Типовые компоновки ГПМ и ГПС

Основные типы компоновок ГПМ приведены в государственном стандарте ГОСТ 27491-87 "Модули гибкие производственные и станки многоцелевые сверлильно-фрезерно-расточные. Основные параметры и размеры".

На рис. 3.20 показаны горизонтальные ГПМ для обработки корпусных деталей.

Стойка 1 с перемещающейся по ней в вертикальном направлении шпиндельной бабкой 2 устанавливается либо неподвижно, либо перемещается по станине 3. При неподвижной стойке 1 (рис. 3.20, а) поворотный стол 5 со столом-спутником 6 перемещаются по двум взаимно перпендикулярным осям координат с помощью промежуточных между ним и основанием салазок 4, снабженных крестообразно расположенными верхними и нижними направляющими.

Рис. 3.20. Горизонтальные ГПМ для обработки корпусных деталей:

а-с неподвижной стойкой и крестовым поворотным столом, б-с подвижными по одной оси координат поворотным столом и стойкой, в- с неподвижным поворотным столом и крестовой стойкой, г - с неподвижным по одной линейной оси поворотно-наклонным столом.

При подвижной в одном направлении стойке 1 стол 5 также перемещается по одной линейной оси координат (рис. 3.20, б). Если же стойка 1 с помощью промежуточных салазок 7 перемещается по двум взаимно перпендикулярным осям, то поворотный стол 5 выполняется неподвижным (рис. 3.20, в). Компоновки с неподвижным или перемещающимся только по одной оси координат столом 8 используется в станках и модулях, где стол 8 является поворотно-наклонным и на нем могут обрабатываться детали с пяти сторон и под различными углами (рис. 3.20,г).

На рис. 3.21 показан горизонтальный ГПМ для обработки деталей произвольной формы – корпусных или тел вращения.

На неподвижной стойке 1 в вертикальном направлении перемещается бабка 2 с выдвижным шпинделем 3, а подвижный в перпендикулярном оси шпинделя направлении стол 5 перемещается по горизонтальной оси. Такой модуль служит для сверлильно-фрезерно-расточной обработки вращающимся инструментом и для токарной обработки деталей закрепленных на столе-спутнике 4 не вращающимся инструментом (установленным в тот же шпиндель 3 и зафиксированным относительно корпуса шпиндельной бабки).

Рис.3.21. ГПМ для обработки деталей произвольной формы с поворотным вокруг горизонтальной оси координат столом Рис.3.22. Вертикальный ГМП для обработки плоских деталей с неподвижной стойкой и крестовым столом.

На рис. 3.22 показан вертикальный ГПМ с неподвижной стойкой 2, вертикально перемещающейся шпиндельной бабкой 1 и крестовым столом 3 на салазках 4. Стол со столом-спутником 5 вертикальных ГПМ имеет, как правило, удлиненную форму, размеры которой соответствуют отношению длины к ширине плоских деталей. Кроме того, вертикальные станки удобны для обработки небольших удлиненных деталей произвольной формы (в том числе типа тел вращения), закрепляемых в накладных поворотных вокруг горизонтальной оси столах.

На рис. 3.23 показаны двухстоечные вертикальные ГПМ. Портал 1 может быть неподвижным (рис. 3.23, а) или подвижным вдоль неподвижной плиты-стенда 7 (рис. 3.23, б). При неподвижном портале, (см. рис. 3.23, б) стол 3 перемещается по одной оси координат (вдоль длинной стороны), на нем может устанавливаться стол-спутник 4. Шпиндельная бабка 5 расположена на поперечине 2 и перемещается по ней в горизонтальном направлении, перпендикулярном направлению перемещения портала или стола. Поперечина 2 может быть неподвижной (при этом она является частью портала) или иметь установочное перемещение вдоль оси шпинделя. При неподвижной поперечине (см. рис. 3.23, б) по оси координат Z перемещается шпиндельная бабка 5 (или ползунковый шпиндель), расположенная на салазках 6, перемещающихся по поперечине 2.

На рис. 3.20–3.23 показаны принятые в нормативных документах направления осей координат, по которым перемещаются рабочие органы.

Значительная часть модулей имеет одностоечную компоновку с неподвижным бесконсольным столом, крестовым или продольно-подвижным (по координате X). При этом, как правило, используется стойка портального типа, по которой вертикально перемещается шпиндельная бабка с жестким неподвижным шпинделем.

Разделение перемещений стола и стойки по одной линейной координате в станках способствует достижению высокой точности позиционирования, так как отсутствуют консольные I участки, и нет взаимного влияния подвижных по осям X и Z (Y) узлов. Появляется также возможность увеличения длины стола и его перемещения по координате X, что необходимо для обработки длинномерных деталей.

Рис.3.23. Вертикальные двухстоечные ГПМ для обработки корпусных и плоских деталей:

а- с подвижным столом и поперечиной, б- с подвижным порталом.

Уменьшение числа координат, по которым перемещается стол, приводит к улучшению условий сбора и отвода стружки, стыковки с устройствами автоматической смены обрабатываемых заготовок, т.е. облегчается встраиваемость модулей в ГПС. В связи с этим в последнее время шире стали применяться ГПМ с крестовой стойкой, даже при небольших размерах рабочей поверхности столов. Компоновки с неподвижным или перемещающимся по одной линейной координате столом, которые ранее применялись в основном только в двухстоечных портальных станках, в настоящее время используются и в большинстве горизонтальных модулях.

В малых модулях достаточно широко используется поворотный вокруг горизонтальной оси стол шириной до 400…500 мм (т.е. стол с вертикальной рабочей поверхностью). В таких модулях наиболее надежно решается вопрос отвода стружки и СОЖ, что является весьма важным для работы в режиме "безлюдной" технологии.

Двухстоечные ГПМ со столом шириной 1000 мм и более применяют для обработки крупных деталей. Следует отметить, что станки с подвижным порталом при одинаковых размерах стола существенно легче, чем станки с подвижным столом.

На рис. 3.24 представлена структура ГПМ, в состав которого помимо целевого станка входят дополнительные устройства и приспособления для реализации следующих основных функций:

1. автоматизации переналадки, осуществляемой в результате наличия устройств АСИ и АСЗ с накопителями, повышенного объема памяти для управляющих программ (УП) и автоматического вызова необходимой УП по коду обрабатываемой детали;

2. самодиагностирования с помощью устройства ЧПУ, которое сообщает диагностическую информацию, и реагирует на нее заранее апланироваными (алгоритмизированными) действиями;

3. автоматизации контроля над технологическим процессом: срока службы, износа или повреждения инструментов, точности обработки, величины нагрузок приводов рабочих органов, последовательности работы силового электрооборудования и времени протекания процессов;

4. поддержания непрерывного функционирования модуля путем автоматической подачи заготовок в необходимых количествах, инструментов-дублеров и их автоматического ввода в работу, автоматического поднастраивания инструментов по результатам контроля обрабатываемых поверхностей, поддержания заданных параметров работы систем и механизмов станка, адаптации режима обработки применительно к условиям процесса резания.

Необходимыми компонентами для создания ГПМ являются высоконадежные многоцелевые станки, современная вычислительная техника, измерительные преобразователи (датчики) контроля различных параметров и размеров и соответствующее программное обеспечение.

На рис. 3.25 показан ГПМ, выполненный на базе двух шпиндельного токарного станка для обработки де талей типа тел вращения. В состав ГПМ входят станок 1, оснащенный автоматизированными зажимными патронами для крепления заготовок и магазином 2 инструментов с устройством их автоматической замены (при износе, поломке). Промышленный робот (ПР), оснащенный четырьмя манипуляторами 5 предназначен для автоматической смены заготовок 6. Он может производить смену в двух шпинделях: снять обработанные дета ли и установить новые заготовки, взятые с поддонов 9 транспортно-накопительной системы 8, оснащенной манипулятора 7 и 10 для перемещения поддонов, может устанавливать заготовки на призмы поворотного стола 11, где они кантуются v одновременно контролируются, что позволяет сократить вспошпиндельной бабкой 1, стойкой 12 и поворотным столом 2 связан перегрузчиком 3 с накопителем 6 столов-спутников 5. Накопитель 6 на дополнительной позиции ш производит смену обрабатываемых деталей; она стыкуется с общей транспортной системой, если модуль встраивается в ГПС. Станок оснащен двумя инструментальными магазинами 14 и 15 и поворотным устройством 8 с тремя дополнительными магазинами 7, 9 и 10, которыми можно заменять магазин 15, что существенно увеличивает общую емкость инструментальной системы и количество инструментов-дублеров для замены изношенных инструментов. Устройство 4 и промышленный робот перемещаются вдоль станка по порталу 3.

 

 


 

15. Определение общей площади при проектировании механосборочного цеха.

Ответ:

При детальном проектировании площадь отделений, входящих в состав ремонтно-механического цеха, определяется на основании пла­нировки оборудования.

Планировка станочного отделения цеха производится по типам станков с соблюдением общей последовательности операций в обра­ботке наиболее типовых деталей. Расстояние между станками, размеры проходов устанавливаются так же, как в механических цехах.

Общая удельная площадь на один станок 36.. .42 м2. В слесарно-сборочном отделении отводятся места для верстаков слесарной обра­ботки, сборки узлов и общей сборки ремонтирующих машин.

Обычно площадь слесарно-сборочного отделения составляет 30...35 % от общей площади, площадь механического отделения -40...45 %, склады и кладовые-10... 12%.

Демонтажное отделение располагается в начале цеха, так как по­ступающее оборудование прежде всего разбирается и протирается. Если цех занимает несколько пролетов, демонтажное отделение размещает­ся поперек пролетов, продолжением которых служит механическое от­деление. Площадь этого отделения 20...25 % от площади слесарно-сборочного отделения или от площади станочного. Затем размещают­ся механическое отделение с инструментально- раздаточной кладовой и заточным отделением.

Для ремонтно-механических цехов применяют здания унифици­рованных параметров, как и для механических цехов, с которыми ремонтно-механические располагаются в одном блоке.

Пролеты ремонтно-механического цеха имеют ширину преиму­щественно 24 или 18 м, шаг колонн 12 м, высоту до низа стропильной балки (фермы) 7,2 м.

Применяют в основном напольный транспорт, а также подвесные однобалочные краны (кран-балки) грузоподъемностью до 5 т. Один из пролетов ремонтно-механического цеха, в котором размещаются учас­ток крупногабаритных станков и слесарно-сборочное отделение (с уча­стками испытательным и окрасочным), рекомендуется оборудовать мо­стовыми электрическими кранами грузоподъемностью 10-30 т, в зави­симости от максимальной массы узлов ремонтируемого оборудования.

Ширину кранового пролета в зависимости от габаритов ремонти­руемого оборудования принимают 18 или 24 м, высоту до головки рель­са подкранового пути 8,15 или 9,65 м. В крановом пролете можно так­же размещать термическое и кузнечно-сварочное отделение вспомога­тельных цехов (ремонтно-механического и инструментального).

 


 

16. Исполнительные приводы станков с ЧПУ, их структура.

Ответ: ОБЩИЕ СВОЙСТВА СЛЕДЯЩИХ ПРИВОДОВ

Следящий привод предназначен для преобразования электри­ческого сигнала малой мощности в пропорциональное ему пере­мещение управляемого объекта, для чего требуется значительно большая мощность. От следящего привода в большой степени зависит качество работы станка с ЧПУ: производительность, точность, а также надежность. Основные параметры следящего привода — мощность, скорость, быстродействие и точность.

Основные элементы следящего привода (рис. 6.1): исполни­тельный двигатель Д того или иного типа (электрический, ги­дравлический), необходимой мощности и частоты вращения; усилитель мощности УМ, снабжающий этот двигатель энергией, регулируемой в широких пределах; датчик обратной связи по положению ДОС, преобразующий фактическое перемещение Х2 управляемого объекта УО в электрический сигнал Е0-с, строго пропорциональный этому положению, и сравнивающее устрой­ство УС, которое сравнивает сигнал обратной связи с входным управляющим сигналом Е, получаемым в каком-либо цифроана-логовом преобразователе и пропорциональным заданному пере­мещению Хг.

Если эти сигналы неодинаковы, а следовательно, фактическое перемещение отличается от заданного, возникает сигнал ошибки е, пропорциональный этой разности, который через усилитель мощ­ности УМ заставляет вращаться ротор двигателя с частотой Q, пропорциональной этому сигналу, в достаточно широком диа­пазоне.

Мощные усилители, в качестве которых чаще всего исполь­зуют управляемые тиристорные преобразователи переменного тока в постоянный в случае применения электродвигателей по­стоянного тока или золотниковые устройства того или иного типа в случае применения гидродвигателей, как правило, вклю­чают в себя усилитель постоянного тока малой мощности с боль­шим коэффициентом усиления, который совместно с корректирую­щими звеньями и тахогенератором (ТГ) обеспечивает требуемые динамические характеристики внутреннего контура следящего привода, являющегося его основой и называемого регулируемым приводом, или приводом.

Регулируемые приводы применяют и отдельно для вращения шпинделей станков, т. е. для осуществления главного движения. В этих приводах требуется высокая жесткость механической характеристики.

Для определения основных свойств следящего привода рас­смотрим его поведение в различных режимах, предполагая, что регулируемый привод описывается в первом приближении про­стейшим выражением РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРИВОД

Регулируемый привод, входящий в следящий привод, должен; обладать высокой чувствительностью и динамическими свойствами.

Высокая чувствительность его доепиьстсн благодаря применению большого коэффициента усиления УМ, в состав которое всегда входит маломощный усилитель поетолдкого тока (УГП t

Двигатели подач, в качестве которых чаше всего не пользу с двигатели постоянного тока, выбирают так, чтобы движение : подачи под нагрузкой начиналось при силе тока, равной 0.25 0, номинального значения Практически ли происходит мри пода на вход двигателя напряжения, составляющего 5- 10 °е номи нального значения. Следовательно, двигатель с номинальным" напряжением 220 В «трогается» при напряжении на якоре rm рядка 10—20 В. Очевидно, в системе ЧПУ необходимо, чтоб' i якорь двигателя стабильно начал вратаи^п при раесогласов нии в одну дискрету, обычно при h 0,001 мм

В качестве задающего устройства дня еледяоилч) приводи используют нифроаналотоьый преобразоваи:ль, хараыеризую щийся коэффициентом делении N, при шаге измерительной с стемы

В качестве сравнивающих \ о'рои>.и, isoio льзунл либи фа>-вые дискриминаторы, либо сами датчики обратной связи тин ^ вращающихся трансформаторон или индук теинов Особенности'-' этих устройств является периодический, чаще всею синусоидам ный характер изменения выходного сигала от расин ласовани т е. е — U sin 2nn/N, где п ■-- ошибка в числе дискрет

Если напряжение питания такого устройства U ■ э В, < ; одной дискрете соотвегствует сигнал ошибки в ■-- Ь sin 2л/2000 = 15 мВ.

Привод должен стабильно отрабатывать этот сигнал, следо­вательно, он должен начать двигаться при сигнале ошибки, по крайней мере в 3—5 раз меньшем, г е 3 о мВ Следовательно-, необходимо, чтобы общий коэффициент усиления Куи

= 4 -103.

20В

~ 5-10"3В

Максимальная скорость привода будет при е — 220 В/(4 103> = 55 мВ.

Для того чтобы максимальная скорость привода была п,|! стандартном значении е = ±Ш В, применяют тахогенератор Т!

привод работает только при разнице входного сигнала УС и сигнала от ТГ. Это позволяет получить большой диапазон регу­лирования и высокую линейность регулировочной характеристики привода при малой зоне нечувствительности. Практически коэф­фициент усиления привода при этом равен Kav = v/10 В.

Более удобно эту величину относить к частоте вращения якоря двигателя, которая стандартизована и обычно составляет 1500 мин""1 или 3000 мин"1, что дает Кпр = 1500/10 = 150 мин"1 или 300 мин"1 (при этом необходимо учитывать редукцию между двигателем и датчиком обратной связи).

Таким образом, применение тахогенератора и усилителя по­стоянного тока УМ позволяет расширить диапазон регулирова­ния привода.

Плавность движения на малых («ползучих») скоростях опре­деляется в основном динамической жесткостью привода, который в наименьшей степени должен реагировать на колебания нагрузки вследствие колебания сил трения.

7.1. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ГИДРОПРИВОДА И СРЕДСТВ ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКИ В СТАНКАХ С ЧПУ

В большинстве станков с ЧПУ новейшей конструкции находят широкое применение средства гидропневмоавтоматики. Гидро­приводу отдается предпочтение в механизмах смены инструмента, фиксации положений рабочих органов станка, разгрузки неурав­новешенных масс, переключения диапазонов частоты вращения в коробках скоростей шпиндельных узлов и других устройствах цикловой автоматики, получивших особенно широкое распростра­нение в многооперационных станках. Объясняется это исклю­чительной простотой и надежностью конструкции гидроприводов с силовым двигателем в виде гидроцилиндра, способностью их развивать высокие скорости и силы при больших ускорениях разгона и торможения. Т Попытки создать для подобных целей «линейный» электропривод до настоящего времени в промышлен­ности успехов не имели; электродвигатели с редукторами, не допускающие работу до жесткого упора, не являются конкуренто­способными по сравнению с гидроприводами.

Электрогидравлический следящий привод ранее широко при­менялся в безредукторных механизмах подач станков с ЧПУ. С появлением высокомоментных электродвигателей (с постоян­ными магнитами) стало возможным осуществить безредукторные приводы подач с динамическими характеристиками, почти та­кими же, как у электрогидравлических следящих приводов. Основные причины перехода от электрогидравлического к элек­трическому высокомоментному следящему приводу следующие: исключение из состава персонала, обслуживающего станок, спе­циалиста по гидроприводу; устранение громоздких насосных установок, подтеканий жидкости; уменьшение шума от работа­ющих насосов и т. п.; исключение операций, связанных с под­держанием чистоты рабочей жидкости, ее доливом и сменой.

Но у ^электрогидравлического следящего привода сохранилась рациональная область применения: тяжелые станки с двигате­лями, развивающими крутящие моменты свыше 100—200 Н-м, многокоординатные станки, требующие приводных двигателей малых габаритов и массы, специализированные установки с ЧПУ' например, сверлильно-клепальные, имеющие сложную сеть ги-дропневмоавтоматики.4 Эта область применения сохраняется бла­годаря успехам, достигнутым при создании экономичных и мало­шумных насосных установок, внедрению высококачественной

гидроаппаратуры и арматуры, исключающей утечки и подте­кания.

Гидропривод и гидропневмоавтоматика, а также гидросистемы находят в станках с ЧПУ широкое применение:

1) перемещение рабочих органов транспортных устройств, предназначенных для загрузки на станок заготовок и выгрузки деталей; 2) температурная стабилизация шпиндельных и других узлов станков циркулирующей охлажденной жидкостью; такая стабилизация, как правило, предусматривается в многоопера­ционных станках повышенной точности; 3) гидростатическая раз­грузка направляющих в тяжелых станках и подшипников в шпин­делях с высокой частотой вращения; 4) закрепление деталей и узлов станка под действием упругих деформаций вследствие дав­ления жидкости.

Гидропривод и гидропневмоавтоматика найдут в станках с ЧПУ более широкое применение благодаря новым направле­ниям их развития. Во-первых, создаются централизованные ги­дросистемы, снабжающие энергией силовые блоки станков и транспорта, например, в гибких производственных системах. При этом требуется меньшая установленная мощность, чем для отдельных силовых агрегатов, в особенности при применении в центральной насосной установке насосов переменной подачи, работающих при постоянном давлении без потерь на дроссели­рование избыточной жидкости. Во-вторых, создается и широко применяется гидроаппаратура пропорционального управления, позволяющая осуществлять непосредственное управление гидро­приводом от средств микроэлектроники. Кроме того, превращение средств смазывания узлов и механизмов станка в централизован­ные автоматизированные системы, средств охлаждения — в управ­ляемые по программе системы подачи СОЖ под давлением, вы­полняющие охлаждение режущего инструмента и очистку детали и спутников от стружки, средств пневматики — в системы авто­матического контроля правильности установки спутников, си­стемы автоматической очистки рабочих поверхностей шпинделей перед установкой инструмента и т. п. привело к тому, что раз­работка, отладка и эксплуатация всех этих средств стали уделом специалистов по гидропневмоавтоматике станков.

Таким образом, гидропривод и гидропневмоавтоматика яв­ляются широко применяемыми и перспективными средствами автоматизации станков с ЧПУ.

Рассмотрим несколько характерных примеров.

На рис. 7.1 показана гидравлическая схема многооперацион­ного станка АПРС-11.

Функциональное назначение гидросистемы питания гидро­приводов в этом станке характеризуют исполнительные гидро­двигатели. К ним относятся: гидроцилиндр / уравновешивания шпиндельной бабки; гидроцилиндры 2—5 устройства фиксации кругового стола по координате А (УФА)- гидроцилиндры 6—9.


17. Конструктивные особенности станков с ЧПУ. Системы координат.

Ответ: Станками с программным управлением являются, по существу, все автоматические станки, у которых заданы программы движе­ния рабочих органов. Такими станками являются, например, обычные токарные автоматы или копировальные станки. Однако это определение не отражает особенностей станков, которые по­явились в связи с развитием вычислительной техники и получили название станков с числовым программным управлением.

Основной особенностью ЧПУ является то, что информация о заданном законе движения управляемых элементов станка предетадлдатся в виде последовательности чисел, цифр, букв и -других знаков, нанесенных в закодированном виде на какой-либо программоноситель, в качестве которого могут быть исполь­зованы перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и т. п. Про­граммоноситель с записанной на нем информацией называют управляющей программой. Такая программа физически не свя­зана с размерами и точностью изготовляемой детали, как при применении шаблонов, кулачков и других носителей аналоговой информации в традиционных автоматах. Поэтому изготовить ее значительно легче, быстрее и дешевле, что особенно важно в том случае, когда необходимо часто менять объект производства. Изготовление такой программы, заключающееся в расчете и записи информации на программоноситель, можно полностью автомати­зировать с помощью ЭВМ.

В этом основной смысл применения ЧПУ для автоматизации станков и другого технологического оборудования.

ЧПУ применяется в станках всех групп и является универ­сальным средством автоматизации управления технологическим оборудованием. Программой, вводимой в устройство ЧПУ станка, задается закон движения как приводов подач, так и приводов главного движения и вспомогательных устройств, обеспечиваю­щих изготовление заданной детали.

Например, токарный патронно-центровой станок с диаметром заготовки над суппортом 200 мм Московского станкостроительного производственного объединения «Красный пролетарий», оснащенный устройством ЧПУ, промышленным ро­ботом и преобразованный благодаря введению накопителя заго­товок и других устройств в ГПМ, обозначают как 16К20ФЗРМ; сверлильно-фрезерный расточный станок Ивановского станко­строительного производственного объединения им. 50-летия СССР с шириной и длиной стола 500 мм, оснащенный устройством ЧПУ, устройствами автоматизированной смены инструмента и загото­вок (преобразующими его в гибкий производственный модуль), обозначают как ИР500ПМ1Ф4М.

При обозначении моделей специализированных станков с ЧПУ также применяют буквенные индексы, мнемонически выявляющие основные признаки станка, с добавлением порядкового но­мера разработанной модели. Например, раскройно-фрезер-ный станок с ЧПУ шестой мо­дели обозначают РФП-6, фре­зерный станок с ЧПУ с длиной продольного хода 2 м седьмой модели обозначают ФП-27 и т. п. Строгих правил в обозначении моделей разработчики не при­держиваются и часто руководст­вуются традициями, сложив­шимися в конструкторских бюро или на заводах—изготовите­лях станков.

Под специализированными станками с ЧПУ здесь и ниже понимают станки с ЧПУ, предназначенные для изготовления де­талей определенной группы, при котором требуются параметры станков, отличающихся от лимитированных ГОСТ 21609—82Е, ГОСТ 21610—82Е, ГОСТ 21611—82Е, ГОСТ 21613—82Е на станки общего назначения по длинам ходов, частоте вращения шпинделей, компоновке, числу координат рабочих перемещений и т. п. Напри­мер, специализированные станки ФП-7 (см. разд. 8.1), предназна­ченные для изготовления по трем координатам изделий удлинен­ной формы, имеют поперечный ход 650 мм и продольный ход 3000 мм; станки РФП-1 (см. разд. 8.3), предназначенные для рас­кроя деталей из листа, имеют поперечный ход 1800 мм и продоль­ный ход 12 000 мм, частоту вращения шпинделя до 18 000 мин"1; крепление заготовки в них осуществляется шагающими пневмати­ческими прижимами. Нормы точности, жесткости, условия экс­плуатации, автоматизация управления, техника безопасности общие для специализированных и универсальных станков с ЧПУ. На станках с ЧПУ выполняют обработку двух видов: контурную, дающую возможность получать поверхности пере­менного профиля, что характерно для фрезерных и токарных операций. Для корпусной детали (рис. 1.2) это обработка наруж­ных / и внутренних 2 контуров, а также выборка колодцев 3;

позиционную — для получения поверхностей с повторяю­щимися геометрическими параметрами (например, отверстий) в различных стабильных позициях заготовки. Это главным обра­зом сверлильные, резьбонарезные и расточные операции, а также фрезерные, предназначенные для обработки плоскостей. Для детали, показанной на рис. 1.2, это обработка плоскостей 4 и отверстий 5.

В соответствии с существующей практикой в Минстанкопроме принята следующая система обозначений уровней автоматизации станков с ЧПУ в конце шифра модели: Ф1 — с цифровой индика­цией; Ф2 — с позиционной системой ЧПУ; ФЗ — с контурной системой ЧПУ; Ф4 — с системой ЧПУ многооперационных станков.

Выделяются также такие параметры системы ЧПУ, как число управляемых координат (первая цифра после буквенного обо­значения) и вид привода подач, для управления которыми пред­назначена система.

Различают приводы подач двух типов: импульсный (обозна­чали цифрой 1) или следящий (обозначали цифрой 2). Так, напри­мер, универсальная система ЧПУ, управляющая пятью коорди­натами, в том числе одновременно приспособленная для стыковки со следящими приводами, обозначалась Н55-2. При применении такой системы в многооперационном станке с диаметром кругового стола 630 мм (один из важнейших для эксплуатации размеров), с четырьмя одновременно управляемыми по программе коорди­натами модель станка согласно рекомендации ЭНИМСа обозна­чали СМ630Ф4.4. Указанное выделение возможностей системы в обозначении станка с развитием систем ЧПУ стало излишним, поскольку станок оснащают такой системой ЧПУ, которая не­обходима для станка данной группы и данного типа. Однако по­пытки возродить обозначение моделей систем ЧПУ не прекраща­лись. Так, в типаже металлорежущих станков на 1981—1985 гг. Выделено четыре типа станков с ЧПУ в зависимости от вида примененной системы ЧПУ:

станки с функциональной системой программного управления (ФСУ), обеспечивающей управление режимами обработки (глав­ный привод и подачи), последовательностью работы механизмов и перемещений узлов станка, а также предельными величинами этих перемещений по осям координат;

станки с оперативной системой программного управления (ОСУ), позволяющие формировать программу обработки непо­средственно на рабочем месте и предназначенные для использо­вания в основном в мелкосерийном производстве при обработке Деталей сравнительно простой формы;

станки с продуктивной системой программного управления (ПСУ), предназначенные для обработки основной массы деталейв условиях серийного и крупносерийного производства и исполь­зующие программы, подготовленные заранее;

станки с универсальной системой программного управления (УСУ), предназначенные для обработки сложных, уникальных деталей.

Подобное деление систем программного управления также быстро устарело, поскольку новейшие системы ЧПУ обеспечи­вают управление, соответствующее всем четырем перечисленным видам систем.

Системам ЧПУ разработки 1983—1985 гг. как в СССР, так и за рубежом присваивали достаточно произвольно выбранные назва­ния, например, «Вектор» и порядковый номер разработки «90» (фирма «Оливетти», Италия). Возможности систем ЧПУ различ­ных наименований (типов) должны соответствовать мировым стандартам, единым для всех разработчиков систем ЧПУ, кото­рые видоизменяются по мере развития станков с ЧПУ и электрон­ной техники (см. гл. 5). Блочный метод построения современных систем ЧПУ позволяет потребителю заказывать систему ЧПУ в составе (число управляемых координат и т. п.), необходимом для конкретного станка.

Таким образом, основные группы станков с ЧПУ остаются такими же, как для станков общего назначения. Хронологическая последовательность освоения станков с ЧПУ следующая: фрезер­ные; сверлильно-расточные; токарные; шлифовальные; зубооб-рабатывающие; строгальные, долбежные, протяжные станки с циф­ровой индикацией; электрофизические, электрохимические и уль­тразвуковые. Применение ЧПУ привело к появлению новой группы станков — многооперационных (ранее «обрабатывающие центры»). Под многооперационным станком сейчас понимают сверлильно-фрезерно-расточный станок, позволяющий автомати­чески, по числовой программе, производить комплексную по­зиционную и контурную обработку заготовки, оснащенный ин­струментальным магазином и устройствами для автоматической . смены инструментов. Обычно многооперационные станки имеют один или два (с взаимно перпендикулярными осями) поворотных стола, позволяющих устанавливать заготовки для обработки с разных сторон. Многие зарубежные фирмы сокращенно обозна­чают многооперационные станки буквами МС (Machining Center). Благодаря высокой технико-экономической эффективности про­изводство многооперационных станков непрерывно растет. Целесо­образно выделить их в отдельную группу — многооперационные станки с ЧПУ.

Многооперационные станки возникли на основе как фрезер­ных станков, которым присуща высокая мощность привода глав­ного движения, так и сверлильно-расточных, которые характе­ризуются более высокой точностью обработки. Поэтому[_по тех­нологическим возможностям все модели многооперационных стан­ков с ЧПУ можно разделить на две группы^ о I группа — многооперационные станки с ЧПУ, конструкция И компоновка которых определяются преобладающим значением одной из технологических операций обработки (наиболее рас­пространено фрезерование). К этой группе относятся станки ФП-27С, ФП27-4С, ФП-17СМН, ФП-7СМН, МА-655А, МА-655В, МА-655СМ30А и др.

Основные конструктивно-технологические особенности стан­ков данной группы следующие:

относительно высокая мощность привода главного движения и большие силы перемещений по координатам, позволяющие вести производительную фрезерную обработку заготовок из легких и труднообрабатываемых материалов;

точность классов Н и П;

относительно небольшая вместимость магазина инструмен­тов: 6—30 шт.;

вертикальное расположение оси шпинделя;

прямоугольный подвижный (по одной или двум координатам) неповоротный стол;

число управляемых координат главным образом три, реже — четыре.

II группа — многооперационные станки с ЧПУ, имеющие одинаковые технологические возможности по выполнению широ­кого круга операций обработки. Характерная особенность этих станков в том, что обработка в основном проводится осевым ин­струментом (сверла, зенкеры, развертки и др.). фрезерные опе­рации на этих станках ведут на более низких, чем для станков первой группы, режимах. К этой группе относятся станки АПРС-11, СМ400Ф4.5, СМ630Ф4.4, АГП630-800-1.3, АГПН630-800-1.3 и др.

Основные конструктивно-технологические особенности стан­ков этой группы следующие:

более низкие, чем у станков I группы, мощность привода глав­ного движения и силы перемещений по координатам, что позво­ляет вести производительную обработку осевым инструментом заготовок из различных материалов и выполнять нетяжелые фрезерные работы;

точность классов П и В;

относительно большая вместимость инструментального мага-' \ЗДна (20—80 и более инструментов);

ось шпинделя чаще всего горизонтальная;

наличие поворотного (силового или делительного) стола;

число управляемых координат четыре—шесть;

возможность обрабатывать заготовки без перестановки с четы-рех-пяти позиций.

Для улучшения условий удаления стружки из зоны резания станков I группы, особенно на операциях контурного фрезерова-a^f закрытых поверхностей (удаление стружки под действием Собственного веса), шпиндель размещают горизонтально (см. гл. 2). Уменьшается различие ряда параметров I и II групп мно­гооперационных станков. Оснащение многооперационных стан­ков устройствами автоматической загрузки заготовок в рабочую зону станка и выгрузки деталей, накопителями заготовок, при­борами контроля хода технологического процесса и управления автоматической переналадкой на изготовление разных деталей привело к созданию еще одной группы станков — ГПМ (см. гл. 2, 8, 9), рассчитанных на длительное функционирование без участия оператора-станочника. На основе ГПМ создают ГПС, представ­ляющие собой наиболее современное автоматизированное про­изводство (см. гл. 2, 12, 13).

Работа станка с ЧПУ тесно связана с системами координат. Раз­личают системы координат станка, детали, приспособления и инстру­мента.

Система координат станка. Оси координат у станков располага­ют обычно параллельно направляющим станка, что позволяет при про­граммировании обработки указывать направления и величины переме­щения рабочих органов.

В качестве единой системы координат для всех станков с ЧПУ принята стандартная прямоугольная (правая) система, при которой оси X, Y, Z (рис. 1.12) указывают положительные перемещения инструмен­тов относительно подвижных частей станка. Положительные направле­ния движения заготовки относительно неподвижных частей станка указывают оси X, Y, Z', направленные противоположно осям X, Y, Z. Таким образом, положительными всегда являются такие движения, при которых инструмент и заготовка удаляются друг от друга.

Круговые перемещения инструмента (например, угловое смещение оси шпинделя фрезерного станка) обозначают буквами А (вокруг оси X), В (вокруг оси Y), С (вокруг оси Z), а круговые перемещения заго­товки (например, управляемый по программе поворот стола на расточ­ном станке) — соответственно буквами А', В', С. В понятие «круговые перемещения» не входит вращение шпинделя, несущего инструмент, или шпинделя токарного станка. Для обозначения вторичных угловых движений вокруг специальных осей используют буквы D и Е.

Для обозначения направления перемещения двух рабочих органов вдоль одной прямой используют так называемые вторичные оси: U (параллельно X), V (параллельно У), W (параллельно Z). При трех пере­мещениях в одном направлении применяют еще и так называемые тре­тичные оси: Р, Q, R (см. рис. 1.12).

У станков различных типов и моделей системы координат размещают по-разному (рис. 1.13), определяя при этом положи­тельные направления осей и размещение начала координат (нуль станка М).

Система координат станка является главной расчетной системой, в которой оп­ределяются предельные перемещения, на­чальные и текущие положения рабочих ор­ганов станка. При этом положения рабочих органов станка характеризуют их базовые

точки, выбираемые с учетом конструктивных особенностей отдельных управляемых по программе узлов станка. Так, базовыми служат точки: для шпиндельного узла — точка N пересечения торца шпинделя с осью его вращения (рис. 1.14); для суппорта токарно-револьверного станка — центр поворота резцедержателя в плоскости, параллельной направляющим суппорта и проходящей через ось вращения шпинделя, или точка базирования инструментального блока; для крестового стола •*- точка пересечения его диагоналей или специальная настроечная |гочка, определяемая конструкцией приспособления; для поворотного ,стола — центр поворота на зеркале стола и т. д. Г Базовая точка может быть материально выражена точным базовым .Отверстием в центре стола станка (например, точка F на рис. 1.14). В технической документации пределы возможных смещений рабочих ор­ганов, как правило, указывают пределами смещения базовых точек.

В стандартной системе координат станка положительные направле­ния осей координат определяются по правилу правой руки. Большой Тйалец (рис. 1.15, а) указывает положительное направление оси абсцисс Ш, указательный — оси ординат (У), средний — оси аппликат (Z). Положительные направления вращении вокруг этих осей определяют­ся другим правилом правой руки. Согласно этому правилу, если рас­положить большой палец по направлению оси, то остальные согнутые Вальцы укажут положительное направление вращения (рис. 1.15, б). Ориентация осей стандартной системы координат станка свя-

«юается с направлением движения при сверлении на сверлильных, очных, фрезерных и токарных станках. Направление вывода ерла из заготовки принято в качестве положительного для оси Z,

т. е. ось Z всегда связывается с вращающимся элементом станка — шпинделем. Ось X перпендикулярна оси Z и параллельна плоскости установки заготовки. Если такому определению соответствуют две оси, то за ось X принимают ту, вдоль которой возможно большее пе­ремещение узла станка. При известных осях X и Z ось Y однозначно определяется из условия расположения осей в правой прямоугольной системе координат.

Начало стандартной системы координат станка обычно совмещают с базовой точ­кой узла, несущего заготовку, зафиксированного в таком положении, при котором все перемещения рабочих органов станка могли бы описываться положительными коорди­натами (см. рис. 1.14). Точка Л/, принятая за начало отсчета системы координат станка, называется нулевой точкой станка или нулем станка. В этом положении рабочие орга­ны (базовые точки), несущие заготовку и инструмент, имеют наименьшее удаление друг от друга, а отсчетные элементы станка определяют нуль отсчета на табло цифро­вой индикации.

Например, у вертикально-сверлильного станка (см рис. 1.14) базовой точкой F стола является центр стола, в котором выполнено отверстие диаметром 40Н8. Базовой точкой шпинделя является точка N — центр отверстия шпинделя в плоскости торца шпинделя. Конструкцией станка определено, что стол может смещаться по оси X (продольная ось стола) на 400 мм вправо и влево относительно центрального положения базовой точки. Возможные смещения стола оси Y (поперечные) составляют 450 мм. Таким образом, прямоугольник (см. рис. 1.14), образованный линиями возможного смещения точки F по осям X и Y, определяет возможную зону обработки заготовок инстру­ментом, ось которого совпадает с осью шпинделя. Эта зона (ее часто называют рабочей зоной) у рассмат­риваемого станка в плоскости огра­ничена размерами 800 х 450 мм. На­личие данных о зоне обработки обя­зательно, так как они определяют возможности станка при программировании переме­щения обрабатываемых заготовок.

Для того чтобы отсчет перемещений стола по осям X и Y всегда был положительным, нуль станка М принимают размещенным в од­ном из углов рабочей зоны (см. рис. 1.13, б). Естественно, что поло­жение точки М является фиксированным и неизменным, и в этом случае точка М будет являться началом координат станка. Тогда по­ложение1 точки F может быть задано координатами xMF и yMF отно­сительно точки М.

Для рассматриваемого станка (см. рис. 1.14) положение точки F будет изменяться в пределах 0 — 800 мм по оси X и 0 — 450 мм по оси Y. Возможное смещение торца шпинделя в направлении оси Z составит 380 мм (70 — 450 мм). При этом за начало пе­ремещения принимается нижнее (предельное) положение торца относительно зеркала стола, при котором расстояние от торца до зеркала стола равно 70 мм.

При работе станка табло индикации на панели УЧПУ отражает ис­тинное положение базовых точек станка относительно нуля станка. Для рассматриваемого примера это положение точки F относительно точки М и точки N относительно нулевого уровня в соответствующей системе XYZ координат станка.

Для взаимного положения рабочих органов станка, показанного на рис. 1.14, на таб­ло индикации будут данные Х250. 00, Y235. 00 и Z000. 00 Для положения, когда ось шпинделя будет совмещена с точкой 133, табло индикации покажет Х800. 00, Y450. 00 и Z000. 00. В положении, когда точка N будет совмещена с точкой 313, на табло инди-капий fivnvT чнячения Х800. 00, Y000.00 и Z380.00.

На рассматриваемом станке в положении, когда ось шпинделя будет совмещена с нулевой точкой М, а его торец находится на расстоянии 70 мм от зеркала стола, на таб­ло цифровой индикации по всем программируемым координатам (X, Y, Z) будут показа­ны нули.

Таким образом, если на данном станке обрабатывать деталь с ис­пользованием абсолютного отсчета, то все ее координаты (рис. 1.16) должны быть определены относительно нулевой точки М станка. Обычно в нулевую точку станка рабочие органы можно переместить путем нажатия кнопок на пульте управления станком или соответст­вующими командами УП. Точный останов рабочих органов в нулевом положении по каждой из координат обеспечивается датчиками нулево­го положения. Движения рабочих органов станка задаются в УП коор­динатами или приращениями координат базовых точек в стандартной (правой) системе координат.

В рассматриваемом примере (см. рис. 1.14) это координаты xMF и yMF центра сто­ла (базовой точки F) и координата ZN положения по высоте торца шпинделя (базовой точки N относительно нулевого уровня). В паспортах станков с ЧПУ всех типов указаны координаты, которые закреплены за конкретным рабочим органом, показаны направле­ния всех осей, начало отсчета по каждой из осей и пределы возможных перемещений.

Для того чтобы не было путаницы с положительными направле­ниями рабочих органов, связанных с заготовкой (обозначение осей со штрихом) и с инструментом (обозначение осей без штриха), при под­готовке УП всегда исходят из того, что инструмент движется относи­тельно неподвижной заготовки. В соответствии с этим и указывают положительные направления осей координат на расчетных схемах, эс­кизах и другой документации, используемой при программировании. Другими словами, за основную при программировании принимают стандартную систему координат, в которой определены положения и размеры обрабатываемой детали, относительно которой перемещается

инструмент. Принятое допущение корректируется системой УЧПУ та­ким образом, что если для реализа­ции запрограммированного движения инструмента относительно заготовки необходимо переместить рабочий ор­ган с инструментом, то это движение выполняется с заданным в УП зна­ком, а если требуется переместить рабочий орган с заготовкой, то знак направления движения изменяется на противоположи ый. Система координат детали. Система координат детали является главной системой при программировании обработки. Система коорди­нат детали — это система, в которой определены все размеры данной детали и даны координаты всех опорных точек контура детали (см. рис. 1.24). Система координат детали переходит в систему координат программы — в систему, в которой даны координаты всех точек и оп­ределены все элементы, в том числе и размещение вспомогательных траекторий, которые необходимы для составления УП по обработке данной детали. Системы координат детали и программы обычно со­вмещены и представляются единой системой, в которой и производит­ся программирование и выполняется обработка детали. Система назна­чается технологом-программистом в соответствии с координатной сис­темой выбранного станка.

В этой системе, которая определяет положение детали в приспо­соблении, размещение опорных элементов приспособления, траекто­рии движения инструмента и др., указывается так называемая точка начала обработки — исходная точка (О). Она является первой точкой для обработки детали по программе. Часто точку О называют «нуль программы». Перед началом обработки центр Р инструмента должен быть совмещен с этой точкой. Ее положение выбирает технолог-про­граммист перед составлением программы исходя из удобства отсчета размеров, размещения инструмента и заготовок, стремясь во избежа­ние излишних холостых ходов приблизить инструменты к обрабаты­ваемой детали. При многоинструментальной обработке исходных то­чек может быть несколько — по числу используемых инструментов, поскольку каждому инструменту задается своя траектория движения.

Система координат инструмента. Система координат инструмен­та предназначена для задания положения его режущей части относи­тельно державки. Инструмент описывается в рабочем положении в сборе с державкой (рис. 1.17). При описании всего разнообразия инст­рументов для станков с ЧПУ удобно использовать единую систему ко­ординат инструмента ХИ ZH, оси которой параллельны соответствую­щим осям стандартной системы координат станка и направлены в ту же сторону. Начало системы координат инструмента располагают в ба­зовой точке Т инструментального блока, выбираемой с учетом особен­ностей его установки на станке. При установке блока на станке точка Т часто совмещается с базовой точкой элемента станка, несущего ин­струмент, например с точкой N (рис. 1.17, в).

Режущая часть инструмента характеризуется положением его вер-шины и режущих кромок. Вершина инструмента задается радиусом за­кругления г и координатами хИТР и z» ТР ее настроечной точки Р (рис. 1.17, а), положение которой относительно начала системы координатинструмента обеспечивается наладкой инструментального блока вне станка на специальном приспособлении.

Положение режущей кромки резца задается главным ф и вспомога­тельным ф] углами в плане, а сверла (рис. 1.17, б) — углом 2ф при вершине и диаметром D. Вершина вращающегося инструмента лежит на оси вращения, и поэтому для ее задания достаточно указать аппли­кату zKTP.

Настроечная точка инструмента Р обычно используется в качестве расчетной при вычислении траектории инструмента, элементы которой параллельны координатным осям. Расчетной точкой криволинейной траектории служит центр закругления Ри при вершине инструмента (рис. 1.17, а).


 

18. Этапы проектирования станков, анализ конструктивных вариантов.

Ответ:

Компоновка станков