Линейно транспортный станок

РОБОТИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ

Роботизация металлорежущих станков – способ автоматизации механообрабатывающего производства, основанный на применении промышленных роботов (ПР) для обслуживания технологического оборудования в целях исключения ручного труда.

Промышленный робот – автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления (ПУ) для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Важнейшей характеристикой ПР, определяющей в значительной степени область их применения, служит компоновка, отличающаяся совокупностью ряда признаков: видом системы координат основных движений и ее ориентацией; числом степеней подвижности и движений; числом захватных устройств.

Применяемость ПР в наибольшей степени определяется:

- номинальной грузоподъёмностью;

- структурной кинематической схемой;

- видом управления;

- геометрическими, скоростными и точностными показателями степеней подвижности.

С помощью ПР на металлорежущих станках автоматизируются следующие основные операции:

- установка заготовок в рабочую зону станка;

- снятие деталей со станка и раскладка их в тару (накопитель);

- передача деталей от станка к станку;

- кантование деталей (заготовок) в процессе обработки;

- контроль размеров деталей;

- очистка баз деталей и базирующих поверхностей приспособлений;

- смена инструмента.

Роботизированная технологическая линия (РТЛ) – совокупность РТК, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемого одним или несколькими ПР для выполнения операций в принятой технологической последовательности.

Роботизированный технологический участок (РТУ) – совокупность РТК, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими ПР, в которой предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

В механообработке используются ПР подвесного, напольного и встраиваемого видов. На базе одних и тех же моделей станков могут создаваться РТК различных компоновок, обладающими различными технологическими и техническими возможностями.

Наибольшее распространение получили следующие компоновочные решения РТК:

- одностаночные – из одного станка, обслуживаемого ПР, расположенным над станком (подвесным ПР), рядом со станком (напольным ПР) или встроенным в станок;

- многостаночные линейные и линейно-параллельные на базе портальных ПР;

-многостаночные круговой компоновки с применением напольных ПР.

Линейные компоновки РТК имеют следующие особенности: занимают меньшую производственную площадь, чем комплексы круговой компоновки; обеспечивают переналадку и ремонт оборудования без останова работы всего комплекса, возможность визуального наблюдения за работой оборудования; обеспечивают безопасные условия работы обслуживающего персонала и обслуживание одним ПР трех станков и более.

Круговые компоновки РТК определяются отличительными признаками применяемых напольных ПР, в том числе меньшей материалоемкостью и простотой проведения профилактических работ и ремонта ПР.

На РТК подача заготовок и инструментов может также производится транспортным конвейером из накопителя. При этом РТК обслуживается посредством подвесного транспортного робота (см. рис. 5).

Рис.5. Схема РТК с подвесным транспортным роботом: 1 – станок, 2 – подвесной транспортный робот; 3 – накопитель заготовок и деталей; 4 – инструментальный магазин; 5 – подвесная транспортная линия.

Подвесной транспортный робот имеет манипулятор и обеспечивает в режиме обмена за одну позицию снятие готовой детали и установку заготовки в зажимном патроне технологического оборудования. Таким же образом осуществляется замена и установка инструментального блока в инструментальную головку станка. Управление функционированием технологического оборудования, подвесным роботом и транспортным конвейером осуществляется единой системой управления. Такая компоновка РТК позволяет обслуживать одним подвесным роботом несколько станков с единого накопителя при минимальных затратах на производственную площадь.

На рис. 6 приведен робототехнический комплекс, когда заготовки комплектуются на поворотном восьмипозиционном столе, а инструмент помимо инструментального магазина на станке имеет пять инструментальных накопителей вертикального типа, которые связаны со станком посредством подвесного транспортного робота. Модули такого типа могут быть связаны транспортным конвейером без специального накопителя поворотного типа. Шаговый конвейер – накопитель паллет с четырьмя, шестью или восемью заготовками – позволяет длительное время вести обработку с ограниченным участием оператора.. Такой РТК может легко встраиваться в ГПС; в этом случае паллеты перегружаются на шаговый конвейер-накопитель роботом или робокаром.

Рис. 6. Робототехнический комплекс, состоящий из производственного модуля и инструментального накопителя: 1 – инструментальный магазин;2 – ОЦ; 3 – паллеты; 4 – поворотный восьмипозиционный стол; 5 – подвесной транспортный робот; 6 – поворотная платформа.

Робототехнический комплекс, приведённый на рис. 7 состоит из двух производственных модулей и одного транспортного накопителя линейного типа. Стационарный накопитель имеет взаимосвязь с производственным модулем посредством передвижной транспортной платформы. Заготовки со стендов на станок перегружаются с помощью двухтактного стола по направляющим. Загрузка заготовок в накопитель может осуществляться роботом, робокаром или вручную; при малом времени обработки возможна смена заготовок на нескольких стендах сразу. Подача инструмента из накопителя осуществляется автономно и независимо. Отсутствие конвейера упрощает конструкцию, увеличивает надежность РТК и позволяет легко встраивать любой промышленный модуль в производственную систему.

Рис.7. Робототехнический комплекс, состоящий из двух производственных модулей и одного транспортного накопителя линейного типа: 1 – инструментальный магазин; 2 – ОЦ; 3 – паллеты; 4 – двухтактный стол; 5 – передвижная транспортная платформа; 6 – стационарный накопитель; 7 – подвесной транспортный робот.

Дата добавления: 2016-12-16; просмотров: 1054; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Транспортные устройства автоматических линий

Выбор системы транспортирования является одним из наиболее существенных вопросов компоновки автоматических линий. Транспортные устройства перемещают полуфабрикат с одной рабочей позиции на другую, осуществляют изменение его ориентации (в поворотных устройствах), убирают отходы производства (стружку) и т. д.

Основными видами транспорта автоматических линий являются шаговые транспортеры, подъемники, распределительные транспортеры, манипуляторы, поворотные устройства, транспортеры для уборки стружки и пр.

Транспортеры

Шаговые транспортеры встречаются следующих типов: с собачками, с флажками, грейферные, рейнерные, толкающие и цепные (рис. 238) .

Рис. 238. Типы шаговых транспортеров.

Наибольшее распространение получили шаговые штанговые транспортеры с собачками (рис. 238,а). При работе они совершают простейшее перемещение – периодическое возвратно-поступательное.

Существенным преимуществом шагового транспортера с собачками является простота движения и соответствующая ей простота привода (гидро- или пневмоцилиндр). Недостаток его – отсутствие фиксированной ориентации детали в конце хода транспортера и в процессе транспортирования. В конце хода транспортера скорость его приходится снижать и тем удлинять цикл линии.

Шаговые штанговые транспортеры с флажками (рис. 238,б) позволяют достаточно определенно фиксировать обрабатываемую деталь. Транспортер с флажками применен на механическом участке автоматического завода поршней. Приспособления-спутники с установленными на них поршнями перемещаются по направляющему рельсу 1 шипообразной формы (рис.240) возвратно-поступательно движущейся штангой 5 круглого сечения, на которой секциями закреплены фасонные козырьки – флажки 4. В исходном положении круглой штанги фасонные козырьки приподняты. При перемещении поршней 3 штанга вместе с флажками поворачивается на угол 45в сторону рельса. Каждый вырез козырька охватывает одну плитку 2. При движении штанги вперед происходит одновременно перемещение вперед четырех поршней на одну позицию по всей линии. После этого штанга поворачивается в первоначальное положение и совершает обратный ход. Поворот штанги и ее осевое перемещение осуществляются двумя гидравлическими цилиндрами.

Рис. 240. Шаговый транспортер с флажками.

Транспортеры с флажками требуют более сложного привода, чем транспортеры с собачками: нужно осуществить дополнительное движение – вращение штанги, после которого штанга должна быть заперта и самопроизвольный поворот флажков должен быть исключен.

3начительно реже применяются грейферные шаговые транспортеры (рис.238,в), в которых штанга совершает поочередно два возвратно-поступательных перемещения в перпендикулярных направлениях с чередованием фаз. Обрабатываемые детали перемещаются жесткими флажками. Конструктивное выполнение таких транспортеров обычно сложное. Они применяются только в тех случаях, когда подход к захватываемым деталям может быть произведен лишь с определенной стороны, причем посадка транспортируемых деталей на позициях такова, что для перемещения с позиции на позицию транспортер должен поднять деталь вверх.

Рейнерные шаговые транспортеры (рис.238,г) представляют собой усложненный вид грейферных. Кинематика их та же. Детали перемещаются не флажками, а закрепленными на штангах захватами, которые обычно расположены сверху. Эти транспортеры требуют сложных надстроек над линиями. Однако для автоматических линий, на которых обрабатываются валы, применение рейнерных транспортеров в ряде случаев оправдано.

Толкающие шаговые транспотеры (рис.238,д) являются простейшими. В них толкатель (обычно шток гидро- или пневмоцилиндра) непосредственно воздействует на последнюю деталь из сплошной кильватерной колонны. Вся колонна при ходе толкателя двигается одновременно за счет давления друг на друга вплотную расположенных деталей. Для трогания массы деталей с места в дополнение к основному толкателю с большим ходом применяют второй – вспомогательный транспортер с коротким ходом. Такое оформление толкающего транспортера было применено на автоматической линии обработки рычага подвески автомобиля.

Недостаток толкающих транспортеров заключается в том, что фиксация деталей колонны вследствие накопления ошибок линейных размеров не может производиться одновременно. Приходится фиксировать их после отвода толкателя, начиная с самой дальней от него детали. Из-за этого удлиняется цикл действия линии. Однако, несмотря на указанный недостаток, толкающие транспортеры благодаря их простоте могут найти довольно широкое применение.

Цепные транспортеры (рис.238,е) широко применяются в качестве средств непрерывного транспорта, однако в качестве шаговых они применяются лишь в единичных случаях. Базирование деталей, перемещаемых звеньями цепи, на позициях почти неосуществимо. Можно только шаг перемещения сделать больше расстояния между позициями и предусмотреть на позициях линии выдвижные упоры; при этом свободно лежащие на звеньях цепи детали всегда будут досланы до упора.

Хорошим примером компоновки автоматической линии из неагрегатных станков со своеобразной транспортной системой может служить токарный участок автоматического цеха по производству подшипников 7815К1 (наружных и внутренних колец).

Рис. 241. Компоновка токорного участка автоматического цеха по изготовлению подшипников.

Заготовки колец загружаются в автоматический бункер 1 (рис.241), откуда подъемником 2 поднимаются в ориентированном уже положении к расположенной вверху транспортной системе. По лоткам 6 и отводящему конвейеру 3 заготовки подаются в транспортер-распределитель 4, который распределяет заготовки по нескольким параллельно работающим металлорежущим автоматам 7 (на 1-й операции – по трем автоматам). Прошедшие первую стадию обработки заготовки вновь поднимаются подъемниками 2 в верхнюю транспортную систему и через отводящие конвейеры 3 поступают на транспортер-распределитель 2-й операции, который обслуживает два металлорежущих автомата 7 и т. д. В конце участка обработанные кольца поступают в автоматический магазин 5.

Автоматический бункер работает с темпом (5 сек), значительно превышающим темп выпуска изделий с участка металлорежущих станков (20 сек), поэтому в течение небольшого времени транспортер-распределитель наполняется кольцами. При подходе к входу в транспортер поковки включают контактный датчик 8, который отключает подъемник и автоматический бункер. Подача заготовок не происходит до тех пор, пока в транспортере-распределителе не появятся свободные ячейки для приема колец. При достижении необходимого количества колец агрегаты включаются в работу автоматически, что исключает холостые ходы.

studfiles.net

Станочные модули

Станочным модулем будем называть разновидность гибкого производственного модуля (ГПМ), в котором в качестве основной технологической машины используют металлорежущий станок с ЧПУ.

Состав модуля

В систему станочного модуля входят: чаще всего один станок с числовым программным управлением, подсистема транспортирования, загрузки и выгрузки изделий, подсистема накопления » смены инструмента, подсистема контроля качества изготовленных деталей, внутренний накопитель заготовок, обеспечивающий запас не менее чем на 8 ч работы. Станочные модули высокого уровня содержат подсистему контроля размерного износа инструмента с соответствующей размерной поднастройкой и подсистему автоматизированной диагностики.

Рис. 144 Компановка станочного модуля

Перечисленные подсистемы объединены системой управления, которая строится по иерархическому принципу, т. е. содержит центральную ЭВМ, осуществляющую функции диспетчирования, реализующую головную управляющую программу и обрабатывающую информацию и состоянии технологического оборудования, которая поступает от управляющих подсистем низшего уровня. Такими подсистемами являются: системы оперативного числового программного управления станками, подсистемы управления переналадкой загрузочных устройств на размер подаваемой заготовки в широком диапазоне размеров, подсистемы программированного обучения промышленных роботов, являющихся составной частью станочного модуля, и т. д.

Важнейшей составляющей системы станочного модуля является совокупность «станок-робот». В известной мере технологические возможности и конструкция робота определяют и компоновку станочного модуля (рис.144).

Станок-робот

В линейную компоновку совокупности «станок-робот» вводят два станка с горизонтальной осью вращения шпинделя и робот, работающий в плоской прямоугольной системе координат. В данном случае промышленный робот /, перемещающийся по балке 2, обслуживает станки 3 и 4, забирая заготовки и возвращая обработанные детали на транспортирующее устройство 5.

Параллельная компоновка содержит два станка с горизонтальной осью вращения шпинделя и робот, работающий в цилиндрической системе координат. Робот 1 обслуживает станки 2 и 3, взаимодействуя с транспортирующим устройством 4, расположенным между станками перпендикулярно оси вращения шпинделей.

При круговой компоновке робот 1, работающий в цилиндрической системе координат, обслуживает три станка 2-4 с вертикальной осью вращения шпинделя. Робот и станки связаны конвейером 5. Промышленные роботы, работающие в цилиндрической системе координат, могут обслуживать станки как с горизонтальной, так и с вертикальной осью вращения шпинделя.

Портальные роботы, работающие в угловой системе координат, применяют для обслуживания станочных модулей с линейно-параллельной компоновкой в тех редких случаях, когда в них входит более трех единиц станочного оборудования.

Применение промышленных роботов современного уровня для обслуживания системы станочного модуля накладывает некоторые ограничения на возможную номенклатуру обрабатываемых деталей. Такие детали должны иметь сходные по форме и расположению поверхности, для захвата и базирования, явно выраженные базы и признаки ориентации, позволяющие складирование их около станков в ориентированном виде, сходные признаки, обеспечивающие возможность унификации процессов обработки. При применении в системе станочного модуля промышленных роботов ЭНИМС рекомендует следующую номенклатуру деталей:

гладкие и ступенчатые прямоосные и эксцентриковые валы диаметром до 160 и длиной до 2000 мм, фланцы, диски, кольца, гильзы и втулки диаметром до 500 и длиной до 309 мм;
плоские и объемные детали простейшей формы (планки, крышки, угольники, коробчатые детали) размерами до 1000x1000 мм;
масса деталей от 1 до 500 кг.

Для загрузки-выгрузки деталей большей массы требуются новые конструктивные решения, а мелкие детали целесообразно загружать более дешевыми средствами (вибробункерами, лотками и т. д.), однако средствами доставки сменных бункеров и кассет могут также служить промышленные роботы.

Изложенное выше позволяет сделать вывод, что системы станочных модулей не обязательно должны быть укомплектованы промышленными роботами, а могут содержать более простые, но менее универсальные манипуляторы, причем возможна запрограммированная смена этих манипуляторов.

Выбор станочного оборудования

Станочное оборудование, входящее в состав станочного модуля, целесообразно выбирать в рамках существующего станочного парка. Естественно, что ряд типоразмеров станков полностью соответствует требованиям создания станочных модулей, а некоторые требуют модернизации. Во всех случаях системы управления станками требуют стыковки с головкой управляющей ЭВМ. Основными требованиями, определяющими возможность включения станков в состав станочного модуля, являются следующие: числовое программное управление циклом работы, механизированный зажим-разжим деталей, автоматическая смена инструмента, механизированный отвод ограждения, механический отвод стружки, автоматический контроль и диагностика. В качестве вспомогательного оборудования в системе станочного модуля используют тактовые столы, являющиеся одновременно и накопителями заготовок, приемные столы и столы для размещения готовых деталей. Заготовки доставляют со склада при помощи штабелеров. Корпусные детали закрепляют на спутниках, а детали типа тел вращения заранее загружают в кассеты.

Подсистема контроля качества деталей представляет собой либо специальную измерительную машину, установленную на отдельной позиции, либо измерительное устройство, встроенное в станок.

Станочный модуль для обработки тел вращения приведен на рис. 145. Круговая компоновка модуля продиктована применением промышленного робота, работающего в цилиндрической системе координат. В систему модуля входят: токарный станок /, сверлильный станок 5, многооперационный станок 2, контрольная позиция 3, инструментальный магазин 4, позиция загрузки и выгрузки 6. Промышленный робот 7 выполняет роль универсальной транспортной системы внутри модуля и обеспечивает поток деталей и инструментов. Заготовки подаются на позицию 6 в кассетах, а затем поочередно захватываются роботом и передаются на требуемую рабочую позицию. Контроль готовых деталей или полуфабрикатов может осуществляться автоматическим измерительным устройством на любой стадии обработки. Готовые детали передаются роботом на позицию выгрузки. Все агрегаты модуля связаны единой подсистемой управления, построенной по иерархическому принципу, т. е. возможно автономное управление каждым агрегатом с применением микропроцессора и централизованное управление от ЭВМ.

Рис. 145 Станочный модуль для обработки

Гибкие станочные системы

Гибкая станочная система содержит набор переналаживаемых в соответствии с номенклатурой заготовок автоматически действующих станков, связанных с общим автоматическим транспортом и общей системой управления. Использование гибких станочных систем позволяет повысить производительность, стабилизировать качество обработки, сократить число обслуживающего персонала, уменьшить производственные площади.

По компоновке различают: системы линейной одно- или многорядной компоновки, системы круговой компоновки, системы модульной компоновки.

При линейной компоновке станки устанавливают в один или несколько рядов, а транспортно-накопительную подсистему располагают параллельно ряду. Для круговой компоновки характерна установка станков вокруг центрального склада-накопителя. Системы

модульной компоновки содержат станочные модули из однотипных станков, взаимодействующие с центральной транспортно-накопительной системой с помощью автооператоров или роботов.

По технологическому назначению гибкие станочные системы можно разделить на системы, предназначенные для обработки корпусных деталей, и системы для обработки деталей типа тел вращения.

www.metalcutting.ru

6. Многооперационные станки

Многооперационные станки представляют собой комплексные автоматические системы по обработке сложных деталей, управляемые устройствами ЧПУ. Их еще называют многоцелевыми станками, обрабатывающими центрами, или многоинструментальными станками, станками комплексной обработки.

По сравнению с традиционными станками с ЧПУ группы многооперационных станков отличаются высоким уровнем автоматизации цикла обработки за счет устройств ЧПУ и оснащения системами автоматической смены инструментов и заготовок.

На рис. 37 представлена структура МС, в состав которого помимо собственно станка входят дополнительные системы и устройства, обеспечивающие автоматизацию основных и вспомогательных циклов обработки. Сплошными рамками очерчены элементы, обязательно входящие в состав МС.

Благодаря такой конструкции станков существенно сокращается вспомогательное время при обработке и сохраняется мобильность к переналадке. Сокращение вспомогательного времени достигается за счет автоматической установки инструмента (заготовки) по координатам, выполнению всех элементов цикла, смене инструментов, кантованию и смене заготовки, изменению режимов резания, выполнению контрольных операций, а также большим скоростям вспомогательных перемещений.

По назначению и по исполнению главного движения многооперационные станки можно разделить на три группы:

– токарно-сверлильные, токарно-сверлильно-фрезерные с главным движением – вращением обрабатываемой детали при компоновке, приближающейся к компоновке станков токарной группы (рис. 38);

– фрезерно-сверлильно-расточные с главным движением – вращением инструмента и компоновкой, аналогичной фрезерным (консольным, бесконсольным), сверлильным, горизонтально-расточным;

– станки с широким использованием различных видов обработки (включая строгание) и совершенно оригинальной компоновкой узлов.

Встречаются МС, скомпонованные как агрегатные, а также из узлов, характерных для универсальных станков.

Рис. 37. Структура многооперационного станка

Рис.38. Общий вид компоновки многооперационного станка первой группы: 1 – шпиндельная бабка; 2 – шпиндель; 3 – магазин; 4 – автооператор; 5 – стол станка

На многооперационных станках осуществляются почти все процессы обработки. В частности, на станках первой группы ведутся всевозможные фрезерные работы: фрезерование плоскостей торцевыми фрезами, фрезерование пазов концевыми фрезами, фрезерование дисковыми фрезами, фрезерование по контуру плоских и фасонных поверхностей, фрезерование внутренних платиков, приливов и поверхностей. Возможно также последовательное фрезерование всех поверхностей, лежащих с одной стороны заготовки на разных уровнях (рис. 39), что исключается при одной установке детали на продольно- и карусельно-фрезерных станках. Кроме того, на таких станках можно осуществлять растачивание, нарезание резьбы и т.д.

Токарные многооперационные станки менее распространены, чем станки первой группы. Объясняется это рядом причин. При обработке деталей типа тел вращения наиболее трудоемким обычно является обтачивание наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, что с успехом осуществляется на токарных станках с ЧПУ, имеющих устройства смены инструмента. Такие станки не являются многооперационными, так как на них нельзя обрабатывать отверстия, расположенные параллельно или перпендикулярно к оси вращения заготовок, фрезеровать пазы, уступы и т.п. Но не все эти операции можно эффективно выполнять на многооперационном станке, предназначенном для обработки корпусных деталей, используя в качестве баз поверхности вращения, уже обработанные с высокой точностью на токарном станке.

Рис. 39. Технологические переходы механической обработки

на фрезерно-сверлильно-расточных многооперационном станке:

1 – фрезерование торцовой фрезой; 2 – фрезерование внутренних

канавок дисковой фрезой; 3 – нарезание резьбы

Чтобы токарный станок стал многооперационным, в дополнение к имеющимся револьверным головкам, поворотным резцедержателям необходимо установить инструментальные головки с самостоятельным приводом вращения, обеспечивающим независимую подачу. При этом расположение одной головки должно обеспечивать возможность применения инструментов, вращающихся относительно оси, параллельной оси шпинделя, другой – относительно перпендикулярной оси (рис. 40). Кроме того, шпиндельный узел станка оснащается устройством точного автоматического позиционирования по повороту вместе с заготовкой на любой нужный угол.

Системы автоматической смены инструментов (АСИ) являются одним из неотъемлимых средств автоматизации цикла работы МС. В состав устройств АСИ входят инструментальные магазины, являющиеся накопителем инструментальных оправок, блоков режущих инструментов или инструментальных шпинделей, и автооператоры, предназначенные для съема и установки инструментов в шпинделе (суппорте) станка или магазине.

Автоматическая смена инструментальных оправок в шпинделе обычно проводится с помощью автооператоров – двухплечим рычагом, имеющим на концах захваты, стыкующиеся с V-образной канавкой фланца оправки.

В устройствах АСИ с неподвижно установленным автооператором для возможности расположения инструментального магазина в удобном по различным конструктивным причинам месте применяют транспортные перегружатели.

Рис. 40. Дополнительные операции, выполняемые на многооперационных станках токарной группы с помощью инструментальных шпинделей:

1 – фрезерование пазов на наружной поверхности; 2 – нарезание резьб в отверстиях со смещенными от центра осями; 3 – внецентровое сверление; 4 – прямоугольное фрезерование на торце

На некоторых многооперационных станках автоматическая смена инструмента осуществляется за счет применения 5-, 8-шпиндельных револьверных головок. В этом случае замена инструментов производится быстрее (за 2…3 с) в результате поворота револьверной головки. Имеются станки, на которых в дополнение к револьверной головке применяется также магазин инструментов. Это позволяет без прекращения процесса резания менять инструменты в неработающих в данный момент шпинделях револьверной головки. В результате достигается общее снижение времени на замену инструментов и увеличение рабочего набора этих инструментов на станке. Недостатками применения револьверной головки является некоторое снижение точности расположения оси инструмента относительно обрабатываемых заготовок, а также пониженная жесткость шпиндельных узлов.

На рис. 41 приведена одна из компоновок токарного многооперационного станка с револьверной головкой и магазином. Станок имеет шпиндельную бабку с коробкой скоростей, передвигающуюся для установочных перемещений в вертикальном направлении.

Станок имеет револьверный узел 3, поворачивающийся вокруг вертикальной оси и перемещающийся по осям X и Z. На корпусе узла размещены револьверная головка 1 с неподвижным инструментом и головка 4 с вращающимся инструментом. Головка 1 имеет восемь инструментов. Смена инструмента в головке 4 осуществляется автооператором. Инструмент размещен в десятиместном магазине 2.

Несмотря на разнообразие форм, размеров и требуемой точности различных поверхностей, их обработка производится на многооперационных станках, как правило, окончательно. Некоторые многооперационные станки по своей точности близки к координатно-расточным станкам, поэтому на них выполняется растачивание отверстий по 6-7-му квалитету при шероховатости (на чугуне) в пределах Ra = 1,0…2,0 мкм.

Программное управление всеми движениями рабочих органов станка и автоматическая смена инструментов при большом числе программируемых координат позволяют осуществлять в автоматическом цикле обработку самых сложных корпусных деталей с одного закрепления со всех сторон кроме поверхностей, по которым производятся базирование и закрепление заготовок. Это способствует достижению наивысшей точности взаимного расположения обработанных поверхностей.

В отличие от традиционных многошпиндельных станков-автоматов и автоматических линий, применяемых в массовом производстве, повышение производительности труда на многооперационных станках достигается не за счет параллельной многоинструментной обработки нескольких поверхностей, а путем резкого сокращения потерь времени на различных холостых перемещениях и при переналадке станка. Известно, что в условиях производства деталей небольшими количествами доля машинного времени, то есть времени непосредственного резания металла, в общем времени процесса обработки на традиционных станках с ручным управлением не превышает 18…20 %. На станках с числовым программным управлением эта доля увеличивается до 45…50 %, а на многооперацион-ных станках достигает 70…75 %.

Рис. 41. Компоновка токарного многооперационного станка с револьверной головкой и магазином

Возможность быстрой замены затупившегося инструмента делает в отдельных случаях целесообразным использование настолько высоких режимов резания, что размерной стойкости инструмента хватает лишь на обработку одной поверхности.

Стабильность размеров деталей, получаемых на многооперационных станках, позволяет сократить число контрольных операций на 50…70 %. С применением ручного труда выполняются только установка и закрепление заготовки, а также снятие детали. Для снижения связанных с этим потерь времени многие конструкции многооперационных станков снабжаются двумя столами. Пока на одном столе обрабатывается очередная заготовка, со второго стола снимается готовая деталь и на ее место устанавливается следующая заготовка. Требуется всего несколько секунд, чтобы новая заготовка была введена в рабочую зону станка после завершения обработки предыдущей заготовки.

В итоге производительность изготовления деталей на много-операционных станках в 4…10 раз выше, чем на универсальных. При этом простота наладки и переналадки многооперационных станков, а также исключение сложной и дорогостоящей технологической оснастки (шаблонов, копиров, специальных приспособлений и т.п.) создают условия, позволяющие применять такие станки в мелкосерийном и опытном производстве, особенно в случае подготовки управляющих программ с помощью ЭВМ.

Многооперационные станки выпускаются в различных компоновках как при вертикальном, так и при горизонтальном расположении оси шпинделя. Станки с вертикальным расположением оси шпинделя и горизонтально расположенным крестовым столом применяются при изготовлении изделий, обработка которых может быть осуществлена с одной стороны.

Шпиндельный узел. Это сложный многофункциональным механизмом, который служит не только для вращения, но и автоматической замены, зажима и угловой ориентации инструмента. Наибольшее распространение в МС получили невыдвижные шпиндели на подшипниках качения.

В быстроходных шпинделях МС особое значение приобретает термостабилизация шпиндельного узла и механизмов привода главного движения, расположенных, как правило, в одном корпусе со шпинделем. В прецизионных МС часто применяют специальные системы термостабилизации с холодильными машинами. Такие системы имеют отдельный от общей системы смазки бак и насос, с помощью которого масло (рабочим телом могут быть также вода или другие жидкости) из теплообменника холодильной машины подается к шпиндельному узлу и другим механизмам, являющимся активными источниками тепловыделения или подвергающимся нежелательным температурным воздействиям.

Надежность работы шпиндельного узла в многооперационном станке зависит от конструкции механизма зажима инструмента. Для обеспечения надежности во всех используемых механизмах зажим инструмента осуществляется упругими элементами, чаще всего тарельчатыми пружинами, а разжим – гидравлическим или электромеханическим приводом. Все механизмы конструируются таким образом, чтобы при разжиме шпиндельные подшипники не нагружались. Важным для точности положения инструмента является конструкция механизма захвата инструментальной державки. В настоящее время используются шариковые или рычажные замки. Шариковые замки более точно центрируют инструмент, однако вследствие того, что в месте контакта шариков с хвостовиком и тягой возникают чрезмерные контактные напряжения, они используются в том случае, если суммарная сила зажима не превышает 15 кН. Суммарная сила затяжки должна быть такой, чтобы между коническими поверхностями шпинделя и инструментальной оправки создавалось удельное давление 1,5…2 МПа.

На рис. 42 показана конструкция механизма крепления инструмента с шариковым замком и электромеханическим приводом.


	Рис. 42. Механизм крепления инструмента с электромеханическим приводом

Хвостовик инструментальной оправки, расположенный в корпусе шпинделя 1, взаимодействует с шариками 10, размещенными в гнездах тяги 2. На другом конце тяги имеется резьба, на которой посажена гайка 5 с возможностью свободного вращения. Вращению тяги 2 препятствует штифт 3. В корпусе 4 на подшипниках вращается маховик 9, связанный муфтой 8 с двигателем 7. В маховике на осях 13 размещены кулачки 11 и 12. Повороту кулачков препятствует пружина 14, закрепленная на маховике 9 планкой 15. При зажиме и разжиме включается двигатель 7, вращается маховик 9 и за счет сил инерции поворачиваются кулачки, взаимодействуя с выступом поводка 6, соединенного с гайкой 5. Вращение будет продолжаться до тех пор, пока не израсходуется запас кинетической энергии маховика, что и обеспечивает необходимую силу зажима. Зажим с силой 15 кН от двигателя мощностью 24 Вт происходит за 1,5 с.

На рис. 43 показана конструкция механизма закрепления инструмента с рычажным захватом и гидравлическим приводом разжима.

Зажим инструмента осуществляется пакетом тарельчатых пружин с усилием 27 кН. Время зажима и освобождения инструмента, соответственно, 0,5 и 0,3 с. Для освобождения инструмента масло под давлением через обратный клапан 12 и отверстие во фланце 9 поступает в большую полость гидроцилиндра 4, установленного на шпинделе 1 на подшипниках 3, закрепленных гайкой 5. Малая полость цилиндра соединена со сливом. Усилие, создаваемое давлением масла, действует на поршень 8 и цилиндр 4 в противоположные стороны. Поршень 8 перемещается, сжимая пакет тарельчатых пружин 6. Так как цилиндр связан через подшипники 3 со шпинделем, то его подшипники разгружены от осевых усилий. Одновременно поршень 8 через поршень 15 давит на фиксатор 17, передвигая его до упора в тягу 20. Последняя передвигает зажимные элементы 2 и выталкивает хвостовик оправки 21 из конусного отверстия шпинделя 1.

Рис. 43. Механизм крепления инструмента с гидравлическим приводом

При зажиме инструмента масло поступает в малую полость гидроцилиндра, а большая полость через дроссель 10 и золотник 11 соединяется со сливом. Под давлением масла поршни 13 и 15, установленные на штоке 14, перемещаются вправо. На дросселе имеется перепад давления, достаточный для удержания поршнем 8 пакета тарельчатых пружин в сжатом состоянии. После перемещения поршня 15 вправо пружина 19 через палец 18 толкает фиксатор 17, который, воздействуя на шарики 16, вытеснит их в пространство между внутренней поверхностью кольца 7 и фиксатором. Поршень 15, дойдя до упора в поршень 8, тормозится. Давление в большой полости падает. Пакет тарельчатых пружин, воздействуя через кольцо 7 на шарики 16, перемещает тягу 20, которая зажимными элементами 2 затягивает хвостовик оправки 21.

Приводы главного движения. Приводы имеют расширенный диапазон регулирования по сравнению с одноинструментальными станками. В современных МС соотношение максимальных и минимальных частот вращения шпинделей достигает 600. Максимальная частота вращения шпинделя намного выше, чем в обычных станках, и во многих случаях достигает 20000 мин–1. Это дает возможность экономично обрабатывать как черные, так и цветные металлы.

В большинстве случаев в приводах главного движения используются регулируемые двигатели постоянного тока с тиристорным управлением. Однако недостаточный диапазон регулирования двигателя при постоянной мощности вызывает необходимость использования и ступенчатой, чаще всего 2-3 ступени, коробки передач. Как правило, для переключения ступеней используются гидроцилиндры. Электромагнитные муфты не применяются из-за больших тепловыделений и несовершенства конструкции. В некоторых случаях электродвигатель соединяется непосредственно со шпинделем.

Соотношение максимальной и минимальной подач современных МС достигает 30000. В приводах используются двигатели постоянного тока с тиристорным управлением, асинхронные двигатели с частотно-токовым управлением. Дискретность перемещения – до 1 мкм. В приводах подач с высокомоментными двигателями отпала необходимость в редукторе. Привод подач имеет, как правило, два датчика обратной связи: по скорости (тахогенератор) и по пути. Тахогенератор чаще всего встраивается в двигатель. Датчик обратной связи по пути может устанавливаться непосредственно на рабочем органе станка, встраиваться в двигатель (резольвер). Могут использоваться оба варианта установки. В приводах подач МС применяются кинематические звенья повышенной точности. В передачах обязательно предусматривается выборка зазоров.

В последнее время получили распространение быстроходные МС с линейными двигателями в приводах перемещения без механических передач, обеспечивающие скорости быстрых перемещений рабочих органов в пределах 60…100 м/мин.

Направляющие МС работают в более тяжелых условиях, чем направляющие обычных, универсальных станков. Поэтому к их конструкции, точности, эксплуатационным характеристикам предъявляются повышенные требования. Направляющие МС чаще всего выполняют прямоугольного сечения комбинированного типа (качения и скольжения) или с накладками из наполненного фторопласта.

Эффективное демпфирование колебаний при использовании направляющих качения достигается с помощью дополнительных демпфирующих элементов, например расположенных между опорами качения ползушек с карманами глубиной до 0,03 мм, в которые подается масло, образующее демпфирующую пленку.

В конструкции направляющих предусматривается герметичная их защита. Системы подачи СОЖ и стружкоудаления строят с учетом интенсивного и непрерывного в течение длительного времени процесса резания, а также использования СОЖ для смыва стружки. Как правило, МС снабжают установками, подающими СОЖ в объеме не менее 50 л/мин, во многих случаях – больше в 2…3 раза.

В большинстве случаев СОЖ подается через несколько регулируемых сопл, расположенных вокруг шпинделя на концах отдельных трубопроводов или каналов в гильзе шпинделя.

Удаление стружки со станка осуществляется гидросмывом стружки, пневмоотсосом. Применяют щетки, сметающие стружку в бункер, из которого она впоследствии удаляется транспортером.