки.

В ряде станков имеется кинематическая связь между продольной и поперечной подачей. В этом случае коническую поверхность можно получить, обеспечивая одновременно эти подачи.

При настройке токарно-винторезного станка на нарезание резьбы следует учитывать, что в большинстве случаев переход от метрических к дюймовым, модульным и питчевым резьбам производится установкой соответствующих сменных колес гитары i_x (по паспорту станка).

На станках возможно нарезание многозаходных резьб, для чего станок настраивается на нарезание витка:

где k- число заходов резьбы, t- шаг резьбы.

Деление на число заходов можно осуществлять либо с помощью специального поводкового патрона, либо смещением резца в осевом направлении при неподвижной заготовке. Нарезание многозаходной резьбы возможно применением многорезцовых (по числу заходов) державок.

На токарных станках применяют так называемое вихревое нарезание резьб, при котором резец, устанавливаемый во вращающей головке, работает как зуб фрезы. Такой метод позволяет существенно повысить скорость резания, а следовательно, и производительность резьбонарезания.

При оснащении токарных станков специальными приспособлениями на них можно обтачивать сферические поверхности (рис.6), фрезеровать плоскости и шлицы, зубья зубчатых колеса, выполнять токарно-копировальные и шлифовальные работы.

Рис.6. Обработка сферических поверхностей.

На рис.7 показана структурная схема и таблица к ней, по которым можно представить работы, выполняемые на токарно-винторезном станке.

Рис.7.Структурная схема токарно-винторезного станка.

Применение ходового винта t₁ и реечной передачи Z_pкm_pдля обеспечения продольного движения подачи S_пр-Ф(П₂) обуславливается тем, что при нарезании резьб требуется большая точность связи между В₁ и П₂, для чего включают ходовой винт, а во избежание его износа при обычном точении включается реечная передача.

Муфты М1 и М2 в станке сблокированы так, что включение одной из них возможно лишь при выключении второй.

Связь между П₂ и П₃ при обработке конуса в большинстве станков реализуется не непосредственно через i _v, а косвенно (будет рассмотрено в последующем изложении).

Токарно-винторезный станок состоит из следующих основных узлов:

· станины, на которой монтируются все подвижные и неподвижные узлы станка;

· передней бабки, в которой помещается шпиндель, коробка скоростей или ее часть и органы управления коробкой скоростей;

· задней бабки, предназначенной для крепления правого конца заготовки при обработке в центрах;

· суппорта, предназначенного для закрепления инструмента и

· коробки подач, обеспечивающей возможность изменения скорости продольных и поперечных перемещений П2 и П3- продольных и поперечных подач;

· фартука, закрепленного на суппорте и несущего механизмы, передающие от коробки подач движения П2 и П3 инструменту;

· тумб, на которых устанавливается станина на требуемой высоте, удобной для обслуживания станка во время его работы.

Привод главного движения токарных станков может быть выполнен по одной из трех компоновочных схем, приведенных на рис.8.

а)

б)

в)

Рис.8.Схемы компановок привода главного движения.

По первой схеме (рис.8,а) двигатель М размещается вне корпуса передней бабки, чаще всего в тумбе. Вся коробка скоростей монтируется в корпусе передней бабки.

Достоинства: компактность, для размещения привода требуется одна корпусная деталь-корпус передней бабки.

Недостатки: значительная часть источников вибраций, которыми являются зубчатые передачи, сконцентрированные в непосредственной близи от шпинделя.

Во второй схеме (рис.8,б) значительная часть передач коробки скоростей монтируется в отдельном корпусе (КС1) и выносится из передней бабки в тумбу.

Достоинства: существенное уменьшение источников вибраций шпинделя и, как следствие, повышение точности его вращения.

Недостатки: повышение сложности, а следовательно, и стоимости привода.

Наилучшим с точки зрения повышения виброустойчивости и точности является решение по третьей схеме (рис.8,в), в соответствии, с которой вся коробка скоростей выносится за пределы передней бабки. Однако ременная передача плохо работает при малой частоте вращения, а пределы регулирования большинства токарных станков охватывают частоты вращения от 10…20 об/мин до 1500…3000 об/мин. Привод, выполненный по второй и третьей схемам, называется разделенным.

Токарно-винторезный станок модели I6K20

С 1973г. московский завод «Красный пролетарий» выпускает универсальный токарно-винторезный станок мод.16К20 взамен станка мод.1К62. Станки мод.I6K20 выпускают в четырех исполнения. Так при общей кинематической схеме станка мод.I6K20 нормальной точности, изготовляют станки мод.16К20П- повышенной точности, мод.16К20Г- нормальной точности с выемкой в станине и мод.16К25- облегченный станок нормальной точности с высотой центров 250 мм.

Станок мод.I6K20 представляет собой современный высокопроизводительный станок высокой точности, жесткости, быстроходности и мощности.

Основные части станка (рис 9) ОС - основание, СТ - станина, КП - коробка подач, КС - коробка скоростей, ЭШ - электросиловой шкаф, ЛТ - люнет; СП - суппорт, ЗБ - задняя бабка.

Рис. 9. Общий вид станка.

Техническая характеристика токарно-винторезного станка модели 16К20.

Наибольший диаметр заготовки, устанавливаемой над станиной, мм. 400

Расстояние между центрами, мм 710, 1000, 1400, 2000

Наибольший диаметр обрабатываемого прутка, мм 50

Пределы частот вращения шпинделя, об/мин. 12,5...1600

Число продольных и поперечных подач 24

Пределы подач, мм/об:

продольных 0,05...2,8,

поперечных 0,025...1,4

Пределы шагов нарезаемых резьб:

метрических, мм 0,5...112

дюймовых, ниток на 1" 56...0,5

модульных, мм (0,5...112)p

питчевых, питч 56...0,5

Мощность главного электродвигателя, кВт 10

Кинематическая схема станка представлена на рис.10.

Главное движение. Ф(В₁)

Конечные звенья: вал электродвигателя мощностью N= 10 кВт и частотой вращения n_эл = 1460 об/мин шпиндель с заготовкой

n_эл®n_шп,

где .

без перебора.´

´,

, где число ступеней частоты вращения шпинделя;

с перебором ´

;

Две ступени совпадают: n_шт=500 и n_шт= 630 об/мин, т.е. могут быть получены двумя кинематическими цепями.

Перебор—устройство, которое уменьшает частоту вращения шпинделя.

Передаточные отношения перебора определяют так: если двойной блок на шпинделе передвинуть влево, то , а если вправо, то ;

Для включения обратного вращения шпинделя с помощью рукояток 1 или 23 (см. рис. 9) включают в работу правую половину фрикционной муфты М₁ на первом валу коробки скоростей. При этом частота обратного вращения шпинделя больше частоты прямого вращения в 1,3 или 1,6 раза.

Движение подач

1.Продольная подача. Ф(П₂)

Конечные звенья: шпиндель с заготовкой реечное колесо. Расчетные перемещения конечных звеньев имеют вид:

1 оборот шпинделя ® S_пр.,(мм).

Уравнение кинематического баланса

×,

число ступеней подач .

Количество подач суппорта может быть увеличено за счет включения двойного блока зубчатых колес на шпинделе станка в одно из двух левых положений. При этом зубчатое колесо (z = 60) на шпинделе выходит из зацепления с зубчатым колесом (z = 60) на валу VIII, тогда движение на подачу заимствуется не со шпинделя непосредственно, а с вала III коробки скоростей: и далее по известной кинематической цепи.

Направление продольной подачи можно изменять включением кулачковых муфт М₇ или M₈.

2. Поперечная подача. Ф(П₃).

Конечные звенья: шпиндель с заготовкой—винт поперечной подачи

1 оборот шпинделя ® S_поп, (мм)

Значение поперечной подачи в 2 раза меньше значения соответствующей продольной подачи.

Реверс поперечной подачи осуществляется включением кулачковых муфт М₉ или M₁₀.

Нарезание резьб

1. Метрическая. Ф(В₁П₂).

Конечные звенья шпиндель—ходовой винт с tх.в.= 12 мм.

1 оборот шпинделя ®Р_р

Уравнение кинематического баланса от шпинделя к ходовому винту при нарезании резьбы резцом составляется из условия, что за один оборот шпинделя с заготовкой каретка суппорта с режущим инструментом должна перемещаться в продольном направлении на величину шага нарезаемой резьбы Р_р, (мм), если резьба однозаходная.

Уравнение кинематического баланса цепи имеет вид

´,

где Р_р—шаг нарезаемой резьбы, мм,

число ступеней подач z = 4´2´2 = 16

По данной кинематической цепи можно нарезать 16 значений стандартных шагов метрических резьб При этом в коробке подач используется короткая кинематическая цепь, что обеспечивает высокую точность нарезания резьбы по шагу При нарезании метрической резьбы муфту М₂ выключают, а муфты М₃, M₄, M₅ включают.

В кинематической цепи при нарезании резьб используется механизм реверса, его передаточное отношение.

При левом положении зубчатого колеса (z = 45) будет нарезаться правозаходная резьба, при этом суппорт с режущим инструментом будет перемещаться от задней бабки к шпинделю станка При правом положении зубчатого колеса (z = 45) будет нарезаться левозаходная резьба, суппорт с режущим инструментом будет перемещаться от шпинделя к задней бабке.

Числовая характеристика в уравнении кинематического баланса- это передаточное отношение гитары сменных зубчатых колес .

2. Дюймовая. Ф(В₁П₂).

Конечные звенья шпиндель с заготовкойходовой винт с tх.в.= 12 мм.

1 оборот шпинделя ®,

где число ниток на 1 дюйм;

Уравнение кинематического баланса цепи имеет вид:

число ступеней шагов наружных резьб z = 4´2´2 = 16

При нарезании дюймовой резьбы в коробке подач используется более длинная кинематическая цепь: должна быть включена муфта М₅ в коробке подач, а муфты М₂, М₃и М₄выключены.

3. Модульная. Конечные звенья шпиндель с заготовкойходовой винт

1 оборот шпинделя

число ступеней шагов z = 4´2´2 = 16

При нарезании модульной резьбы в коробке подач используется короткая кинематическая цепь должны быть включены муфты M₃, М₄ и М₅, а муфта М₂ — выключена

В уравнении кинематического баланса числовая характеристика – это передаточное отношение гитары сменных зубчатых колес .

В коробке скоростей станка имеется механизм звена увеличения шагов нарезаемых резьб. При нарезании увеличенного (крупного) шага резьбы движение режущего инструмента заимствуется не от шпинделя, как это было ранее изложено, а от вала III коробки скоростей на вал VIII.

В уравнении кинематического баланса в расчет берется передаточное отношение от шпинделя к валу III:

где - передаточное отношение звена увеличения шага нарезаемой резьбы

Следовательно, каждый стандартный шаг нарезаемой резьбы с помощью коробки подач может быть увеличен по значению в 2, в 8 или 32 раза.

4. Точная (с нестандартным шагом) резьба. При нарезании точной (по шагу) резьбы коробка подач из кинематической цепи отключается включением муфт М₂ и М₅. Наладка станка на необходимый шаг нарезаемой резьбы производится методом подбора сменных зубчатых колес гитары из имеющегося или заранее заказанного (изготовленного) набора.

Конечные звенья кинематической цепи шпиндель с заготовкой—ходовой винт

1 оборот шпинделя ®Р_р, (мм):

Формула наладки гитары сменных зубчатых колес имеет вид

5. Многозаходная.

У многозаходной резьбы расстояние, измеренное вдоль оси, между одноименными точками одного и того же витка называется ходом резьбы

Ход резьбы равен шагу резьбы, умноженному на число заходов. S = Р_рz, где z число заходов резьбы.

Кинематическая наладка станка аналогична для всех рассмотренных видов резьб, только в расчет берется не шаг, а ход нарезаемой резьбы.

Принципиальное отличие станка мод. 16К20 от станка мод.1К62 заключается в конструкции коробки подач, которая имеет конус Нортона (собственно коробка подач) с зубчатыми колесами z = 26, 28, 32, 36, 40, 44, 48.

Рис. 11. Кинематическая схема коробки подач токарно-винторезного станка мод. 1К62.

Специальными устройствами механизма фартука являются маточная гайка (рис.12) и механизм автоматического останова.

Рис.12. Маточная гайка.

Маточная гайка предназначена для сообщения поступательного движения суппорту от ходового винта ХХI и состоит из двух половин 1, обеспечивающих замыкание гайки на ходовом винте и размыкание. Каждая из половин при помощи пальцев 2 соединена с диском 3, имеющим криволинейные пазы, при помощи которых при повороте диска 3 пальцы 2 перемещают половинки гайки в направлении стрелок Т-Т.

Механизм автоматического останова в токарных станках применяют при продольном точении по упорам, т.е. при установке неподвижного упора на пути каретки суппорта для получения заданной обработки. кроме того, эти механизмы выполняют функции предохранительных устройств.

В качестве механизмов автоматического останова наибольшее распространение получили устройства с падающим червяком и с муфтами (рис.13).

а)

б)

Рис.13.Механизмы автоматического останова: а)- с падающим червяком; б)- с муфтами.

Крутящий момент через универсальный шарнир (рис.13а) поступает на вал II, с которого через муфту МI, прижатую пружиной 3 к торцу червяка k,- на червяк и червячное колесо Zчк. При достижении предельного крутящего момента, регулируемого натяжением пружины 3 гайкой 4, муфта МI начинает проворачиваться относительно червяка и отодвинется вправо, увлекая стойку 2. Кронштейн 1, поддерживающий червяк k в зацеплении с колесом Zчк, потеряв опору справа, "упадет", и червяк расцепится с колесом.

Принцип работы механизма с муфтой ясен из рис. 13б.

Рекомендации:

1. Напишите уравнения кинематического баланса цепи главного движения для всех 24 ступеней, убедитесь, какие ступени перекрываются.

2. Напишите уравнение кинематического баланса цепи подач для нарезания резьбы наименьшего шага при включении в работу сменных колес гитары i = (для контроля t_н.р.(min) = 0,5 мм).

3. Закройте страницу, нарисуйте схемы работы маточной гайки и механизма с падающим червяком. Объясните их работу. Вспомните названия основных узлов токарно-винторезного станка и их назначение.

Особенности токарных станков с ЧПУ (модель 16К20Ф3)

Назначение и состав станка.

Этот станок предназначен для токарной обработки в центрах и в патроне наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения различной сложностей, а также для нарезания резьб резцом. Станок применяется в единичном, мелкосерийном и среднесерийном производствах.

Станок оснащён оперативным устройством числового программного управления(УЧПУ) модели 2Р22.

Техническая характеристика станка:

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм:

при установке над станиной 400

при установке над суппортом. 215

Наибольшая длина обработки, мм. 900

Диаметр отверстия в шпинделе, мм. 53

Частота вращения шпинделя, об/мин. 22,4... 2240

Максимальная рабочая подача, мм/мин:

продольная. 2000

поперечная. 1000

Скорость быстрых перемещений, мм/мин:

продольных 6000

поперечных 5000

Дискретность перемещений, мм:

продольных 0.01

поперечных 0,005

Шаг нарезаемой резьбы, мм 0.01... 40,959

Число позиций револьверной головки 6

Мощность главного электродвигателя, кВт 11

В качестве привода главного движения используется электродвигатель М1- частотно- регулируемый асинхронный. Возможно использование регулируемого электродвигателя постоянного тока.

От электродвигателя М1 посредством поликлиновой передачи (со шкивами диаметрами D1 = 105 и D2 = 264 мм) вращение передается на вал I шпиндельной бабки, а затем через зубчатые колеса Z = 48 и Z = 48- на вал II. Далее обеспечивается три диапазона частоты вращения шпинделя:

I дипазон - 22,4...315 об/мин;

II дипазон - 63...900 об/мин;

III дипазон - 160...2240 об/мин.

В пределах каждого диапазона частота вращения регулируется бесступенчато путем изменения частоты вращения электродвигателя М1.

Для получения первого диапазона частот вращения движение от вала II через зубчатые колеса z = 45 и z = 45 передается на вал III. затем через зубчатые колеса z = 24 и z = 66- на вал IV и далее через зубчатые колеса z = 30 и z = 60- на вал V (шпиндель).

Для получения второго диапазона двойной блок зубчатых колес на шпинделе (вал V) вводится в зацепление с колесом z = 30 на валу II, зубчатое колесо z = 45 на валу III выводится из зацепления с колесом z = 45 на валу II.

Для получения третьего диапазона колесо z = 48 на шпинделе вводится в зацепление с колесом z = 60 на валу II, а колесо z = 45 на валу III выводится из зацепления с колесом z = 45 на валу II. Зубчатые колеса z = 60 на валах V и VI служат для вращения датчика ВЕ-178 резьбонарезания. Зубчатое колесо z = 60 на валу V- разрезное и служит для выборки зазора в зацеплении в целях предотвращения рассогласования положения шпинделя и датчика.

В качестве привода подач суппорта по оси Х (поперечное перемещение) применяют электродвигатель М2 (регулируемый высокомоментный постоянного тока или частотно-регулируемый асинхронный). От электродвигателя М2 вращение передается через зубчатые колеса z = 40 и z = 40 на шариковый винт-гайку качения с шагом Р_X.B = 5мм, обратная связь по пути осуществляется фотоимпульсным датчиком ВЕ-178.

Кинематическая цепь привода подач суппорта по оси Z (продольное перемещение); электродвигатель М3—зубчатые колеса z = 50 и z = 50- шариковый винт-гайка качения с шагом Р_X.B = 10мм- датчик ВЕ-178.

Кинематическая цепь поворота шестипозиционной револьверной головки: асинхронный электродвигатель М4зубчатые колеса z = 20 и z = 62- червячная передача z₁ = 1 и z₂ = 38.

Асинхронный электродвигатель М5 приводит во вращение шестеренный насос ВГ-11-11 А, осуществляющий централизованное смазывание станка.

Особенности конструкции основных узлов и механизмов токарного станка с ЧПУ.

Конструкция шпиндельного узла в значительной мере определяет эксплуатационные показатели станка, т.е. применяемые режимы резания, достигаемые точность и производительность обработки. Поэтому корпус шпиндельной бабки выполнен в виде жесткой чугунной отливки и надежно закреплен на станине. Зубчатые колеса закалены и прошлифованы по профилю зубьев. Наиболее важной деталью шпиндельной бабки является шпиндель, непосредственно воспринимающий усилия резания. Передней опорой служит двухрядный конический роликовый подшипник, а задней - однорядный роликовый подшипник. Применение в опорах пружин, предназначенных для постоянной выборки зазоров в подшипниках, способствует повышению точности и жесткости шпиндельного узла. Подшипники отрегулированы заводом-изготовителем станка, что обеспечивает их эксплуатацию без вмешательства наладчика (кроме случаев ремонта).

Привод продольного перемещения суппорта включает в себя шариковую винтовую передачу (диаметр 63 мм, шаг 10 мм), опор винта, редуктор (передаточное отношение 1:1), электродвигатель постоянного тока и датчик обратной связи, связанный с винтом посредством муфты. Если станок оснащен частотно-регулируемым асинхронным электродвигателем, то устанавливают редуктор с передаточным отношением 1:2, а датчик обратной связи встраивают в электродвигатель. Зазор в зубчатом зацеплении редуктора выбирают перемещением переходной плиты (с установленным на ней электродвигателем) относительно корпуса редуктора.

Привод поперечного перемещения суппорта включает в себя шариковую винтовую передачу (диаметр 40 мм, шаг 5 мм), опор винта, редуктор (передаточное отношение 1:1), электродвигатель постоянного тока и датчик обратной связи, соединенный с винтом посредством упругой муфты. Если станок оснащен частотно-регулируемым асинхронным электродвигателем, то датчик обратной связи встраивают в электродвигатель. Зазор в зубчатом зацеплении выбирают вертикальным смещением плиты вместе с установленным на ней электродвигателем.

Шестипозиционная револьверная головка с горизонтальной осью вращения устанавливают на поперечном суппорте и служит для установки комплекта режущего инструмента, автоматического его поиска и смены.

В инструментальной головке крепят шесть резцов - вставок или три инструментальных блока.

Станок оснащен трехкулачковым патроном с электромеханическим приводом зажима обрабатываемых деталей.

Токарные одношпиндельные автоматы и полуавтоматы

Назначение и классификация.

Автоматом называется станок, в котором автоматизированы все основные и вспомогательные движения, необходимые для выполнения цикла обработки заготовки, включая загрузку и выдачу обработанной детали. Рабочий должен лишь периодически загружать партию заготовок или прутки и периодически контролировать размеры деталей.

Полуавтоматом называется станок, в котором автоматизированы все основные и вспомогательные движения, составляющие цикл обработки заготовки, но установка новой заготовки и снятие готовой детали, а также контроль ее размеров осуществляет рабочий.

Токарные автоматы и полуавтоматы разделяют по различным признакам:

1. по виду заготовки;

· патронные,

· прутковые (полуавтоматы служат для изготовления деталей только из штучных заготовок),

2. по назначению;

· универсальные,

· специализированные,

3. по расположению шпинделей;

· горизонтальные,

· вертикальные,

4. по числу шпинделей;

· одношпиндельные,

· многошпиндельные.

Одношпиндельные токарные полуавтоматы можно условно разделить на многорезцовые и копировальные. При многорезцовой обработке резцы, закрепленные в переднем суппорте, имеющем продольную подачу, обрабатывают цилиндрические, конические и фасонные поверхности, а резцы, установленные в заднем суппорте, -переходные поверхности, фаски и канавки.

Токарные копировальные полуавтоматы служат для обработки деталей сложной формы. В этом случае применение копирования с эталона или копира увеличивает производительность вследствие использования более высоких режимов резания, сокращения времени наладки и подналадки.

Одношпиндельные прутковые автоматы подразделяют на:

· фасонно-отрезные;

· продольного точения;

· токарно-револьверные.

Фасонно-отрезные автоматы применяют для обработки коротких деталей небольшого диаметра и простой формы. Они могут иметь два или четыре суппорта, перемещающихся только в поперечном направлении и несущих проходные, фасонные и отрезные резцы.

Автоматы продольного точения используют для обработки из прутка длинных и точных деталей. В этих автоматах заготовка имеет продольную подачу, а суппорты (их три-четыре) или неподвижны, или имеют поперечную подачу.

Токарно-револьверные автоматы наиболее распространены и служат для обработки сложных по конфигурации деталей.

Для автоматического управления рабочими и холостыми ходами на автоматах и полуавтоматах имеется распределительный вал, на котором закреплены кулачки, через систему рычагов управляющие отдельными механизмами станка. За один оборот распределительного вала обычно изготовляется одна деталь, т. е. выполняется весь цикл обработки.

В одних автоматах (группа I) имеется один распределительный вал, вращающийся с постоянной для данной настройки частотой, при этом рабочие и холостые хода выполняются на одной (медленной скорости).

В другой группе автоматов (группа II) у распределительного вала две частоты вращения: малая для рабочих и большая для холостых движений.

В третьей группе (группа III) автоматов кроме распределительного вала имеется быстроходный вспомогательный вал, осуществляющий холостые движения.

Областью применения автоматов является крупносерийное и массовое производство, полуавтоматов средне и крупносерийное производство. Применение этих станков резко повышает производительность труда, качество обработки, общую культуру производства.

Одношпиндельные токарные автоматы

Одношпиндельные токарные автоматы по принципу работы подразделяются на три типа:

· фасонно-отрезные;

· продольно-фасонного точения;

· токарно-револьверные.

Принцип работы фасонно-отрезного автомата можно уяснить из схемы, показанной на рис.15.

Рис.15. Схема работы фасонно-отрезного автомата.

Шпиндель станка 1, на конце которого закрепляется резцовая головка, обеспечивает главное движение B(V). Суппорты с резцами 4 и 5 кроме вращения вокруг оси заготовки (В₁), совершает поперечную задачу П₂(S_n). Они вступают в работу в определённой последовательности так, чтобы завершающей была отрезка готовой детали. Форма обработанной поверхности обеспечивается соответствующей формой режущей кромки резцов. После отрезки готовой детали упор 6 перемещается по стрелке П₃(У), и пруток 2 подается вправо до упора, после чего цикл обработки повторяется. Заготовка в виде прутка или проволоки 2, закрепляемая в цанге 3, в процессе обработке неподвижна.

На рис.16 представлена схема работы автомата продольно-фасонного точения. Заготовка-пруток 3 закрепляется в шпинделе 2 и вместе с ним вращается, обеспечивая движение В₁(V₁).

Рис.16. Схема работы автомата продольно-фасонного автомата.

Вместе со шпиндельной бабкой пруток 3 совершает поступательное движение продольной подачи П₃(S_пр). Конец калиброванного прутка проходит сквозь отверстие люнета 4 для уменьшения его прогиба и вибраций при резании.

Резцы , закреплённые в радиальных суппортах 5, совершают поперечную подачу либо для обточки фасонной поверхности.

Кроме того, такие автоматы снабжаются суппортами балансирного типа 6 поперечная подача которыми обеспечивается качением вокруг оси 9 от кулачка 8.

Обработка центрального отверстия, а также обработки резьб метчиками и плашками осуществляется при помощи специального приспособления 7, устанавливаемого на левом конце станины.

Автомат фасонно-продольного точения модели 110

Этот автомат относится к первой группе и предназначен для обработки деталей из прутка диаметром до 7мм и длиной до 60мм.

Кинематическая настройка автомата заключается в определении передаточного отношения гитары сменных зубчатых колес цепи главного движения (вращение шпинделя с заготовкой В₁) и скорости вращения распределительного вала, обеспечивающего производительность автомата.

Кинематическая схема автомата представлена на рис.17.

Цепь главного движения.

Цепь главного движения настраивается из условия:

n_эл.дв® n_шп

где n_эл.дв- число оборотов двигателя, n_шп,- число оборотов шпинделя, которое зависит от обрабатываемого материала (скорости резания V) и определяется по формуле .

Уравнение кинематического баланса запишется в виде:

Формула настройки

Цепь скорости вращения распределительного вала настраивается из условия

где Т_ц- время обработки одной детали.

Уравнение кинематического баланса запишется

При нарезании резьбы плашкой инструментальный шпиндель вращается в том же направлении, что и основной шпиндель и движение на него передается по цепи:

Кулачковые механизмы

Для автоматизации всех основных и вспомогательных движений в рассматриваемых автоматах широко применяются кулачковые механизмы. Кривые кулачков и рычаги проектируются таким образом, чтобы при равномерном вращении кулачка В₁обеспечивалась заданная скорость и длина хода рабочего органа П₁*)

Последовательность выполнения автоматом операций, например, подача прутка до упора и его зажим, включение в работу продольных и поперечных перемещений инструментов и т.д. обеспечивается применением в станках распределительных валов (РВ), делающих один оборот за время цикла обработки детали.

Различают автоматы с одним (РВ) и с распределительным и вспомогательным валами, причём распределительный вал делает один оборот за время t_ц,т.е. скорость его вращения различна для каждой детали, обрабатываемой на автомате, а вспомогательный вал (ВВ) вращается всегда с одной и той же скоростью, значительно превышающей скорость вращения РВ.

Применение быстроходного вспомогательного вала обуславливается тем, что вспомогательные движения необходимо производить быстро, например, поворот револьверной головки, реверсирование вращения шпинделя, подачу и зажим прутка и т.д., что не обеспечивается при медленно вращающимся РВ.

В схеме управления автоматом с двумя валами функции между ними разделены следующим образом: РВ обеспечивает все рабочие движения () и команды на исполнение вспомогательных перемещений, ВВ реализует команды на вспомогательные движения.

Токарно-револьверные автоматы.

Токарно-револьверный автомат, схема работы которого представлена на рис.17, производит обработку деталей довольно сложной конфигурации. Заготовка-пруток 3 закрепляется в шпинделе 2 и получает главное вращательное движение В₁(V). Револьверная головка 6, закреплена на револьверном суппорте 7. В ней в определённой последовательности, начиная с позиции 1, где установлен упор, ограничивающий подачу прутка, размещены инструменты 8.

Рис.17. Схема работы токарно-револьверного автомата.

Суппорт 7 обеспечивает продольную подачу инструментам 8. Револьверная головка, после окончания операции, например, сверления в позиции II, отходит с суппортом вправо и поворачивает на 1/6 оборота, подводя в зону обработки очередной инструмент, например. Зенкер в позиции III.

Автомат имеет три, а в некоторых моделях четыре, поперечных суппорта 4 и 5, которые обеспечивают поперечное точение и отрезку.

Устройство токарно-револьверного автомата показано на рис.18. На основании 1 в котором размещается коробка скоростей с электродвигателем. Шкаф с электрооборудованием и агрегаты системы смазки и охлаждения, закреплена неподвижно станина 2, по направляющим которой перемещается продольный револьверный суппорт 3, несущий револьверную головку 5. В левой части станины размещена шпиндельная бабка 6, в которой вращается шпиндель с цанговым зажимом.

Рис.18.Устройство токарно-револьверного автомата.

На станине размещаются поперечные суппорты 7 и механизм подачи и зажимы прутка 9.

С левой стороны основания 1 закреплён кронштейн 10 и поддерживающая труба 11 для размещения в ней обрабатываемого прутка. На передней стенке станины располагается распределительный вал 4 с кулачком 6, на задней стенке смонтирован вспомогательный вал.

Токарно-револьверный автомат модели 1136

Этот автомат относится к третьей группе и предназначен для обработки деталей из прутка диаметром до 36мм и длиной 90мм.

На рис.19 показана кинематическая схема токарно-револьверного автомата мод.1136, с которой сходны схемы автоматов меньших размеров моделей 1Д112, 1Д118, 1Б124.

Привод главного движения. Привод главного движения обеспечивает автоматическое регулирование скорости вращения шпинделя в соответствии с технологией обработки детали и обеспечивает две скорости прямого и две скорости обратного вращения, которые переключаются с помощью двухсторонних фрикционных муфт, одна находится в коробке скоростей, другая на шпинделе.

Настройка привода главного движения на необходимое число оборотов обеспечивается подбором зубчатых колес гитары из условия:

, где

Кинематически эта связь осуществляется от электродвигателя мощностью N=3,7 кВт через пару зубчатых колес гитару сменных зубчатых колес , а далее в зависимости от вариантов включения муфт на шпиндель по одной из кинематических цепей:

1 вариант включения муфт:

Мк.ск.и Мшп. - вправо.

2 вариант включения муфт:

Мк.ск.и Мшп. - влево.

3 вариант включения муфт:

Мк.ск. - вправо, Мшп. - влево

4 вариант включения муфт:

Мк.ск. - влево, Мшп. - вправо

Цепь вращения вспомогательного вала. Вспомогательный вал вращается с постоянной скоростью и с его помощью обеспечивается управление механизмами автомата и получает движение от электродвигателя привода главного движения по цепи:

Цепь скорости вращения распределительного вала обеспечивает заданную производительность автомата и настраивается из условия

где Т_ц- время обработки одной детали.

Уравнение кинематического баланса запишется

Формула настройки имеет вид:

Цепь вращения кулачкового вала механизма подачи и зажима прутка.

Цепь привода револьверной головки обеспечивает автоматическую смену позиций (инструмента) револьверной головки в процессе обработки детали.

Управление приводами поперечных суппортов осуществляется от кулачков, установленных на распределительном валу, с помощью рычажных механизмов показанных на рис.19.

Область применения и технологические возможности одношпиндельных токарных автоматов

Одношпиндельные токарные автоматы применения в массовом и крупносерийном производствах и предназначены для обработки деталей типа тел вращения с диаметром до 40 мм и длиной не более 100 мм.

На фасонно-отрезных автоматах обрабатывают несложные по форме детали из калиброванного прутка или бунта проволоки диаметром до 8 мм.

На автоматах продольного точения производится обработка тонких и длинных с деталей высокой точности: по диаметру достигается 7-й, а по длине 8-й квалитеты. На этих автоматах может быть достигнута шероховатость 7…8 классов.

Наибольшие размеры деталей, обрабатываемых на автоматах этого типа: d = 16 мм, l = 80 мм.

В качестве заготовок применяются холоднотянутый калиброванный (шлифованный) пруток высокой точности. Автоматы этого типа наиболее широко применяются в часовой, приборостроительной, оптической и электротехнической отраслях промышленности.

На токарно-револьверных автоматах обрабатываются детали более сложных форм и более крупные по размерам. Наибольшие размеры d = 40 мм, l = 100 мм. На этих автоматах обеспечивается точность размеров по 10…11 квалитетам. При состоянии станка, отвечающим нормам точности, достигается шероховатость 6…7 классов.

Токарные многошпиндельные автоматы и полуавтоматы

Классификация многошпиндельных автоматов

По принципу действия многошпиндельные автоматы подразделяются на три группы:

· параллельного действия;

· последовательного действия;

· параллельного-последовательного действия.

На рис.20 показана принципиальная схема автомата параллельного действия. Во всех позициях производятся одинаковые операции. Одновременно получаются четыре одинаковые детали.

В автоматах последовательного действия в каждой позиции производится от других операция (рис.21). Шпиндельный блок 2 периодически поворачивается В₂(У), подводя в соответствующую позицию очередной шпиндель- 1. Деталь, изображенная на рис.49б, может быть обработана, например, в такой последовательности:

I позиция: подача прутка до упора, черновое точение;

II позиция: чистовое точение, сверление отверстия;

III позиция: проточка канавок, подрезка торцов, снятие фасок, рассверливание отверстий;

Таким образом, полностью обработанной деталь будет после прохождения последовательно через все позиции.

Рис. 20. Схема автомата параллельного действия

б)

Рис. 21. Схема автомата последовательного действия

Принцип параллельно-последовательного действия можно понять, если представить, что в предыдущем случае в двух позициях, например, 1 и 3, производится одинаковая операция, а в двух других- другая, так, что после поворота шпиндельного блока на 1 оборот будут обработаны две одинаковые детали. Обычно по принципу параллельно-последовательного действия работают восьми шпиндельные горизонтальные автоматы.

Четырехшпиндельный автомат модели 123

Типичным примером многошпиндельного автомата является четырехшпиндельный автомат мод.123, который относится к автоматам второй группы и позволяет обрабатывать пруток максимальным диаметром 36мм.

Автомат относится ко второй группе т.к. в автомате имеется один распределительный вал (РВ), который имеет две скорости вращения: быстрое вращение для совершения холостых ходов и медленное вращение для рабочих ходов. Последовательность совершения холостых ходов следующая: после окончания операций во всех позициях и отрезки детали в четвертой позиции включается быстрое вращение РВ и все суппорта отходят в исходное положение. В это время в четвертой позиции устанавливается жесткий упор и производится подача и зажим прутка, после чего производится поворот шпиндельного блока , все суппорта быстро подходят к заготовке и быстрое вращение РВ переключается на медленное т.е. начинается рабочий цикл автомата.

Холостой ход осуществляется в один и тот же период времени и осуществляется при повороте РВ на угол 240⁰.

Рабочие перемещения суппортов осуществляются от кулачков, установленных на РВ и выполняются при медленном его вращении.

На РВ расположены кулачки (рис.22):

· подачи и зажима прутка,

· фиксации шпиндельного блока,

· подачи поперечных и двух верхних суппортов, обслуживающих верхние шпиндели,

· подачи продольного суппорта(для двух нижних суппортов,

· включения холостого хода.

Автомат имеет четыре поперечных суппорта и три продольных, из которых два верхних - резьбонарезные и один сверлильный. Верхние суппорта имеют индивидуальный привод.

Кинематическая настройка автомата заключается в настройке цепи главного движения (вращение рабочих шпинделей), цепи вращения инструментальных шпинделей и РВ.

Кинематическая схема представлена на рис.22.

Цепь главного движения настраивается из условия:

где n_эл.дв.- число оборотов приводного двигателя, n_шп- число оборотов шпинделей, которое определяется по формуле

Уравнение кинематического баланса запишется:

Откуда формула настройки цепи

Цепь вращения продольных шпинделей настраивается из того же условия и уравнение кинематического баланса запишется:

Цепь вращения инструментальных шпинделей

Цепь поворота шпиндельного блока на одну позицию (90⁰), осуществляется с помощью мальтийского креста по цепи, в зависимости от цикла обработки (угла поворота РВ при выполнении холостых ходов):

Цепь вращения РВ обеспечивает настройку автомата на производительность из условия:

где - время цикла обработки одной детали, час.

Уравнение кинематического баланса запишется:

Применение многошпиндельных автоматов

Многошпиндельные автоматы находят широкое применение в массовом и крупносерийном производствах автомобильной, тракторной, подшипниковой и др. отраслях промышленности.

На прутковых многошпиндельных автоматах обрабатываются детали, по сложности не превышающие сложность деталей, обрабатываемых на одно шпиндельных автоматах. Предельные размеры деталей, характеризуются следующими величинами: d_max= 100 мм при обработке из прутка и d_max= 142 мм при обработке из трубы, l_max= 260 мм.

Точность обрабатываемых деталей по диаметрам- в пределах допусков по 10…11 квалитету, по длине- по 10…12 квалитету. Шероховатость обработанной поверхности на превышает 5…6 классов.

Многошпиндельные патронные автоматы

Кроме прутковых применяется многошпиндельные патронные автоматы для обработки деталей из штучных заготовок, полученных отливкой, поковкой или штамповкой. Такие автоматы изготавливаются на базе прутковых. На концах шпинделей устанавливаются патроны для автоматического базирования и закрепления заготовок. Автоматизация установки заготовок и снятия готовых деталей производится при помощи специальных загрузочных устройств и автооператоров.

Подготовка автоматов к работе, наладка, включает в себя ряд операций, основными из которых являются проектирование, изготовление и установка кулачков.*)

Рекоменданция. Закройте страницу, нарисуйте схемы работы многошпиндельного автомата последовательного действия. Объясните принцип работы.

Токарно-копировальные полуавтоматы

Среди токарных одношпиндельных полуавтоматов наиболее распространены токарно-копировальные полуавтоматы, в том числе многорезцовые.

Принцип работы копировального станка можно представить по схеме, изображенной на рис.23.

Рис.23. Схема работы токарно-копировального полуавтомата.

Заготовка 1, установленная в центрах, получает главное вращательное движения В₁(V) обычным для токарных станков путем. Резец, установленных в копировальном суппорте 2, получает продольную подачу П₂(S_пр) с постоянной скоростью, перемещаясь вместе с кареткой 3, силовым цилиндром 4 и копировальной головкой 5 от гидроцилиндра 7.

Положение резца в направлении П₃ (К) зависит от положения щупа копировальной головки 5, резец и щуп связаны между собой гидравлически через гидроцилиндр 4. При продольном перемещении щуп скользит по шаблону (копиру) 6. Вершина резца копирует траекторию вершина щупа, обеспечивает форму и размеры обрабатываемой детали.

Поперечный суппорт 8 чаше всего управляется механической системой в виде плоского кулачка 9, производимого либо от силового гидроцилиндра 10, либо механического привода, обеспечивающих движение П_S(K), в результате которого суппорт получает поперечную подачу П₄(S_n).

Токарно-револьверные станки

Токарно-револьверные станки предназначаются для обработки заготовок штучных, устанавливаемых в центрах, и из прутка, пропускаемого через центральное отверстие в шпинделе и зажимаемого при помощи цанги.

Токарно-револьверные станки по виду обрабатываемой заготовки делятся на станки для обработки из прутка и в патроне. Но часть станков приспособлена для выполнения обоих видов работ. В зависимости от расположения оси вращения револьверной головки различают револьверные станки: с вертикальной осью, как в станке 1А365, с горизонтальной осью, с наклонной осью револьверной головки. Наиболее распространены головки с вертикальной осью, имеющие шесть - восемь гнезд для инструмента. Головки с горизонтальной осью имеют до 16 гнезд; их применяют в легких и средних станках.

В револьверных станках главным движением является вращение шпинделя с заготовкой; движения подачи продольная подача револьверного суппорта и поперечная подача поперечного суппорта. Но иногда револьверному суппорту сообщается и поперечная подача, а поперечный суппорт может иметь также и продольную подачу. При компоновке станков с горизонтальной осью поперечная подача осуществляется медленным вращением револьверной головки.

Токарно-револьверный станок (рис.24) состоит из станины 1, шпиндельной бабки 3, коробки подач 2, поперечного суппорта 7, револьверной головки 6 и фартуков суппортов 5.

Станина, передняя бабка, коробка подач, и фартуки выполняют такие же функции, как и в токарно-винторезных станках. Конструктивно они решаются аналогично.

Поперечный суппорт получает как продольное перемещение, так и поперечное. Чаще он оснащается инструментом для поперечного точения.

Рис. 24.Компановка токарно-револьверного станка.

Револьверный суппорт получает лишь продольное перемещение и несет на себе револьверную головку. По расположению оси револьверные головки бывают вертикальные (рис.25.), горизонтальные и наклонные. Наиболее широко применяются станки с вертикально-сверлильной головкой.

Вертикальные головки выполняются, как правило, шестигранными и предназначаются для закрепления на их гранях инструментов, по назначению и размерам соответствующих производимым операциям (позиции I…VI на рис.25). Поворот револьверной головки осуществляется после окончания операции и отвода револьверного суппорта вправо.

Рис. 25.Револьверная головка токарно- револьверных станков.

С револьверной головкой кинематически через пару 2 связан барабан упоров 4, имеющий продольные пазы по числу граней на головке. В пазах размещаются переставные упоры 5, устанавливаемые на длину хода суппорта для каждой операции. При давлении П₂ подвижный упор 5 встречает на пути неподвижный упор 6. От перегрузки в механизме подач срабатывает механизм автоматического останова (падающий червяк).

Характерной особенностью токарно-револьверных станков является наличие механизма подачи и зажима прутка, размещаемого в шпинделе. Принцип работа такого механизма можно представить из рис.26. Пруток 1 проходит сквозь подающую трубу 2 так, что в переднем её конце он сжат пружинящей цангой 7. Подающая труба размещается в трубе цанги зажима 6. Входящей в центральное отверстие шпинделя 5.

Подача и зажим прутка производится следующим образом.

Рис. 26. Механизм подачи и зажима прутка.

Поворотом барабанного кулачка 9 за рукоятку 11 сначала отводится муфта 4 право, освобождая коромысло 3 и трубу зажимной цанги 6, затем освободившийся пруток 1 пальцем 8 через подающую трубу перемещается вправо до упора 13. Далее кривые кулачка 9 выполнен так, что обеспечивает сначала подачу муфты 4 влево, а затем отвод подающей трубы влево, в исходное положение.

Основные параметры и размеры токарно-револьверных станков определены ГОСТом 3179-72, которым установлены следующие наибольшие размеры обрабатываемых деталей.

Таблица 3. Основные параметры токарно-револьверных станков.

Наибольший диаметр прутка, мм	12	10	25-32	40-50	65-80	100-125	160-200
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над станиной, мм	200	250	320	400	500	630	800

Технологические возможности токарно-револьверных станков.

На револьверных станках возможна обработка сложных по конфигурации деталей из прутка и штучных заготовок. Эти станки целесообразно применять при обработке одинаковых деталей партиями, так как установка инструментов в определённой последовательности и на необходимыё размер требует много времени.

Кроме характерных для станков этого типа видов обработки: точения, расточки, сверления, зенкерования, отрезки при применении специальных приспособлениях- можно производить нарезание резьбы резцом по эталонному винту, обтачивать пологие и длинные конусы и т.д.

Достигаемая точность линейных размеров при обработке по упорам- 9-й квалитет точности.

Практически получаемая точность линейных размеров- 11-й квалитет. Диаметральный размер при оптимальном расположения инструмента, а также при соблюдении требований к состоянию станка и особенно механизмом фиксации револьверной головки, может быть получен по допускам 7-го квалитета.

При обеспечении высокой жесткости крепления инструмента и выборе соответствующих режимов резания, особенно продольной подачи, достигаются 6…7 классы шероховатости.

Специализированные и специальные токарные станки

К наиболее распространенным станкам этой группы относятся токарно-затыловочные, колесотокарные, валотокарные, станки для обработки шеек коленчатых валов и другие.

Металлорежущие станки: классификация и общие сведения

2013-01-12T12:12:39Z

Классификация станков

Серийно выпускаемые станки подразделяются по различным признакам.

I. По виду обрабатываемой заготовки станки делятся на девять групп.

1 Токарные

2 Сверлильные и расточные

3 Шлифовальные, заточные, доводочные, полировальные,

4 Комбинированные

5 Зубо- и резьбообрабатывающие

6 Фрезерные

7 Строгальные, долбежные, протяжные

8 Разрезные (отрезные)

9 Разные.

Каждая группа делится на девять подгрупп (тип станков), которые указывают на степень автоматизации, компоновку, вид применяемого инструмента и т. д.

II. По массе станки делятся на три группы:

1 Легкие (до 1 тонны)

2 Средние (до 10 тонн)

3 Тяжелые (свыше 10 тонн)

Тяжелые станки делятся на три подгруппы:

1 Крупные 10-30 тонн,

2 Собственно тяжелые 30-100 тонн,

3 Особо тяжелые, уникальные свыше 100 тонн.

III. По степени универсальности станки делятся на:

1 Универсальные - применяются для выполнения различных операций при изготовлении деталей.

2 Специализированные - применяются для обработки деталей сходных по конфигурации, но имеющие различные размеры (ступенчатые валики).

3 Специальные – применяются для обработки детали одного типоразмера или одной определенной детали.

IV. По своему устройству станки делятся на:

1 Автоматы

2 Полуавтоматы.

В зависимости от класса точности станки делятся на пять классов:

Н - нормальный класс точности

П - повышенный

В - высокий

А - особо высокий

С - особо точный (мастер станок).

Для обозначения моделей серийно выпускаемых станков используется 3-4 цифры и буквы.

Первая цифра указывает группу, вторая - подгруппу (т.е. тип станка), третья и четвертая характеризуют один из важнейших размеров станка или обрабатываемой детали. Буква, стоящая после первой цифры указывает на модернизацию (улучшение технической характеристики без видоизменения базовой модели станка). Буква, стоящая в конце обозначает класс точности (класс Н не указывается) или обозначает модификацию (видоизменение базовой модели станка).

Шифр специальных и специализированных станков образуется добавлением к шифру завода порядкового номера модели. Например, ЕЗ-9 - шифр специального станка для нарезания реек, выпускаемого Егорьевским станкостроительным заводом «Комсомолец».

Модель 2150

2 - сверлильный

1 - вертикально-сверлильный

50 - наибольший диаметр сверления деталей из стали.

Модель 6Н12ПЕ

6 - фрезерный

Н - модернизированный

1 - вертикально-консольный

2 - номер стола установленного на станке.

Пользуясь справочником по этому номеру можно определить рабочую площадь стола

П - повышенный класс точности

Б - модифицированный.

Движения в станке

Для получения требуемой формы изготавливаемой детали рабочим (исполнительным) органам станка необходимо сообщать соответствующие движения. Эти движения можно подразделить на основные и вспомогательные.

К основным движениям относятся главное движение и движение подачи.

Главное движение - прямолинейное поступательное или вращательное движение заготовки или инструмента, происходящее с наибольшей скоростью в процессе резания.

Движение подачи - прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения.

Кинематические схемы станков

Движение с вала на вал передается при помощи механических звеньев.

Если два звена соединены между собой и допускают относительное движение, то такая пара называется кинематической.

Кинематической цепью называется совокупность кинематических пар, связывающих источник движения с исполнительным механизмом или два исполнительных органа станка между собой.

Кинематической схемой называется условное изображение совокупности кинематических цепей станка в одной плоскости при помощи условных обозначений. Кинематическую схему изображают в произвольном масштабе, но она должна быть вписана в контуры основной проекции станка.

На кинематической схеме указывают числа зубьев колес, числа заходов червяков, шаг ходовых винтов, диаметры шкивов, мощность и частоту вращения двигателя. Валы обозначают римскими цифрами.

Каждый вид передаваемого движения окрашивается в определенный цвет.

Синий - главное движение

Коричневый - движение подач

Красный - вспомогательное движение

Зеленый - другие движения

Для изображения элементов кинематических схем пользуются условными обозначениями по ГОСТ 2770-68.

Типовые передачи в станках и их передаточные отношения

В металлорежущих станках для передачи вращательного движения применяют ременные, цепные, зубчатые и фрикционные передачи; для поступательного движения - винт-гайка, реечную передачу, кулачковые механизмы.

Вал передающий движение называется ведущим.

Вал, которому передается движение, называется ведомым.

Отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего вала называется передаточным отношением.

Ременная передача - применяется чаще всего для передачи движения электродвигателя к шпиндельной бабке станка Она обеспечивает высокую скорость и плавность хода.

Недостаток - проскальзывание при передаче больших усилий.

η = 0,97…0,985 – коэффициент проскальзывания

Цепная передача - применяется для передачи движения от одного вала к другому, находящемуся сравнительно небольшом расстоянии, чем при зубчатой передаче. Отсутствует проскальзывание.

Недостаток - шум и вибрации.

Зубчатая передача. Передача компактна, может передавать большие крутящие моменты. Применяется для изменения чисел оборотов и величин подач в коробках скоростей и подач, а также в качестве привода от электродвигателя к станку и к другим механизмам. Характеризуется постоянством передаточного отношения.

Червячная передача - применяется для резкого снижения числа оборотов ведомого вала одной передачей, а также для плавности и равномерности движения и в делительных цепях станков. Движение передается с червяка на червячное колесо.

К - число заходов червяка, Z - число зубьев червячного колеса

Реечная передача - применяется для преобразования вращательного движения в возвратно- поступательное (кареток, суппортов, столов).

m - модуль зубьев реечного колеса

L=πmz₁ (мм) - длина перемещения за один оборот реечного колеса,

z - число зубьев реечного колеса.

Для увеличения плавности хода применяются червячно-реечные передачи.
L=kπm (мм) - длина перемещения за один оборот червяка

Винтовая передача - применяется для преобразования вращательного движения в поступательное, т.е. для перемещения столов, суппортов, салазок и др. частей станков.

передача скольжения неразъемная.

передача скольжения разъемная

- передача качения.

Шариковая винтовая передача широко применяется в станках с ЧПУ и обеспечивает плавность хода.

L = кр, мм - длина перемещения за один оборот винта или гайки.

к - число заходов резьбы

р - шаг резьбы.

Технико-экономические показатели станков

Для сравнительной оценки технического уровня станков, а также для выбора станков в соответствии с решением конкретной производственной задачи используют набор показателей, характеризующих качество станков.

Эффективность - комплексный показатель, который более полно отражает главное назначение станочного оборудования - повышать производительность труда и соответственно снижать затраты труда при обработке деталей.

Производительность - способность станка обеспечивать обработку определенного числа деталей в единицу времени.

Надежность станка - свойство станка обеспечивать бесперебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в течении определенного срока службы и в условиях применения, технического обслуживания, ремонтов. Хранения и транспортирования.

Долговечность станка - свойство станка сохранять работоспособность в течение некоторого времени с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до наступления предельного состояния.

Гибкость станочного оборудования - способность к быстрому переналаживанию при изготовлении других, новых деталей.

Гибкость характеризуется двумя показателями - универсальностью и переналаживаемостью.

Универсальность определяется числом разных деталей, подлежащих обработке на данном станке, т.е. номенклатурой обрабатываемых деталей.

Переналаживаемость определяется потерями времени и средств на переналадку станочного оборудования, при переходе от одной партии заготовок к другой партии.

Точность станка в основном предопределяет точность обработанных на нем изделий. По характеру и источникам возникновения все ошибки станка, влияющие на погрешности обработанной детали, условно разделяют на несколько групп.

Геометрическая точность зависит от ошибок соединений и влияет на точность взаимного расположения узлов станка при отсутствии внешних воздействий. Геометрическая точность зависит главным образом от точности изготовления соединений базовых деталей и от качества сборки станка.

Кинематическая точность необходима для станков, в которых сложные движения требуют согласования скоростей нескольких простых. Нарушение согласованных движений нарушает правильность заданной траектории движения инструмента относительно заготовки и искажает тем самым форму обрабатываемой поверхности. Особое значение кинематическая точность имеет для зубообрабатывающих, резьбонарезных и других станков для сложной контурной обработки.

Жесткость станков характеризует их свойство противостоять появлению упругих перемещений под действием постоянных или медленно изменяющихся во времени силовых воздействий.

Виброустойчивость определяет его способность противодействовать возникновению колебаний, снижающих точность и производительность станка.

Теплостойкость станка характеризует его сопротивляемость возникновению недопустимых температурных деформаций при действии тех или иных источников теплоты. К основным и источникам теплоты относятся процесс резания. Двигатели, подвижные соединения.

Точность позиционирования характеризуется ошибкой вывода узла станка в заданную позицию по одной или нескольким координатам.

Назначение и типы приводов

Привод - устройство сообщающее движение рабочим органам станка. Привод может иметь один или несколько двигателей.

В зависимости от вида передаваемого движения различают приводы главного движения, движения подач, вспомогательных движений и т. д.

В зависимости от способа переключения скоростей приводы делятся на ступенчатые и бесступенчатые.

Ступенчатые позволяют устанавливать ограниченные числа скоростей в заданных пределах.

Бесступенчатые позволяют плавно устанавливать числа скоростей в заданных пределах.

В зависимости от способа передачи движения приводы делятся на следующие виды.

1 Электропривод - состоит из двигателя и элемента пускорегулирующей аппаратуры.

2 Электромеханический привод состоит из двигателя и механических связей.

3 Гидропривод состоит из двигателя и элемента обеспечивающего движение при помощи рабочей жидкости.

4 Пневмопривод состоит из двигателя и элементов обеспечивающих движение при помощи сжатого воздуха.

5 Комбинированный привод состоит из сочетания выше перечисленных приводов.

Ряды частот вращения шпинделя, двойных ходов и подач в станках

Для получения наивыгоднейших условий при обработке заготовок из различных материалов инструментами с различными режущими свойствами станки должны обеспечивать изменение скоростей резания от V_min до V_max. Так как обрабатываемые заготовки или устанавливаемые на станке инструменты могут иметь диаметры в пределах от d_min до d_mах, необходимо иметь возможность устанавливать различную частоту вращения шпинделя в пределах от n_min до n_max

Отношение максимальной частоты вращения шпинделя станка к минимальной называют диапазоном регулирования частоты вращения шпинделя:

Диапазон регулирования шпинделя характеризует эксплуатационные возможности станка. В указанных пределах можно получить любое значение n, если иметь механизм бесступенчатого регулирования скорости главного движения. В этом случае можно установить частоту вращения, соответствующую выбранной наивыгоднейшей скорости резания при заданном диаметре. Однако бесступенчатые приводы применяются не так широко, как приводы со ступенчатым рядом частот вращения. В этом случае вместо частоты вращения, точно соответствующей наивыгоднейшей скорости резания при данном диаметре, приходится брать ближайшую меньшую частоту. Этой действительной частоте n_д будет
соответствовать действительная скорость резания , которая меньше расчетной на величину V - V_д. Относительная потеря скорости резания при переходе с одной частоты вращения к ближайшей меньшей.

Наиболее рациональным для применения в станкостроении является геометрический ряд, в котором каждая последующая частота отличается от предыдущей в φ раз (где φ- знаменатель ряда).

Геометрический ряд частот вращения шпинделя будет иметь вид:

n₁ = n_min

n₂ = n₁∙ φ

n₃ = n₂ ∙φ

n₄ = n₁∙ φ

n_Z = n_Z-1∙ φ = n₁∙ φ_Z-1

Приняв n_Z = n_max получим n_Z = n_Z-1∙ φ = nmin∙ φ_Z-1, откуда

где Z - число ступеней ряда.

Знаменатель геометрического ряда имеет стандартные значения: φ = 1,06; 1,12;1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2.

У станков с возвратно-поступательным главным движением (строгальные, долбежные, протяжные) вместо частоты вращения шпинделя определяют числа двойных ходов в минуту. Для этих станков используются те же значения φ и рядов чисел двойных ходов, что и для станков с главным вращательным движением.

Значения подач также располагаются по геометрическому ряду. Значения знаменателя ряда подач и величины подач берут из действующей нормали станкостроения.

Отношение максимальной подачи Smах к минимальной Smin называют диапазоном регулирования подач.

Основные узлы и механизмы станка

Станина - является базовой деталью станка и служит для монтажа всех основных частей станка Она должна быть жесткой, виброустойчивой, иметь малую металлоемкость и стоимость. На станине должны быть предусмотрены проемы и окна для сборки и смазки. Она имеет коробчатую форму с ребрами жесткости.

Станины подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Станина с вертикальной компоновкой называется стойкой.

В серийном производстве станины изготавливают литыми из серого чугуна.

В единичном производстве станины изготавливают сварными из прокатной стали. Иногда для изготовления станин тяжелых станков применяют железобетон.

Направляющие - наиболее ответственная часть станины. Служащая для перемещения инструмента и заготовки.

В станках применяют направляющие скольжения и качения для прямолинейного и кругового перемещения.

Направляющие скольжения бывают закрытыми, когда обладают одной степенью свободы (рис. а) и открытыми (рис. б)

По форме направляющие делятся на:

а) охватываемые - применяются при малых скоростях , на них плохо удерживается смазка, но не пристает стружка.

б) охватывающие - применяются для высоких скоростей скольжения, т. к. хорошо удерживают смазку. Их нужно защищать от стружки и грязи.

в) комбинированные - это когда одна из направляющих выполнена плоской, а вторая призматической, V - образной или в виде ласточкиного хвоста.

г) накладные - выполненные в виде планок, прикрепляемых винтами к литой чугунной станине или привариваемых к стальной сварной станине.

д) гидростатические - предусматривают подвод масла к сопрягаемым поверхностям под давлением и обеспечивают создание масляной подушки по всей площади контакта

е) аэростатические - предусматривают создание воздушной подушки в зазоре между сопряженными поверхностями направляющих.

В станках также применяют направляющие качения, которые могут быть открытыми и закрытыми.

Шпиндельные механизмы

Шпиндельные механизмы состоят из шпинделя и шпиндельных опор.

Шпиндель является основной деталью станка. Шпиндель - это полый ступенчатый вал на переднем конце, которого при помощи приспособления закрепляется заготовка или инструмент.

К шпинделям предъявляют следующие требования:

1. Точность вращения - характеризуется радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя. Зависит от точности изготовления и точности применяемых опор.

2. Жесткость - способность сохранять первоначальное положение под действием приложенных сил. Зависит от выбора материала.

3. Виброустойчивость - способность не воспринимать внешние колебания. Зависит от выбора материала.

4. Износостойкость - способность длительное время сохранять первоначальные геометрические параметры. Зависит от выбора материала.

Жесткие шпинделя изготавливают из стали 45 с последующим улучшением (закалка и высокий отпуск).

Износостойкие шпинделя изготавливают из стали 40Х с закалкой на ТВЧ или из стали 20Х с последующей цементацией и закалкой.

Виброустойчивые шпинделя изготавливают из стали 38ХМЮА с последующим азотированием и закалкой.

Тяжело нагруженные шпинделя изготавливают из стали 50Г2 с последующей закалкой.

Шпинделя большого диаметра можно изготавливать из серого чугуна СЧ20.

В качестве опор шпинделей применяются подшипники качения и скольжения.

Для уменьшения силы трения применяют подшипники качения различных конструкций.

Для повышения жесткости шпиндельных опор и устранения зазоров между отдельными телами качения и кольцами применяют предварительный натяг подшипников качения - осевое смещение внутренних колец относительно наружных.

Вращающиеся (внутренние) кольца подшипников нужно устанавливать с наибольшим натягом (-2.., -4) мкм; не вращающиеся (наружные) кольца - с натягом в низкоскоростных шпинделях и с небольшим зазором в высокоскоростных.

При работе шпиндельного узла главную роль играет передняя опора шпинделя. Она воспринимает основные нагрузки и находится ближе к месту обработки. Поэтому компоновка шпиндельного узла осуществляется таким образом, чтобы передняя опора имела более точные подшипники, часто сдвоенные для увеличения жесткости.

Подшипники качения.

Для шпинделей станков практически применяются все основные типы подшипников качения: шариковые радиальные и радиально-упорные, роликовые с коническими и цилиндрическими роликами, а также специальные конструкции. Последние отличаются от обычных не только повышенной точностью, грузоподъемностью и быстроходностью, но и конструктивными особенностями. К таким подшипникам относятся двухрядный подшипник с цилиндрическими роликами. Двойной ряд точных роликов и их шахматное расположение повышает грузоподъемность подшипника. Точность вращения шпинделей в таких подшипниках может быть обеспечена в пределах нескольких микрометров.

При проектировании подшипниковых узлов необходимо обращать внимание на уплотнения подшипников, защищающие их от загрязнения и предотвращающие вытекание смазки.

Подшипники качения теряют свою работоспособность в основном в результате усталости поверхностных слоев дорожек и тел качения.

Шарикоподшипники применяют для быстроходных малонагруженных опор (шпиндели внутришлифовальных станков, небольших токарных станков и автоматов, сверлильных).

При повышенных нагрузках и прецизионности целесообразно применять подшипники с цилиндрическими роликами (шпиндели токарных и револьверных станков и автоматов, быстроходных фрезерных станков, тяжелых шлифовальных и резьбошлифовальных).

При повышенных нагрузках на шпиндель и средних частотах вращения применяют конические роликовые подшипники (шпиндели многорезцовых, фрезерных и других станков).

Подшипники скольжения применяют в шпиндельных узлах тех станков, где подшипники качения не могут обеспечить требуемой точности и долговечности работы. В качестве таких опор используют гидродинамические, гидростатические подшипники, а также подшипники с газовой смазкой.

В гидростатических подшипниках под давлением подается жидкость, образующая между сопрягаемыми поверхностями равномерную масляную подушку. В аэростатических подшипниках подается сжатый воздух, образующий воздушную подушку.

Гидродинамические подшипники применяют в станках с высокими постоянствами или мало изменяющимися скоростями вращения шпинделей при незначительных нагрузках (станки шлифовальной группы).

Гидростатические опоры обеспечивают высокую точность вращения, обладают высокой демпфирующей способностью, что значительно повышает виброустойчивость шпиндельного узла, имеют практически неограниченную долговечность, высокую нагрузочную способность при любой частоте вращения шпинделя.

Недостаток: Эти опоры требуют сложной системы питания и сбора масла.

В станкостроении применяют аэростатические подшипники, по принципу действия подобные гидростатическим. Только в зазор между сопрягаемыми поверхностями подается сжатый воздух. Вследствие этого нагрузочная способность их невелика. Однако малая вязкость воздуха позволяет существенно снизить потери на трение. Поэтому их и применяют в небольших прецизионных станках при больших окружных скоростях вращения шпинделя.

Смазывание во многом определяет надежность работы шпиндельного узла. Для подшипников качения применяют жидкий либо твердый смазочный материал.

Назначение и классификация коробок скоростей

Коробка скоростей (КС) - устройство сообщающее рабочим органам станка требуемые величины скоростей и мощность.

КС различают по компоновке и по способу переключения скоростей.

По компоновке КС делятся на встроенные и с разделенным приводом.

Встроенные КС изготавливают в одном корпусе со шпинделем.

Преимущества: компактность, концентрация рукояток управления. Уменьшение количества корпусных деталей.

Недостаток: вибрация и тепло выделяемое при работе отрицательно влияют на точность обработки.

КС с разделенным приводом изготавливают в одном корпусе и устанавливают на значительном расстоянии от шпинделя на который движение передается при помощи ременной передачи.

Преимущество: тепло и вибрация не влияют на качество обработки.

Недостаток: лишняя корпусная деталь и разброс рукояток управления.

КС делятся на следующие типы:

1. Со сменными колесами и постоянным межцентровым расстоянием.

А и В - числа зубьев сменных колес, которые поставляются со станком набором.

Для правильного подбора сменных колес необходимо решить систему двух уравнении.

А + В = const - условие зацеп ля ем ости.

Такие коробки скоростей применяются в станках, где редко меняются скорости.

2. Коробка скоростей с подвижными блоками зубчатых колес

При перемещении тройного подвижного блока можно поочередно вводить в зацепление различные зубчатые колеса.

Такие коробки скоростей применяют в различных типах станков.
Недостаток: нельзя переключать скорости на ходу и применять косозубые колеса.

3. С кулачковой или зубчатой муфтой.

При включении М влево При включении М вправо

Такие коробки скоростей применяются в различных типах станков, можно применять косозубые колеса.

Недостаток: нельзя переключать скорости на ходу, износ зубьев вращающихся в холостую.

4. С фрикционными муфтами.

Муфта дисковая двухстороння фрикционная, передающая вращение за счет сил трения. Работает также как кулачковая или зубчатая.

Преимущества: можно переключать скорости на ходу.

Недостаток: возможно проскальзывание.

Такие коробки скоростей применяются в станках с ЧПУ.

Назначение и типы коробок подач

Коробка подач (КП) - устройство, сообщающее рабочим органам станка требуемые величины подач и мощность.

Коробки подач различают по способу переключения подач

1. Со сменными колесами и постоянным межцентровым расстоянием.

2. С подвижными блоками зубчатых колес.

3. С муфтами различных типов.

4. Со встречными конусами зубчатых колес и вытяжной шпонкой.

При перемещении подвижной шпонки 1 можно жестко соединять с валом II различные колеса.

1 - вал

2, 3 - зубчатые колеса

4 -ось

5 - шпонка

6 - пружина

7 -муфта

8 - шайба

Шпонка 5 может качаться на оси 4 муфты 7, которая перемещает шпонку в осевом направлении. Пружина 6 удерживает шпонку в шпоночном пазу зубчатого колеса. Шайба 8 исключает одновременное включение 2-х зубчатых колес.

Достоинства: Позволяет осуществлять переключение на ходу.

Недостатки:

1. Более сложная конструкция.

2. Невысокий КПД, т.к. в зацеплении находятся все зубчатые колеса

3. Низкая жесткость конструкции из-за больших зазоров между шпонкой и пазом вала и между шпонкой и шпоночным пазом колеса.

4. Такой механизм применяется для передачи небольших крутящих моментов.

5. Зубчатые колеса ведомого вала быстро изнашиваются

Такие коробки подач применяются в сверлильных станках. В одном ряду можно расположить до 10-ти передач.

5. С конусом зубчатых колес и накидной шестерней (конус Нортона).

При перемещении корпуса по валу II накидное колесо Z₀ можно поочередно вводить в зацепление с колесами установленными на валу I.

I - ведущий вал; II - ведомый вал

При перемещении корпуса по валу II накидное колесо Z₀ можно поочередно вводить в зацепление с колесами, установленными на валу I.

I - ведущий вал;

II - ведомый вал

Передача движения с ведущего на ведомый вал осуществляется через зубчатое колесо 2, вращающееся на пальце 5 рычага 4, который может

подниматься или опускаться, тем самым колесо 2 либо входит в зацепление с колесом 3 либо расцепляется с ним.

Недостатки:

1. Невысокий КПД, т.к. в работе постоянно участвует промежуточное звено.

2. Более сложная конструкция.

3. Под действием распорной силы, возникающей в зубчатом зацеплении механизм может разомкнуться, поэтому для фиксации рычага требуются дополнительные устройства.

4. Механизм служит для передачи небольших крутящих моментов.

5. Малая жесткость.

Применяется в токарно-винторезных станках. В одном ряду можно расположить до 12 передач.

При К передаче требуется К + 2 колеса.

6. Коробка подач в форме гитары сменных колес.

Гитара - узел станка, предназначенный для изменения скорости подач. Гитары сменных колес дают возможность настраивать подачу с любой степенью точности.

а, в, с, d - числа зубьев сменных колес.

Для правильного подбора сменных колес необходимо выполнить условие сцепляемости.

а + в>с + 22 - должны выполняться

с + d > в + 22 одновременно.

Каждую гитару снабжают определенным комплектом сменных зубчатых колес.

Сменные колеса подбирают различными способами. Самый простои способ разложение на множители.

Условие сцепляемости выполнено

Реверсивные механизмы

Служат для изменения направления движения. Они имеют различные конструкции.

1. С подвижными блоками и промежуточным

2. С различными типами сменных муфт и промежуточным колесом. колесом.

3. Конический трензель.

Мальтийский механизм.

Применяется для периодических поворотов рабочих органов станка на требуемый угол.

При непрерывном вращении кривошипа 1 палец 2 периодически входит в пазы мальтийского диска 3 и поворачивает его на угол α.

Храповый механизм.

Служит для преобразования непрерывного вращательного движения в прерывистое и для поворота на требуемый угол.

При непрерывном вращении кривошипного диска 1 палец 2 сообщает шатуну 3 возвратно-поступательное движение. Шатун поворачивает рычаг 4 влево-вправо. При повороте вправо собачка 5 скользит по зубьям храпового колеса 6. При повороте влево собачка попадает в межзубую впадину и поворачивает храповое колесо на требуемый угол, зависящий от радиуса кривошипного диска.

Кулисный механизм.

Служит для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

При непрерывном вращении кривошипного диска 1 палец 2 сообщает кулисе 3 возвратно-вращательное движение, а кулиса через палец 4 сообщает рабочему органу 5 возвратно-поступательное движение.

Применяется в зубодолбежных станках.

Кривошипно-шатунный механизм.

Служит для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

От вращения кривошипного диска 1 с радиально подвижным пальцем 2 движение через раздвижной шатун 3, качающийся рычаг 4 с зубчатым сектором передается круглой рейке 5, закрепленной на шпинделе 6. За счет радиального перемещения пальца 2 можно регулировать ход шпинделя 6, а за счет изменения длины шатуна 3 - крайние положения инструмента, закрепленного в шпинделе.

Применяется в долбежных и поперечно-строгальных станках.

Этот механизм обеспечивает хорошую плавность движения рабочего органа станка, однако имеет неравномерную скорость рабочего хода.

Кулачковые механизмы.

Служат для преобразования вращательного движения в поступательное.

Применяются в основном на автоматах.

1 - дисковый кулачок

2 -палец

3 - пружина, обеспечивающая постоянный контакт пальца
с рабочей поверхностью кулачка.

Блокировочные механизмы.

Предназначены для предотвращения одновременного включения нескольких механизмов, совместная работа которых недопустима

а) б)

Рисунок, а - нейтральное положение в котором можно включать или рукоятку 1 или рукоятку 2.

Рисунок, б - рукоятка 1 включена, а рукоятка 2 заблокирована

Предохранительные устройства

Служат для предохранения станка от перегрузок. Они подразделяются на электрические, гидравлические и механические или комбинированные. Особенно широко применяются электрические предохранительные устройства и предохранительные муфты. Из механических предохранительных устройств наибольшее распространение получили срезные штифты и шпонки, падающие червяки.

Ограничители хода.

Устанавливаются для того, чтобы движущаяся часть станка не доходила до опасного конечного положения.

Салазки 2 при встрече с жестким упором 1 останавливается, и фрикционная муфта 3 начинает буксовать. Так продолжается до тех пор, пока не будет выключен электродвигатель или салазки не будут отведены от упора.

Тормозные устройства.

Применяются для остановки или замедления движения отдельных механизмов станка.

После выключения станка отдельные механизмы движутся по инерции. Это время называется временем выбега.

Для уменьшения времени выбега на быстроходных валах станков устанавливают различные тормозные устройства.

Торможение может осуществляться механическими, электрическими и пневматическими средствами.

Основными видами механических тормозов являются ленточные и колодочные тормоза.

Шкив - чугунный, лента - асбестомедная.

При выключении станка лента 2 прижимается к шкиву 1 и за счет силы трения обеспечивается торможение.

У колодочного тормоза колодки 1 и 6 соединены общей тягой 3, длину которой можно регулировать рейкой 2, устанавливая тем самым необходимый зазор между колодками и шкивом 7 для нерабочего положения. В процессе торможения колодки стягиваются тягой 4 от приводного механизма 5.

Механизмы суммирования движений

Планетарные передачи.

Планетарной называют зубчато-реечную передачу, в которой часть зубчатых колес (сателлитов) перемещается со своими осями относительно центрального колеса вместе с водилом.

Звено, на котором установлены зубчатые колеса с подвижными осями, называется водилом.

Сателлит - это зубчатое колесо с подвижной осью вращения, которое одновременно вращается вокруг своей оси и совершает движение вместе с водилом.

Планетарная передача с цилиндрическими колесами.

М1 и М2 - двигатели

I - центральная ось

II - подвижная ось

III - водило

Z₁ и Z₄ - центральные колеса

Z₂ и Z₃ - сателлиты.

При включении М1, Z₁ вращает Z₂. Z₂ обкатывается вокруг Z₁ и одновременно с ним Z₃ обкатывается вокруг неподвижного Z₄, водило получает некоторое количество движений. Если дополнительно включить М2, через червячную передачу начинает вращаться Z₄, которое вращает Z₃ следовательно водило сообщается дополнительное движение.

Планетарные передачи с коническими колесами (дифференциальные механизмы).

У этих передач из трех звеньев любые два могут быть ведущими, а третье - ведомым. Дифференциал состоит из центральных колес Z₁ и Z₄, сателлитов Z₂ и Z₃ и водила 1. Как правило, зубчатое колесо Z₄ вращается с большей частотой, а колесо Z₁ - с меньшей. Вращение колесу Z₁ передается от червячной пары 2.

Муфты

Муфты служа для постоянного или периодического соединения двух соосных валов и для передачи при этом вращения от одного вала к другому.

Различают муфты постоянные, служащие для постоянного соединения валов; сцепные, соединяющие и разъединяющие валы во время работы; предохранительные, предотвращающие аварии при внезапном превышении нагрузок; муфты обгона, передающие вращение только в одном направлении.

Постоянные муфты.

Применяют в тех случаях, когда нужно соединить два вала, которые в процессе работы не разъединяются. При этом валы могут быть соединены жестко или с помощью упругих элементов.

Сцепные муфты

Применяют для периодического соединения валов, например, в приводе главного движения или приводе подач станков.

В станках часто применяются сцепные кулачковые муфты в виде дисков с торцовыми зубьями-кулачками и зубчатые муфты.

Зубчатые колеса насаженные на вал I находятся в постоянном зацеплении с зубчатыми колесами насаженными на ведомые валы II и III. Подключение валов II и III к ведущему, производится муфтами КМ1 и КМ2

1 - зубчатое колесо

2 - втулка, запрессованная в отверстие
зубчатого колеса

3 - вал

4 - стопорное кольцо

5 - кулачковый венец

6 - кулачковая муфта

В зависимости от точности изготовления кулачков различают точные и неточные кулачковые муфты. У точных муфт передача крутящего момента осуществляется несколькими кулачками, у неточных - одним кулачком.

Недостатком сцепных муфт является то, что при больших разностях скоростей вращения ведущего и ведомого элементов, муфты нельзя включить.

Фрикционные сцепные муфты.

Имеют тоже назначение, что и кулачковые. Фрикционные муфты можно включать при любых разностях скоростей вращения элементов муфты. У них при перегрузках ведомое звено может проскальзывать и тем самым предотвращать аварию. Наличие нескольких поверхностей трения дает возможность передавать значительные крутящие моменты при относительно малых величинах давления на поверхностях трения дисков.

Применяются механические и электрические фрикционные муфты. Из электрических фрикционных муфт большое применение нашли электромагнитные муфты.

Предохранительные муфты.

Предназначены для предохранения механизмов станка от аварий при перегрузках. У муфт (рис. а, б) предохраняющим звеном является штифт 1, сечение которого рассчитывают в зависимости от передаваемого крутящего момента. При перегрузках этот штифт срезается, происходит разрыв соответствующей кинематической цепи и тем самым предотвращает повреждение деталей станка.

Муфта обгона

Предназначены для передачи крутящего момента при вращении звеньев кинематической цепи в заданном направлении и для разъединения звеньев при вращении в обратном направлении, а также для сообщения валу двух различных движений (медленного - рабочего и быстрого - вспомогательного), которые осуществляются по двум отдельным кинематическим цепям. Муфта обгона позволяет включать цепь быстрого хода, не выключая цепи рабочего движения.

В качестве муфты обгона можно использовать храповые механизмы (рис. а) и муфту роликового типа (рис. б).

Вал 2 вращается от вала 1 через конические колеса Z₃/Z₄ и храповый механизм (колесо Z₄ свободно посажено на валу 2). Если одновременно включить цепь быстрого хода через передачу Z₁/Z₂, то вал 2 вместе с храповым колесом 4 будет вращаться быстрее зубчатого колеса Z₄ и собачка 3 будет проскальзывать.

1- корпус

2 - кольцо

3 - ролик

4 - штифт

5 - пружина

Если ведущей частью является кольцо 2, то при вращении против часовой стрелки ролики увлекаются трением в узкую часть выемки и заклиниваются кольцом и корпусом муфты. В этом случае корпус 1 и связанный с ним вал будут вращаться с угловой скоростью кольца 2. Если при продолжающемся движении кольца 2 против часовой стрелки валу и корпусу 1 сообщить движение по другой кинематической цепи, направленное в ту же сторону, но имеющее скорость, большую по величине, чем скорость кольца 2, то ролики переместятся в широкую часть выемки и муфта окажется расцепленной. При этом детали 1 и 2 будут вращаться каждая со своей скоростью.

Ведущим элементом может быть любая из деталей 1 и 2. Если ведущим является корпус, то муфта сцепляется при его вращении по часовой стрелке или когда корпус, вращаясь в этом направлении, опережает кольцо.

Методика кинематической наладки металлорежущих станков

Кинематическая наладка станка заключается в согласовании движений исполнительных органов. Методика наладки одинакова для большинства станков и не зависит от их сложности. Для примера рассмотрим наладку токарно-винторезного станка на нарезание резьбы.

Чтобы нарезать резьбу на заготовке 1, необходимо сообщить суппорту 3 с резцом 2 продольную подачу вдоль оси заготовки, согласованную с частотой вращения шпинделя 5. Следовательно, нужно рассчитать две кинематические цепи: скоростную (цепь главного движения) и нарезания резьбы.

Рассмотрим кинематическую цепь главного движения. Шпиндель 5 с заготовкой 1 получает вращение от электродвигателя через ременную передачу и три пары зубчатых колес. Частоту вращения шпинделя рассчитывают по формуле

где V- скорость резания, м/мин (выбирается по справочнику режимов резания)

d - диаметр заготовки, мм.

Составим уравнение кинематической цепи от электродвигателя к шпинделю при условии, что шпиндель должен вращаться с частотой

где n - частота вращения вала электродвигателя, мин^-1;

0,985 - коэффициент, учитывающий скольжение ремня.

Уравнение можно представить в общем виде:

где i_пост - постоянное передаточное отношение характеризующее цепь,

i_см - сменное передаточное отношение механизма наладки.

В рассматриваемой кинематической цепи известны все величины, за исключение сменных колес а - в, являющихся механизмом наладки.

Подставив численные значения, получим

откуда

так как

Определим значение

Определим колеса а и b и тем самым произведем наладку цепи главного движения. Затем приступим к наладке кинематической цепи движения подачи или цепи нарезания резьбы. Резец 2, укрепленный на суппорте 3, получает движение от ходового винта 4, который приводится во вращение от шпинделя 5 через пару цилиндрических колес, две пары конических колес и сменные зубчатые колеса с – d и е-f.

Составим уравнение кинематического баланса, исходя из условия, что за один оборот шпинделя резец переместится вдоль оси заготовки на величину шага Рр нарезаемой резьбы

В общем виде это уравнение будет выглядеть следующим образом:

откуда

где Рр - шаг нарезаемой резьбы; Рх.в. - шаг ходового винта,

В рассматриваемой цепи

откуда

Подобрав сменные колеса c – d, e – f, произведем наладку цепи движения подачи. При кинематической наладке станков необходимо:

1. Выяснить характер движения рабочих органов и их согласованность;

2. Выявить все кинематические цепи станка;

3. Составить уравнение кинематической цепи, связывающих попарно рабочие органы станка;

4. Определить передаточные отношения механизма наладки и подобрать в соответствии с ними сменные зубчатые колеса или другие элементы наладки.

Пример. Настроить станок по следующим данным: n = 240 мин^-1; Рр = 4 мм; А=В = 80

Решение:

Проверяем условие сцепляемости

Станки с программным управлением

Программное управление (ПУ) – это совокупность команд, обеспечивающих функционирование рабочих органов станка в заданной последовательности. Все без исключения станки с ПУ работают по программе. В одних случаях программа находится в памяти рабочего органа, в других - задается при помощи материальных аналогов (эталонной детали, копира или кулачков). Изготовление материальных аналогов и переналадка таких станков требует высокой квалификации и больших затрат времени, поэтому такие станки применяются в крупносерийном производстве.

В мелкосерийном производстве, которое занимает до 80% широко применяются станки с ПУ в которых программа записывается на программоносителе, в качестве которых применяют перфоленту, магнитный диск, программируемый контроллер.

На программоносителях программа может записываться в кодированном и декодированном виде. Изготовление программы и переналадка станков не требует высокой квалификации и не отнимает много времени.

Станки с ПУ классифицируются также как и станки с ручным управлением.

В обозначении моделей станков с ПУ после цифр пишутся следующие буквы:

Ц - станки с цикловым программным управлением (ЦПУ)

Ф - станки с числовым программным управлением (ЧПУ)

Т - станки с оперативной системой ЧПУ.

В станках с ЦПУ технологическая информация записывается на программоносителе, а геометрическая - устанавливается при помощи переставных упоров. Установка и выверка упоров при наладке отнимает много времени поэтому станки с ЦПУ применяют в крупносерийном производстве.

В станках с ЧПУ вся информация записывается на программоносителе.

В станках с оперативной системой ЧПУ информация набирается оператором непосредственно на рабочем месте при помощи клавиатуры, расположенной на мини ЭВМ.

Цикловое программное управление.

Системой циклового программного управления (ЦПУ) называют такую систему программного управления, в которой полностью или частично программируются цикл работы станка, режимы обработки и смена инструмента, а величина перемещений рабочих органов задается с помощью предварительно налаживаемых упоров.

Цикл работы станка - это совокупность всех движений, необходимых для обработки заготовок и выполняемых в определенной последовательности.

Системой ЦПУ оснащают токарно-револьверные, токарно-копировальные, копировально-фрезерные, алмазно-расточные и другие станки. Системы ЦПУ используют в автоматических линиях с использованием ЭВМ дня диагностики и планирования работы линии, а также для управления промышленными роботами.

Функциональная схема системы ЦПУ

В схему входят: программатор циклов, схема автоматики, исполнительное устройство и устройство обратной связи.

Программатор циклов состоит из блока задания программы 1 и блока поэтапного ввода программы 7. Из блока задания программы 1 информация поступает в схему автоматики, состоящую из схемы управления циклом работы станка 2 и схемы преобразования сигналов контроля 6. Схема автоматики согласует действия программатора циклов с исполнительными элементами станка и датчиком обратной связи, может выполнять ряд логических функций. Схему автоматики в системах ЦПУ чаще всего строят на электромагнитных реле. Из блока 2 сигналы поступают в исполнительное устройство, обеспечивающее отработку заданных программой команд.

Исполнительное устройство состоит из исполнительных элементов 3 (приводы, муфты и т.д.) и рабочих органов станка 4 (суппорт, насосы, столы, револьверные головки). Рабочие органы отрабатывают этап программы, а датчик 5 контролирует окончание отработки и дает команду блоку 7 через блок 6 на переключение следующего этапа программы.

Программаторы циклов.

Состоят из блока задания программы и блока поэтапного ввода программы. Блок задания программы запоминает и вводит в систему полную программу, блок поэтапного ввода программы предназначен для последовательного считывания этапов программы и ввода их в систему для отработки.

Наиболее распространенным программатором электрического типа является штекерная панель. Программа на штекерной панели задается вручную, станок в этот период простаивает. Для безопасного и быстрого набора программ может быть использован накладной бумажный шаблон. Шаблон накладывают на штекерную панель, а штекеры вводят в гнезда через отверстия в шаблоне. Пробитые в соответствии с программой.

Распространенным программатором механического типа являются кулачковые командоаппараты и программаторы с перфолентами.

Кулачковые командоаппараты – это программаторы механического типа с кинематическим заданием программы. В гнезда барабана 2 командоаппарата закладывают шарики или штифты 1, которые при его повороте воздействуют на электрические контакты или конечные выключатели 3, включая цепи соответствующих исполнительных органов. Барабан приводится во вращение храповым механизмом с электромагнитом или шаговым двигателем.

Программаторы с перфолентами или перфокартами применяют при большом объеме информации. Считывание программы осуществляется либо электромеханическим способом, либо фотоэлементами.

Наиболее удобным являются универсальные системы ЦПУ, построенные с использованием микроэлектроники. К таким системам относятся программируемые контроллеры.

Программируемый контроллер - это управляющая логическая машина последовательного действия, созданная на базе вычислительной техники, релейной бесконтактной автоматики и ЦПУ оборудованием. Они надежны, долговечны, имеют небольшие габариты, обеспечивают возможность быстрого изменения программы, легко специализируются в зависимости от конкретной обработки.

Программируемый контроллер (ПК) состоит из центрального процессора 1 (управляющего устройства), постоянного запоминающего устройства 2, входного 3 и выходного 4 устройств и сканатора 5 (генератора импульсов). К контроллеру можно подключить программную панель 6 (загрузчик программ), содержащую декадные переключатели и клавиши. Программу вводят последовательно нажатием клавишей с обозначением логических элементов. В режиме записи программа записывается в устройство 2 и запоминается в нем. В режиме работы сканатор 5 поочередно подключает к процессору 1 входное и выходное устройства. В процессоре 1 согласно программе производятся заданные логические операции. К контроллерам могут подключаться дисплеи, накопители на магнитных кассетах, печатающие устройства, регистрирующие состояние оборудования, затраты основного и вспомогательного времени, аварийные ситуации и т.д.

Числовое программное управление

Классификация систем ЧПУ

Система ЧПУ (СЧПУ) - совокупность методов устройств, обеспечивающее ЧПУ станков.

Устройство ЧПУ (УЧПУ) - составная часть СЧПУ, выдающая команды на выполнение конкретного действия.

СЧПУ различают по следующим признакам:

I. По назначению

1. Прямоугольные (Ф1) - позволяют обрабатывать простые прямоугольные профили. Управление ведется поочередно по каждой координате.

2. Позиционные (Ф2) - обеспечивают точные ускоренные перемещения рабочих органов от позиции к позиции (движение позиционирования).

3. Контурные (непрерывные) (ФЗ) - обеспечивают обработку сложных профилей. Управление ведется по нескольким координатам.

4. Комбинированные (универсальные) (Ф4) - обеспечивают обработку сложных профилей деталей по нескольким координатам одновременно, точное позиционирование ускоренных перемещений.

II. По способу записи программы

1. Кодированном

2. Декодированном виде

III. По количеству одновременно управляемых координат

1. По одной

2. по двум

3. по трем и т.д.

IV. По виду применяемого привода

1. Ступенчатые

2. Бесступенчатые

3. Следящие

V. По количеству потоков информации

1. Не замкнутые (один поток информации)

2. Замкнутые (два потока информации)

3. Адаптивные (многопоточные).

Блок схема незамкнутой СЧПУ.

Пл - перфолента с потоком информации;

СУ - считывающее устройство; УУ - устройство управления;

ИД - исполнительный двигатель;

ИМ - исполнительный механизм.

Точность детали зависит от исполнительного двигателя (ИД) и исполнительного механизма (ИМ).

Блок схема замкнутой СЧПУ.

БС - блок сравнения

ДШ - дисшефратор

ДОС - датчик обратной связи, замеряющий истинную величину перемещения исполнительного механизма (ИМ).

Адаптивные (самоустанавливающиеся) многопоточные (много потоков информации) имеют большое количество датчиков обратной связи (ДОС), которые фиксируют переменные условия возникающие в процессе резания (износ инструмента, температурная деформация и т.д.).

Конструктивные особенности станков с ЧПУ.

По сравнению со станками с ручным управлением станки с ЧПУ должны обладать повышенной жесткостью и точностью. Жесткость достигается за счет увеличения ребер жесткости станин, стоек и других корпусных деталей. Кроме того, станины и стойки можно изготавливать из полимерного бетона или природного гранита.

Точность увеличивается за счет увеличения точности деталей и сборки.

Шпинделя для станков с ЧПУ изготавливают из сталей типа 40Х. На них должны быть предусмотрены места для установки ДОС и другой контрольно измерительной аппаратуры.

В качестве опор шпинделей применяются подшипники более высокого класса точности. Направляющие скольжения для уменьшения силы трения напыляют фторопластом. Широко применяются направляющие качения. Каждый вид передаваемого движения имеет отдельный двигатель. Движение от двигателя передается минимальным количеством кинематических пар. Для передачи движения широко применяются беззазорные передачи, в которых можно выбирать образующийся в процессе работы зазор.

В приводах главного движения при ступенчатом регулировании применяются асинхронные двигатели в сочетании с автоматическими коробками скоростей.

Для бесступенчатого регулирования применяются двигатели с терристорным регулированием и высокомоментные двигатели. В приводах подач применяются высокомоментные двигатели постоянного тока и шаговые двигатели. Для закрепления инструментов широко применяются многопозиционные револьверные головки, а для хранения инструментов применяются инструментальные магазины. Смена инструментов производится автоматически.

Программоносители СЧПУ.

В станках с ЧПУ программа работы станка записывается условным кодом. В качестве программоносителей применяются перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и магнитные диски. Эта программа считывается и преобразуется в электрические импульсы, которые затем используются для управления движением исполнительных органов станка. В виду того, что программа для обработки конкретной детали записывается заранее и благодаря возможности быстрой смены программоносителя, станок с ЧПУ позволяет за короткое время осуществить переналадку на обработку другой детали.

Код ISO - 7 bit является семизначным кодом и позволяет позиционировать 128 символов. Код рассчитан на 8-ми дорожечную перфоленту шириной 25,4 мм. Для кодирования информации используются 7 дорожек, восьмая предназначена для контроля считывания информации и дополняет количество пробивок в строке до четного числа.

Для переноса кодированной информации на перфоленту используются устройства подготовки данных.

Устройство включает:

1. Стол оператора

2. Электронную тумбу с пультом управления.

В столе оператора размещаются: перфоратор для перемещения ленты и пробивки информационных отверстий; фотосчитывающее устройство и электрифицированную пишущую машинку.

Оси координат станков с ЧПУ.

Стандартом ISO - К841 для всех типов станков принято считать ось шпинделя - ось Z.

За положительное направление принимают - перемещение инструмента от заготовки. Остальные оси координат определяют пользуясь правилом «правой руки».

X, Y, Z - основные (первичные) координаты

U, V, W - вторичные координаты

Р, Q, R - третичные координаты

А, В, С - круговые координаты

За положительное направление принимают вращение по часовой стрелке, если смотреть вдоль положительного направления оси координат.

Если перемещается не инструмент, а заготовка, то координаты обозначают Х^/, Y^/ А^/, В^/ и т.д. В этом случае знаки надо поменять на противоположные.

Токарные станки

Предназначены для обработки наружных, внутренних, цилиндрических, конических, фасонных и торцовых поверхностей заготовок, а также для нарезания резьб.

Станки различают по большому количеству признаков: автоматы и полуавтоматы; универсальные, одно и многошпиндельные; горизонтальные и вертикальные; револьверные, карусельные и т.д.

Основными параметрами токарного станка являются наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над станиной и наибольшее расстояние между центрами.

Токарно-винторезный станок отличается от токарного наличием ходового винта.

Токарно-винторезный станок модели 16К20.

Станок предназначен для выполнения различных токарных работ, а также для нарезания резьб: метрической, дюймовой, питчевой, модульной и специальной.

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки Dmax=400 мм, наибольшие длины обрабатываемой заготовки 710,1000, 1400, 2000 мм.

Основные узлы.

По направляющим станины перемещаются суппорт и задняя бабка Передняя бабка смонтирована неподвижно, в ней размещена коробка скоростей. Задняя бабка служит для поддержания заготовки при работе в центрах, а также для закрепления инструмента, предназначенного для обработки отверстий. Коробка подач должна обеспечивать включение, выключение, реверсирование подачи и регулирование ее величины. Фартук предназначен для преобразования вращательного движения ходового вала и ходового винта в прямолинейное поступательное движение суппорта. Суппорт служит для перемещения закрепленного в резцедержателе инструмента.

Главное движение - вращение шпинделя с заготовкой.

Продольная подача - перемещение суппорта по направляющим станины.

Поперечная подача - перемещение салазок по направляющим суппорта.

Вспомогательные движения - ускоренные перемещения суппорта и салазок автоматически и вручную, перемещение задней бабки и т.д.

Приспособления для токарных станков можно разделить на два вида:

1. Приспособления, предназначенные для крепления деталей (патроны самоцентрирующие и поводковые, хомутики, упорные центры, люнеты и оправки).

2. Приспособления для крепления инструмента (переходные втулки, инструментальные блоки, механические воротки)

При включении М₁ влево шпиндель вращается против часовой стрелки, количество ступеней частот вращений 24. При включении М₁ вправо шпиндель вращается по часовой стрелке – число ступеней 12.

УКБ движения подач

При гладком точении подачи обеспечиваются при помощи ходового винта XVIII, включаются муфты М₃ и М₄. Движение подач кинематически связано с вращением шпинделя.

1об → S, мм/об

Продольная подача

Поперечная подача

Б₇, Б₈, Б₉ - подвижные блоки обеспечивают 16 величин подач.

М₀ - обгонная муфта

М₆ - предохранительная муфта

Остальные муфты сцепные.

Для увеличения подач в 2, 4, 8, 16, 32 раза Б₅ перемещаем вправо и вводим в зацепление колеса 45/45.

Нарезание резьб.

На станке можно нарезать метрическую, модульную, дюймовую, питчевую резбы. Резьбы отличаются друг от друга профилем, шагом и характеристикой.

При нарезании резьб за один оборот шпинделя суппорт должен перемещаться на величину шага нарезаемой резьбы. Продольная подача при нарезании резьб обеспечивается ходовым винтом.

Метрическая резьба - включаются муфты М₃, М₄, М₅ в гитаре постоянные колеса.

Токарно-револьверные станки

Применяются в серийном и крупносерийном производстве для обработки заготовок сложного профиля.

Обработка ведется последовательно или параллельно различными режущими инструментами. Инструменты предварительно настраивают на размер, что значительно сокращает вспомогательное время.

Отличаются от токарно-винторезного станка наличием револьверного суппорта, установленного вместо задней бабки. На револьверном суппорте располагается револьверная головка (РГ).

РГ может иметь вертикальную или горизонтальную ось вращения. На каждой позиции РГ можно закрепить один инструмент, а при наличии приспособления -несколько.

РГ с горизонтальной осью вращения имеет цилиндрическую форму, число гнезд под инструмент до 32. Они имеют малую жесткость и применяются в легких станках

РГ с вертикальной осью вращения имеют призматическую форму, число граней 6-8. Они имеют высокую жесткость и применяются в средних и тяжелых станках.

Изменение скоростей и подач на станках производится при помощи командных аппаратов или при помощи предварительного набора

Зажим заготовки производится при помощи цангового патрона

По назначению станки делятся на:

1. Универсальные

2. Специализированные

По виду обрабатываемой заготовки на:

1. Прутковые

2. Патронные

3. Патронно-прутковые.

Основными параметрами, характеризующими станки для прутковой работы, являются наибольший диаметр обрабатываемого прутка или диаметр отверстия шпинделя, а в станках для патронной работы - наибольший диаметр обрабатываемой в патроне заготовки над станиной и над суппортом.

Токарно-револьверный станок модели 1П365

Применяется для обработки прутков Dmax = 65 мм и штучных заготовок 500 мм.

Основные узлы:

Станина (А), передняя бабка с горизонгальным шпинделем (В), коробка подач (Б), суппорт с салазками и резцедержателем (Г), револьверный суппорт с шестипозиционной РГ и шестигранным барабаном, на котором располагаются передвижные упоры ограничивающие длину хода (Д). Длина хода суппорта и салазок также устанавливается при помощи упоров.

Главное движение - вращение шпинделя с заготовкой.

Продольная подача - перемещение суппортов по направляющим станины.

Поперечная подача - перемещение салазок по направляющим суппорта.

Вспомогательные движения - ускоренное перемещение салазок автоматически и вручную.

УКБ главного движения

n_дв., мин^-1 → n_шп.,мин^-1

УКБ движения подач

1об.шп → S, мм/об

S_прод - продольная подача суппорта, мм/об

S_попер - поперечная подача суппорта, мм/об.

Если вместо блоков Б₃ и Б₄ включить блоки Б₅ и Б₆, то будет обеспечиваться продольная подача револьверного суппорта.

УКБ ускоренных перемещений

При включении М₉ перемещается суппорт, а при включении М₁₀ револьверный суппорт.

Карусельные и лобовые станки

Карусельные станки применяют для обработки тяжелых деталей большого диаметра, но сравнительно небольшой длины. На них можно производить почти все токарные, а при наличии специальных приспособлений также фрезерные и шлифовальные работы.

Основными параметрами являются наибольший диаметр и высота обрабатываемой заготовки.

Токарно-карусельные станки изготавливают двух типов: одностоечные и двухстоечные . Станки с планшайбой диаметром до 1600 мм обычно одностоечные, а станки с планшайбой большего диаметра - двухстоечные.

Обрабатываемая заготовка закрепляется на планшайбе вращающейся в горизонтальной плоскости.

В единичном производстве и на ремонтных работах применяют лобовые токарные станки, в которых планшайба вращается в вертикальной плоскости. Задней бабки станки не имеют.

В обозначении модели последние цифры указывают на номер планшайбы по которому по справочнику определяют диаметр.

Двухстоечный карусельный станок модели 1553.

Применяется для обработки заготовок Dmax = 2300 мм.

Основные узлы:

Станина (И), вертикальный шпиндель с планшайбой., две стойки (Е,К), траверса (В), портал (Д), боковой суппорт с салазками и резцедержателем (3), два верхних суппорта: правый (Г) с салазками и пятипозиционной РГ и левый (Б) с салазками и резцедержателем.

Главное движение - вращение планшайбы с заготовкой.

Вертикальная подача - перемещение бокового суппорта по направляющим стоики и салазок по направляющим верхнего суппорта

Горизонтальная подача - перемещение верхних суппортов по направляющим траверсы и салазок по направляющим бокового суппорта

Вспомогательные движения - ускоренное перемещение салазок и суппортов автоматически и вручную, перемещение и фиксация траверсы, поворот верхнего левого суппорта на требуемый угол для обработки конуса вручную.

УКБ главного движения

n_дв., мин^-1 → n_шп.,мин^-1

УКБ движения подач

Каждый суппорт имеет одинаковые индивидуальные коробки подач

УКБ для верхнего правого суппорта

1об.пл → S, мм/об

i - передаточное отношение коробки подач с подвижными блоками и кулачковыми муфтами.

Ускоренные перемещения суппорта и салазкам осуществляются при помощи отдельных асинхронных двигателей или вручную при помощи маховичков.

Перемещение траверсы также обеспечивается отдельным двигателем через червячные и винтовые передачи. После перемещения траверса фиксируется при помощи двигателя, червячной и винтовой передачи, системы рычагов. При помощи червячной передачи 1 - 300 вручную поворачивается левый верхний суппорт.

Назначение, классификация и конструктивные особенности станков с ЧПУ

Применяются для обработки заготовок типа тел вращения и для нарезания резьб по программе.

Станки различают по следующим признакам

I. По компановке

1. горизонтальные

2. вертикальные

3. наклонные

П. По степени шероховатости обработанной поверхности

1. для черновой

2. для чистовой

3. для получнетовой

III. По виду обрабатываемой заготовки

1. патронные - короткие заготовки

2. центровые - длинные заготовки

3. патронно-центровые - короткие и длинные заготовки
4. карусельные - заготовки больших диаметров.

Станки должны обладать повышенной жесткостью и точностью.

Каждый вид передаваемого движения имеет отдельный двигатель. Движения передаются при помощи коротких кинематических цепей в которых широко используются беззазорные передачи.

Для закрепления инструментов применяются многопознцнонные револьверные головки. Для хранения инструментов применяются инструментальные магазины. Смена инструментов производится автоматически. Станки оснащаются контурными системами ЧПУ.

Токарный станок с ЧПУ модели 16К20ФЗ

Станок предназначен для обработки наружных и внутренних поверхностен заготовок типа тел вращения. Станок выпускают на базе станка 16К20. Класс точности станка П.

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над станиной Dmax = 400 мм, наибольшая длина Lmax = 1000 мм.

Станок оснащают различными устройствами ЧПУ. Модификация станка 16К20ФЗ в зависимости от комплектации устройств ЧПУ имеют различные индексы.

Например, станок 16К20ФЗС5 работает с устройством Н22-1М, станок 16К20ФЗС18 - с устройством 2У-22.

Система ЧПУ -контурная. Программоноситель-перфолента.

Основные узлы: станина, передняя бабка, задняя бабка, суппорт с РГ.

Главное движение- вращение шпинделя с заготовкой.

Продольная подача (Z)-перемещение суппорта по направляющим станины.

Поперечная подача (X)- перемещение салазок по направляющим суппорта.

Вспомогательные движения - ускоренные перемещения салазок и суппорта, периодический поворот РГ.

УКБ главного движение

n_дв.М1, мин^-1 → n_шп., мин^-1

УКБ продольной подачи

n_дв.М2,мин^-1 → S_прод, мм/мин

УКБ поперечной подачи

n_дв.М3,мин^-1 → S_поп, мм/мин

М2 и М3 – шаговые двигатели, которые обеспечивают бесступенчатое регулирование подач и высокую точность перемещения.

УКБ поворота РГ

n_дв.М5, мин^-1 → n_РГ., мин^-1

Перед началом поворота РГ перемещается в осевом направлении и освобождается от фиксатора, в качестве которого служит плоскозубчатая муфта М₇.

При нарезании резьб необходимо согласовать два движения

1 об/мин → S_прод = Р мм/об,

где Р- шаг нарезаемой резьбы.

Это согласование обеспечивается датчиком, который связан со шпинделем через беззазорную прямозубую передачу 60/60.

Иногда вместо шаговых двигателей устанавливают двигатели постоянного тока с террнсторным регулированием. В этом случае точность перемещения обеспечивается ДОС.

Токарный станок с ЧПУ модели 16К20Т1

Отличие от станка модели 16К20ФЗ - оснащен оперативной системой ЧПУ, которая расположена на суппорте станка.

Оперативная система ЧПУ типа электроника НЦ 31 обеспечивает работу станка без программоносителей, имеет память для хранения нескольких программ. Оператор путем нажатия клавиш набирает нужную программу или вызывает готовую, заранее записанную, из памяти. Для обеспечения программы в НЦ 31 заложены стандартные циклы обработки и нарезание резьбы.

УКБ главного движение

n_дв.М1, мин^-1 → n_шп., мин^-1

Токарный станок модели 1А734ФЗ.

Это полуавтомат с ЧПУ предназначен для черновой и чистовой обработки наружных и внутренних поверхностей заготовок типа дисков, чашек, зубчатых колес и др.

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки до суппорта 320 мм; наибольшая высота -200 мм; число инструментов 8.

Основные механизмы и движения в станке.

Станок имеет вертикальную компоновку, которая значительно повышает его технические и эксплуатационные возможности, обеспечивает быструю переналадку на новую заготовку.

На основании А станка установлены стоики Б, по направляющим которых перемещаются два суппорта В. Каждый суппорт имеет программируемое перемещение по осям X и Z. Заготовка зажимается в патроне Г и получает главное вращательное движение. На суппорте установлены револьверные головки Д для четырех инструментов каждая.

Главное движение - вращение шпинделя с заготовкой. Вращение производится от двигателя постоянного тока с двухзонным регулированием от терристорного преобразователя. Нижний диапазон 100 - 1000 мин ^-1; верхний - 1000 - 2500 мин^-1

УКБ главного движения

n_дв.М1, мин^-1 → n_шп., мин^-1

Переключение блока Б1 позволяет получить 29 частот вращения. Зажим заготовки осуществляется гндроцнлнндром Ц2. Круговой фотоимпульсный преобразователь Др обеспечивает соответствие между подачей режущего инструмента при нарезании резьбы и скоростью вращения шпинделя. Он же служит для контроля скорости вращения шпинделя. Блок Б₁ переключается гндроцнлнндром Ц1.

Вертикальная подача (Z) -перемещение суппортов по направляющим стойки.

Перемещения осуществляются от высокомоментных двигателей М4 и М5 через полужесткую дисковую муфту.

Горизонтальная подача (X) - перемещение салазок по направляющим суппорта. Осуществляется от двигателей М2 и МЗ.

УКБ горизонтальной подачи.

n_{дв.М2, М3}, мин^-1 → S_гор, мм/мин

Револьверная головка предназначена для закрепления инструментальных державок со стандартной базирующей призмой «ласточкин хвост». РГ самодействующая, все движения обеспечиваются гидросистемой станка. Фиксация головки осуществляется полумуфтами точного индексирования с круговым зубом.

Стружкоудаление производится двумя винтовыми конвейерами от двигателя М6 через зубчатые колеса 23/47 47/47. Предусмотрен реверс для их очистки.

Устройство ЧПУ типа 2С85. Устройство контурное с линейно-круговой интерполяцией обеспечивает независимое управление по четырем координатам. По программе происходит перемещение двух суппортов по двум взаимноперпендикулярным осям, автоматическое изменение режимов резания, смена инструментов. Программоноситель 8-ми дорожковая перфолента. Дискретность отсчета по осям координат X - 0,005 мм; Z - 0,01 мм.

Токарный карусельный станок модели 1512ФЗ

Применяется для обработки заготовок Dmax = 1250 мм, высотой Нmах = 1000 мм.

Основные узлы: станина, вертикальный шпиндель с планшайбой, стойка, траверса, суппорт, салазки, пятипозиционная РГ.

Главное движение - вращение планшайбы с заготовкой.

Вертикальная подача (Z) -перемещение салазок по направляющим суппорта.

Горизонтальная подача (X) - перемещение суппорта по направляющим траверсы.

Вспомогательные движения - ускоренное перемещение суппорта и салазок, периодический поворот РГ, перемещение и фиксация траверсы.

УКБ главного движения.

n_дв.М1, мин^-1 → n_шп., мин^-1

АКС - автоматическая коробка скоростей обеспечивает управление по программе 12-тью скоростями.

i - передаточное отношение планетарного механизма, расширяющего диапазон регулирования скор остей в 2 раза.

При вращении планшайбы через ряд зубчатых колес движение передается датчику обратной связи (ДОС). Он служит для нарезания резьбы, а также для выключения станка при произвольном изменении скоростей.

УКБ горизонтальной подачи

n_дв.М2, мин^-1 → S_гор, мм/мин

УКБ вертикальной подачи

n_дв.М3, мин^-1 → S_верт, мм/мин

М2 и М3 – высокомоментные двигатели.

Точность перемещений обеспечивается ДОС.

УКБ поворота РГ

n_дв.М4, мин^-1 → n_РГ., мин^-1

УКБ перемещения траверсы

n_дв.М5, мин^-1 → S_тр, мм/мин

М₁₁ - зубчатая муфта, которая служит для устранения перекоса. Фиксация траверсы производится при помощи силового цилиндра Ц1 через реечную передачу и систему рычагов.

Устройство ЧПУ типа Н55-2 обеспечивает автоматическое управление по заданной программе вертикальным суппортом и приводом главного движения. Программа записывается на 8-ми дорожковой перфоленте. Дискретность отсчета по осям X и Z равна 0,01 мм.

Токарный центровой полуавтомат с ЧПУ модели 1Б732Ф3

Предназначен для токарной обработки валов сложной конфигурации в условиях мелкосерийного и единичного производства. Большая мощность и жесткость станка позволяет обрабатывать заготовки с большими припусками. На станке производят обточку цилиндрических., конических, сферических поверхностей, подрезку торцов, прорезку различных канавок, нарезание резьбы и другие токарные работы, которые могут быть выполнены с высокой степенью точности и малой шероховатостью обработанных поверхностей. Класс точности станка Н.

Основные механизмы и движения в станке

Станок имеет вертикально-наклонную компоновку. Литое корыто А служит основанием станка. Направляющие чугунной станины В и опорная поверхность под шпиндельную бабку Г расположены под углом 15° от вертикали. В станину встроена автоматическая коробка скоростей Б. Суппорт Д расположен на верхних направляющих станины, а задняя бабка Ж на ее нижних направляющих. В центрах передней и задней бабок устанавливают заготовку. Суппорт состоит из продольной и поперечной кареток. На поперечной каретке закреплена РГ Е. В корыте расположен конвейер стружки 3. Для поддержания длинных и тяжелых деталей устанавливают люнет И.

Главное движение - вращение шпинделя с заготовкой.

Продольная подача - перемещение продольной каретки по направляющим станины.

Поперечная подача - перемещение поперечной каретки по направляющим продольной каретки.

УКБ главного движения

n_дв.М1, мин^-1 → n_шп., мин^-1

Шпиндель имеет 18 значений частот вращений.

Передача 70/37 приводит во вращение реле контроля скорости (РКС), которое предназначено для блокировки работы станка, если во время обработки вдруг перестанет вращаться шпиндель. Датчик нарезания резьбы Др связан со шпиндельным валом через передачу 70/70.

УКБ продольной подачи

n_дв.М2, мин^-1 → S_прод, мм/мин

УКБ поперечной подачи

n_дв.М3, мин^-1 → S_поп, мм/мин

Поперечная и продольная подачи получают перемещения от шаговых двигателей с гидроусилителем.

РГ имеет шесть позиций для установки резцовых блоков и резцов.. Гидроцилиндр Щ служит для зажима РГ, а Ц2 - для ее поворота.

Задняя бабка перемещается в заданное положение колесом Z=17, закрепленным на задней бабке, и рейкой m=3 мм, установленной вдоль направляющих станины.

Пиноль перемещается от гидроцилиндра ЦЗ.

Винтовой конвейер выполнен в виде двух винтов, которые винтовой спиралью выносят стружку за пределы станка.

Люнет служит для поддержания заготовок диаметром 40-150 мм.

Токарные автоматы и полуавтоматы

Применяются в крупносерийном и массовом производстве. Обработка ведется параллельно или последовательно различными режущими инструментами в одной или нескольких рабочих позициях.

Автомат - станок, в котором автоматизированы основные и вспомогательные движения, включая загрузку и выгрузку, необходимую для последующей обработки большого количества заготовок.

Полуавтомат - станок, в котором автоматизированы основные и вспомогательные движения, необходимые для обработки заготовки. Снятие готовой детали и установку новой, а также контроль ее размеров осуществляет оператор.

Токарные автоматы и полуавтоматы разделяются по различным признакам:

I. По виду заготовки на

1. патронные

2. прутковые

П. По назначению на

1. универсальные

2. специализированные

III. По расположению шпинделей

1. горизонтальные

2. вертикальные

IV. По числу шпинделей

1. одношпнндельные

2. многошпнндельные

Для автоматического управления циклом обработки на автоматах и полуавтоматах имеется распределительный вал с закрепленными на нем кулачками, через систему рычагов управляющими отдельными механизмами станка. За один оборот распределительного вала обычно изготавливается одна деталь, т.е. выполняется весь цикл обработки.

В одношпиндельных станках обработка ведется в одной позиции, а в многошпиндельных -последовательно в разных позициях.

Станки сверлильно-расточной группы

Сверлильные станки применяются для сверления, зенкерования, зенкования, развертывания, нарезания резьб. Основными параметрами являются наибольший условный диаметр получаемого отверстия в стальных деталях, размер конуса шпинделя и др.

Сверлильные станки подразделяются на:

1. Настолько-сверлильные - применяются для обработки отверстий небольших диаметров, мелких заготовок.

2. Вертикально-сверлильные - применяются для обработки отверстий средней величины деталей. Соосность обрабатываемого отверстия достигается за счет перемещения детален.

3. Радиально-сверлильные - применяются для обработки корпусных деталей.
Соосность достигается за счет перемещения инструмента.

4. Горизонтально-сверлильные - применяются для глубокого сверления. Характерный параметр - наибольший диаметр обрабатываемого отверстия. Станки имеют один шпиндель.

5. Многошпиндельные с постоянным расположением шпинделей и с переставными шпинделями. Применяются в крупносерийном и массовом производстве.

Главным движением является вращение шпинделя с инструментом, а движением подачи - вертикальное перемещение шпинделя.

Расточные станки выполняют все операции свойственные сверлильным станкам, кроме этого можно растачивать отверстия больших диаметров, фрезеровать поверхности и пазы, подрезать торцы резцами, нарезать резьбы резцами.

Станки делятся наследующие типы:

1. Горизонтально-расточные применяются для обработки корпусных деталей.
Выполняют все вышеперечисленные операции.

2. Координатно-расточные применяются для обработки деталей с высокой
точностью взаимного расположения отверстий.

3. Алмазно-расточные применяются для финишной обработки отверстий, обеспечивают малую шероховатость поверхности и высокую точность геометрической формы отверстий.

Характерными параметрами являются диаметр расточного шпинделя. Длина вылета шпинделя, габариты рабочей поверхности стола.

Вертикально-сверлильный станок модели 2Н135.

Применяется для обработки отверстий Dmax = 35 мм. Применяется для сверления, рассверливания, зенкерования, зенкования и нарезания резьб.

Основные узлы: основание, стойка, шпиндельная бабка с вертикальным шпинделем, стол.

Главное движение - вращение шпинделя с инструментом.

Вертикальная подача - перемещение шпинделя с инструментом.

Вспомогательные движения - ускоренный подвод и отвод шпинделя, перемещение шпиндельной бабки и стола вручную.

Соосность обрабатываемого отверстия достигается за счет перемещения заготовки.

Обрабатываемая заготовка может зажиматься в тисках, в двух-, трех-, четырехкулачковом патроне.

Приспособлением для крепления инструмента являются переходные втулки, воротки, центровочные патроны.

УКБ главного движения

n_дв., мин^-1 → n_шп., мин^-1

УКБ вертикальной подачи

1 об.шп. → S_верт, мм/об

При помощи рукояток Р₁ и Р₂ вручную можно перемещать шпиндельную бабку и стол. При помощи штурвала Ш при включении муфты М1 обеспечивается ускоренный подвод и отвод шпинделя.

Радиально сверлильный станок модели 2В56.

Применяется для обработки отверстий корпусных детален Dmax = 60 мм. Применяется для сверления, рассверливания, зенкерования, зенкования и нарезания резьб.

Основные узлы: основание, втулка, поворотная колонна, рукав, шпиндельная бабка.

Главное движение - вращение шпинделя с инструментом. Обеспечивается асинхронным двигателем через ряд зубчатых колес.

Вертикальная подача - перемещение шпинделя с инструментом в вертикальном направлении.

Вспомогательные движения - поворот колонны, перемещение шпиндельной бабки, ускоренный подвод и отвод шпинделя вручную, точные перемещения шпинделя вручную, перемещение рукава и его фиксация автоматически.

Соосность обрабатываемого отверстия достигается за счет перемещения инструмента.

Приспособлением для крепления инструмента являются переходные втулки, воротки, центровочные патроны. Для комплексного сверления отверстий применяются кондукторные приспособления. Заготовка зажимается при помощи различных прихватов, упоров, универсально-сборного приспособления.

УКБ главного движения

n_дв., мин^-1 → n_шп., мин^-1

УКБ вертикальной подачи

1 об.шп. → S_верт, мм/об

Горизонтально-расточной станок модели 2620А.

Применяется для обработки корпусных деталей весом до 2000 кг.

Основные узлы: станина В, неподвижная стойка К, шпиндельная бабка И, планшайба Ж, суппорт с резцедержателем 3, подвижная стойка А, люнет Б, продольные салазки Г, поперечные салазки Д, поворотный стол Е.

Главное движение - вращение шпинделя и планшайбы с инструментом.

Осевая подача - перемещение шпинделя по оси Z

Вертикальная подача - перемещение шпиндельной бабки по направляющим неподвижной стойки.

Радиальная подача - перемещение суппорта по направляющим планшайбы.

Продольная подача - перемещение продольных салазок по направляющим станины.

Поперечная подача - перемещение поперечных салазок по направляющим продольных салазок.

Вспомогательные движения - перемещение рабочих органов ускоренно автоматически и вручную, поворот стола автоматически и вручную, перемещение подвижной стойки вручную.

УКБ главного движения

Шпиндель и планшайба вращаются независимо друг от друга.

УКБ движения подачи

n_дв., мин^-1 → S, мм/мин

Осевая подача

Вертикальная подача

Радиальная подача

i - передаточное отношение планетарного механизма.

Продольная подача

Поперечная подача

Требуемые величины подач устанавливают за счет регулирования частоты вращения двигателя.

УКБ осевой подачи при нарезании резьб

1 об.шп. → Р, мм/об

Ускоренные движения обеспечиваются по тем же кинематическим цепям что и рабочие подачи, только двигатель сообщает максимальную частоту вращения.

Вручную перемещение обеспечивается при помощи рукояток:

Р₃ - шпиндельная бабка

Р₄ - продольные салазки

Р₅ - поперечные салазки

Р₆ - поворот стола

Р₇ - подвижная стойка

Р₈ - люнет.

Назначение, классификация и конструктивные особенности сверлильных и расточных станков с ЧПУ

Применяются для обработки отверстий в различных типах деталей. На этих станках возможна комплексная сверлильно-фрезерно-расточная обработка заготовок различной конфигурации и степени точности.

Станки этой группы имеют следующие особенности и достоинства:

1. Повышенную мощность и жесткость.

2. Обеспечивается высокая точность обработки без применения кондукторных
приспособлений и без разметки.

В настоящее время имеется большое количество станков с ЧПУ сверлильно-расточной группы:

а) сверлильные станки бывают горизонтальные и вертикальные; однопшиндельные и шгогонппшдельные; с ручной сменой инструмента, с револьверными головками, с
инструментальным магазином.

б) расточные станки бывают вертикальные и горизонтальные; нормальной точности и
высокоточные; многооперационные для комплексной фрезерно-сверлилъно-расточной обработки деталей сложной конфигурации.

Сверлильные станки первого поколения изготавливались на базе вертикально-сверлильных станков моделей 2Н1 18 и 2Н135.

В настоящее время используются станки с высокой степенью автоматизации моделей 2Р1 18Ф2, 2Р135Ф2.

Расточные станки первого поколения были одноинструментальными, поэтому автоматизация обработки была неполной (станок модели 2А620Ф2).

В настоящее время используют расточные станки с инструментальным магазином. Использование таких станков позволяет повысить производительность в 3-4 раза,

Компоновка и внешний вид сверлильно-расточных станков с ЧПУ почти не изменился по сравнению с обычными станками.

Отличительным свойством станков с ЧПУ является повышенная жесткость и точность. Большинство станков имеют точность позиционирования ± 0,025 - 0,05 мм.

Сверлильные станки оснащают крестовыми столами, которые устанавливают на направляющих качения. Движение им сообщается шариковыми винтовыми механизмами. Станки имеют автоматическое регулирование скоростей движения резания

Важной конструктивной особенностью расточных станков с ЧПУ является наличие поворотного стола.

Вертикально-сверлильный станок с ЧПУ модели 2Р135Ф2

Применяется для обработки отверстий Dmax = 35 мм, для нарезания резьб и тонкого фрезерования простых прямоугольных профилей. Оснащен прямоугольной позиционной системой ЧПУ. Программоноситель - перфолента.

Основные узлы: станина, стойка, салазки, стол, суппорт, РГ с шестью шпинделями.

Главное движение - вращение шпинделя с инструментом.

Вертикальная подача (Z) - перемещение суппорта по направляющим стойки.

Поперечная подача (Y^/) - перемещение салазок по направляющим станины.

Продольная подача (Х^/) - перемещение стола по направляющим салазок.

Вспомогательные движения - ускоренное перемещение суппорта, периодический поворот РГ, точные ускоренные перемещения стола и салазок (движение позиционирования).

УКБ главного движения

n_дв.М1, мин^-1 → n_шп., мин^-1

АКС - обеспечивает по программе 12 скоростей за счет различных сочетаний включения электромагнитных муфт.

Движение подач обеспечивается при помощи отдельных асинхронных двигателей через АКС с фрикционными муфтами.

М2 - вертикальная подача

М4 - поперечная подача

М5 - продольная подача

Точность перемещения обеспечивается ДОС.

УКБ поворота РГ

n_дв.М3, мин^-1→ n_РГ., мин^-1

УКБ выпресовки инструмента

УКБ смазывания револьверного суппорта

Горизонтально расточной станок с ЧПУ модели 2А620Ф2.

Назначение, основные узлы и кинематика аналогичны станку модели 2620А.

Отличия: отсутствует подвижная стойка с люнетом. Оснащен позиционно-прямоугольной системой ЧПУ (Ф2).

Главное движение обеспечивается асинхронным двигателем М1. Осевая, радиальная, вертикальная и продольная подачи обеспечиваются от двигателя постоянного тока М2, а поперечная и круговая подачи от двигателя МЗ. Точность перемещения обеспечивается ДОС. Осевая подача (Z)- перемещение шпинделя.

Поперечная подача (X^/) - перемещение поперечных салазок по направляющим продольных салазок.

Вертикальная подача (Y) - перемещение шпиндельной бабки по направляющим неподвижной стойки.

Круговая подача (В^/)- вращение стола с заготовкой.

Радиальная подача (В)- перемещение суппорта по направляющим планшайбы.

Продольная подача (W^/) - перемещение продольных салазок по направляющим станины.

Фрезерные станки

Применяются для обработки плоскостей, уступов, пазов, нарезания зубчатых колес методом копирования, винтовых канавок, отрезки заготовок. Режущий инструмент - фрезы различных типов.

Станки делятся на следующие типы:

1. Бесконсольно-фрезерные - применяются для высокопористой, черновой и чистовой обработки. Шпиндель, как правило, вертикальный. Стол перемещается в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Обладают высокой жесткостью.

2. Консольно-фрезерные - применяются для обработки мелких, средних заготовок. Стол вращается в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Обладают невысокой жесткостью и делятся на следующие типы:

а) вертикально-фрезерные. Шпиндель расположен вертикально и его можно перемещать вдоль оси и поворачивать горизонтально.

б) горизонтально-фрезерные. Шпиндель расположен горизонтально.

в) универсально-фрезерные. Отличаются от горизонтальных наличием поворотной плиты, при помощи которой стол можно поворачивать вокруг вертикальной оси.

г) широко-универсальные. Отличаются от универсальных дополнительным вертикальным шпинделем, который можно устанавливать под требуемым углом к заготовке. Дополнительный шпиндель может быть постоянный или сменным.

3. Продольно-фрезерные - применяются для обработки корпусных деталей. По конструкции делятся на одностоечные и двухстоечные. Обработка ведется одновременно с обоих сторон.

4. Специализированные - применяются для выполнения конкретной операции (фрезерно-центровальные, шпоночно-фрезерные).

Характерным параметром является габариты рабочей поверхности стола. В обозначении модели последние одна или две цифры указывают на номер стола.

Горизонтально фрезерный станок модели 6Р80Г.

Применяется для обработки мелких деталей. По справочнику стол на 200 х 800мм.

Основные узлы: основание, станина, консоль, поперечные салазки, поворотная плита, стол, горизонтальный шпиндель, хобот, проушина (серьга).

Главное движение - вращение шпинделя с фрезой.

Вертикальная подача - перемещение консоли по направляющим станины.

Поперечная подача - перемещение салазок по направляющим консоли.

Продольная подача - перемещение стола по направляющим поворотной плиты.

Вспомогательные движения - ускоренное перемещение консоли, салазок и стола автоматически и вручную, поворот плиты.

УКБ главного движения.

n_дв.М1, мин^-1 → n_шп.,мин^-1

УКБ движения подач

n_дв.М2, мин^-1 → S, мм/мин

Движения под развертывание

Вертикальная подача

Поперечная подача

Продольная подача

УКБ ускоренных перемещений

- а далее в зависимости от включения муфт (М₅), (М₄), (М₆) ускоренно будут перемещаться консоль, салазки или стол.

При помощи рукоятки Р вручную можно перемещать консоль, а при помощи маховичков М_х2 и М_Х1 салазки и стол.

Фрезерные станки с ЧПУ

Фрезерные станки с ЧПУ предназначены для фрезерования поверхностей крышек, планок. Рычагов. Корпусов и кронштейнов простой конфигурации. Контуров сложной конфигурации типа кулачков, шаблонов, поверхностей корпусных деталей с нескольких сторон и под различными углами с фрезерованием отверстий больших диаметров и других поверхностей.

Конструктивное разнообразие фрезерных станков с ЧПУ вызвано необходимостью обработки самых разнообразных деталей различными инструментами: цилиндрическими, концевыми, фасонными фрезами, расточными резцами, зенкерами, развертками. Из этого следует, что стирается грань между станками фрезерной и сверлильно-расточной групп.

В связи с расширением круга работ фрезерные станки часто оснащают поворотными головками или инструментальными магазинами.

Изготавливают следующие основные типы станков:

1 Бесконсольные с крестовым столом

2 Консольно-фрезерные

3 Продольно-фрезерные.

Станки выполняют с вертикальным расположением шпинделя для односторонней обработки и горизонтальным расположением шпинделя для многосторонней обработки.

Значительно повысилась жесткость и точность фрезерных станков с ЧПУ.

Корпусные детали выполняют ребристыми. Станины могут воспринимать большие статические и динамические нагрузки. В станках устанавливают высокопрецизионные ходовые винты. Для тяжелых станков применяют направляющие качения. Обработку можно вести попутным и встречным фрезерованием с одинаковой точностью, так как в коробке подач предусмотрено устройство для выбора зазоров.

Станки консольной компоновки с РГ и без нее с шириной стола от 200 - 400 мм применяются для обработки заготовок сравнительно небольших размеров. Станки изготавливают класса точности Н и П. В приводе подач используют шаговые двигатели и двигатели постоянного тока.

Продольно-фрезерные станки с ЧПУ изготавливают с базовой шириной стола 400 х 500 мм одностоечные с горизонтальной или вертикальной ползунковой бабкой на неподвижной или подвижной поперечине с различным числом бабок. Бабки оснащают комплектом быстросменных или автоматически сменных навесных головок, что позволяет без перезакрепления производить комплексную фрезерно-сверлильно-расточную обработку.

В группе фрезерных станков применяют самые различные системы ЧПУ:

1 Контурные (незамкнутые, замкнутые)

2 Комбинированные. Позволяющие производить как контурную обработку, так и
позиционирование.

3 Прямоугольные для обработки простых контуров.

Вертикально фрезерный станок с ЧПУ модели 6Р13РФЗ.

Предназначен для обработки заготовок сложного профиля в условиях единичного и мелкосерийного производства торцовыми и концевыми фрезами, сверлами, зенкерами и развертками. Наибольший диаметр инструментов: фрезы торцовой 125 мм, фрезы концевой 40 мм, сверла 30 мм. Класс точности Н.

Основные механизмы: станина, шпиндели, установленные в шестипозиционной РГ, консоль, поперечные салазки, стол. Коробка скоростей смонтирована в корпусе станины. Механизмы поперечной и вертикальной подач расположены в корпусе консоли, а продольной подачи - в салазках.

Главное движение - вращение шпинделя с инструментом.

Вертикальная подача (Z^/) - перемещение консоли по направляющим станины.

Поперечная подача (Y^/) - перемещение салазок по направляющим консоли.

Продольная подача (Х^/) - перемещение стола по направляющим салазок.

Вспомогательные движения - периодический поворот РГ обеспечивается при помощи гидродвигателя М2 через зубчатые передачи и мальтийский механизм. Подачи обеспечиваются при помощи шаговых двигателей МЗ (X^/), М4 (Z^/), М5 (Y^/). Главное движение обеспечивается двигателем постоянного тока.

УКБ главного движения

n_дв.М1, мин^-1 → n_шп.,мин^-1

УКБ вертикальной подачи

n_дв.М4, мин^-1 → S, мм/мин

УКБ продольной подачи

n_дв.М3, мин^-1 → S, мм/мин

УКБ поперечной подачи

n_дв.М5, мин^-1 → S, мм/мин

УКБ поворота револьверной головки

n_дв.М2, мин^-1 → n_шп.,мин^-1

Вертикально фрезерный станок с ЧПУ модели 6520ФЗ.

Станок предназначен для обработки поверхностей торцовыми, концевыми, угловыми и фасонными фрезами, сверлами и зенкерами. На станке обрабатывают детали типа штампов, пресс-форм, кулачков, копиров, применяемых в мелкосерийном производстве.

Размер рабочей поверхности стола 250 х 630 мм.

Наибольшие перемещения стола:

в продольном направлении 500 мм, в поперечном направлении 250 мм.

Наибольшие вертикальные перемещения инструмента 350 мм.

Пределы частот вращения шпинделя 31,5... 1600 об/мин.

Количество частот вращения шпинделя - 18.

Пределы подач (регулирование бесступенчатое) 5... 1500 мм/мин.

Дискретность отсчета 0,01 мм.

Мощность двигателя 4 кВт.

Основные узлы: основание, станина с коробкой скоростей, шпиндельная головка, крестовый стол с салазками, гидростанция, устройство ЧПУ.

Главное движение - вращение шпинделя с инструментом.

Вертикальная подача - перемещение шпиндельной головки в вертикальном направлении.

Поперечная подача - перемещение салазок со столом в поперечном направлении.

Продольная подача - перемещение стола по направляющим салазок.

Вспомогательные движения - ускоренные перемещения стола. Салазок и шпиндельной головки, зажим и отжим шпиндельной головки.

Станок имеет для повышения жесткости зажим шпиндельной головки. Причем зажим осуществляется пружинами, а разжим - гидроприводом. Все движения подачи осуществляются двухсторонними силовыми гидроцилиндрами.

Устройство ЧПУ - НЗЗ-1М предназначено для управления приводами станка по трем координатам. Все приводы с шаговой системой управления.

Тип системы ЧПУ - контурная.

Вид интерполяции - линейно-круговая.

Способ кодирования - ISO-7 bit

Программоноситель - перфолента.

Скорость считывания информации - 700 строк в секунду.

Количество управляемых координат 3 (одновременно 2).

Станок имеет три группы органов управления:

1 рычаги управления привода главного движения

2 органы управления на станке

3 органы управления на пульте оператора (устройство ЧПУ).

Делительные головки (ДГ)

ДГ являются приспособлением широкого применения для обработки заготовок на фрезерном станке. При помощи ДГ можно закрепить заготовку под требуемым углом и разделить ее на равные части.

ДГ делятся на следующие типы:

1 Делительные приспособления - применяются для деления заготовок на небольшое конкретное число частей.

2 Универсальные ДГ (УДГ) - применяются для закрепления заготовок под требуемым углом, деление на равные части, фрезерование винтовых канавок.

3 Оптические ДГ (ОДГ) - применяются для выполнения особо точных работ и для контроля.

Настойка УДГ.

Закрепить заготовку под требуемым углом можно за счет поворота корпуса УДГ. Деление заготовки на равное и не равное количество частей можно производить тремя способами: при помощи непосредственного, простого и дифференциального деления.

Непосредственное деление производится при помощи диска, жестко закрепленного на шпинделе УДГ. Диск имеет некоторое количество отверстий, при помощи которых ведется отсчет. Точность невысокая.

Простое деление производится рукояткой через ряд кинематических пар. Требуемое количество оборотов рукоятки зависит от числа делений, на которое нужно разделить заготовку и подсчитывается по делительному диску. На делительном диске имеется ряд концентрических окружностей с отверстиями.

Пример. Настроить УДГ по следующим данным: N=40; Z=27

Ответ: Рукоятку поворачиваем на 1 полный оборот и на 26 интервалов по окружности, имеющей 54 отверстия.

Если УДГ нельзя настроить на простое деление, т.е. нет диска с требуемым количеством отверстий, УДГ настраивают на дифференциальное деление.

Выбирают фиктивное значение Z_Ф близкое к требуемому Z при котором УДГ можно настроить на простое деление. Ошибку исправляют при помощи гитары сменных колес, которые связывают шпиндель УДГ и ее делительный диск. Диск освобождается от фиксатора

Для вывода формулы запишем УКБ

Выражение

соответствует основному повороту шпинделя от рукоятки,

а выражение дополнительному повороту (повороту лимба).

Решая уравнение получим:

Пример: Настроить УДГ по следующим данным: Z=71; N = 40.

Решение: 1. Настраиваем УДГ на простое деление

2. Настраиваем УДГ на дифференциальное деление.

Zф = 72

Рукоятку необходимо повернуть на 30 интервалов по окружности, имеющей 54 отверстия. Шпиндель УДГ повернется на 1/72 оборота. Нам нужно, чтобы повернулся на 1/71. Ошибку исправляем при помощи гитары сменных колес.

Проверим условие сцепляемости

Делительные диски сменные и имеют следующие ряды отверстий: 16, 17, 19, 21, 23, 29, 30, 31, 33,37,39,41,43,47,49,54.

Для вывода формулы по подбору требуемого количества оборотов рукоятки запишем УКБ, связывающее вращение шпинделя с заготовкой. При простом делении диск фиксируется. ,

где Z - число, на которое нужно разделить заготовку.

где К=1 - число заходов червяка

Z₀ = 40; 60; 80; 120 — число зубьев колеса

Z₀ = N - характеристика УДГ.

При Z меньше N:

Рукоятку необходимо повернуть на А целых оборотов и дополнительно на а -интервалов по окружности имеющей в отверстий.

Рукоятку необходимо повернуть на а интервалов по окружности, имеющей в отверстий.

Пример: Настроить УДГ для фрезерования пазов по следующим данным: Z = 70; N = 40.

Решение:

Ответ: Рукоятку поворачиваем на 28 интервалов по окружности, имеющей 49 отверстий. Шпиндель УДГ с заготовкой повернется на 1/70.

Пример:Z = 8; N = 40.

Решение:

Ответ: 5 оборотов по любой окружности.

Пример: Z= 157; N = 40.

Решение:

Zф=156

Знак ( - ) означает, что рукоятка и диск должны вращаться в разные стороны. Для этого в гитару устанавливают промежуточное колесо.

Условие выполняется.

Настойка УДГ на фрезерование винтовых канавок

Для фрезерования винтовых канавок винт продольной подачи универсально-фрезерного станка при помощи гитары сменных колес соединяется со шпинделем УДГ, на котором закреплена заготовка, в которой нужно отфрезеровать канавку.

Для вывода формулы по подбору гитары сменных колес запишем УКБ связывающее продольную подачу и вращение шпинделя УДГ с заготовкой.

Рв.к. → 1 об. заг.

Пример: Настроить станок и УДГ для нарезания косозубого колеса по следующим данным: Zк = 45; m = 2 мм; N = 40; Рх.в. = 6 мм; α = 22°.

Решение: 1 . Настраиваем УДГ на простое деление

2. Настраиваем УДГ на фрезерование винтовой канавки

для косозубых колес

Условие сцепляемости выполнено.

3. Стол поворачивается на угол α = 22°.

4. Определяем глубину резания.
t = h = 2,25m = 2,25 • 2 = 4,5 мм.

Шлифовальные станки

Предназначены для окончательной обработки заготовок абразивными или алмазными кругами. Станки обеспечиваю точные размеры, правильную геометрическую форму и высокое качество поверхности детали. На этих станках можно обрабатывать плоские, наружные и внутренние цилиндрические, конические и фасонные поверхности, шлифовать резьбы и зубья зубчатых колес, разрезать заготовки. Шлифование также используют для обдирочных и получистовых операций.

Шлифовальные, станки делятся на:

1. Круглошлифовальные - предназначены дня обработки наружных поверхностей и торцов тел вращения.

2. Внутришлифовальные - предназначены дня обработки цилиндрических, конических отверстий и торцов.

3. Бесцентрово-шлифовальные - предназначены для обработки в серийном производстве заготовок типа тел вращения.

4. Плоскошлифовальные - предназначены дня обработки плоскостей, уступов, линейчатых пазов.

5. Специальные станки - предназначены для выполнения конкретной операции (шлифование резьбы, зубьев колес).

Главным движением для всех типов шлифовальных станков является вращение шлифовального круга. Движение характеризуется

Остальные движения в зависимости от конструкции и назначения станка могут сообщаться различным исполнительным органам.

Круглошлифовальный станок модели 3151

Применяется для обработки тел вращения Dmax= 200 мм, Lmax = 700 мм.

Основные узлы: станина, стол, поворотная плита, бабка изделия с жестким шпинделем, на переднем конце которого устанавливается поводковый патрон, шлифовальная бабка.

Главное движение - вращение шлифовального круга.

Круговая подача - вращение поводкового патрона с заготовкой.

Продольная подача - возвратно-поступательное перемещение стола по направляющим станины.

Поперечная подача - периодические перемещения шлифовальной бабки по направляющим станины

Вспомогательные движения - перемещение стола вручную, шлифовальной бабки автоматически и вручную, поворот плиты вокруг вертикальной оси на угол ( ± ) в градусах вручную.

Главное движение и круговая подача обеспечиваются отдельными асинхронными двигателями через ременные передачи.

Продольная подача обеспечивается гидроприводом. Требуемую длину хода стола устанавливают переставными упорами. Требуемая скорость перемещения регулируется дросселем.

Поперечная подача происходит в момент реверсирования хода стола. Часть масла поступает в силовой цилиндр П₃ перемещая поршень, шток и собачку. Собачка поворачивает храповое колесо и далее движение передается при помощи конических колес 24/36 24/96. Колесо 96 выполнено в виде гайки, которое при вращении по ходовому винту перемещает шлифовальную бабку. Величина подачи зависит от угла поворота храпового колеса, которое устанавливается при помощи переставного упора. Ограничивающего длину хода штока с собачкой.

При помощи маховичка М_Х1 шлифовальную бабку можно перемещать вручную, а при помощи силового цилиндра П₁ автоматически.

При помощи маховичка М_Х2 при включенной продольной подаче вручную можно перемещать стол.

После настройки станка обработка ведется в следующей последовательности:

- черновая обработка (поперечная подача происходит на каждый ход стола)

- чистовая обработка (поперечная подача происходит на один двойной ход стола)

Внутришлифовальный станок модели ЗА252.

Применяется для обработки цилиндрических и конических внутренних поверхностей и торцов деталей типа тел вращения Dmax = 50...200 мм, Lmax = 200 мм.

Основные узлы: станина, стол, салазки, шлифовальная бабка с горизонтальным шпинделем. Кроме этого на шлифовальной бабке устанавливают откидной шпиндель с чашкой для обработки торцов. На шпинделе бабки изделия при помощи гидропатрона закрепляется обрабатываемая заготовка.

Главное движение - вращение шпинделя с шлифовальным кругом.

Круговая подача - вращение шпинделя с заготовкой.

Продольная подача - возвратно-поступательное перемещение стола с шлифовальным кругом.

Поперечная подача - периодические перемещения шлифовальной бабки по направляющим салазок.

Вспомогательные движения - перемещение шлифовальной бабки и стола вручную, поворот бабки изделия вокруг вертикальной оси на требуемый угол для обработки конуса и перемещение подвижных салазок по направляющим станины вручную.

Главное движение обеспечивается асинхронным двигателем через ременную передачу со сменными шкивами.

Круговая подача обеспечивается асинхронным двухскоростным двигателем при помощи ременных передач и механического вариатора с раздвижными конусами, позволяющими плавно регулировать подачу.

Продольная подача обеспечивается гидроприводом. Длина и место хода стола устанавливается переставными упорами У₁ и У₂.

Поперечная подача происходит в момент реверсирования хода стола. На соленоид Сд подается напряжение и шток с собачкой перемещается. Собачка поворачивает храповое колесо 200, а колесо поворачивает корпус, в котором располагается планетарный механизм, при этом вращается ходовой винт, который перемещает гайку Г шлифовальной бабки. Величина подачи зависит от угла поворота храпового колеса, которая устанавливается упором. При помощи маховичков М_Х1 и М_Х2 вручную можно перемещать стол и шлифовальную бабку, а при помощи рукояток, устанавливаемых на К₁ и К₂ поворачивать бабку изделия и перемещать салазки.

После настройки обработка производится автоматически в следующей последовательности:

- черновая обработка,

- правка шлифовального крута,

- подналадка на размер,

- чистовая обработка, выхаживание,

- остановка стола в крайнем правом положении.

Плоскошлифовальный станок модели ЗЕ711В.

Станки классифицируются по

1. Расположению шпинделя

а) горизонтальные

б) вертикальные

2. По форме стола

а) с круговым

б) с прямоугольным

Основными параметрами является размер стола. Станок ЗЕ711В предназначен для обработки плоских поверхностей заготовок периферией круга. Класс точности станка В.

Основные узлы: К станине А крепится колонна Б. По горизонтальным направляющим качения станины перемещается в поперечном направлении крестовый суппорт В со столом Д, совершающим продольное возвратно-поступательное движение. По вертикальным направляющим качения колонны Б движется шлифовальная бабка Г. В станине расположены механизмы Е и Ж вертикальной и поперечной подачи, а также гидропривод станка.

Главное движение - вращение шпинделя с шлифовальным кругом.

Поперечная подача - перемещение суппорта по направляющим качения станины (от двигателя М2).

Продольная подача - происходит от гидропривода. Ручная продольная подача осуществляется маховичком 1 со встроенным в него планетарным механизмом.
Вертикальная подача - вертикальное перемещение шлифовальной головки (двигатель МЗ).

Быстрые установочные перемещения шлифовальной головки происходят от асинхронного электродвигателя М4.

Шлифовальные станки с ЧПУ

Назначение и классификация аналогичны станкам с ручным управлением. Оснащаются специальными СЧПУ, которые применяются только со шлифовальными станками.

На станках устанавливается большое количество измерительно-контрольной аппаратуры. Станки обладают повышенной жесткостью и точностью.

Круглошлифовальный станок с ЧПУ модели ЗМ151Ф2.

Назначение, основные узлы и движения аналогичны станку модели 3151.

Отличия: оснащен прямоугольно-позиционной СЧПУ. На шлифовальной бабке установлено устройство для автоматической правки шлифовального круга.

Продольная подача Z^/.

Поперечная подача X^/.

Осевая подача для обработки торца - перемещение шпинделя с шлифовальным кругом.

Вспомогательное движение - перемещение механизма правки шлифовального круга.

Главное движение обеспечивается двигателем М1.

Круговая подача обеспечивается двигателем М2.

Поперечная подача обеспечивается двигателем постоянного тока МЗ, n = 20...400 об/мин.

Ускоренное перемещение шлифовальной бабки обеспечивается двигателем М4 или рукояткой 8.

Осевая подача обеспечивается гидроприводом. Масло поступает в силовой цилиндр Ц₅ и перемещает поршень и рейку. Рейка перемещает реечное колесо 17, вал 14 и дисковый кулачок 4. Кулачок перемещает палец 5, который при помощи рычага 6 перемещает шпиндель. При помощи силовых цилиндров Ц₄ и Ц₃ механизм правки перемещается в продольном и осевом направлении.

Плоскошлифовальный станок с ЧПУ модели ЗЕ711ВФ3.

Назначение и классификация аналогичны станку с ручным управлением.

Станок предназначен для обработки заготовок различных профилей методом врезания. Правка шлифовального круга производится автоматически от устройства ЧПУ. Имеются датчики обратной связи. Программоноситель - 8-ми дорожковая перфолента.

Механизм правки с ЧПУ устанавливается на шлифовальной головке. Правка шлифовального круга производится резцом с алмазной вставкой. Для этого от устройства ЧПУ резцу сообщается перемещение по координатам X - в продольном и Z - в поперечном направлениях. Державка алмаза имеет поворот вокруг вертикальной оси Y (координата В) + 30°.

Привод подач осуществляется по координатам Z и X соответственно от шаговых двигателей М2 и М3 через червячные редуктора и винт-гайку качения VI и II с шагом Р = 5 мм. Поворот вокруг оси Y происходит от шагового двигателя М1 через червячный редуктор Z = 1/60.

Станки строгально-протяжной группы

Строгальные и долбежные станки предназначены для обработки резцами плоских поверхностей, канавок, пазов, фасонных линейных поверхностей. Станки этой группы характеризуются главным возвратно-поступательным движением, которое может сообщаться или заготовке или инструменту. Строгальные станки подразделяются на продольно-строгальные и поперечно-строгальные.

Продольно-строгальные предназначены для обработки крупных заготовок; их изготавливают одностоечными и двухстоечными. Основными параметрами являются наибольшая дайна (2..12,5 м) и ширина строгания (0,6...5 м). Движение резания сообщается заготовке.

Поперечно-строгальные станки служат для обработки мелких и средних деталей. Основным их размером является наибольшая длина хода ползуна (200...2400 мм). Главное движение сообщается инструменту.

Долбежные станки применяют чаще всего для обработки внутренних сложных поверхностей. Основными их размерами являются: наибольший ход ползуна (100... 1600 мм) и диаметр стола (240... 1600 мм).

Протяжные станки предназначены для обработки внутренних и наружных поверхностей различной формы. Станки имеют высокую производительность, обеспечивают высокую точность обработки и при этом просты по конструкции и в работе,

В протяжных станках движением резания является прямолинейное перемещение либо протяжки, либо заготовки при неподвижном инструменте. Движение подачи отсутствует, поскольку подача обеспечивается подъемом зубьев протяжки.

Основные размеры протяжных станков: наибольшая тяговая сила 6,3...1470 кН, максимальная длина хода протяжки 0,4...3,2 м.

Поперечно-строгальный станок модели 737.

Применяется для обработки плоскостей, уступов, пазов.

Основные узлы: станина., ползун, суппорт, каретка с резцедержателем, коробка подач, стол.

Главное движение - возвратно-поступательное перемещение ползуна по направляющим станины.

Вертикальная подача - периодические перемещения коробки подач по направляющим станины.

Поперечная подача - периодические перемещения стола по направляющим станины.

Вспомогательные движения - перемещение стола и коробки подач автоматически и вручную.

Главное движение обеспечивается при помощи гидропривода. Масло периодически поступает или вправо или влево в силовом цилиндре, перемещая поршень, шток и ползун влево (рабочий ход) или вправо (холостой ход).

Длина и место хода ползуна устанавливается при помощи переставных упоров.

Движение подачи обеспечивается периодически в момент реверсирования рабочего хода на холостой.

Масло поступает в нижнюю полость цилиндра подач, перемещая поршень, шток и рейку вверх. Далее движение передается через реечное колесо 28, обгонную муфту М₀₁ и конический трензель на вал 2. С вала 2 движение можно передавать или на винт 3 поперечной подачи или на колесо гайку 28 вертикальной подачи.

Зубообрабатывающие станки

Для нарезания зубчатых колес применяется два метода: копирования и обкатки.

Метод копирования применяют при фрезеровании, протягивании, строгании, шлифовании зубьев. Профиль режущих кромок инструмента имеет форму впадин нарезаемого зубчатого колеса. Так, при зубофрезеровании в качестве инструмента используют модульные дисковые или пальцевые фрезы. После нарезания одной впадины производят деление на один шаг с помощью делительной головки.

Недостатки: низкая производительность и точность обработки, необходимость иметь комплекты инструмента в зависимости от модуля и числа зубьев нарезаемых колес. Для каждого модуля применяют комплект из 8 или 15 фрез. Метод копирования применяют в единичном производстве.

Метод обкатывания состоит в том, что инструмент и заготовка в процессе нарезания зуба копируют своими движениями зубчатое зацепление. Инструменту можно придать форму зубчатого колеса, зубчатой рейки, червяка и т.д. Для нарезания цилиндрических зубчатых колес методом обкатывания используют преимущественно долбяки, червячные фрезы и гребенки.

Этот метод применяют в серийном и массовом производствах.

Преимущества: высокая производительность и точность обработки, возможность автоматизации, использование одного инструмента для нарезания с одинаковой точностью колес одного модуля с разными числами зубьев.

Зубообрабатывающие станки классифицируются:

I. По виду обработки и инструменту.

1 Зубодолбежные

2 Зубофрезерные

3 Зубострогальные

4 Зубопротяжные

5 Зубошевенговальные

6 Зубошлифовальные.
II. По назначению

1 Для нарезания цилиндрических колес с прямыми и винтовыми зубьями,

2 Для конических колес с прямыми и криволинейными зубьями,

3 Для шевронных колес,

4 Дня червячных колес,

5 Для зубчатых реек.

III. По точности и степени шероховатости нарезаемых зубьев

1 Для предварительного нарезания зубьев,

2 Для чистовой обработки зубьев,

3 Для доводки рабочих поверхностей зубьев.

Зубодолбежный станок модели 514.

Применяется для нарезания цилиндрических прямозубых и косозубых колес наружного и внутреннего зацепления, блоков зубчатых колес.

При наличии приспособления можно нарезать рейки Dmax= 500 мм, m = 2...6 мм.

Основные узлы: станина, шпиндельная бабка с вертикальным шпинделем, стол.

Главное движение - возвратно-поступательное перемещение шпинделя с долбяком.

Круговая подача - вращение шпинделя с долбяком.

Радиальная подача (на врезание) - перемещение шпиндельной бабки по направляющим станины.

Движение деления и обкатки - согласованное вращение шпинделя и стола с заготовкой.

Вспомогательные движения - периодический отвод и подвод стола автоматически в процессе резания, перемещение шпиндельной бабки вручную при настройке.

При работе станка воспроизводится работа прямозубой или косозубой передачи.

Принцип работы

После закрепления долбяка и заготовки устанавливают требуемые величины скоростей и подач, включают вращение и путем перемещения шпиндельной бабки подводят долбяк до касания с заготовкой. Устанавливают длину хода долбяка и включают радиальную подачу врезания долбяка в заготовку на требуемую глубину резания.

При малых модулях t = h = 2,25m, а при больших модулях - на часть от h -высоты профиля.

После врезания радиальная подача выключается. Включается подача движения обкатки и круговая подача. Колесо нарезается за один полный оборот стола с заготовкой при малой глубине резания, а при большой - врезание повторяют.

При перемещении долбяка вниз совершается рабочий ход, вверх - холостой. Во время холостого хода стол с заготовкой отводится от долбяка. Перед началом рабочего хода возвращается в исходное положение.

УКБ главного движения.

где V - скорость резания,

L = в + 2Δ (мм) - длина хода долбяка,

В - длина зуба,

Δ - перебег долбяка.

УКБ круговой подачи.

Движение начинается с вала 2, т.к. за один оборот вала происходит один двойной ход, а круговая подача кинематически связана с главным движением.

где Zд – число зубьев долбяка

УКБ радиальной подачи.

Движение начинается с вала 2.

Н - высота профиля подъема дискового кулачка К₁ который при вращении перемещает палец Р₁ , ходовой винт 18, колесо-ганку 30 и шпиндельную бабку.

УКБ движения деления и обкатки

u - передаточное отношение,

Zк - число зубьев нарезаемого колеса,

Z_Д- число зубьев долбяка.

При помощи эксцентрика Э и системы рычагов обеспечиваются отвод и подвод стола с заготовкой. При помощи рукоятки устанавливаемой на квадрат вала 19, вручную перемещается шпиндельная бабка.

Пример. Настроить станок модели 514 для нарезания цилиндрического колеса по следующим данным:Zк = 50, m = 2 мм, Zд = 50, V=18м/мин, Sкр = 0,2 мм /дв. ход, Sрад = 0,024 мм/дв.ход, в = 20 мм, Δ= 3 мм, Н = 76,8 мм.

Решение: 1. Определяем число двойных ходов долбяка

L = в + 2Δ=20+2·3=26 мм

По паспорту пд = 359 дв. ход/мин

2. Настраиваем цепь радиальных подач

Условие сцепляемости выполняется

3. Настраиваем цепь круговых подач

4. Настраиваем цепь движения деления и обкатки

Условие сцепляемостн выполняется.

5. Определяем глубину резания
t = h = 2,25 m = 2,25∙2 = 4,5 мм

Настойка станка для нарезания косозубого колеса аналогична, только вместо прямозубого долбяка необходимо установить косозубый с углом наклона противоположным углу наклона противоположным углу наклона зубьев нарезаемого колеса и на шпинделе необходимо установить направляющие, обеспечивающие движение образования винтовой линии.

Зубофрезерный станок модели 5Д32

Предназначен для нарезания цилиндрических зубчатых колес с прямыми и косыми зубьями и для нарезания червячных колес как методом радиальной так и методом тангенциальной подачи. При наличии специальных приспособлений возможно нарезание шестерен внутреннего зацепления. Наибольший диаметр D = 80 мм.

Пределы модулей зубьев нарезаемых колес по стали 2...6 мм, по чугуну 2...8 мм.

Движение резания - вращение шпинделя фрезерного суппорта с червячной фрезой.

Движение подач - вертикальное перемещение фрезерного суппорта, радиальное перемещение подвижной стойки и тангенциальное перемещение протяжного суппорта.

Движение деления и обкатки - непрерывное вращение стола с заготовкой.

Вспомогательные движения - быстрые механические и ручные установочные перемещения фрезерного суппорта и подвижной стойки.

Принцип работы.

Станок работает по методу обкатки. При нарезании колес с прямыми зубьями ось шпинделя фрезерного суппорта устанавливается под углом к горизонтальной плоскости, равным углу подъема винтовой линии червячной фрезы. Для нарезания колес с косыми зубьями ось шпинделя фрезерной бабки устанавливается под углом равным сумме или разности углов наклона зубьев колеса и подъема винтовой линии фрезы в зависимости от сочетания винтовых линий зубьев и витков фрезы.

Для обеспечения возможности фрезерования колес попутным методом на станке предусмотрено нагрузочное гидравлическое устройство.

При нарезании червячных колес методом радиальной подачи используются цилиндрические червячные фрезы. Движение подачи сообщают подвижной стойке в радиальном направлении до тех пор, пока расстояние между осями фрезы и заготовкой не станет равным межцентровому расстоянию передачи.

В случае нарезания червячных колес методом тангенциальной подачи применяются червячные фрезы с конической заборной частью, которые при настройке станка устанавливают сразу на заданное межцентровое расстояние, подачу при этом сообщают протяжному суппорту с червячной фрезой вдоль ее оси. Этот метод нарезания является более точным.

УКБ главного движения

n_дв, мин^-1 → n_фр, мин^-1

где V – скорость резания,

d_фр – диаметр фрезы

УКБ вертикальной подачи.

1 об. стола → Sверт, мм/об

УК Б радиальной подачи.

1 об. стола → Sрад, мм/об

УКБ тангенциальной подачи

1 об. стола → Sрад, мм/об

УКБ движения деления и обкатки.

n_фр.об. → n_заг. об.

где К - число заходов фрезы.

УКБ дополнительного движения образования винтовой канавки при нарезании косозубых колес.

где α – угол наклона зубьев колеса,

К – число заходов фрезы,

m – модуль

Пример. Настроить станок модели 5Д32 для нарезания цилиндрических колес (прямозубых) по следующим данным: Zк = 36, m = 3,5 мм, d_фр = 75 мм, К = 2, V = 25 м/мин, Sв = 1,5 мм/об, β = 6⁰7^/

1. Настраиваем цепь главного движения

2. Настраиваем цепь вертикальных подач

Условие выполняется.

3. Настраиваем цепь движения деления и обкатки

4. Поворачиваем фрезерный суппорт на угол
β = γ = 607/

5. Определяем глубину резания

t = h = 2,25m = 2,25 ∙ 3,5 = 7,875 мм

Пример. Настроить станок 5Д32 для нарезания цилиндрических косозубых колес по следующим данным: Zк = 42, m = 3,5 мм, Дфр = 80мм, К = 2, V = 20 м/мин, Sв = 0,9 мм/об, β = 4⁰7^/ (левый), γ = 22° (левый).

1. Настраиваем цепь главного движения

2. Настраиваем цепь вертикальных подач

Условие выполняется.

3. Настраиваем цепь движения деления и обкатки

4. Поворачиваем фрезерный суппорт на угол

5. Определяем глубину резания

t = h = 2,25m = 2,25 ∙ 3,5 = 7,875 мм

дня нарезания винтовой канавки из формулы

Назначение, классификация и принцип работы зубоотделочных станков

Зубоотделочные станки служат для получения точной формы и размеров зубьев и улучшения качества их поверхности.

Отделка зубьев производится методами обкатывания, шевенгования, притирки, шлифования и хонингования. Обкатывание и шевенгование применяют для отделки незакаленных колес, а шлифование, притирку и хонингование - для закаленных колес.

Классификация станков

1 Зубопритирочные

2 Зубошлифовальные

3 Зубошевинговальные

4 Обкатные

5 Зубохонинговальные.

Обкатные станки предназначены для получения гладкой и уплотненной поверхности зубьев методом наклепа. Обкатываемое колесо вводят в зацепление с тремя эталонными колесами. Прижим колеса к эталонным колесам осуществляется гидравлически.

Зубопритирочные станки. Притираемое колесо насаживают на оправку, свободно вращающуюся в центрах, и вводят в зацепление с одним или несколькими чугунными притирами.

Притир - это изготовленное с высокой точностью зубчатое колесо, зубья которого смазываются смесью масла с мелкозернистым абразивным порошком. Притирка повышает степень точности и качество поверхности зубчатых колес.

Зубошевинговальные станки применяются для отделки поверхностей термически необработанных и улучшенных колес. При обработке прямозубых колес применяют косозубый шевер и наоборот.

Зубошлифовальные станки обеспечивают получение зубчатых колес высокой степени точности и высокого качества поверхности. Шлифование зубьев может производиться методами копирование и обкатывания.

Зубохонинговальные станки применяют для обработки зубчатых колес после шевингования и термической обработки. Инструмент - зубчатый хон представляет собой зубчатое колесо, изготовленное из пластмассы с абразивной смесью. Эти станки аналогичны шевинговальным станкам.

Назначение, классификация и конструктивные особенности зубообрабатывающих станков с ЧПУ.

Назначение и классификация аналогична станкам с ручным управлением. Они оснащаются универсальными системами ЧПУ. В мелкосерийном и серийном производстве станки имеют высокую степень автоматизации, т.е. достаточно ввести необходимые параметры и нужное количество движений будет обеспечено автоматически. В крупносерийном производстве степень автоматизации ниже, т.е. отдельные элементы необходимо устанавливать вручную. Станки обладают повышенной жесткостью.

Зубофрезерный станок модели 53А20Ф4.

Полуавтомат предназначен длят нарезания зубьев прямозубых и косозубых цилиндрических колес, червячных колес, колес с конусным и бочкообразным зубом.

Оснащен универсальной системой ЧПУ, программа задается при помощи переключателей, все движения обеспечиваются при помощи отдельных двигателей постоянного тока с регулируемой частотой вращения. Точность перемещения обеспечивается ДОС.

Двигатель М1 обеспечивает главное движение, движение деления и обкатки и поворот фрезерного суппорта на требуемый угол. Двигатель М2 обеспечивает дополнительное движение при нарезании косозубых колес. Двигатель МЗ обеспечивает радиальную подачу (X). Двигатель М4 - вертикальную подачу (Y), М5 - тангенциальную подачу (Z).

Основные узлы и движения аналогичны станку модели 5 Д32.

Агрегатные станки

Агрегатными называют многоинструментальные станки, собранные из нормализованных и частично специальных агрегатов. Они широко применяются в крупносерийном и массовом производстве для обработки, в основном, корпусных деталей. Они дают большой экономический эффект. На этих станках можно выполнять: сверление, зенкерование, растачивание, фрезерование, нарезание внутренних и наружных резьб, накатывание резьб, некоторые виды токарной обработки.

Преимущества:

1 Высокая производительность.

2 Простота изготовления благодаря унификации.

3 Сокращение сроков проектирования.

4 Возможность многократного использования.

5 Возможность обслуживания станков оператором низкой квалификации.

Силовые механизмы агрегатных станков по конструктивному выполнению разделяют на силовые головки и силовые столы.

Силовые головки работают обычно в автоматических циклах:

1 Быстрый подвод, рабочая подача (одна или две), выдержка на жестком упоре (при необходимости), быстрый отвод, стоп.

2. Быстрый подвод, рабочая подача, быстрый подвод, рабочая подача, быстрый отвод, стоп. Такой цикл применяют, например, при последовательной обработке нескольких соосных отверстий одинакового диаметра.

Головки различают по технологическому назначению (сверлильные, фрезерные, расточные): по мощности, которая колеблется в пределах 0,1...30 кВт. По типу привода главного движения их подразделяют на головки с электрическим, пневматическим и гидравлическим приводом. В зависимости от расположения привода подач головки делятся на самодействующие и не самодействующие.

В самодействующих головках все элементы привода подачи расположены в корпусе головки, не самодействующие головки имеют вынесенный привод подачи.

По типу привода подач различают головки механические, гидравлические, пневматические, пневмогидравлические.

Силовые столы предназначены для установки на них инструментальных бабок (фрезерных, сверлильных и других) с самостоятельным приводом вращения для выполнения рабочего цикла: быстрого подвода, рабочей подачи, быстрого отвода.

Привод подач может быть гидравлическим и электромеханическим. Столы выпускают шести типоразмеров, нормальной и повышенной точности с максимальной тяговой силой подачи 1...100 кН и мощностью 1...30 кВт.

Агрегатные станки с программным управлением.

Это многоцелевые станки, которые оснащены или РГ или магазинами инструментов, а заготовка, устанавливаемая на координатно-силовом столе, может обрабатываться со всех сторон за один установ. Эти станки могут иметь от одной до трех силовых головок, которые перемещаются от устройства ЧПУ по трем либо двум координатам. Их выпускают с горизонтальной и вертикальной осью шпинделя, с поворотным, наклонно-поворотным или продольным столом.

К унифицированным агрегатам агрегатных станков с ЧПУ относятся стойки со шпиндельными бабками, столы, механизмы автоматической смены, гидрооборудование и т.д.

Стойки со шпиндельными бабками бывают двух типов: с горизонтальным и вертикальным расположением оси шпинделя. Бабки перемещаются по направляющим качения: привод главного движения и вертикальной подачи осуществляется от двигателей постоянного тока. Инструментальные оправки в шпинделе крепятся автоматически. Столы изготавливают двухкоординатные крестовые и однокоординатные, двухкоординатные крестово-поворотные и наклонно-поворотные, поворотные с горизонтальной и вертикальной осью вращения планшайбы. Приводы подач столов осуществляются от двигателей постоянного тока

Станки оснащают позиционными или комбинированными УЧПУ, которые управляют станком в автоматическом цикле в целом и в частности механизмом смены инструмента, координатными перемещениями рабочих органов, выбором режимов резания.

На некоторых станках вместо магазина инструментов применяют магазин шпиндельных коробок. Такие магазины выполняют барабанными или в виде цепного конвейера: емкость от 6 до 50 шпиндельных коробок с разными числами шпинделей.

Многоцелевые станки (станки типа обрабатывающий центр)

Предназначены для комплексной обработки заготовки на одной рабочей позиции последовательно с разных сторон. Смена инструментов производится автоматически. Станки оснащаются комбинированными СЧПУ. Отличаются от ранее рассмотренных станков наличием инструментального магазина, который может быть расположен на станке или рядом. Широко применяются дисковые, барабанные и цепные магазины. Инструмент располагают в гнездах магазина предварительно настроенных на размер. По результатам размерной настройки вводится коррекция (на длину вылета и радиус инструмента). Настройка инструмента производится при помощи оптических устройств. Смена инструментов производится при помощи одно- и двухзахватных автооператоров. Двухзахватные значительно быстрее, сокращают время смены инструментов. Поиск инструментов в магазине ведется различными способами:

1. Инструмент раскладывают в гнездах магазина в порядке техпроцесса. В этом случае кодируют угол поворота магазина.

2. Кодируют инструмент при помощи кодовых колец. Кольца имеют в различных сочетаниях выступы и впадины. Их устанавливают в хвостовую часть инструмента.

3. Кодирование гнезда под инструмент при помощи кодового ключа с выступами и по компоновке станки похожи на горизонтально-расточные и бесконсольно-фрезерные.

Применение таких станков уменьшает количество оборудования и обслуживающего персонала.

Многоцелевой станок модели 2206ВМФ4

Применяется для комплексной обработки корпусных деталей размером на 600 х 500 х 500 мм. Стол № 06. Класс точности В, оснащен комбинированной СЧПУ, программоноситель – перфолента.

Основные узлы: станина, стойка, шпиндельная бабка с горизонтальным шпинделем, поперечные салазки, продольные салазки, поворотный стол, дисковый магазин на 30 инструментов, двухзахватный автооператор, перегружатель инструментов.

Главное движение - вращение шпинделя с инструментом.

Поперечная подача (Z^/) - перемещение поперечных салазок по направляющим станины

Продольная подача (Х^/) - перемещение продольных салазок по направляющим поперечных

Веритикальная подача (Y) - перемещение шпиндельной бабки по направляющим стойки

Круговая подача (В^/) - вращение стола.

Вспомогательные движения - ускоренные перемещения рабочих органов.

Важные вспомогательные движения - ориентация шпинделя (S0), поворот магазина, движения автооператора и перегружателя.

Основные движения обеспечиваются при помощи двигателя постоянного тока с регулируемой частотой вращения через ряд передач, точность перемещений обеспечивается ДОС.

Порядок смены инструмента

Во время работы одного из инструментов магазин поворачивается и перегружатель переносит следующий инструмент в левый захват автооператора. Магазин поворачивается в позицию «смена», останавливает гнездо, в котором находился предыдущий инструмент. После отработки программы шпиндель с инструментом ориентируется, шпиндельная бабка ускоренно перемещается вверх до захвата правой стороны автооператора оправки с отработанным инструментом. Автооператор перемещается в осевом направлении до вывода оправки инструмента из шпинделя, поворот на 180⁰ и перемещается в осевом направлении до ввода новой оправки в шпиндель, где она фиксируется. Шпиндельная бабка перемещается вниз в рабочую зону. Перегружатель перемещает оправку в гнездо магазина и т.д.

Многоцелевой станок модели 6305Ф4

Применяется для комплексной обработки корпусных деталей. Оснащен комбинированной СЧПУ. Стол № 5.

Основные узлы: станина, стойка, салазки, ползун с горизонтальным шпинделем, прямоугольный стол, на котором можно устанавливать круглый поворотный стол, дисковый магазин.

Главное движение – вращение шпинделя с инструментом.

Вертикальная подача (Y) – перемещение салазок по направляющим стойки.

Продольная подача (Z^/) – перемещение ползуна по направляющим салазок.

Поперечная подача (Х^/) – перемещение прямоугольного стола по направляющим станины.

Круговая подача (В^/) – вращение поворотного стола вокруг вертикальной оси.

Вспомогательные движения – ускоренные перемещения рабочих органов автоматически и вручную, ориентация шпинделя, вращение и перемещение магазина.

Главное движение обеспечивается двигателем постоянного тока, а движение подач шаговым двигателем через беззазорные передачи.

Магазин перемещается при помощи силового цилиндра Ц1, поворот магазина обеспечивается асинхронным двигателем через ряд зубчатых передач по кратчайшему расстоянию.

Порядок смены инструмента

После обработки одним инструментом шпиндель ориентируется, магазин перемещается вниз в положение смены инструмента, салазки ускоренно перемещаются вверх, а ползун вправо, так чтобы оправка с отработанным инструментом остановилась напротив пустого гнезда магазина. В гнезде магазина оправка захватывается, ползун перемещается до вывода оправки из шпинделя, магазин поворачивается и напротив шпинделя устанавливается новый инструмент, ползун перемещается влево до захвата нового инструмента. После чего магазин перемещается вверх, а салазки вниз в рабочую зону.

Токарный многоцелевой станок модели ТМЦ 200

Применяется для обработки тел вращения Dmax = 200 мм. Кроме непосредственно токарных операций можно обрабатывать соосные и несоосные отверстия, отверстия перпендикулярные оси вращения, фрезеровать пазы, лыски. Оснащен позиционно-прямоугольной СЧПУ

Основные узлы: с крутонаклонной компоновкой, передняя и задняя бабки, суппорт, салазки, каретка с инструментом, цепной магазин на 16 инструментальных блоков, двухзахватный автооператор, инструмент.

Главное движение – вращение шпинделя с заготовкой или вращение инструмента с горизонтальной или вертикальной осью.

Продольная подача (Z) – перемещение суппорта по направляющим станины.

Поперечная подача (Х) – перемещение салазок по направляющим суппорта.

Вспомогательное движение - точный поворот шпинделя (С), ускоренное перемещение суппорта и салазок, фиксация инструментального блока, вращение магазина, движение автооператора

Главное движение обеспечивается двигателем постоянного тока М1 через ременные и зубчатые передачи при чистовой обработке и через прямозубые колеса при черновой обработке.

Инструмент получает движение от асинхронного двигателя М4 через две зубчатые передачи.

Продольная и поперечная подачи обеспечиваются двигателями постоянного тока М2 и МЗ. Точность перемещения обеспечивается ДОС.

Цепной магазин вращается от асинхронного двигателя М5 через червячную передачу.

Порядок смены инструмента

Когда один из инструментов находится в работе, магазин поворачивается и в зоне смены инструмента останавливается инструментальный блок с инструментом для следующего технологического перехода. Правый захват автооператора перемещается вниз, захватывает инструментальный блок и перемещается вверх. После обработки предыдущим инструментом суппорт и салазки ускоренно перемещаются в положение смены. Левый захват автооператора перемещается вниз, захватывает блок с отработанным инструментом и перемещается вверх. Автооператор поворачивается на 180° захват идет вниз, блок фиксируется в инструментальной каретке, захват перемещается вверх. Перемещение автооператора и его захвата и фиксация инструментального блока обеспечиваются силовыми цилиндрами.

Многоцелевой станок модели ИР500ПМФ4

Предназначен для обработки корпусных деталей, на нем можно производить сверление, зенкерование, растачивание точных отверстий, фрезерование по контуру, нарезание резьбы метчиками.

Основные механизмы: По направляющим станины 9 перемещается в продольном направлении стойка 4 (Z). Шпиндельная бабка 3 бесконсольная, расположена внутри стойки, и имеет вертикальную подачу по оси Y. Поворотный стол 1 получает поперечную подачу по оси X^/. На верхнем торце стойки расположен магазин 6, из которого инструмент передается в шпиндель автооператором 5. 2 - спутник, 7 - двухпозиционный поворотный стол, 8 - стол спутник.

Главное движение - вращение шпинделя с инструментом. Двигатель постоянного тока М1. Блок Б1 переключается гидравлически.

Вертикальная подача (Y) - перемещение шпиндельной бабки по направляющим стойки. Двигатель М3.

Продольная подача (Z) - перемещение стойки по направляющим станины. Двигатель М2.

Поперечная подача (X^/) - перемещение поворотного стола. Двигатель М4.

Поворот стола производится от двигателя М5.

Магазин смены инструмента состоит из магазина, емкостью 30 инструментов и автооператора.

Цикл смены инструмента происходит в следующем порядке:

1. Магазин поворачивается для поиска инструмента

2. Автооператор делает ход вверх, захватывает инструмент за оправку и, выдвигаясь вдоль оси, выталкивает оправку из гнезда, затем перемещается вниз и назад вдоль оси.

3. Шпиндельная бабка движется вверх в позицию смены инструмента; автооператор в конце хода захватывает отработавший инструмент.

4. Происходит смена инструмента, для этого автооператор совершает ход вперед, поворот на 180°, ход назад.

5. Шпиндельная бабка опускается в рабочую позицию, а автооператор переносит отработавший инструмент в свое гнездо магазина.

6. Автооператор опускается, чтобы не мешать повороту магазина при поиске следующего инструмента.

Магазин получает вращение от высокомоментного двигателя М6 с возбуждением от постоянных магнитов. Номера гнезд магазина закодированы: в корпусе магазина установлены упоры воздействующие на конечные выключатели, осуществляющие отсчет поворота при поиске необходимого гнезда,

Двухзахватный автооператор имеет механизмы поворота, вертикального перемещения и выдвижения, работающие от гидросистемы станка. Контроль крайних положений сборочных единиц и управление циклом смены инструментов осуществляется бесконтактными конечными выключателями.

Гидросистема станка обеспечивает переключение блоков в шпиндельной бабке. Отжим инструмента в шпинделе, ориентацию шпинделя, фиксацию магазина, работу механизмов автооператора, отжим зажим поворотного стола, столов-спутников, автоматическую смену столов-спутников.

Станки для электрофизических и электрохимических методов обработки.

Используются для обработки заготовок из труднообрабатываемых материалов: твердых сплавов, высоколегированных сталей, германия, кремния и т.д. На них изготовляют пресс-формы, штампы, а также детали, имеющие щели, отверстия, которые довольно трудно или вообще невозможно обрабатывать механическим путем.

В рассматриваемую группу входят электроэрозионные и электрохимические станки, станки для ультразвуковой обработки, лазерные установки. Их развитие идет в направлении повышения размерной точности и производительности обработки, а также повышения технического уровня станков путем создания новых источников технологического тока, использования новых рабочих жидкостей и устройств для их очистки.

Электроэрозионные станки.

Их работа основана на разрушении материала обрабатываемой заготовки под воздействием электрических разрядов. К этой группе относятся станки для электроискровой, электроимпульсной, анодно-механической и электроконтактной обработки.

Электроискровые станки применяют для выполнения узких щелей, небольших отверстий и т.д. Заготовка - анод, инструмент - катод.

Станки для электроимпульсной обработки служат для обработки крупных заготовок типа пресс-форм, штампов. Инструмент - анод, заготовка - катод. Обработка ведется в жидкой среде. Инструмент - электрод изготавливают из меди, алюминия и его сплавов, графита.

Станки для анодно-механической обработки применяются для безабразивной заточки твердосплавных инструментов, шлифования, хонингования, разрезки заготовок из труднообрабатываемых материалов. В качестве инструмента применяют заточные диски, токопроводящие круги, бруски и притиры.

Станки для электроконтактной обработки служат для снятия больших припусков на заготовках, для обдирки слитков и т.д. Обработка ведется вращающимся диском в воздушной среде; между инструментом и заготовкой возникает дуга переменного тока большой силы. Размягченный от нагрева металл удаляется инструментом.

Ультразвуковые станки применяются для обработки заготовок из хрупких и твердых материалов, не проводящих ток: кремния, твердых сплавов, рубинов, алмазов и т.д. Материал инструмента должен быть мягче материала обрабатываемой заготовки.

Лучевая обработка основана на съеме металла при воздействии на него концентрированными лучами (световыми или электронными). В месте касания луча с обрабатываемой поверхностью благодаря высоким температурам материал испаряется. Этот метод применяют для обработки отверстий в алмазах, рубинах керамике, твердых сплавах.

Автоматические линии (АЛ)

Автоматической линией называется система станков, технологических агрегатов и вспомогательных устройств, автоматически осуществляющих определенную последовательность ряда технологических операций без участия операторов. Наладчики лишь периодически контролируют работу оборудования и подналаживают его, а также загружают заготовки в начале АЛ и снимают в конце.

АЛ предназначены для обработки заготовок резанием, давлением, для металлопокрытий, для получения отливок, термической обработки, сборочных операций.

АЛ по типу оборудования делятся на следующие группы:

1. Из агрегатных станков, применяемых для обработки корпусных деталей

2. Из модернизированных универсальных станков, автоматов и полуавтоматов общего назначения, используемых для обработки валов, дисков, зубчатых колес

3. Из специальных и специализированных станков, построенных только для этой линии

4. Из станков с ЧПУ и транспортной системы с ПУ, которыми управляет единая программа

В зависимости от величины выпуска деталей:

1. Однопоточные последовательного действия

2. Многопоточные параллельного действия

В первом случае выпускаются постоянно детали одного наименования. Во-втором случае обрабатываются заготовки нескольких наименований или различных типоразмеров одного наименования

По расположению и виду транспорта:

1. Со сквозным транспортированием заготовки между станками (применяется при обработке корпусных деталей)

2. С боковым транспортированием (применяется при обработке коленчатых валов, гильз и т.д.)

3. С верхним транспортированием (применяется при обработке валов, фланцев и т.д.)

4. Комбинированным транспортированием

5. С роторным транспортированием, используются в роторных АЛ, в которых все технологические операции выполняются при непрерывном транспортировании заготовок и инструмента

По расположению оборудования:

1. Замкнутые

2. Незамкнутые

По типу связи между агрегатами:

1. С жесткой связью

2. С гибкой связью

В линиях с жесткой связью отсутствуют межоперационные заделы заготовок, при выходе из строя одного станка останавливается вся АЛ. В АЛ с гибкой связью имеются межоперационные заделы заготовок, отсутствует жесткое кодирование во времени работы агрегатов, останов какого либо агрегата не вызывает простоя всей АЛ.

По возможности переналадки:

1. Переналаживаемые.

2. Не переналаживаемые.

В состав АЛ кроме оборудования, входят транспортные, загрузочные, поворотные и ориентирующие устройства, приспособления для закрепления заготовки, устройства для отвода стружки, механизмы контроля.

Транспортные механизмы. К ним относятся поворотные столы, гибкие лотки с подъемниками, конвейеры-распределители, ленточные и цепные конвейеры, магазины, бункеры, приспособления-спутники.

Загрузочные устройства должны быть быстродействующие, просты по конструкции, высоко надежны. К ним относятся магазинные, бункерные или бункерно-магазинные загрузочные устройства

Механизмы изменения ориентации производят поворот заготовки на 90° и 180°. Для изменения ориентации корпусных деталей применяют барабаны для поворота вокруг горизонтальной оси, столы для поворота вокруг вертикальной оси, кантователи для поворота вокруг наклонной оси.

Накопительные устройства служат для приема, хранения и выдачи заготовок из межоперационных заделов. Межоперационные заделы создаются между отдельными участками АЛ для того, чтобы при остановке одного из участков другие могли работать самостоятельно.

Накопительные устройства делятся на:

1. Транзитные (проходные).

2. Тупиковые.

Заготовки при переходе с участка на участок обязательно проходят через транзитные накопители. Тупиковые накопители включаются только в случае остановки предыдущего участка АЛ.

Промышленные роботы (ПР).

Промышленный робот - автоматическая машина представляющая собой совокупность манипулятора и перепрограммируемого устройства управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека при перемещении заготовок и техоснастки.

Перепрограммируемость - это свойство робота заменять управляющую программу автоматически или оператором.

Существуют роботы, которые попеременно управляются то оператором, то автоматически. В них имеется устройство памяти для автоматического выполнения отдельных действий.

ПР в машиностроении выполняют погрузочно-разгрузочные, транспортно-складские работы, обслуживают станки, прессы, литейные машины и т.д., выполняют сварочные, сборочные, контрольно-измерительные, окрасочные и другие основные операции.

Исполнительное устройство ПР выполняет все его двигательные функции. В исполнительное устройство входит манипулятор и в общем случае устройство передвижения ПР. Манипулятор состоит из несущих конструкций, проводов, исполнительных и передаточных механизмов. Каждая степень подвижности манипулятора имеет свой двигатель (пневматический, электрический, гидравлический).

Исполнительный механизм ПР (механическая рука) осуществляет ориентирующие и транспортирующие движения. Рабочим органом ПР является захватное устройство (сварочные клещи, окрасочный пистолет и т.д). Захватное устройство захватывает и удерживает объекты, перемещаемые манипулятором.

Устройство управления ПР служит для формирования и выдачи управляющих воздействий исполнительному устройству в соответствии с УП. В него входят пульт управления, запоминающее устройство, вычислительное устройство, блок управления приводами манипулятора и устройства передвижения.

Информационная система обеспечивает сбор и передачу в устройство управления данных о состоянии окружающей среды и функционирования механизмов ПР. В эту систему входит комплект датчиков обратной связи различного назначения, устройство обратной связи, устройство сравнения сигналов.

Классификация, технические характеристики и типаж промышленных роботов

Технические характеристики ПР включают:

1. Грузоподъемность - наибольшая масса захватываемого ПР объекта производства, при которой гарантируется захватывание., удерживание и обеспечение установленных значений эксплуатационных характеристик ПР.

2. Число степеней подвижности ПР - это сумма возможных координатных движений захваченной детали относительно неподвижного звена: стойки или основания.

3. Зона обслуживания ПР - это пространство, в котором рабочий орган выполняет свои функции в соответствии с назначением робота и установленными значениями его характеристик.

4. Рабочая зона ПР - это пространство в котором может находиться рабочий орган при его функционировании.

5. Погрешность позиционирования - отклонение положения рабочего органа от заданного управляющей программой.

По характеру выполняемых операций ПР подразделяются на:

1. Производственные - непосредственно участвующие в производственном процессе и выполняющие основные операции (сварка, гибка, окраска, сборка).

2. Подъемно-транспортные (вспомогательные) - используемые для установки и снятия деталей и инструмента, обслуживания транспортеров и складов.

3. Универсальные - выполняющие основные и вспомогательные операции.

По виду производства различают ПР, используемые в литейном, сварочном производстве, при механической обработке, сборке, автоматическом контроле и т.д.

По степени автоматизации:

1. Специальные ПР - выполняют определенную технологическую операцию и обслуживают конкретную модель оборудования.

2. Специализированные - выполняют операции одного вида (сварку, окрашивание, сборку) и обслуживают определенную группу моделей оборудования, например, станки с горизонтальной осью шпинделя.

3. Универсальные - служат для выполнения разнородных операций и функционируют с оборудованием различного назначения. Их используют в автоматизированном производстве.

По грузоподъемности:

1. Сверхлегкие (до I кг).

2. Легкие (свыше 1 до 10 кг).

3. Средние (свыше 10 до 200 кг).

4. Тяжелые (свыше 200 кг).

5. Сверхтяжелые (свыше 1000 кг).

По числу степеней подвижности:

1. Двумя.

2. Тремя.

3. Четырьмя.

4. Более четырех степеней подвижности.

По возможности передвижения:

1. Стационарные - имеют ориентирующие и транспортирующие движения.

2. Подвижные - дополнительно к этим движениям еще и координатные перемещения.

По способу установке на рабочем месте:

1. Напольные - обеспечивают смену инструмента, контроль операции, межстаночное транспортирование.

2. Встроенные - обслуживают только один станок.

3. Подвесные.

По виду систем координат ПР работающие в:

1. Прямоугольной.

2. Цилиндрической.

3. Сферической.

4. Угловой.

5. Комбинированной системах.

По виду привода:

1. Электромеханическим

2. Гидравлическим

3. Пневматическим

4. Комбинированным.

По виду управления:

1. С программным управлением (цикловым, числовым, позиционным, контурным).

2. С адаптивным управлением (позиционным, контурным).

По способу программирования:

1. Программируемые обучением - оператор управляет с ручного пульта последовательно различными движениями, которые фиксируются в запоминающем устройстве ПР.

2. Аналитически (путем расчетов программ).

Типаж ПР определяют исходя из следующих технических характеристик и параметров:

1. Назначение ПР.

2. Грузоподъемности.

3. Рабочей зоны.

4. Числа степеней подвижности.

5. Возможности передвижения.

6. Компоновочной схемы.

7. Конструктивного исполнения.

8. Вида управления.

9. Точности позиционирования.

Захватные устройства ПР

Предназначены для захвата и удержания объектов манипулирования. Они должны обеспечивать надежный захват и удержание деталей различных по массе, размерам и конструкции, стабильность базирования, быстроту переналадки; они не должны повреждать деталь в месте захвата.

На конструкцию захватных устройств влияют:

1. Система ЧПУ.

2. Вид обслуживаемого оборудования.

3. Тип робота,

4. Серийность производства

Например, робот, обслуживающий группу станков в серийном производстве, должен иметь широкодиапазонные захватные устройства или автоматическую смену. ЗУ для обслуживания патронных токарных станков отличаются по конструкции от ЗУ, обслуживающих центровые станки.

По принципу действия:

1. Механические

2. Магнитные

3. Вакуумные

4. С эластичными камерами, деформирующимися под действием нагнетаемого внутрь воздуха или жидкости.

Эти ЗУ могут быть одно-, двух- и многозахватными.

По характеру крепления:

1. Несменяемые

2. Сменные

3. Быстросменные

4. С автоматической сменой.

По виду управления:

1. Неуправляемые

2. Командные

3. Жестко программируемые
4. Адаптивные.

К неуправляемым относятся, например, захватные устройства с постоянными магнитами: чтобы освободить заготовку из ЗУ, нужно приложить силу, большую, чем сила удержания.

Командные ЗУ получают команды только на захват или отпускание объекта

Жестко программируемые ЗУ управляются устройством ПУ, определяющим в зависимости от программы величину перемещения губок, силу зажима, взаимное расположение элементов.

Адаптивные ЗУ управляются устройством ПУ и оснащаются датчиками, дающими информацию об объекте и внешней среде.

Механические ЗУ наиболее распространены. Их классифицируют

По типу привода:

1. Пружинные,

2. Пневматические,

3. Гидравлические,

4. Электромеханические.

По типу губок:

1. Рычажные

2. Реечные

3. Клиновые.

Механические ЗУ с пневмоприводом просты., удобны, отсутствуют утечки, но при одних и тех же габаритных размерах с гидроприводом последний обеспечивает значительно большие силы захвата Пневмопривод в отличии от гидропривода не позволяет точно регулировать силу зажима

Вакуумные ЗУ пригодны для захвата деталей из различных материалов, не имеющих плоскую и ровную поверхность. Их делят на пассивные с простыми присосками, изготовляемыми из резины или пластических материалов, и активные с принудительным поддержанием вакуума в удерживающей чаше.

ЗУ с эластичными камерами применяют для переноса хрупких небольших деталей неправильной формы или с большими отклонениями размеров.

Автоматизированное производство

Станочная система (ССт) - управляемая совокупность станков и вспомогательного оборудования, предназначенная для обработки одной, нескольких подобных заготовок или заготовок широкой номенклатуры на основе одного, нескольких или различных маршрутных техпроцессов.

Автоматизированные станочные системы - совокупность взаимодействующих станков и вспомогательного оборудования, объединенных автоматическими подсистемами: транспортно-накопительной и управления. Автоматические ССт функционируют без участия человека или с минимальным его участием.

В зависимости от типа производства ССт делятся на:

1. Специальные (не переналаживаемые)

2. Специализированные (переналаживаемые)

3. Универсальные (гибкие).

К специальным ССт относятся не переналаживаемые автоматические линии, предназначенные для одновременной обработки 1-2 заготовок. Годовая программа выпуска деталей одного наименования больше 75000 шт. на основе одного маршрутного техпроцесса, поток обрабатываемых заготовок следует по схеме «станок - станок». Специальные ССт включают специальные, специализированные и универсальные станки и являются основным средством автоматизации массового производства.

В универсальных ССт вводят только универсальные станки, поток заготовок движется по схеме «станок - склад - станок». К этой группе относятся гибкие автоматизированные ССт, предназначенные для обработки заготовок широкой номенклатуры с различными техмаршрутами.

В специализированные ССт включают универсальные и специализированные станки.

Автоматический станочный модуль - это металлорежущий станок, оснащенный устройствами управления и автоматической смены обрабатываемых заготовок (пристаночным накопителем, автооператором или ПР), осуществляющий многократные автоматические рабочие циклы. Его можно встраивать в станочную систему.

Адаптивный станочный модуль обеспечивает автоматические контроль и подналадку обрабатываемых заготовок.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) процесса обработки, а также контроль и коррекцию качества имеет все перечисленные выше свойства, оснащен устройствами ПУ, смены инструмента, заготовок, удаления отходов.

Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) и гибкий автоматизированный участок (ГАУ) - это совокупность не менее двух единиц оборудования или Г11М, объединенных автоматизированными системами управления и транспортно-накопительными системами для заготовок, инструментов, оснастки, отходов, переналаживаемых на обработку заготовок заданной номенклатуры в пределах технических возможностей оборудования.

Гибкие производственные системы (ГПС) - это наиболее эффективное средство автоматизации серийного производства, позволяющее переходить с одного вида продукции на другой с минимальными затратами времени и труда, ГПС позволяет снизить потребность в квалифицированных станочниках и станках, повысить качество продукции.

ГПС - это комплекс технологических средств, состоящий из одного и более многоцелевых станков или других станков с ЧПУ, оснащенных механизмами автоматической смены инструмента, автоматической сменой заготовок и транспортирования их со склада до зоны обработки при помощи различных транспортных средств.

ГПС оснащены современными системами ЧПУ, управляющими перемещениями механизмов станка, инструментом, транспортом, системами загрузки и выгрузки. Такие системы ЧПУ имеют дисплеи, помогающие оператору увидеть отклонения в работе станка; мониторные устройства, обеспечивающие диагностирование режущего инструмента, контроль размеров обрабатываемых заготовок непосредственно на станке.

Роботизированные комплексы (РК).

РК могут входить в автоматизированные участки, линии, цеха. В роботизированных технологических комплексах (РТК) ПР выполняет вспомогательные операции типа «взять-положить», В роботизированных производственных комплексах (РПК) ПР выполняет основные операции техпроцесса (сборку, сварку, окраску).

Металлорежущие станки, встраиваемые в РТК, должны иметь высокую производительность, высокий уровень концентрации разнохарактерных переходов обработки, удобный доступ к рабочей зоне станка, механизмы автоматической смены инструмента. Конструкция станка должна предусматривать автоматический зажим заготовки в патроне, тисках и т.д. Специальные датчики должны контролировать правильность и надежность базирования заготовок, устройства автоматического открывания и закрывания защитных экранов; устройства обдува или обмыва базовых поверхностей приспособлений для закрепления заготовок; устройства для дробления и уборки стружки.

Приемные испытания станков.

После изготовления или капитального ремонта станки подвергают испытаниям. Испытания проводятся на испытательном стенде или на рабочем месте в присутствии комиссии.

Следует последовательно

1. Внешний осмотр.

2. Проверка паспортных данных.

3. Испытания на холостом ходу - без нагрузки на всех режимах в течение определенного промежутка времени.

4. Испытания под нагрузкой - берут заготовку из стали и обрабатывают на всех режимах в течение определенного промежутка времени.

5. Проверка геометрической точности станка.

6. Проверка геометрической точности детали.

Во время испытаний подналадка станка не допускается, рукоятки должны переключаться без рывков и заеданий, температура на рукоятках, защищенных кожухом узлов не должна превышать допустимой. Если на каком либо этапе испытаний обнаружится несоответствие, то испытания прекращаются, назначают срок исправления и повторный срок испытаний по всем этапам.

Транспортировка, упаковка и установка станков.

Перед отправкой станков к потребителю их закрепляют на деревянные поддоны, покрывают консервативной смазкой, покрывают полиэтиленовой пленкой и упаковывают в деревянный ящик согласно ГОСТу. На ящике должен быть предусмотрен карман для сопроводительной документации, указываются адрес изготовителя.

Упакованные станки доставляются потребителю железнодорожным, морским и воздушным транспортом.

Скорость транспортирования и состояние дорог регламентируются ГОСТом. Перед установкой станки освобождают от упаковки и устанавливают в цехах следующими способами:

1. На пол цеха на виброопорах.

2. На ленточные фундаменты (общий фундамент залитый под ряд станков).

3. На виброопорах или на фундаментных болтах.

4. На индивидуальные фундаменты (на виброопорах или фундаментных болтах).

Способ установки и габариты фундаментов зависят от класса точности станка, его габаритов и массы.

График частот вращения шпинделя