Технологическое оборудование машиностроительных произ­водств

КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТАНКОВ С ЧПУ

По технологическим признакам и возможностям станки с ЧПУ (рис. 76) классифицируются практически так же, как и универсальные станки (см. табл. 1), на базе которых изготовляется большинство станков с ЧПУ.

Токарные станки с ЧПУ предназначены для обработки наружных и внутренних поверхностей заготовок деталей типа тел вращения, а также для нарезания наружной и внутренней резьбы.

Фрезерные станки с ЧПУ предназначенные для обработки загото­вок плоских и пространственных корпусных деталей, осуществляют следующие операции: плоское, ступенчатое и контурное фрезерование с нескольких сторон и под различными углами, сверление, растачива­ние, развертывание, нарезание резьбы и др. Сверлильно-расточные станки с ЧПУ, предназначенные для обработки отверстий, выполняют сверление, рассверливание, зенкерование, растачивание, развертыва­ние, обтачивание торцов, фрезерование, нарезание резьбы и др.

Шлифовальные станки с ЧПУ предназначены для шлифования наружных, внутренних и торцевых поверхностей деталей, имеющих прямолинейную и криволинейную формы образующей.

Многоцелевые станки с ЧПУ (обрабатывающие центры) предназ-

Начены для комплексной обработки заготовок деталей за одну уста­новку, выполняют практически все операции обработки резанием.

Электроэрозионные станки с ЧПУ предназначены для вырезания методом электроэрозии деталей сложного контура из токопроводящих материалов, обработка которых другими способами затруднена или невозможна. Обработка осуществляется непрерывно перемещающим­ся электродом-проволокой (из латуни, меди, молибдена, вольфрама) в среде керосина или вводы с антикоррозионными присадками.

В зависимости от типа управления станки с ЧПУ оснащаются различными СЧПУ: позиционными, контурными или комбинируемы­ми (позиционно-контурными).

Различают станки низкого, среднего и высокого уровней автома­тизации. В станках с низким уровнем автоматизации программируются только перемещения исполнительных органов, управляемых от УЧПУ. Для таких станков характерно небольшое число технологических ко­манд, поступающих от УЧПУ к исполнительным органам станка. Эти команды хранятся в кодированном виде в УЧПУ, не требуют перера­ботки и передаются на исполнительные органы непосредственно или через силовые реле устройства электроавтоматики станка.

В станках со средним уровнем автоматизации используется большое число технологических команд. Эти команды требуют переработки, которая осуществляется, как правило, устройством электроавтоматики, размещенным в специальном шкафу и состоящим из релейных или электронных схем. Переработка команд заключается в их дешифровке, при которой код команды, поступающей на УЧПУ, преобразуется в сигналы, управляющие исполнительными органами станка.

Помимо дешифровки устройство электроавтоматики управляет различными автоматическими циклами (смена инструмента, сверление и т. д.).

В станках с высоким уровнем автоматизации переработку техноло­гических команд осуществляет УЧПУ.

По способу смены инструмента станки с ЧПУ подразделяются на следующие типы: с ручной сменой инструмента и его ручным закреп­лением; с ручной сменой инструмента и его механическим закрепле­нием; с автоматической сменой инструмента в револьверной головке; с автоматической сменой (манипулятором) инструмента, хранящегося в инструментальном магазине.

Показатели, характеризующие станки с ЧПУ, следующие: 1) класс точности: Н; П; В; А; С; 2) вид системы ЧПУ: Ф1; Ф2; ФЗ; Ф4; 3) выполняемые технологические операции; 4) основные параметры: наибольший диаметр изделия, устанавливаемого над станиной; наи­больший диаметр обработки при установке изделия над станиной (для патронных станков); наибольший диаметр обработки при установке изделия над суппортом (для центровых и патронных станков); наи­больший диаметр отрабатываемого прутка (для прутковых станков); ширина рабочей поверхности стола или его диаметр, наибольший условный диаметр сверления; диаметр шпинделя и др.; 5) величина перемещений исполнительных органов станка: суппорта по двум ко­ординатам; выдвижение шпинделя; перемещение стола по двум коор­динатам и т. д.; 6) дискретность СЧПУ; 7) точность и повторяемость позиционирования по управляемым координатам; 8) главный привод: вид и модель; мощность; частота вращения и ее регулирование (сту­пенчатое или бесступенчатое); числа рабочих скоростей и автоматиче­
ски переключаемых скоростей и т. д.; 9) привод подач: вид и модель; мощность, пределы и числа рабочих подач; скорость быстрого перемещения и т. д.; 10) число инструментов в резцедержателе, револь­верной головке или в инструментальном магазине; 11) способ смены инструмента;

12) число управляемых координат и число одновременно управляемых координат;

13) обозначение координатных осей и на­правление движения исполнительных ор­ганов; 14) тип и модель УЧПУ; 5) вид интерполяции: линейная; линейно-кру­говая и т. д.; 16) вид программоносителя и код программирования; 17) габариты и масса станка.

Система координат и направление движений исполнительных органов станков с ЧПУ. Работа станка с ЧПУ и программирование процесса обработки связаны с системами координат. Для станков с ЧПУ на­правление перемещений и их символика стандартизованы. Координат­ные оси расположены параллельно направляющим станка. Единой системой координат для всех станков с ЧПУ является правая система (рис. 77), в которой координатные оси X, Y и Z (сплошные линии) указывают положительное направление перемещений инструмента от­носительно неподвижных частей станка. Координатные оси X, Y* и Z (пунктирные линии) направлены противоположно осям X, Y и Z, указывают положительные направления перемещений заготовки отно­сительно неподвижных частей станка. Ось X всегда расположена горизонтально, ось Z совмещается с осью вращения инструмента (на токарных станках — с осью вращения шпинделя). Положительными всегда являются такие движения, при которых инструмент и заготовка взаимно удаляются. Круговые перемещения инструмента (например, поворот оси шпинделя фрезерного станка) обозначают буквами А (вокруг оси X), В (вокруг оси Y) и С (вокруг оси Z). Круговые перемещения заготовки (например, управляемые по программе пово­рота стола на расточном станке) обозначаются соответственно А', В С.

Для программирования обработки необходимо, чтобы направление перемещения каждого исполнительного органа станка обозначалось определенной буквой, которая указывает в УП на тот исполнительный орган, который необходимо включить. Клавиатура перфоратора не имеет букв со штрихами; поэтому для записи информации на перфо­ленту при обозначении направлений перемещений двух исполнитель­ных органов вдоль одной оси используют так называемые вторичные
оси: U(вместо X), V(вместо Y), ^(вместо Z). При перемещении трех исполнительных органов вдоль одного направления используют тре­тичные оси: Р, Qm R. Примеры расположения и буквенных обозначе­ний координатных осей на различных станках с ЧПУ представлены на рис. 76.

Способы и начало отсчета координат. При настройке станка с ЧПУ каждый ИО устанавливается в некоторое исходное положение, из которого он перемещается при обработке заготовки на строго опреде­ленные расстояния, поэтому инструмент проходит через заданные опорные точки траектории.

Конструктивные особенности станков с ЧПУ. Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокую точность и скорость отработки перемещений заданных УП, а также сохранять эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации. Конструкция станков с ЧПУ, как правило, обеспечивает совмещение различных видов обработки, автоматизацию загрузки заготовок и выгрузки деталей, автоматическое или дистанци­онное управление сменой инструмента, возможность встройки в об­щую автоматическую систему управления. Высокая точность обработки определяется точностью изготовления и жесткостью станка. В конст­рукциях станков с ЧПУ используют короткие кинематические цепи, что повышает статическую и динамическую жесткость станков. Для всех исполнительных органов применяют автоматические приводы с минимально возможным числом механических передач. Эти приводы должны иметь высокое быстродействие. Точность станков с ЧПУ повышается в результате устранения зазоров передаточных механизмов приводов, уменьшения потерь на трение в направляющих и механиз­мах, повышения виброустойчивости, снижения тепловых деформаций.

Узлы, входящие в состав станков с ЧПУ, подразделяются на следующие основные группы: 1) базовые (станина, стойки, колонны, поперечины), определяющие относительное расположение остальных узлов; 2) узлы, несущие заготовку и определяющие характер ее движе­ния в процессе обработки (стол, передняя и задняя бабки, ползун); 3) узлы, несущие инструмент и определяющие его положение относи­тельно заготовки (суппорт, револьверная головка, бабка инструмен­тального шпинделя); 4) приводы СЧПУ.

В конструкциях современных станков применяют следующие уни­фицированные узлы, использование которых снижает стоимость изго­товления, эксплуатации и ремонта станков; автоматические коробки скоростей; комплексные электроприводы с асинхронными электро­двигателями и электродвигателями постоянного тока; механические вариаторы; электромагнитные и тормозные муфты; беззазорные редук­торы; передачи винт-гайка качения; гидростатические передачи; гид­ропанели; инструментальные головки и блоки; резцедержатели; револьверные головки; системы подачи СОЖ; УЧПУ и др.

Органы управления станков с ЧПУ выполняют в виде электриче-
а)

Рис. 78. Изменения выходного сигнала l/ъих абсолютного (а) и циклического (б) ДОС (/ — перемещение ИО станка)

Ских кнопок, переключателей, тумблеров. Обычно станок с ЧПУ оснащен двумя или тремя пультами управления; один размещен на УЧПУ, второй (оперативный) — вблизи исполнительных органов стан­ка, третий, предназначенный для включения станка и его основных систем, может быть расположен вдали от станка.

Приводы подач станков с ЧПУ содержат зубчато-реечные, зубча­то-червячные и шариковинтовые передачи с автоматической выборкой зазоров.

ДОС как устройство обратной связи (выдающее информацию о величине фактического перемещения, положения и скорости ИО станка) входит в систему путевого контроля, включенную в измери­тельную схему и схему формирования выходного сигнала. Эти схемы являются устройствами согласования ДОС с основными узлами УЧПУ. ДОС подразделяют на абсолютные и циклические (рис. 78). В отече­ственных станках с ЧПУ в качестве циклических ДОС применяют преобразователи, измеряющие

Линейные перемещения и по - ^

Строенные на основе сельси­нов.

Сельсин — вращающийся трансформатор с воздушным зазором, у которого при враще­нии ротора происходит изме­нение величины напряжения. В сельсине поворот ротора от­носительно статора преобразу­ется в сдвиг фаз выходного и опорного напряжения.

Преобразователи на основе сельсинов являются датчиками обратной связи по углу пово­рота, поэтому их стыкуют не­посредственно с вращающи­мися элементами приводов по­дач станков или связывают с поступательно перемещающи­
мися ИО станка через передачу «зубчатая рейка-шестерня». Стыковка ДОС с ИО станка представлена на рис. 79. К данному типу ДОС относятся вращающиеся трансформаторы, развернутые сельсины, ин - дуктосины.

К вспомогательным механизмам относятся устройства смены инс­трумента, уборки стружки, смазывания, зажимные приспособления, загрузочные устройства и т. д. Для уборки стружки используют винто­вые конвейеры, магнитные сепараторы и т. д. Для сокращения потерь времени при загрузке применяют приспособления, позволяющие од­новременно устанавливать заготовку и снимать деталь во время обра­ботки другой заготовки (столы с двумя позициями, маятниковые столы и др.). К устройствам автоматической смены инструмента относятся магазины, автооператоры, револьверные головки.