Станки дома Конструкции основных узлов станков с ЧПУ
В приводах главного движения токарных станков передняя бабка обычно является шпиндельной. Большие мощности и частоты вращения, большая нагруженность шпиндельных подшипников привели к необходимости интенсивного охлаждения, которое обеспечивается в основном путем оребрения бабки или пропусканием охлаждающей жидкости (рис. 5).
Рис. 5. Система оребрения шпиндельных узлов станков фирмы HAAS (США)
В качестве приводных двигателей в станках с ЧПУ обычно применяются регулируемые двигатели постоянного и переменного тока. Последние проще по конструкции и обладают большей надежностью благодаря отсутствию щеточных узлов (особенно в области высоких частот вращения, которые требуются для главного движения).
Диапазон регулирования двигателя с постоянной мощностью (Rд)р ограничен значением 3. . . 5 (в последних моделях двигателей 6. . . 8), что требует, как правило, применения в приводе главного движения механических устройств (коробок скоростей) с числом ступеней скорости от двух до четырех.
Предпочтение отдается варианту мотор — шпиндель, обеспечивающему большую мощность, но еще повсеместно движение от электродвигателя на шпиндель передается с помощью поликлино- вого или зубчатого ремня. Сам шпиндельный узел стал сменным. Частота вращения шпинделя за счет появления лучших инструментальных материалов для станков с патроном диаметром 250 мм сейчас составляет свыше 10 000 мин-1 при мощности, доходящей до 43 кВт.
В токарных станках вместо зубчатых кинематических цепей применены беззазорные шариковые винтовые передачи с высоко- моментными регулируемыми электродвигателями, что обеспечивает точное перемещение суппортов. При этом не только значительно уменьшаются силы трения (коэффициент трения покоя для направляющих качения в 20 раз меньше, чем для направляющих скольжения) и исключается прерывистость движения, вызванная при скольжении эффектом прилипания, но и уменьшается износ сопряжения.
Существенную долю выпускаемых станков (около трети) составляют токарные станки с ЧПУ с вертикальным расположением шпинделя или двух шпинделей. Общей практикой стало то, что заднюю бабку заменяют контршпинделем с характеристиками, равными или близкими характеристикам основного шпинделя Время для передачи заготовки из одного шпинделя в другой составляет около 10 с и достигается или за счет «наезда» контршпинделя, или с помощью манипулятора (станок INTEGREX 200-IIIST фирмы MAZAK (Япония)).
У токарных станков инструмент устанавливается в револьверной головке на 12, реже на 10 (8) позиций. Возможен вариант исполнения револьверной головки на 24 инструмента (рис. 6) .
Размер сечения резца, установленного в револьверной головке, колеблется от 20 до 32 мм, а диаметр осевого инструмента — от 32 до 50 мм. Приводными являются, как правило, все позиции револьверной головки (12, 24) или большая часть. Время смены соседних инструментов от 0,15 до 1 с, хотя еще не редкость смена инструмента за 4 с.
Рис. 6. Револьверная головка на 24 инструмента, из которых 18 приводные со скоростью 9000 мин-1 и мощностью 6 кВт
Рис. 7. Токарный обрабатывающий центр серии TD42-Triplex (без защитного ограждения) с двумя шпинделями и тремя револьверными головками
Как правило, станки оборудуются системами измерения как заготовки и детали, так и инструмента, что освобождает от необходимости точных измерений до начала обработки.
Положение направляющих станины в пространстве уже традиционно наклонное. Большинство современных станков средних размеров с ЧПУ имеет оригинальную компоновку, позволяющую повысить их жесткость, улучшить защиту направляющих и винтовых передач, обеспечить свободный отвод стружки и удаление ее из рабочей зоны, применять загрузочные устройства любых типов, обеспечить свободный доступ к инструменту и приспособлениям, повысить безопасность работы
Компоновки токарных станков с ЧПУ
Компоновка первых токарных станков с ЧПУ мало отличалась от компоновки серийных, на базе которых они были сделаны. Так, токарный станок модели 16К20Ф3, в отличие от серийного токарно-винторезного станка модели 16К20, имел изменения в некоторых узлах с добавлением следующих устройств и механизмов:
- электронного устройства ЧПУ для управления работой станка;
- отдельных приводов по каждой координате (один для движения суппорта в продольном, другой — в поперечном направлении);
- автоматической коробки скоростей (АКС), передачи в которой включаются электромагнитными муфтами при поступлении команды на изменение скорости, отключение или торможение вращения шпинделя станка;
- поворотной резцедержки, в шести позициях которой можно устанавливать разные инструменты для обработки заготовки;
- беззазорных шариковых винтовых передач, обеспечивающих более точное перемещение суппорта в продольном и поперечном направлениях
В современных станках с ЧПУ полностью автоматизирован цикл обработки детали с установлением необходимых режимов резания. Без участия оператора выполняются все вспомогательные движения и функции: ускоренное перемещение рабочих органов, смена инструмента, устанавливаемого в револьверных головках или магазинах, зажим заготовки, перемещение задней бабки и люнета, включение и выключение механизмов стружкодробления и стружкоудаления, включение системы охлаждения, введение коррекции на положение заранее настроенных на размер инструментов и т. д.
- базовые узлы выполняются более жесткими с удобным доступом к обрабатываемой заготовке и свободным сходом стружки;
- для снижения удельного давления на направляющие они выполняются широкими и на максимальном расстоянии с надежной защитой от грязи;
- узлы привода главного движения обеспечивают бесступенчатое регулирование;
- в шпиндели встраиваются устройства автоматического зажима и разжима;
- узлы привода подач выполняются с максимально короткими кинематическими цепями, обеспечивающими высокую жесткость, плавность хода, минимальные потери на трение;
- направляющие выполняются более износостойкими, с малым коэффициентом трения;
- в станки встраиваются автоматические устройства смены инструмента, уборки стружки, смазки, загрузочные и др ;
- шпиндельная бабка устанавливается отдельно от коробки скоростей;
- предусмотрена автоматическая измерительная система с обратной связью
Коррекция инструмента
Обычно для изготовления одной и той же детали используется несколько инструментов. Как отмечалось выше, разный инструмент имеет разные геометрические параметры, которые станок должен учитывать при перемещении. Для этого в станке существует таблица смещения инструмента, в которой указываются геометрические параметры инструмента (для токарных резцов: смещение от нулевой точки станка, для фрезерного инструмента длина и диаметр). Для записи коррекции используют несколько способов:
Измерения касанием. Этот способ не требует каких либо специальных технических средств или дополнительного оснащения, но вместе с этим является наименее точным. Суть заключается в касании заготовки инструментом либо напрямую, либо через концевые меры.
Использование пресетера (необходимо наличие в цеху специального устройства — пресетора).
Пресетер позволяет точно измерить длину и диаметр инструмента. Это наиболее точный метод измерения, но вместе с тем наиболее затратный и наименее удобный, так как для проведения измерений инструмент необходимо извлекать из станка.
Измерение при помощи датчика измерения инструмента. В зависимости от типа датчика этот способ не уступает по точности предыдущему, но при этом менее затратный и наиболее эффективный, так как привязку инструмента можно осуществлять в автоматическом режиме. Суть данного способа заключается в установке в рабочую зону станка высокоточного датчика для измерения инструмента:
Инструмент касается контактной поверхности датчика, а датчик в свою очередь передает сигнал на ЧПУ, которая фиксирует данные в таблице инструментов. Измерение может проводиться как в ручном режиме, так и в автоматическом (в зависимости от типа датчика).
Токарно-карусельные станки с чпу
Для одностоечных токарно-карусельных станков с ЧПУ (рис.22.18,а) принята следующая система координат: у вертикального суппорта ось Z, которая по направлению совпадает с осью вращения планшайбы, а точка пересечения оси X с осью Z есть нулевая точка отсчета может быть принята в любом месте по оси Z. У бокового суппорта вертикальная ось W, а горизонтальная U.
Рис. 22.18.Обозначение осей координат в токарно-карусельных станках с ЧПУ
Для двухстоечных токарно-карусельных станков с ЧПУ (рис.22.18,б) принята следующая система координат: у правого вертикального суппорта оси X и Z и у левого вертикального суппорта оси W и U. При выборе начала отсчета координат (нулевой точки) могут быть приняты базовая поверхность опоры заготовки на планшайбе или в приспособлении или верхний торец обрабатываемой заготовки.
Токарно-карусельные станки с позиционными устройствами ЧПУ (исполнение Ф2) обрабатывают только гладкие или ступенчатые (внутренние и наружные) цилиндрические, плоские и конические (с углом не более 45°) поверхности. Станки имеют по два управляемых суппорта: одностоечные моделей 1512Ф2 и 1516Ф2 — вертикальный и боковой суппорты, двухстоечные моделей 1525Ф2, 1540Ф2 — два вертикальных суппорта. Для управления станками используют системы УЧПУ модели П32-ЗМ.
Основные режимы работы задают изменением положения переключателя режимов 22 на пульте устройства ЧПУ П32-ЗМ (рис.22.19). При этом он может быть установлен в положении «Индикация» (ручное управление), «Автоматический режим», «Полуавтоматический режим», «Ручной ввод», «Восстановление» и «Поиск кадра».
Рис. 22.19.Пульт управления устройством П32-ЗМ
Включение и выключение УЧПУ производят кнопками 9 и 8 с контрольной сигнальной лампой 7. Начальное (исходное) положение УЧПУ задается автоматически при включении, а во всех остальных случаях — нажатием кнопки 3 «Сброс» (стирание из памяти ЧПУ всей ранее введенной информации).
В режиме «Индикация» управление станком осуществляют с пульта станка. Для этого тумблер на пульте станка устанавливают в положение «Рука», а переключатель режимов на пульте ЧПУ — в положение «Индикация». В этом режиме УЧПУ осуществляет индикацию текущей координаты на табло индикатором 15 по осям X и 1 и индикатором 17 по осям 11 и 117, а также индикатором 19 кода функции и номера кадра. Для осуществления индикации нажимают одну из клавиш 4. Переключатель индикации устанавливают в положение «Работа». На табло будет показана индикация перемещения относительно заданного нуля. Кнопка 1 «Стоп» на пульте ЧПУ в этом режиме не действует.
Автоматический и полуавтоматический режимы предназначены для работы станка от перфоленты. Работа в автоматическом режиме происходит при установке переключателя 22 режимов в положение «Автомат». Переключатели индикации 16, 18 и 20 необходимо также установить в положение «Автомат». Далее с помощью декадных переключателей 10 производят (при необходимости) смешение нуля отсчета для всех координат, а с помощью переключателей, расположенных на боковой стороне УЧПУ, вводят величины и знаки коррекций. Работа станка начинается с момента нажатия на кнопку 2 «Пуск». При этом происходит считывание одного кадра перфоленты и обработка его станком. После отработки предыдущего кадра автоматически считывается следующий и снова осуществляется отработка считанного кадра станком. Так происходит до тех пор, пока с перфоленты не будут считаны команды MOO, М01, М06 или не будет нажата кнопка 1 «Стоп». По этим командам автоматический цикл будет остановлен, а пустить его снова можно только кнопкой «Пуск» или кнопкой 6 «Повторение цикла», если кнопка «Стоп» была нажата во время обработки перемещений. Для остановки автоматического цикла можно также использовать кнопку 5 «Технологический останов».
Остановить автоматический режим работы станка можно нажатием кнопки «Стоп» на пульте станка, но пользоваться ею в этих целях не рекомендуется, так как при этом прекращается вращение стола и для продления автоматического режима потребуется ввести команды (МОЗ, М04) для его запуска.
Работа в полуавтоматическом режиме осуществляется при установке переключателя режимов в положение «Полуавтомат» и нажатии на кнопку «Пуск». После этого происходит считывание одного кадра перфоленты и отработка его станком. Затем станок останавливается. Для дальнейшей работы станка необходимо снова нажать на кнопку «Пуск».
В режиме «Ручной ввод» станок управляется только от устройства ЧПУ. В этом режиме движения по осям X, Z,W,U программируются непосредственно с пульта УЧПУ. Режим «Ручной ввод» может использоваться для полной обработки детали, частичной обработки и для ввода различных команд в режиме «Автомат» и «Полуавтомат». Режим «Ручной ввод» устанавливают тумблером на пульте станка и переключателем режимов на пульте УЧПУ. При этом с помощью кнопок 11, 12, 13 и 14 может быть набрана (с одновременной индикацией вводимой информации) информация: перемещение по осям, координаты плавающего нуля, скорость перемещений, автоматические (постоянные) циклы, включение и выключение стола и т.д. Набранную информацию с помощью переключателя ввода (положение «Кадр») и кнопка «Ввод» вводят в память ЧПУ. Для обработки заданной информации нажимают кнопку «Пуск» на пульте УЧПУ. Для контроля введенной информации на пульте УЧПУ имеются табло и переключатели 16, 18 и 20.
Режим «Восстановление» используют для восстановления информации в памяти УЧПУ в случае ее утраты по различным причинам (ошибочное нажатие на клавишу «Сброс» и др.). Для восстановления необходимой информации переключатель режимов включают в положение «Восстановление», а на переключателе 21 устанавливают номер кадра, предшествующий номеру кадра, который нужно отработать станку. Перфоленту в считывающем устройстве устанавливают на начало программы и нажимают кнопку «Пуск». Происходит автоматическое считывание перфоленты до установленного кадра. При этом все вспомогательные команды запоминаются УЧПУ и схемой станка, а движения не отрабатываются. После остановки движения перфоленты необходимо проверить, соответствует ли введенная информация прерванному технологическому процессу обработки детали. Переход на автоматический цикл осуществляют переводом переключателя режимов в положение «Автомат» и нажатием на клавишу «Пуск».
Режим «Поиск кадра» используют для быстрого нахождения нужного кадра. Для этого переключатель режима работ устанавливают в положение «Поиск кадра». Затем перфоленту выводят на начало программы, а на переключателе 21 устанавливают номер искомого кадра. Нажимают клавишу «Пуск», при этом лента быстро перематывается до нужного кадра и останавливается. В этом режиме заложенная ранее память в устройстве ЧПУ сохраняется. Контроль искомого кадра выполняют по индикации.
На пульте УЧПУ имеется блок с сигнальными лампами, дающими информацию о состоянии системы, выключения и отработке заданных команд. Поэтому возможные неисправности могут быть оперативно выявлены.
Токарно-карусельные станки с контурными устройствами ЧПУ (исполнение ФЗ) предназначены для обработки деталей из черных и цветных металлов в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства. На них можно производить обтачивание и растачивание поверхностей с прямолинейными и криволинейными образующими, протачивание торцовых поверхностей, прорезание кольцевых канавок, сверление, зенкерование и развертывание центральных отверстий и др. Эти станки особенно эффективны при обработке деталей с большим числом точных поверхностей.
Одностоечные станки моделей 1512ФЗ, 1516ФЗ имеют по одному управляемому вертикальному суппорту с 5-позиционной револьверной головкой, а двухстоечные станки модели 1525ФЗ — по два управляемых вертикальных суппорта.
Станки оснащены устройством ЧПУ модели Н55-2, осуществляющим автоматическое управление вертикальным суппортом с револьверной головкой и приводом главного движения. Управление исполнительными органами осуществляется по программе, вводимой в 8-дорожечной перфоленты, в режиме предварительного набора (ручного ввода данных) с помощью переключателей и кнопок, расположенных на панели управления устройством ЧПУ, а также в режиме наладки (от подвесного пульта).
Программа ЧПУ токарно-карусельными станками содержит геометрическую и технологическую информацию, из которых первая включает данные о траектории движения инструмента в виде координат опорных точек этой траектории, а вторая — данные о скорости, подаче, номере инструмента и т.д.
Кодирование геометрической информации у позиционных УЧПУ П32-ЗМ выполняют в абсолютных значениях и кодируют адресами: для вертикального суппорта X и Z и для бокового суппорта U и W. У контурных УЧПУ Н55-2 размерные перемещения кодируют адресами X, Z, I и К и задают их в абсолютных значениях и приращениях с погрешностью до ±0,01 мм.
Примеры кодирования перемещений в абсолютных значениях и в приращениях по осям приведены ниже:
- 1. При программировании перемещения по отрезку прямой в кадре задают команду G01 (линейная интерполяция) и координаты конечной точки X, Z относительно начала отсчета размеров (задание размеров в абсолютных значениях) или относительно начальной точки перемещения (задание размеров в приращениях). Перемещение из точки А0 к точке А, (рис.22.20,а) при задании размеров в абсолютных значениях набирают кадром: N011G01X 005000…FE2 , а при задании размеров в приращениях — N011 GO 1Х-010000… FE2.
- 2. При программировании перемещения по наклонной прямой из точки Б0 в точку Б| (рис.22.20,б) в абсолютных значениях размеров кадр имеет вид: N006G01H 015000Z 010000… FE2, а при задании размеров в приращениях — N006G001X 010000Z -005000… FE2.
Рис. 22.20.Схемы (я-в) задания перемещении в абсолютных значениях и в приращениях по осям X и Z
3. При программировании перемещения из точки D() в точку D2 (рис.22.20,в) по дуге окружности (круговая интерполяция) в кадре задают команду G02 или G03 (движение по часовой стрелке или против), затем задают координаты I и К центра окружности (с радиусом R) относительно начальной точки (D0 и Di,) и координаты X и Z (в приращениях) конечной точки (D) и D2):
N004 G02I 002000К 005000Х — 00200Z 00200.. ,FE2,
N005G031 — 006000К — 00400Х — 005000Z 003000.. ,FE2.
Скорость перемещения суппортов у станков с УЧПУ П32-ЗМ записывают адресом F для правого вертикального суппорта и адресом Е для бокового и левого вертикального суппортов. Скорость перемещения суппортов у станков с УЧПУ Н55-2 записывают адресом F (мм/мин) и адресом R (об/мин). Частоту вращения планшайбы записывают адресом S.
Номер режущего инструмента соответствует номеру позиции револьверных головок и резцедержателей суппортов, имеющих автоматический поворот и фиксацию на каждой позиции, номер инструмента записывают адресом Т. Смену инструмента программируют отдельным кадром.
4. При подготовке станка к работе инструмент (перед установкой на станок) должен быть предварительно настроен на размер. Фактические вылеты режущих кромок относительно базирующих поверхностей, позволяющих фиксировать инструмент в заданном положении на суппорте, должны быть установлены по двум координатам с погрешностью ±0,5 мм, а измерены с погрешностью до 0,01 мм.
В устройстве (рис.22.21) резцовый блок 1 устанавливается на переходной плите 2. Плита 2 заранее монтируется на столе 3 с помощью эталонного блока 5 так, чтобы при подводе каретки устройства с визирным микроскопом 4 вершина эталонного резца блока совпадала с перекрестием осей в поле зрения микроскопа. При этом перед индикатором 6 отсчета по оси X должен быть установлен набор концевых мер, соответствующий расстоянию вершины эталонного резца блока от расчетной базовой плоскости резцового блока. Измеренные координаты режущих кромок резцов являются коррекциями на вылет инструмента по соответствующим осям. Эти размеры сохраняют свое значение до изнашивания или изменения положения инструмента в блоке. При обработке фасонных поверхностей начало координат должно соответствовать положению центра радиуса при вершине резца. Координаты положения режущих кромок инструмента заносят в карты наладки.
В карте наладки дают перечень необходимого вспомогательного и режущего инструмента для обработки заготовки с координатами вершин режущих кромок от программируемой точки отсчета, координаты исходной (нулевой) точки относительно абсолютной системы координат станка и другие данные.
Наладку токарно-карусельного станка выполняют в такой последовательности: по карте наладки подбирают режущий инструмент, блоки, державки и устройства для закрепления в них режущего инструмента; при необходимости производят вне станка проверку настройки или настройку режущего инструмента на заданные картой наладки координатные размеры с помощью специальных приборов; устанавливают настроенный инструмент в суппорты станка и производят дополнительную его настройку, устанавливают на столе станка предусмотренные картой наладки базирующие и зажимные приспособления; устанавливают заготовку; закрепляют и проверяют ее положение относительно начала координат.
Рис. 22.21.Устройство настройки инструмента на размер:
- 1- устройство, 2- настройка по эталонному блоку положения резца по осям X и Z, 3 — установка вершины резца в визире микроскопа,
- (a-в) схемы привязки режущих кромок резцов в визире микроскопа
Затем на пульте управления устанавливают ручной режим управления, проверяют работоспособность рабочих органов станка на холостом ходу и исправность сигнализации на пульте управления, перемещают все суппорты в нулевое положение в соответствии с картой наладки.
После этого, убедившись в исправности и чистоте лентопротяжного механизма, устанавливают программоноситель и проверяют на ускоренном режиме выполнение без сбоев рабочей программы пультом с индикацией текущей координаты рабочих органов станка, а также безотказность индикации и световой сигнализации, проверяют отсутствие информации на корректорных переключателях и набирают на них значения, полученные при наладке станка.
Затем устанавливают на пульте управления автоматический режим управления и обрабатывают одну заготовку, измеряют деталь, вычисляют размеры коррекции и набирают их на корректорных переключателях, обрабатывают следующую заготовку, измеряют ее и при необходимости вводят дополнительную коррекцию.
Периодически производят измерение обработанных деталей в партии и в случае отклонения фактических размеров от заданных чертежом или картой наладки выполняют коррекцию программы переключателями.
Загрузка...