6 Инструментальных плоскостей:

1)основная пл рез – в ней находится инструмент в статич состоянии

2)главная пл рез – проходит через гл режущую кромку и перпендикулярная 1)

3)вспомогательная пл рез –прозодит через вспомогательную реж кромку и перпендикулярная 1)

4)гл секущая инстр пл – перпендикулярная гл реж кромке и перпендикулярная 1)

5) вспомогательная секущая инстр пл – перпендикулярна вспомогательной реж кромке и перпендикулярная 1)

6)рабочая инстр пл – проходит по направлению подачи через вершину резца и перпендикулярная 1)

12.Методы уменьшения динамических нагрузок и колебаний в главном движении.

Динамические нагрузки и колебания возникающие в главных приводах при переходных процессах и прерывистыми резании умеют за счет оптимизации процессов разгона и торможения на любой частоте вращения или применением в главном приводе регулируемых электроприводов, позволяющих настройку переходных процессов по требуемому закону за счет подбора рациональных параметров конструкции и кинематики привода. Влияющие на величину изгибно – крутильной жесткости и собственных частот системы. Применение демпфирующих и предохранительных элементов муфты с упругими и упруго демпфирующими элементами, специальные демпферы и динамические частоты колебаний. Значение динамических характеристик при переходных процессах в приводах с регулируемым электродвигателем зависит от кратности приведенного момента инерции привода :

У макс. – приведенный к валу двигателя, момент инерции вала двигателя и установленного тока ограничения в электроприводе. При этом торможение зависит от типа реверса электропривода и некоторых других электротехнических характеристик.

Динамические характеристики при пуске и торможении в приводах с нерегулируемым асинхронным двигателем зависит от ɣ0, коэффициент а К λmax = M дв. Max /М дв. ном. (из каталога электродвигателей )

Отношение низшей собственной частоты привода f1 к электросети f0 при наличие в приводе автоматизированной коробки скоростей (АКС) передач с электромагнитными муфтами динамический момент в механизме определяется - импульсом электромагнитной муфты на входном валу и соотношением частот вращения выходного и входного валов коробки.

При конструировании ПГД станков с прерывистым характером резания, установкой маховика вблизи шпинделя и введением упругой муфты передачи в скоростную цепь достигают снижение перегрузок при переходных процессах и отстройки от резонанса. При этом для избегания резонансных явлений при работе станков в нижней части диапазона частот вращения шпинделя. Со сравнительно высокими значениями fu стремятся выполнять условия fc >>fu , увеличивают жёсткость валов, избегают повышающих передач в нижней части диапазона скоростей , располагают понижающие передачи в конце кинематической цепи, ближе к шпинделю. В ПГД расточных, токарных, и некоторых других станков находят применение динамические гасители и демпферы разных типов.

13. Основные типы САПР.

Основные типы АС

Основные типы АС с их привязкой к тем или иным этапам жизненного цикла изделий указаны на рис. 4.

CAE – Computer Aided Engineering (автоматизированные расчеты и анализ);

CAD – Computer Aided Design (автоматизированное проектирование);

CAM – Computer Aided Manufacturing (автоматизированная технологическая подготовка производства);

PDM – Product Data Management (управление проектными данными);

ERP – Enterprise Resource Planning (планирование и управление предприятием);

MRP-2 – Manufacturing (Material) Requirement Planning (планирование производства);

MES – Manufacturing Execution System (производственная исполнительная система);

SCM – Supply Chain Management (управление цепочками поставок);

CRM – Customer Relationship Management (управление взаимоотношениями с заказчиками);

SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition (диспетчерское управление производственными процессами);

CNC – Computer Numerical Control (компьютерное числовое управление);

S&SM – Sales and Service Management (управление продажами и обслуживанием);

CPC – Collaborative Product Commerce (совместный электронный бизнес).

Современные САПР (или система CAE/CAD), обеспечивающие сквозное проектирование сложных изделий или, по крайней мере, выполняющие большинство проектных процедур, имеют многомодульную структуру. Модули различаются своей ориентацией на те или иные проектные задачи применительно к тем или иным типам устройств и конструкций. При этом возникают естественные проблемы, связанные с построением общих баз данных, с выбором протоколов, форматов данных и интерфейсов разнородных подсистем, с организацией совместного использования модулей при групповой работе. Эти проблемы усугубляются на предприятиях, производящих сложные изделия, в частности, с механическими и радиоэлектронными подсистемами, поскольку САПР машиностроения и радиоэлектроники до недавнего времени развивались самостоятельно, в отрыве друг от друга.

Component Supplier Management

Для решения проблем совместного функционирования компонентов САПР различного назначения разрабатываются системы управления проектными данными – системы PDM. Они либо входят в состав модулей конкретной САПР, либо имеют самостоятельное значение и могут работать совместно с разными САПР. Уже на этапе проектирования требуются услуги системы SCM, иногда называемой системой управления поставками комплектующих (Component Supplier Management), которая на этапе производства обеспечивает поставки необходимых материалов и комплектующих.

АСТПП, составляющие основу системы САМ, выполняют синтез технологических процессов и программ для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), выбор технологического оборудования, инструмента, оснастки, расчет норм времени и т. п. Модули систем CAM обычно входят в состав развитых САПР, и потому интегрированные САПР часто называют системами CAE/CAD/CAM/PDM.

Функции управления на промышленных предприятиях выполняются автоматизированными системами на нескольких иерархических уровнях. Автоматизацию управления на верхних уровнях от корпорации (производственных объединений предприятий) до цеха осуществляют АСУП, классифицируемые как системы ERP или MRP-2.

Наиболее известные системы ERP выполняют различные бизнес-функции, связанные с планированием производства, закупками, сбытом продукции, анализом перспектив маркетинга, управлением финансами, персоналом, складским хозяйством, учетом основных фондов и т. п. Системы MRP-2 ориентированы главным образом на бизнес-функции, непосредственно связанные с производством.

АСУТП контролируют и используют данные, характеризующие состояние технологического оборудования и протекание технологических процессов. Именно их чаще всего называют системами промышленной автоматизации. Для выполнения диспетчерских функций (сбора и обработки данных о состоянии оборудования и технологических процессов) и разработки программного обеспечения для встроенного оборудования в состав АСУТП вводят систему SCADA. Для непосредственного программного управления технологическим оборудованием используют системы CNC на базе контроллеров (специализированных компьютеров, называемых промышленными), встроенных в технологическое оборудование.

На этапе реализации продукции выполняются функции управления отношениями с заказчиками и покупателями, проводится анализ рыночной ситуации, определяются перспективы спроса на планируемые к выпуску изделия. Эти задачи решаются с помощью системы CRM. Маркетинговые функции иногда возлагаются на систему S&SM, которая, кроме того, служит для решения проблем обслуживания.

На этапе эксплуатации применяются специализированные компьютерные системы, предназначенные для ремонта, контроля, диагностики эксплуати- руемых систем. Обслуживающий персонал использует интерактивные учебные пособия и технические руководства, а также средства для дистанционного консультирования при поиске неисправностей, программы для автоматизированного заказа деталей взамен отказавших.Следует отметить, что функции некоторых автоматизированных систем часто перекрываются. В частности, это относится к системам ERP и MRP-2. Управление маркетингом может быть поручено как системе ERP, так и системе CRM или S&SM.

На решение оперативных задач управления проектированием, производством и маркетингом ориентированы системы MES. Они близки по некоторым выполняемым функциям к системам ERP, PDM, SCM, S&SM и отличаются от них именно оперативностью, принятием решений в реальном времени, причем большое значение придается оптимизации этих решений с учетом текущей информации о состоянии оборудования и процессов. Перечисленные автоматизированные системы могут работать автономно, что в настоящее время обычно и происходит.

Однако эффективность автоматизации будет заметно выше, если данные, генерируемые в одной из систем, будут доступны в других системах, поскольку принимаемые в них решения станут более обоснованными.

Чтобы достичь должного уровня взаимодействия промышленных автоматизированных систем, требуется создание единого информационного пространства не только на отдельных предприятиях, но и, что более важно, в рамках объединения предприятий (системы СРС или PLM – Product Lifecycle Management).

Единое информационное пространство обеспечивается благодаря унификации как формы, так и содержания информации о конкретных изделиях на различных этапах их жизненного цикла. Унификация формы достигается использованием стандартных форматов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при документировании, т. е. применением так называемых CALS (Continious Acquisition and Lifecycle Support) – технологий, которые будут рассмотрены ниже.

Структура и разновидности САПР

Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие. Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах. Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering), обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР:

– техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное обору- дование, линии связи, измерительные средства);

– математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;

– программное, представляемое компьютерными программами САПР;

– информационное, состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, используемые при проектировании (отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а база данных вместе с СУБД носит название банка данных);

– лингвистическое, выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;

– методическое, включающее различные методики проектирования;

иногда к нему относят также математическое обеспечение;

– организационное, представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия.

Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например, по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы – ядра САПР.

По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР:

1. САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD).

2. САПР для радиоэлектроники: системы ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation).

3. САПР в области архитектуры и строительства.

Кроме того, известно большое число специализированных САПР или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь в классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС), САПР летательных аппаратов, САПР электрических машин и т. п.

По целевому назначению различают САПР, обеспечивающие разные аспекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются рассмотренные выше CAE/CAD/CAM-системы. По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например: комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечения.

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР:

1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т.е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер. В настоящее время широко используются унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Unigrafics и ACIS фирмы Integraph).

2. САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах прорабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например, при проектировании бизнес-планов, но они имеются также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.

3. САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые ПМК, например, имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по МКЭ, синтеза и анализа систем автоматического управления и т. п. Часто такие САПР относятся к системам CAE. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

4. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяются специализированные системные среды.

Системы автоматизированного проектирования в машиностроении

В состав развитых машиностроительных САПР входят в качестве составляющих системы CAD, CAM и CAE.

Определение CAD, CAM и CAE:

CAD – автоматизированное проектирование – представляет собой компьютерную технологию для облегчения создания, изменения, анализа и оптимизации проектов. Наиболее важным компонентом CAD являются системы автоматизированной разработки рабочих чертежей и системы геометрического моделирования. Кроме того, CAD используется для оптимизации и анализа, имеет программы для анализа допусков, расчета масс- инерциальных свойств, моделирования методом конечных элементов и визуализации результатов анализа.

CAM – автоматизированное производство – это компьютерная технология для планирования, управления и контроля операций производства через прямой и косвенный интерфейс с производственными ресурсами предприятия. CAM используется для числового программирования управления станками с ЧПУ и роботами, работающими на гибких автоматизированных участках. В задачах планирования производства CAM стыкуется с автоматизированной системой MRP и ERP через систему PDM (MRP – material requirement planning – планирование технических требований к материалам).

CAE – автоматизированное конструирование – это компьютерная технология для анализа геометрии деталей, моделирования и изучения поведения изделий для усовершенствования и оптимизации их конструкций. Средства CAE могут осуществлять множество различных вариантов анализа (кинематические расчеты, динамический анализ, расчет напряжений методом конечных элементов – FEM – finite-element method). Метод FEM рассчитывает теплообмен, распределение магнитных полей, потоков жидкости и другие задачи с непрерывными средами. Для применения метода FEM необходима аналитическая модель объекта подходящего уровня.

CAE наиболее эффективно используется на стадии анализа и оптимизации конструкции Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двумерного и трехмерного проектирования. К функциям 2D относят черчение, оформление конструкторской документации; к функциям 3D – получение трехмерных геометрических моделей, метрические расчеты, реалистичную визуализацию, взаимное преобразование 2D- и

3D-моделей. В ряде систем предусмотрено также выполнение процедур, называемых процедурами позиционирования. К ним относят компоновку и размещение оборудования, проведение соединительных трасс.

14.Процессы, происходящие при функционировании металлорежущих станков.

Функционирование станка связано с проявлениями различных процессов, природа которых определяется взаимодействием инструмента и обрабатываемой заготовки, конструктивных элементов несущей системы и привода, действием факторов энергообеспечения и управления, влиянием окружающей среды [1, 7, 8].

Различают две группы процессов [3]:

физико-химические процессы, условно называемые рабочими процессами;

динамические процессы, характеризующие поведение станка как системы во времени.

К рабочим процессам относятся:

резание;

трение скольжения и качения;

гидро- и аэродинамические процессы;

электромагнитные процессы;

теплообразование и теплопередача;

лазерные и плазменные процессы.

Рабочие процессы протекают в подвижных соединениях элементов системы станка.

Процесс резания представляет собой упруго-пластическое деформирование материала заготовки режущим инструментом. По современным воззрениям при этом возникает сжатие и изгиб (внецентренное сжатие) срезаемого слоя материала и стружки . Сила резания определяется свойствами материала, сечением срезаемого слоя и другими условиями (скоростью резания, геометрией инструмента, используемой смазочно-охлаждаю-щей жидкостью и др.) Влияние условий резания проявляется через изменение параметров напряженно-деформированного состояния зоны стружкообразования и через изменение свойств обрабатываемого материала. Последнее в основном связано с интенсивным тепловыделением в процессе пластического деформирования и соответственно с высокими температурами.

Возникает взаимосвязь изменения напряженного состояния в процессе деформирования, в свою очередь меняющегося при изменении напряженного состояния, а также происходящего при этом изменения свойств обрабатываемого материала, оказывающего обратное воздействие на характеристику деформирования .

Таким образом, процесс резания (стружкообразования), равно как любой процесс деформирования материального тела, представляет собой замкнутую динамическую систему. Это означает, что он может быть устойчивым и неустойчивым. При устойчивом деформировании образуется так называемая сливная стружка. Неустойчивому соответствует формирование стружек надлома (хрупкое разрушение материала), элементной и суставчатой (вязкое полное или частичное разрушение стружки). Характерной особенностью деформирования при резании является образование нароста на режущем инструменте. Он возникает в зоне торможения деформирования и может быть устойчивым, т.е. сохраняться в процессе резания, или неустойчивым, периодически срывающимся. Нарост образуется [2| в области некоторых температур, границы изменения которых зависят от свойств обрабатываемого материала.

Нарост представляет собой часть заторможенного слоя материала, оставшуюся на инструменте, другая часть слоя уносится стружкой. Разделение частей происходит вследствие локального повышения пластичности материала под влиянием высокой температуры, локализующейся в середине (по толщине) заторможенного слоя, т.е. не на поверхности режущего инструмента, а внутри стружки.

При черновой обработке нарост может быть полезен, так как повышает стойкость инструмента, защищая режущее лезвие от изнашивания. При чистовой обработке он вреден, так как резко ухудшает качество обработанной поверхности. Устраняется нарост обычно повышением скорости резания (выход за пределы верхней температурной границы наростообразования) или устранением заторможенной зоны при увеличении переднего угла режущего инструмента.

Образование сливной стружки без нароста является одним из условий получения высокого качества обработанной поверхности. Однако такая стружка плохо удаляется из зоны резания, что создает значительные трудности при автоматизации процесса обработки. В этом случае используются различные методы дробления стружки.

Процесс трения между подвижными элементами несущей упругой системы станка оказывает большое влияние на точность и производительность обработки. Трение определяет устойчивость заданных движений рабочих органов станка, чувствительность установочных перемещений, энергетические потери, надежность работы различных механизмов станка и т.д.

Чрезвычайно широкий диапазон изменения условий движения (скорости и нагрузки имеют значения, отличающихся на несколько порядков) обуславливают наличие в станках фрикционных пар различного типа. Используются направляющие, подшипники, муфты, тормоза с трением скольжения смазанных и несмазанных поверхностей. При этом применяются смазочные вещества различных типов (жидкие, газовые, твердые), частично или полностью разделяющие трущиеся поверхности деталей станка. В последнем случае реализуется трение в слое жидкости или газа. Соответственно создаются системы подачи смазочного вещества в зону трения.

Широкое распространение в станках имеет процесс трения качения, который реализуется в направляющих и подшипниках качения.

Существует большое многообразие материалов трущихся деталей, в том числе и специально выбираемых с высокими антифрикционными и иными специфическими свойствами.

По своей природе процесс трения является разновидностью деформирования материалов [10], в том числе жидких и газообразных, со всеми присущими ему особенностями, о которых сказано выше применительно к резанию. Взаимодействие элементов деформационной системы |3] является замкнутым, содержащим обратные связи между напряженным и деформационным состояниями, тепловыми процессами и свойствами материалов. Потеря устойчивости процесса деформирования при трении проявляется в форме заедания, наростообразования на контактных поверхностях направляющих, опор, перемещаемых деталей и т.д.

Процесс трения сопровождается износом контактирующих деталей станка, потерей режущей способности инструмента. Износостойкость в значительной мере определяет долговечность и точность оборудования и инструмента [1, 8].

Гидро- и аэродинамические процессы протекают в подвижных соединениях (подшипники, направляющие скольжения, и т.п.) деталей станка, а также в гидравлических и пневматических приводах станков [1, 8]. Они определяют несущую способность слоев жидкостной и газовой смазки, жесткость соответствующих элементов конструкции, точность траекторий перемещения, энергетические потери и нагрев в зонах протекания процессов. Течение жидкости и газа в станочных устройствах, как правило, носит ламинарный характер. Случаи проявления турбулентности встречаются редко.

Электромагнитные процессы связаны с работой электропривода, электромагнитных муфт, тормозов и некоторых специальных устройств электроавтоматики.

Электроэрозионные и электрохимические процессы являются рабочими процессами специальной группы станков [6].

Плазменные процессы нашли применение в станках при обработке резанием труднообрабатываемых материалов.

Лазерное излучение используется в метрологических целях. При достаточной мощности источника излучения применяется в оборудовании, предназначенным главным образом для термической обработки материалов и для некоторых специфических видов обработки твердоструктурных материалов.

Динамические процессы в станках играют значительную роль в обеспечении качества и точности изделий, а также производительности обработки и надежности оборудования. Формообразующие движения инструмента и заготовки, траектории которых заданы кинематически, нарушаются вследствие деформаций упругой системы (станок, приспособление, инструмент, деталь). Деформации происходят под действием сил, порождаемых рабочими процессами (резания, трения и т.д.) и других сил (тяжести, инерции, сил возникающих вне станка).

Существенное значение имеют тепловые деформации системы под влиянием тепла, выделяемого при работе станка, или вследствие изменения теплового состояния окружающей среды.

В зависимости от характера воздействия, в том числе его изменения во времени, деформации могут быть статическими или изменяющимися по тому или иному закону во времени. В станках возникают вынужденные колебания и автоколебания. Автоколебания определяются взаимодействием упругой системы и рабочих процессов. Соответственно различают функционные автоколебания, автоколебания при резании и т.п.

Деформации упругой системы при переходных процессах (врезание и выход инструмента, разгон и торможение перемещаемых органов станка и т.п.) могут иметь форму колебаний, затухающих во времени, или форму, характеризуемую монотонной зависимостью, например, экспоненциальной.

Колебания системы (кроме случаев, когда они являются особенностью рабочего процесса, например, ультразвуковых станков) снижают точность обработки и долговечность (например, стойкость инструмента). Поэтому в станкостроении большое внимание уделяется борьбе с колебаниями. Продолжительность переходных процессов во многих случаях влияет на производительность станков.

15.Деформации корпусных деталей.

Ресурс ПК, устанавливаемых в ШУ характеризует 2 понятия - долговечность ПК и число оборотов, которые одно из колец подшипника делает относительно другого кольца до начала усталостного разрушения станка. Срок службы ПК. Продолжительность работы, в течение которой параметры работоспособности ШУ не выйдёт за установленные пределы в результате износа рабочих поверхностей деталей ПК.

- Деструкция пластичной смазки.

-Контактной коррозии на поверхностях сопряжений ПК с деталями ШУ и т.д.

Расчёт долговечности ПК стандартизован ГОСТом 18855-82. Оценка срока службы ПК возможна на основе приближенных эмпирических данных, а так же эмпирических значений зависимостей по возможному сроку службы пластичной смазки.

Проектирование и расчёт несущих систем МРС,

Несущая система (НС.) образуется совокупностью элементов станка, через которые замыкаются силы, возникающие при резание. К элементам НС. относятся

-Шпиндель с опорами-Станины, рассматриваемые во взаимодействии с фундаментами.-Корпусные детали.

При рассмотрении поведении НС. динамики, её элементами так же относятся-

-Узлы, расположенные вне указанного силового контура, но имеющие значительную массу. Качество НС. характеризуется отношениями перемещений её элементов. В первую очередь расположенных в зоне резания инструментов и заготовки. Под действием возмущений различной природы кинематические передаваемых через фундамент и силовых через силы резания, тепловые. Элементы НС укрупнено могут быть разделены на следующие группы--Станки и основания

-Коробки

-Детали узлов для поддержания и перемещения инструмента и изделия.

Конструирование корпусных деталей в значительной степени подчиняются критериям жёсткости и это обусловлено что жёсткость элемента НС определяет как её деформацию под действием статических сил, так и параметры колебательной системы. При выборе материала корпусных деталей по условиям жёсткости и технологичности как правило обеспечиваются автоматически. Для изготовлении корпусных деталей используются чугун, низкоуглеродистая сталь, а из неметаллических материалов-бетон. В настоящие время получает распространение синтетический гранит-синтегран. Требуемая жёсткость корпусной детали определяется работоспособностью станка, как технологической машины. Работоспособностью механизмов станка условиями производительной обработки в рассматриваемой детали и лёгкостью выверки станка при их установке. Нагрузки на корпусные детали передаются на участках их контакта между собой и с другими элементами по направляющим, фланцам, в местах расположения установочных элементов, закрепления обрабатываемых деталей и т.д. Большинство литых и сварных корпусных деталей представляют собой коробчатые тонкостенные конструкции с внутренними перегородками и ребрами. Деформация таких тонкостенных корпусных деталей условию может быть разделены - на общие искажения контура и местные.

Рис. Деформация корпусных деталей типа станка и стоек смещение в поперечном сечении.

а) б) - Общая деформация (а) - при изгибе, б) - при кручении)в)- искажение контура сеченияг)- местные деформации.

Общие деформации для деталей типа стержней могут быть представлены как деформации изгиба, сдвига, и кручения сплошных брусьев, а для деталей типа пластин как деформации однородных пластин. Деформации искажения контура и местные существенно снижает жёсткость базовых деталей. Поэтому обычно их стремятся свести к минимуму. В качестве примера можно указать, что в результате искажения контура сечения перемещения направляющих стойки может быть в 4 – 10 раз больше, чем стойка со сплошными перегородками. Уменшение деформации в искождении контура обеспечивается, например введением поперечного сечения перегородок сплошных или с небольшими окнами, диагональных перемычек противоположных углов сечения. При этом введение поперечных рёбер оказывается рациональнее, чем увеличение толщины стенки при той же площади сечения. Снижение местных деформаций направляющих обеспечивается уменьшением длинны переходных стенок, соединяющих направляющих с основанием контура станины, увеличением собственной жёсткости, переходных стенок путем введения поперечных рёбер.

16. Измерительные щупы для заготовок.

Наладка и измерение заготовок и инструмента

Измерительные щупы для заготовок

Щупы для заготовок серии TS фирмы HEIDENHAIN позволяют выполнять юстировку, измерения и контроль прямо на станке. Измерительный стержень щупа TS отгибается в сторону при касании поверхности заготовки. При этом щуп генерирует коммутационный сигнал, который, в зависимости от типа прибора, передается через кабель или через инфракрасный передатчик в ЧПУ. Система ЧПУ в этот момент сохраняет фактическое положение оси измерительного прибора и обрабатывает его впоследствии. Коммутационный сигнал образуется оптическим сенсором, работающим без износа, и отличается большой надежностью.

Инкрементальные щупы

Щупы фирмы HEIDENHAIN имеют выдвижной измерительный стержень. Они применяются для контроля средств измерения, в производственной и измерительной технике, а также в качеств датчиков пути.

• класс точности до ± 0,1 мкм

• шаг измерения до 0,005 мкм (5 нм)

• измеряемая длина 100 мм

• высокая точность измерений

• возможно автоматизированное движение измерительного стержня

• простой монтаж

В случае инкрементальных линейных датчиков текущая координата отсчитывается от нулевой точки путем подсчета импульсов. Для воспроизведения нулевой точки инкрементальные датчики фирмы HEIDENHAIN имеют референтные метки, которые необходимо проехать после включения оборудования. Особенно просто и быстро это происходит в датчиках с кодированными референтными метками.

Aбсолютные линейные датчики фирмы HEIDENHAIN показывают текущую координату сразу при включении и для этого им не требуется прохождение референтных меток. Передача абсолютного значения от происходит по интерфейсу EnDat или другому последовательному интерфейсу.

Рекомендуемые шаги измерения, указанные в таблице, относятся, в первую очередь, к измерениям положения. Более мелкие шаги применяются при измерении скорости, в частности, в случае прямых приводов. Синусоидальные выходные сигналы позволяют получить высокую степень интерполяции.

Выполнении контрольных операций через измерительный щуп

На станках с ЧПУ сверлильно-фрезерно-расточной группы при выполнении контрольных операций измерительный щуп устанавливают в одну из позиций инструментального магазина станка.

Автооператор смены инструмента при необходимости измерения детали по команде от ЧПУ устанавливает измерительный щуп непосредственно в шпиндель станка и подводит его в соответствующие точки рабочей зоны. Измерительный щуп по программе может проверять перед обработкой положение заготовок в приспособлении-спутнике и установку спутника на столе станка.

Головку отклонения для определения размеров деталей закрепляют в стандартной шпиндельной оправке и при наладке станка помещают в одно из гнезд инструментального магазина. Для перемещения в рабочее положение измерительная головка по заданной программе подается автооператором станка в шпиндель и автоматически там закрепляется. После измерений головка автоматически возвращается в инструментальный магазин.

Одноконтактная однокоординатная измерительная головка позволяет опознать соответствующую заготовку по характерным для нее поверхностям, контролировать точность установки (базирования) приспособления-спутника или заготовки, измерять размеры, а также отключения формы различных поверхностей. Она предназначена для работы на многоцелевых станках с ЧПУ сверлильно-фрезерно-расточной группы. Такая измерительная головка выполнена в виде переходной оправки / с закрепленным в ней виброконтактным датчиком 2 и устройством 3 электрической связи с автономным электронным отсчетным устройством или с устройством станка для лазерной резки. Головку, закрепленную в стандартной шпиндельной оправе 4, устанавливают в инструментальный магазин, и для необходимых измерений автооператор магазина подает ее в шпиндель станка.

На производстве используются также двухконтактные, двухкоординатные и другие измерительные головки, которые без измерительной системы станка или совместно с ней определяют диаметры заготовок и отклонения формы их отверстий, контролируют межцентровые расстояния, расстояния между плоскостями заготовки, отклонения положения приспособления-спутника или заготовки на станке, смещение точки позиционирования шпинделя станка от расчетной точки, отклонения формы прямолинейных и цилиндрических поверхностей и т.д.

Под названием функциональная безопасность помимо всего прочего подразумевается использование измерительных датчиков с последовательной передачей данных, которые предназначены для станков и устройств с интегрированной функцией безопасности. Два независимых друг от друга значения измерения генерируются еще в датчике и передаются в систему ЧПУ с помощью интерфейса EnDat.

17.Расчет несущих систем.

+15ый вопрос

Расчёт несущих систем (НС.).

Требуемое качество НС. обеспечивается на стадии проектирования расчёта. В общем случае расчётный критерий качества НС. д. т. Непосредственно связан с выходными показателями процесса обработки - точностью и производительностью. Основное применение имеют сравнительные расчеты, в которых показатели качества НС. – относительные перемещения элементов – от статических, динамических и тепловых нагрузок. При этом численные значения соответствуют – НС. станков хорошо зарекомендующих себя в эксплуатации накапливаются и обобщаются. В настоящее время на расчет НС. основное применение получил метод конечных элементов. Для использования метода конечных элементов, рассчитываемая конструкция представляется элементов разного типа, соединённых между собой в узлах. Для каждого элемента задаётся связь между перемещениями и нагрузками в узлах исходя из этого формируются матрицы жёсткости, инерции и деформации. Соответствующие матрицы для любого конечного элемента сначала вычисляют в местной системе координат, а затем преобразуют к общей системе координат всей конструкции. Далее переводят решение системы уравнений, определяют напряжение и перемещение узловых точек. В настоящие время разработано, в том числе и для НС. большое количество программных продуктов для расчёта МКЭ. Обобщая опыт, накопленный при испытании МКЭ для расчёта НС. МРС можно выдержать следующие рациональные области применения конечных элементов моделей-

конечноэлементные модели из пластичных элементов наиболее целесообразно применять на стадии разработки технического проекта для расчётной оценки статической деформации элементов сложной формы, в которых имеют место значительные местные деформации и для определения их температурной деформации, т.к. не м.т. решены другими методами. Испытание конечноэлементных пластинчатых моделей для рассмотрения поведения модели в целом требует значительных затрат времени и высокой достоверности данных о характеристиках жёсткости соединений, деформирования и т.д.

Модель НС. и стержневых конечных элементов и жёсткости тел следует испытывать для определения рационального распределения массы и жёсткости между элементами НС. и оптимизации их основных параметров для сравнения различных компоновок несущих систем. Такие модели могут, испытывается на стадии разработки как технического, так и эскизного проекта, когда детально конструктивные форсы элементов ещё не проработаны.

Сравнительная простота моделей и малое время, требуемое для получения численного значения показателей кач-ка обеспечивает возможность проведения многовариантных расчётов. Автоматизированный расчёт НС. испытывается для решения определенных задач-

1. Определение статических и динамических характеристик НС. как показателей их качества.

2. Сравнение различных компоновок и конструктивных вариантов НС. и выбор наилучших по статическим и динамическим характеристикам.

3. Выявление конструктивных параметров, оказывающих наиболее сильное влияние на характеристики НС. и выбор рациональных значений этих параметров.

4. Выявление наиболее рациональных идей снижения металлоемкости станка. Исходными данными для расчёта является- схема компоновки, чертежи основных элементов, выбранные расчётные условия, положения перемещающихся узлов нагрузки и т.д.

Расчётная схема НС. представляет собой рамную конструкцию стержней и массивы, соединных между собой стыками упруго опёртых на фундамент.

18.Направляющие качения. Формы.

Направляющие качения

По типу качения

Их делят на :

- шариковые

- роликовые

- игольчатые

По форме рат. поверхности

- с плоскими гранями

-цилиндрические грани

(шариковые втупки)

Радиусные грани

Выполненные в виде радиусных канавок

Направляющие качения применяют :

- без возврата тел качения (для малых ходов)

- с возвратом в качениях предусматривается канал возврата конструкций, без возврата располагаются в сепараторе.

Скорость движения сепараторов вдвое меньше, чем подвижного узла – тела качения. По способу создания натяга направляющие качения можно разделить на три группы: - с натягом, осуществляемым только с массой узла, - с предварительным натягом, создаваемых специальными элементами, - с частично предварительным натягом только в горизонтальном направлении.

Направляющие качения без натяга обычно выполняют чугунными и применяют при малых опрокидывающих моментах или больших массах узла. Когда нет опасности отрыва при прохождении рабочей нагрузки. Большинство направляющих выполняют стальными, закаленными до твердости 59-62 НRС c предварительным натягом, осуществляемом специальными регулирующими элементами: винтами, клиньями, пружинами или за счет разности размеров охватываемой детали с телами качения и охватывающей детали.

При создании натяга пружинами жесткость направляющих примерно в два раза ниже, чем при клиньях. Применяются обычно пакеты тарельчатых пружин т.к. необходимые типы натяга значительны. Пружины д.б. тарированными . В–ня предварительного натяга от 5 до 10 МКМ на сторону для роликовых направляющих, для шариковых эта в-ня в несколько раз меньше. Направляющие прямолинейного движения с возвратом тел качения (роликовые и шариковые) включают стальные закаленные планки имеющие форму брюса и опоры качения, к-с крепят к подвижному узлу (каретке, бабке). Опоры состоят из корпуса с рабочими дорожками и каналами возврата тел качения, а так же устройств для удержания тел качения (см.рис.)

Направляющие качения с предварительным натягом.

Форма поперечного сечения направляющих	Пар-ка направляющих и их применение
	Просты в изготовлении; допускают проверку взаимного прилегания по горизонтальным граням, но имеют относительно большие габариты по высоте и требуют раздельной регулировки натяга в двух направлениях.
	Имеют малые габариты по высоте и высокую жесткость. Удобны в регулировки натяга , но трудоемки и сложны в изготовлении. Применяют при стесненных габаритах.
	Имеют высокую жесткость, допускают проверку прилегающих по горизонтальным граням, но большие габариты по высоте.
	Допускают проверку взаимного прилегания граней и притирку при сборке, но имеют большие габариты по высоте, чувствительны к погрешности изготовления призм возможны перекосы при сборке, применяются редко.
	Оси соседних роликов расположены под углом 90 градусов, длина роликов немного меньше ф. Ролики контактируют с каждой гранью через одни. Имеют малые габариты о высоте и малую жесткость. Невозможно взаимная пригонка в сборе. Затруднен контроль натяга. Применяют при малых габаритах по высоте и небольшой массе узла.
	Имеют малые габариты по высоте, низкую жесткость и ограниченную нагрузочную способность. Применяют в малонагруженных узлах небольшой массы.
	Имеют высокую жесткость, но сложны и трудоемки в изготовлении. Применяют в узлах типа и при необходимости восприятия существенных крутящих моментов.

Роликовые опоры обладают большими: нагрузочную способностью и жесткостью; недостатки: трудность монтажа и склонность роликов к переносам, вызывающие переориентацию узлов при реверсах в связи с изменением направления или трения.

Шариковая опора более высокую точность, равномерность и легкость перемещения, не вызывает персор. Узлов при реверсах и менее чувствительны к перекосам.

Роликовые опоры обычно имеют стальной корпус с плоскими рабочими поверхностями, закаленные до 59-62 ед. HRC и изготовленные с малыми отклонениями от производительности (до 1 МКМ). Перемещающиеся по плоским граням направляющего бруса так же изготавливаются с высокой точностью отклонения до нескольких МКМ на 1000 длины обычно Δ формы изготавливают.

Тип, размер и число опор выбирают исходя из наиболее расчетной нагрузки при Е длине перемещаемого узла 1000-1200 мм опоры .

Как правило устанавливают в двух сечениях по длине вблизи торцов узла. При низкой жесткости узла или большой длине опоры располагают в нескольких сечениях по длине. Разновысотность опор, установленных в одной плоскости не должно превышать 2-4 МКМ.

Предварительный натяг создают пригонкой размеров или регулировочными устройствами. Устройства с пружинами обеспечивают самоустановку опор , но жесткость направляющих в этом случае примерно в 2 раза ниже, чем при регулировке клиньями. Внешняя нагрузка не должна превышать усилия предварительного натяга. Устройство с клиньями позволяет тонко регулировать натяг в широком диапазоне, обеспечивают высокую жесткость направляющих , но не обеспечивают самоустановку опор. Устройства с шаровой опорой обеспечивают хорошую самоустановку опор, большой диапазон регулирования натяга, жесткость направляющих приблизительно 2 раза ниже, чем при регулировании клиньями.

Шариковые направляющие имеют беговые дорожки с полукруглыми профилем, радиус которых на 4-6% больше радиуса шариков по аналогии с радиально упорными шарикоподшипниками. Этим обеспечиваются высокая нагрузочная способность и жесткость. Благодаря низкой чувствительности к перекосам, требования к точной обработке установленных поверхностей станка значительно ниже, чем для установки роликовых опор направляющих, состоят из бруса с полукруглыми беговыми дорожками и блоков с телами качения. Высокая точность обеспечивается обработкой у изготовителя. У потребителя не требуется трудоемких операций по точной обработке установочных поверхностей корпусных деталей. Шариковые цилиндрические направляющие (шариковые втулки) выпускают с ограниченной и не ограниченной длиной хода. Они состоят из стальной закаленной штанги и шариковой втулки. В первом случае шарики распологают в цилиндрическом сепараторе, во 2 случае во втулке , имеющей рабочие каналы и каналы возврата. Для перемещения узла используют 2// расположенные штанги с втулками.

Расчет направляющих качения.

Направляющие качения рассчитывают на статичную нагрузочную способность и долговечность по усталости. Силы, действующие на направляющие определяют из условной статистики. Допустимая статическая нагрузка на одно тело качения для направляющих с распределением тел качения по всей длине м.б. определяется по формуле :

- Расчет для роликовых

Р=K×B×D× ξ - Для шариковых

P=K×D2×ξ

Где D –Ø ролика или шарика ММ

B- длинна ролика

K- условие напряжения , отнесенные к площади сечения тел качения

Ξ - поправочный коэфицент , учитывающий твердость направляющих (определяется по таблице)

Значение поправочного коэфицента _____ на твердость

Стальные закаленные направляющие				Чугунные направляющие
HRC	56	58	60	170-180	200-210	230
_____	0,67	0,8	1,0	0,75	1,0	1,2

Для стальных зак. Направляющих с короткими роликами условные напряжения = 20 МПа, с длинными роликами К = 15 МПа, с шариковыми К=0,6 МПа. Для чугунных роликовых направляющих К=2МПа.

Значение условных напряжений К получены из условия отсутствия деформаций на дорожках качения с учетом неравномерного распределения нагрузок в связи с неточностями изготовления. Большая роль технологических погрешностей объясняется тем, что они соизмеримы с упругими перемещениями в направляющих. Для роликовых и шариковых опор в связи с их малой длиной влияние погрешностей изготовления в направляющих значительно меньше и условно напряжение существенно выше. Допускаемые статистические нагрузки на опоры проводятся в каталогах заводов-изготовителей.

Комбинированные направляющие качения-скольжения

Вид направляющих	характеристика	Область применения
Горизонтальные, Вертикальные, Наклонные с основными и вспомогательными гранями скольжения, боковыми гранями качения*	Устраняют влияние зазоров на положения узлов. Вес узла воспринимается гранями скольжения. Характеристики трения определяются этими гранями.	Для столов суппортов и бабок, расчетных, токарных , продольно-обрабатывающих и карусельных станков
Горизонтальные с вертикальными основными и вспомогательными гранями скольжения и горизонтально боковыми гранями качения	Устраняют влияние зазоров на положение узлов. Вес узлов воспринимается гранями качения. По характеристикам трения и точности расположения узлов приближается к направляющим качения	Для бабок и суппортов, токарных, фрезерных, продольнообр. станков
С основными гранями качения боковыми и вспомогательными гранями скольжения	По характеристикам трения приближается к направляющим качения по влиянию зазоров на расположение узлов не устранено	Для тяжелых перемещающихся узлов
С основными горизонтальными гранями скольжения дополнительным пружинными роликовыми опорами остальные грани скольжения	Роликовые опоры воспринимают частично вес узла, характеристика трения и износостойкость по сравнению с направляющими скольжения улучшены. Повышенное демпфирование по сравнению с пред. Конструктивной целей.	Для тяжелых перемещающихся узлов
С роликовыми опорами из боковых и вспомогательных гранях в сочетании с основными гранями скольжения	Устранены зазоры в основных направляющих и тем самым повышена точность положения узла под нагрузкой. По характеристикам трения приближаются к направляющим качения, жесткость пружин выбирается на основе расчета и д.б. сравнительно не большой во избежание чрезмерного движения.	Для вертикальных суппортов, производительнообр. карусельных станков.

*Основные грани, лежащие в основной плоскости , боковые – первые основным; вспомогательные – участвующие в восприятии момента и основным.

Элементы качения.

Но основных горизонтальных гранях направляющих горизонтально перемещающихся узлов существенно снижает сопротивление движению, а на боковых гранях исключают влияние зазоров и соответственно уменьшают переориентацию узлов при реверсах и повышают жесткость. Элементы качения с натягом на вспомогательных гранях дают возможность устранять зазор в них и соответственно повысить жесткость при действии опрокидывающих моментов. Сопротивление движению узлов направляющих с вертикальными гранями качения и с полимерными материалами на гранях скольжения примерно такое же как для направляющих скольжения. С полимерными материалами примерно в 2 раза ниже сопротивлению движения металлических направляющих движения. При горизонтальных гранях качения оно ниже в 10 раз. Жесткость комбинированных направляющих, как правило, выше чем направляющих скольжения 1,5-6 раз в зависимости от нагрузок. Коэфицент демпфирования колебаний для комбинирующих направляющих составляет 0,23-03, для направляющих качения с роликовым 0,13-0,16, для скольжения 0,3-0,6. Расчет комбинированных направляющих производят теми же методами и по тем же критериям что и направляющие качения и направляющие сечения. В первую очередь из условия равновесия определяют нагрузки на отдельные грани , сравнивают их с допустимыми нагрузками, определяют жесткость и суммарные силы трения.

19. Мехатронные модули. Особенности, состав.

Построение мехатронных модулей на основе синергетической интеграции элементов.

Мехатронные модули – это базовые функциональные компоненты мехатронных систем и машин с компьютерным управлением, предназначенные для выполнения движений, как правило, по одной управляемой координате.

Качественно новые свойства мехатронных модулей по сравнению с традиционными приводами достигаются синергетической интеграцией составляющих элементов.

Синергетическая интеграция – это не просто соединение отдельных частей в систему с помощью интерфейсных блоков, а построение единого приводного модуля через конструктивное объединение и даже взаимопроникновение элементов, которые имеют, как правило, различную физическую природу.

Назначением мехатронных модулей является реализация заданного управляемого движения, как правило, по одной управляемой координате.

Мехатронные модули движения являются теми функциональными «кубиками», из которых затем можно компоновать сложные многокоординатные мехатронные системы.

Сущность мехатронного подхода к проектированию состоит в объединении в единый приводной модуль составляющих элементов. Применение мехатронного подхода к проектированию модуля движения базируется на определении возможных точек интеграции элементов в структуре привода. Выявив также точки интеграции можно затем на основе технико-экономического и технологического анализа принимать конкретные инженерные решения на проектирование и изготовления модуля движения. Приведем схему энергетических и информационных потоков в электромеханическом мехатронном модуле.

На вход мехатронного модуля поступает информация о цели движения, которое формируется верхним уровнем системы управления, а выходом является целенаправленное мехатронное движение конечного звена, например, перемещение выходного вала модуля.

Для физической реализации электромеханического мехатронного модуля теоретически необходимы четыре основных функциональных блока последовательно-соединенные: информационно-электрический и электромеханический функциональный преобразователь в прямой цепи и электро-информационный и механико- информационныи преобразователи в цепи обратной связи.

Уровни интеграции мехатронных систем

В качестве основного классификационного признака в мехатронике представляется целесообразным принять уровень интеграции составляющих элементов. В соответствии с этим признаком можно разделять мехатронные системы по уровням или по поколениям, если рассматривать их появление на рынке наукоемкой продукции исторически. Мехатронные модули первого уровня представляют собой объединении только двух исходных элементов. Типичным примером модуля первого поколения может служить "мотор-редуктор", где механический редуктор и управляемый двигатель выпускаются как единый функциональный элемент.

Мехатронные системы на основе этих модулей нашли широкое применение при создании различных средств комплексной автоматизации производства (конвейеров, транспортеров, поворотных столов, вспомогательных манипуляторов).

Мехатронные модули второго уровня появились в 80-х годах в связи с развитием новых электронных технологий, которые позволили создать миниатюрные датчики и электронные блоки для обработки их сигналов. Объединение приводных модулей с указанными элементами привела к появлению мехатронных модулей движения, состав которых полностью соответствует введенному выше определению, когда достигнута интеграция трех устройств различной физической природы: механических, электротехнических и электронных. На базе мехатронных модулей данного класса созданы управляемые энергетические машины (турбины и генераторы), станки и промышленные роботы с числовым программным управлением. Развитие третьего поколения мехатронных систем обусловлено появлением на рынке сравнительно недорогих микропроцессоров и контроллеров на их базе и направлено на интеллектуализацию всех процессов, протекающих в мехатронной системе, в первую очередь - процесса управления функциональными движениями машин и агрегатов. Одновременно идет разработка новых принципов и технологий изготовления высокоточных и компактных механических узлов, а также новых типов электродвигателей (в первую очередь высокомоментных, бесколлекторных и линейных), датчиков обратной связи и информации. Синтез новых прецизионных, информационных и измерительных наукоемких технологий дает основу для проектирования и изготовления, интеллектуальных мехатронных модулей и систем. В дальнейшем мехатронные машины и системы будут объединяться в мехатронные комплексы на базе единых интеграционных платформ.

Цель создания таких комплексов - добиться сочетания высокой производительности и одновременно гибкости технико-технологической среды за счет возможности ее реконфигурации, что позволит обеспечить конкурентоспособность и высокое качество выпускаемой продукции на рынках XXI века.

Современные тенденции развития мехатронных систем

Объемы мирового производства мехатронных устройств ежегодно увеличиваются, охватывая все новые сферы. Сегодня мехатронные модули и системы находят широкое применение в следующих областях:

• станкостроение и оборудование для автоматизации технологических процессов;

• робототехника (промышленная и специальная);

• авиационная, космическая и военная техника;

• автомобилестроение (например, антиблокировочные системы тормозов, системы стабилизации движения автомобиля и автоматической парковки);

• нетрадиционные транспортные средства (электровелосипеды, грузовые тележки, электророллеры, инвалидные коляски);

• офисная техника (например, копировальные и факсимильные аппараты);

• элементы вычислительной техники (например, принтеры, плоттеры, дисководы);

• медицинское оборудование (реабилитационное, клиническое, сервисное);

• бытовая техника (стиральные, швейные, посудомоечные и другие машины);

• микромашины (для медицины, биотехнологии, средств телекоммуникации);

• контрольно-измерительные устройства и машины;

• фото- и видеотехника;

• тренажеры для подготовки пилотов и операторов;

• шоу-индустрия (системы звукового и светового оформления).

20.Кинематические связи в станках.

В металлорежущих станках связь движущихся элементов передач и механизмов бывает довольно сложной, поэтому вопрос о кинематических связях имеет существенное значение. Термином «кинематическая связь» определяется связь движущихся элементов станка между собой. А так как движущиеся элементы станка входят в состав привода того или иного рабочего движения, то кинематическая связь означает структуру привода.

При изучении металлорежущих станков прежде всего необходимо уяснить структуру приводов рабочих движений, а стало быть, и их кинематические связи. Кинематические связи в станках условно изображают схемами, которые называются структурными. Каждая кинематическая связь состоит из одной или нескольких механических, электрических, гидравлических и других кинематических цепей, через которые осуществляются требуемые исполнительные движения. Чтобы обеспечить в станке вполне определенное исполнительное движение, например, движение режущего инструмента относительно заготовки, необходима кинематическая связь между исполнительными звеньями станка и кинематическая связь этих звеньев с источником движения. Кинематические связи исполнительных звеньев между собой будем называть внутренними кинематическими связями. Если исполнительное движение является простым (рис. 3, а), например вращательным, то внутренняя кинематическая связь осуществляется одной кинематической вращательной парой между исполнительным звеном (в нашем примере шпиндель 1), участвующим в данном движении, и исполнительным звеном (бабка 2), не участвующим в рассматриваемом относительном движении. Внутренняя кинематическая связь определяет характер исполнительного движения. Скорость исполнительного движения внутренней кинематической связью не определяется.

Внешняя кинематическая связь (рис. 3, б) — это связь между подвижным исполнительным звеном (шпинделем 1) и источником движения (электродвигателем 5). Внешняя кинематическая связь осуществляется несколькими звеньями, и при помощи органа настройки iv производится кинематическая настройка на заданную скорость исполнительного движения при неизменной скорости электродвигателя. Органами настройки могут быть сменные зубчатые колеса (механизм гитары), сменные шкивы, коробки скоростей и подач. В структурных кинематических схемах станков промежуточные звенья кинематических связей будем условно изображать штриховой линией, а органы настройки — ромбом, как это сделано на рис. 3, в

На рис. 4, а показана внутренняя связь, на рис. 4, б — структурная схема токарного станка с резьбонарезной цепью. На этой схеме сложное исполнительное движение по винтовой линии, состоящее из двух простых движений — вращательного (шпинделя) v и прямолинейного (суппорта) s, — осуществляется двумя кинематическими связями, которые настраиваются органом настройки is.

На рис. 4, в показана кинематическая связь для создания более сложных исполнительных формообразующих движений, состоящих из трех простых движений. Как видно из рисунка, резьба на конусе нарезается одним сложным формообразующим движением, составленным из одного вращательного (шпинделя) — v и двух прямолинейных движений (суппорта) — s и sп. В данном случае внутренняя кинематическая связь состоит из двух внутренних кинематических цепей. Например, для получения резьбы заданного шага t служит внутренняя кинематическая цепь, связывающая простые движения — вращательное (шпинделя) v и поступательное (суппорта в продольном направлении) s, настраиваемая органом настройки is. Для получения заданной конусности кинематическая цепь связывает продольное и поперечное перемещения суппорта и настраивается органом настройки iп. Внутренняя связь, состоящая из двух внутренних кинематических цепей, соединена с источником движения одной внешней кинематической связью, настраиваемой органом настройки iv. Обе кинематические связи составляют одну кинематическую группу.

Количество кинематических групп, из которых слагается кинематическая структура станка, соответствует количеству относительных движений между заготовкой и режущим инструментом, осуществляющих при обработке процессы врезания, формообразования и деления. Для делительного движения в кинематическую группу вводят отсчетное устройство (звено), которое и соединяют кинематической связью с конечным звеном делительной группы. На рис. 5 показана структурная схема группы деления, где в качестве отсчетного устройства применен делительный диск 1 с фиксатором 2. Кинематическая группа врезания структурно ничем не отличается от группы формообразования. Для осуществления рабочих движений металлорежущий станок должен иметь исполнительные звенья (шпиндель, стол, суппорт и т. п.), и кинематические связи их как между собой, так и с источником движения (электродвигателем).

В схемах, рассмотренных ранее, исполнительные связи осуществлялись механическими средствами с помощью различных передач. В практике станкостроения используются и другие средства, например, гидравлические, электрические, пневматические и т. д.

На рис. 6 приведены примеры применения электрических и гидравлических средств связи. На рис. 6, а показана электрическая связь 6, соединяющая электрокопировальную головку 5 с электродвигателем, которому передаются электросигналы для перемещения поперечного суппорта 7, а на рис. 6, б — гидравлическая связь.

21.Прямоугольная система координат. Дополнительные оси.

Прямоугольная система координат. Движение по оси Z.

2.1 Ось Z (за исключением случая, указанного в п. 2.5) определяется по отношению к шпинделю главного движения , то есть шпинделя , вращающего инструмент в станках сверлильно-фрезерно-расточной группы или шпинделя , вращающего заготовку в станках токарной группы.

2.2. При наличии нескольких шпинделей следует выбрать один из них в качестве основного, предпочтительно перпендикулярный к рабочей поверхности стола, на котором крепится заготовка.

2.3. При неповоротной оси основного шпинделя одну из трех осей стандартной трехкоординатной системы, параллельную оси шпинделя , следует принять за ось Z .

2.4. В тех случаях, когда ось основного шпинделя может быть повернута, следует:

если она может находиться только в одном положении параллельно одной из осей стандартной трехкоординатной системы - эту стандартную ось принимают за ось Z ;

если она может находиться в нескольких положениях, параллельных различным осям стандартной трехкоординатной системы, за ось Z принимают стандартную ось , предпочтительно перпендикулярную к рабочей поверхности стола, на котором крепится заготовка.

2.5. При отсутствии шпинделя в станке ось Z должна быть предпочтительно перпендикулярна к рабочей поверхности стола.

2.6. Движение по оси Z в положительном направлении должно соответствовать направлению отвода инструмента от заготовки.

Прямоугольная система координат. Движение по оси X.

3.1. Ось X должна быть расположена предпочтительно горизонтально и параллельно поверхности крепления заготовки.

3.2. На станках с невращающимся инструментом и заготовкой, например, строгальных, ось X должна быть положительна в направлении главного движения и параллельна ему.

3.3. На станках с вращающейся заготовкой, например, токарных, движение по оси X направлено по радиусу заготовки и параллельно поперечным направляющим. Положительное движение по оси X происходит, когда инструмент, установленный на главном резцедержателе поперечных салазок, отходит от оси вращения заготовки.

3.4. На станках с вращающимся, инструментом, например, фрезерных, сверлильных:

при горизонтальной оси Z положительное перемещение X направлено вправо, если смотреть от основного инструментального шпинделя к изделию;

при вертикальной оси Z положительное перемещение по оси X направлено вправо для одностоечных станков, если смотреть от основного инструментального шпинделя на стойку, а для двухстоечных станков, если смотреть от основного инструментального шпинделя на левую стойку.

Прямоугольная система координат. Движение по оси Y.

5.1. Положительное направление движения по оси Y следует выбирать так, чтобы ось Y вместе с осями Z и X образовывала правую прямоугольную систему координат

Прямоугольная система координат. Вращательные движения A,B,C.

5.1. Буквами А, В и С следует обозначать вращательные движения вокруг осей параллельных соответственно X, Y и Z.

5.2. Положительные направления А, В и С должны совпадать с направлением завинчивания винтов с правой резьбой в положительных направлениях осей соответственно X, Y и Z (см. чертеж).

Дополнительные оси прямоугольной системы координат.

7.1. Прямолинейное движение

7.1.1. Если дополнительно к основным (первичным) прямолинейным движениям X, Y и Z имеются вторичные движения параллельно им, их следует обозначать соответственно U, V и W.

Если дополнительно имеются третичные движения , параллельные им, их следует обозначать соответственно Р, Q и R.

Если дополнительно имеются прямолинейные движения , которые не параллельны или могут быть не параллельны X, Y или Z , их следует обозначить по выбору U, V, W, P, Q или R.

Примечание. Для горизонтально-расточного станка движение ползушки радиального суппорта следует обозначать буквами U или Р, если эти буквы не заняты при обозначенном перемещении стола X, так как в этом случае движение резца, хотя и близкое к шпинделю , является наклонным.

7.1.2. Первичные, вторичные и третичные движения рабочих органов станка определяются предпочтительно в соответствии с удаленностью этих органов от основного шпинделя .

Примечания:

а) Для радиально-сверлильного станка движение гильзы шпинделя и траверсы следует обозначать соответственно буквами Z и W.

б) Для токарно-револьверного станка движения резцовых салазок и салазок револьверной головки, расположенных дальше от шпинделя , следует обозначать соответственно буквами Z и W.

в) Для станков с двумя функционально одинаковыми рабочими органами, управляемыми от двух независимых двухкоординатных устройств ЧПУ (например, для токарных станков с функционально одинаковыми двумя шпинделями и суппортами) оси координат для обоих одинаково работающих органов (например, суппортов) следует обозначать одинаково - буквами Z и X.

7.2. Вращательное движение

Если дополнительно к первичным вращательным движениям имеются вторичные вращательные движения , параллельные или непараллельные А, В и С, их следует обозначать D и Е.

7.3. Примеры обозначений основных и дополнительных осей координат и положительных направлений движений в металлорежущих станках с ЧПУ приведены в справочном приложении к настоящему стандарту.

22.Модульный принцип.

Модульный принцип проектирования состоит в максимально возможном использовании однотипных узлов (или элементов узлов) при проектировании семейства машин различного целевого назначения. Сложные системы необходимо проектировать так, чтобы поведение одной части системы оказывало минимальное воздействие на остальную систему. Этот принцип базируется на активном использовании компьютерной техники и применяется тогда, когда уже имеется достаточно четкое представление о семействе проектируемых машин.

Применение модульного принципа при проектировании одного механизма или одной машины бессмысленно и невозможно. Только в случае разработки семейства машин и использовании при этом ограниченного числа готовых узлов последние становятся модулями. Модули являются следствием принятого технического решения, ибо в принципе проектировать можно так, что узлы одного назначения не будут даже отдаленно похожи друг на друга.

Различают модули производственные (применяемые без каких-либо изменений в машинах различного целевого назначения), технологические (отличающиеся в основном технологией изготовления и незначительными конструкторскими изменениями, относящимися, как правило, к местам крепления узлов, например: правый–левый, верхний–нижний, передний–задний и т. п.) и конструкционные (имеющие конструкционное подобие, но различные размеры).

Современное техническое обеспечение САПР позволяет легко получать зеркальные изображения узлов (технологические модули) с минимальными затратами труда и времени. Несколько сложнее получить конструкционные модули, так как при их проектировании необходимо одновременно выполнять требования соблюдения размерных рядов и максимально возможной унификации.

При использовании модульного принципа проектирования на уровне принятия концепции должен быть решен вопрос о критерии целесообразности его применения для проектируемого семейства машин. Модули, используемые в последующих разработках, переходят в категорию унифицированных узлов.

Принцип унификации

Принцип унификации связан с применением в семействе проектируемых механизмов или машин унифицированных сборочных единиц (узлов, подузлов, агрегатов), деталей (оригинальных и стандартных), комплектующих. Как показывает опыт автоматизированного проектирования, применение типовых унифицированных деталей нецелесообразно. Значительно выгоднее иметь большое количество макросов и существенные заделы в банках данных по модификациям и унифицированным узлам, что позволяет избегать излишней детализации конструкторских разработок. Информацию об унифицированных деталях, узлах и системах целесообразно хранить на микрофишах систематизированно по группам.

Принцип соответствия выбора номенклатуры и значений выходных характеристик целевому назначению проектируемой машины или механизма.

Чем ответственнее проектируемый объект, тем большее число выходных характеристик и параметров объекта регламентируется и тем более жесткие требования к ним предъявляются. Например, вероятность безотказной работы станков принимается в пределах 0,95–0,99, а самолетов – 0,999 99.

Другой пример. Число установленных и проверяемых выходных параметров точности станка при высоких требованиях к точности обрабатываемых деталей может достигать 20–30, в то время как для станков нормальной точности достаточно регламентировать 8–10 показателей. Основная цель регламентации выходных параметров станка – обеспечить погрешность обработки, которая находилась бы в установленных пределах в течение всего периода его эксплуатации.

Во всех случаях проектировщику необходимо помнить, что соответствие выходных характеристик механизма или машины их целевому назначению в первую очередь определяет общая компоновка, принимаемая на концептуальном уровне.

Принцип компромиссов. Проектирование – это непрерывная цепь компромиссов, которые приходится принимать на всех стадиях создания механизма или машины. Например, стремление к увеличению частоты вращения шпиндельных узлов всегда приводит к увеличению тепловыделения в опорах, которое не может превышать определенного уровня, и принятие окончательного решения всегда требует компромисса.

Улучшение любой технической характеристики машины (скорости, грузоподъемности, точности, надежности, производительности и др.) неизбежно вызывает увеличение ее стоимости, трудоемкости изготовления, часто требует другого уровня обслуживания и повышения культуры эксплуатации, что всегда приводит к компромиссным решениям. Тенденция современных машиностроительных производств к концентрации операций постоянно требует от проектировщика решения задачи рационального сочетания технологических возможностей и усложнения конструкций оборудования. Избыточность технологических возможностей может быть не оправдана экономически.

23.Переналаживаемость и гибкость.

Переналаживаемость станков ( гибкость) - это способность их быстрой переналадки на изготовление различных изделий или для выполнения разных операций применительно к быстроизменяющимся требованиям производства.

Переналаживаемость станков определяют затратами на переналадку от обработки одной детали к обработке другой детали, Переналаживаемость можно также определить значением оптимального размера партии деталей; чем меньше размер оптимальной партии деталей ( предельно одна штука), тем выше Переналаживаемость и выше универсальность станка.

Переналаживаемость роботов с развитой кинематической структурой зависит от полноты ряда унифицированных сменных рабочих органов, типа и возможностей системы управления. Поскольку технологическая и функциональная универсальность ПР в значительной степени определяется возможностями кинематической цепи кисть - технологический механизм-рабочий орган и характеристикой обеспечиваемых ею локальных движений, практический интерес представляет рассмотрение возможных компоновок этой цепи и конструктивного расположения рабочих органов.

Переналаживаемость автоматизированных линий из токарных станков общего назначения расширяет область использования комплексной автоматизации, делая ее рентабельной и в отраслях крупносерийного, а-иногда и среднесерийного машиностроения.

Гибкие производственные системы на основе оборудования с ЧПУ.

ГПС позволяют производить обработку разных заготовок одной серии в любом количестве и в любой последовательности. При этом даже в случае небольших партий изделий, затраты на изготовление сравнимы с таковыми в крупносерийном производстве. В зависимости от универсальности и производительности различают :

-гибкие производственные модули

-гибкие производсвтенные участки

-гибкие поточные линии.

Гибкая производственная система состоит из трех основных компонентов

-одного или нескольких обрабатывающих блоков

-систем транспортировки для инструментов и заготовок

-ВМ прямого числового программного управления в качестве управляющего устройства.

Такким образом, гибкие производственные системы позволяют экономично производить разные изделия одной серии в любой последовательности. Речь идет о произвольно выбираемом технологическом маршруте.

Центром гибкого производственного модуля является отдельный станок с ЧПУ, например многоцелевой агрегат, дополнительно оснащенный металлообрабатывающими станками, механизмами смены поддонов и транспортной системой для инструментов и заготовок.

По экономическим причинам оснащение отдельного производственного модуля более объемными накопителями для инструментов порой оказывается нецелесообразным. Лучше оставить уже существующий накопитель с его небольшой емкостью,а прочие необходимые инструменты забирать из расположенного в центре инструментального магазина.

В течение машинного врмени манипуляторы извлекают уже использованные инструменты из накопителей и замеяют их новыми из центрального инструментального магазина.

При больших партиях изделий и комплексных задачах обработки, можно используя кассетный накопитель.заменять сразу целые узлы-передние бабки и многошпиндельные головки.

Однако это требует определенных затрат на решение задач по организации производства,с чем может справиться только относящеесяк данному модулю автономное вычислительное устройство.

Гибкие производственные модули на базе обрабатывающего центра целесообразно используют в качестве накопителя инструментов известную систему перемещения поддонов.

Зажим заготовок может осуществляться как вручную(силами оператора), так и автоматически(с помощью специального устрйоства перемещения и подачи деталей). В ходе данного процесса зготовки сортируются таким образом,чтобы на каждую деталь приходилось по одному зажимному приспособлению.

Общий цикл прохождения поддонов может превышать продолжительность рабочей смены, так как гибкий призводственный модуль способен функционировать без вмешательства оператора.

Подобный прцесс требует наличия определенного контрольно-измерительного оборудования,в частности для :

-измерения инструментов в пределах машины,

-автоматического контроля состояния инстурментов с учетом их стойкости

-автоматического измерения заготовок

Гибкие токарные модули часот нуждаются в манипуляторах портальной(двухстоечной) компоновки – для захвата и зажима цилиндрических заготовок.

В отличие от гибких модулей с обрабатывающим центром в данном случае обтачиваемые детали фиксируются исключительно в месте обработки.

Т.к система кодирования заготовок, подлежащих токарной обработки нередко отсутвуют,приходится прибегать к идентификации изделий.При токарной обработке детали лучше собирать партиями,используя для их выбора кодирование накопителей изделий.

Гибкие производственные участки.

При объединении нескольких модулей в одну гибкую производственную систему получают гибкий производственный участок.

При этом отдельные модули связаны друг с другом через общую систему управления и транспортировки.Гибкие производственные участки способны в течение длительного времени работать без вмешательства оператора либо лишь с его минимальным участием.

Гибкие автоматические поточные линии

Гибкая автоматическая поточная линия достигает высшей степени длительности среди всех известных гибких производственных систем.Что касается ее гибкости она несколько ограничена по причине жесткости между компонентами . В зависимости от расположения станков ЧПУ в пределах транспортной системы различают :

-последовательную компановку и

-параллельную компоновку

Последовательная компоновка приближается к традиционным автоматическим поточным линиям : несколько станков включены последовательно друг за другом и поочередно выполняют задачи обработки разных заготовок одной серии.

Поэтому такие станки в значительной мере настроены на конкретную серию изделий.

С точки зрения уровня гибкости, что влечет за собой достаточно серьезные недостатки:

-время такта определяет самая низкоскоростная машина

-при выходе из строя одной машины вынужденно останавливается вся поточная линия.

В таком случае может помочь параллельное или смешанное(параллельно-последовательное) расположение,при котром одна заготовка еще до своей окончательной обработки способна иницировать запуск любых станков с ЧПУ.В этом случае при выходе из строя одного станка работу берет на себя другой станок.

Важным и весьма капиталоемким компонентом такой установки является используемая здесь система транспортировки заготовок,обеспечивающая перемещение деталей от позиций зажима к отдельным позициям обработки и далее вплоть до конечной позиции.

24.Внешняя и внутренняя кинематическая связь.

Каждое исполнительное движение в станках осуществляется кинематической группой, представляющей собой совокупность источника движения, исполнительного органа, кинематических связей и органов настроек, обеспечивающих требуемые параметры движения. Название кинематической группы аналогично названию создаваемого ею исполнительного движения. Например, группу, создающую формообразующее движение, называют формообразующей группой и т.п. Структура кинематической группы может быть разнообразной и зависит от характера осуществляемого движения, числа исполнительных органов, потребности регулирования параметров движения.

Под исполнительными органами понимают подвижные конечные звенья кинематической группы, непосредственно участвующие в образовании траектории исполнительного движения. Исполнительные органы, осуществляющие абсолютное или относительное движение заготовки или режущего инструмента в процессе формообразования, называют рабочими. Например, рабочими органами являются такие звенья станка, как стол, шпиндель, суппорт, ползун и т.п.

В большинстве случаев исполнительные органы совершают вращательное или прямолинейное движение, т.е. являются подвижными звеньями вращательной или поступательной исполнительной кинематической пары.

В зависимости от числа исполнительных органов кинематические группы делятся на простые и сложные. Простые группы имеют один исполнительный орган, а сложные - два и более исполнительных органов. Любая кинематическая группа включает в себя два качественно различных вида кинематической связи - внутреннюю и внешнюю.

Кинематическая связь в станках - это связь между звеньями или исполнительными органами станка, которая накладывает условия ограничения, не позволяющие занимать произвольные положения в пространстве относительно друг друга и иметь произвольные скорости.

Под внутренней кинематической связью группы понимают совокупность кинематических звеньев и их соединений, обеспечивающих качественную характеристику движения, т.е. его траекторию.

Внутренняя кинематическая связь группы в станках реализуется разными путями в зависимости от характера исполнительного движения, числа исполнительных органов в группе, требуемой точности образуемой производящей линии (траектории движения) и других факторов. Например, в простых кинематических группах она осуществляется соединением двух соприкасающихся звеньев исполнительной группы, одним из которых является сам исполнительный орган 1 группы, т.е. шпиндель, стол и т. д. [рис. а) и б)].

В сложных кинематических группах с двумя и более исполнительными органами внутренняя кинематическая связь реализуется в виде кинематической цепи (цепей) связывающей под-вижные исполнительные органы группы и обеспечивающей строгую функциональную согласованность их перемещений или скоростей.

Эти цепи называют внутренними или функциональными. Причем кинематическое соединение исполнительных органов сложной группы может быть как механическим, т.е. цепью механических передач, так и не механическим, например, в виде электрической цепи, как в станках с ЧПУ. Например, рис. в), группа, обеспечивающая сложное движение (В1В2) и имеющая два исполнительных органа I и II, содержит в своей структуре, как минимум, одну внутреннюю кинематическую цепь 1-4-2 между исполнительными органами.

Под внешней кинематической связью группы понимают совокупность кинематических звеньев и их соединений, обеспечивающих количественные характеристики движения, т.е. его скорость, направление, путь и исходную точку. Обычно внешняя кинематическая связь сложной группы реализуется в виде кинематической цепи 3-4 между источником движения М и одним из звеньев внутренней связи группы (рис. в).

Для простой кинематической группы внешняя кинематическая связь есть цепь 1-2 между источником движения М и исполнительным органом группы I (рис. г). Внешняя кинематическая связь предназначена для передачи энергии от источника движения М во внутреннюю связь группы

На рис. д) показана структурная схема кинематической группы, обеспечивающей исполнительное движение (В1В2П3) и имеющей три исполнительных органа. Для обеспечения функциональной согласованности перемещений или скоростей исполнительных органов I, II, III достаточно двух функциональных кинематических цепей, например, 1-5-2 и 2-5-3 или другого их сочетания. Внешняя кинематическая связь группы реализуется кинематической цепью 4-5.

Для изменения и регулирования параметров движения в станках используют специальные устройства, которые в общем случае называются органами настройки. Органы настройки таких параметров движения, как траектория, скорость и иногда путь, на структурных схемах обозначают знаком с буквой i, а органы настройки направления движения - знаком .

Заштрихованная часть знака указывает на фактическое направление передачи движения через орган настройки. Органы настройки, регулирующие количественные характеристики движения, т.е. изменяющие скорость, направление, путь и исходную точку, всегда располагают во внешней связи кинематической группы (в цепи между источником движения и внутренней кинематической связью группы). Органы настройки, регулирующие качественную характеристику движения, т.е. его траекторию, располагают только во внутренней кинематической связи группы.

25.Подшипники качения шпиндельных узлов. Предварительный натяг. Посадки.

Подшипники с жидкой и газовой смазкой занимают прочно место в станках к которым предъявляют экстремальные требования точности, быстроходности или несущей способности. Активные магнитные подшипники находятся на начальной стадии промышленного развития. Преобладающим видом опор шпинделя являются подшипники качения. В среднем 90-95% ШУ станков выпускают с ПК.

Подшипники качения (ПК) для ШУ станков.

В большинстве ШУ устанавливают ПК специально предназначенных для этих узлов.

- Радиально-упорные шарикоподшипники с текстолитовыми сепараторами.

- Радиальные двухрядные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами

- Радиально-однорядные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами

- Упорно-радиальные шарикоподшипники

- Конические роликоподшипники с буртом на наружном кольце

- Конические роликоподшипники с встроенными пружинами

- Конические роликоподшипники с управляемым натягом

- Перекрёстно - роликовые подшипники

-Комбинированные

Тип подшипника	Обозначение	Назначение, особенности конструкции и применение	характеристика				Обозначение серии подшипника
			Интервал диаметр отверстия мм.	Наивысший класс точности
				Серийный выпуск	Особое исполнение
Радиально- упорные шарикоподшипники одинарные, сдвоенные, строенные, счетверённые со стальными или керамическими шариками.		Устанавливают в передние и задние опоры шпинделей для восприятия комбинированной нагрузки, либо чисто радиальной нагрузки, сепаратор текстолитовый серия по ГОСТу 3478-79 Углы контакта 15,26,12 и 18	5-240	2 кл	1 кл		-3600К -4600К (одинарные) -236000К -246000К (дуплекс) -236000 КУ12 -246000 КУ12 (триплекс) -236000 КУ22 -246000 КУ22 (кварто)
Радиальный двухрядный роликовый подшипник с короткими цилиндрическими роликами и коническим отверстиям внутри кольца		Устанавливают в передние и задние опоры для восприятия чисто радиальных нагрузок. Сепараторы латунные или пластмассовые	-	-	-		-
Радиальный однорядный роликовый подшипник с короткими цилиндрическими роликами и коническим отверстиям внутри кольца		Устанавливают в задние опоры шпинделя для восприятия чисто радиальной нагрузки. Сепаратор латунный или пластмассовый, предварительный зазор регулируется посредством осевого смещения внутри кольца по конической шейки шпинделя	30-320	4	2		30200К
Упорно- радиальный шарикоподшипник с углом 60 в импортных аналогах 40		Функционально чисто упорные подшипники с углом =60, допускающий более высокую частоту вращения, чем обычные упорные шарикоподшипники	30-400	2	-		178000
Конические однорядные и двухрядные роликоподшипники с буртом или без на наружных колец		Устанавливают в передние опоры шпинделя. Воспринимают радиальную, осевую и моментальную нагрузку	25-500	2	-		67000 697000 20007000
Конический роликоподшипник с широким наружным кольцом и одновременными пружинами		Устанавливают в заднюю опору шпинделя, воспринимают радиальную нагрузку.	25-280	2	-		17000
Конический роликоподшипник с управляемым натягом		Устанавливают в заднюю опору шпинделя. Позволяют управлять с помощью подводимого под давлением масла или воздуха, натягом подшипника.	100-240	4	2		11700
Перекрёстно - роликовые конические подшипники	-	Предназначены для установки в план шайбе станков, воспринимают радиальную, осевую и моментальные нагрузки.	150-2400	2	-		7669000
Комбинированные упорно - радиальные ролико подшипники	-	Устанавливаются в двигательные столы станков	150-2500	4	2		560000

Подшипники в универсальном исполнении и поставляемые в комплекте . выпускают с заранее установленным предварительным натягом.

Класс точности 1 не в РФ не за рубежом не стандартизируется ,индекс характеризует сверх точные подшипники.

При керамических шариках индекс К изменяется на КЯ

Если в пар. Кольце выполнено отверстие для подвода смазки по индексу К , заменяет индекс К1, при пластмассовых сепараторах индекс К2

От подшипника 3182100 К отличается тем, что бурты роликов на наружнем кольце

Производится так же без бурта на наружнем кольце.

Система создания предварительного натяга в ШУ.

Система создания предварительного натяга в ШУ.	Устанавливаемые подшипники.	Отличительные особенности системы.	Область применения.
Требуемый предварительный натяг обеспечивается при изгибании и комплектации подшипника при сборке в ШУ.	Радиально-упорные, Упорно-радиальные шарикоподшипники 178000, конические роликоподшипники типа 697000.	При контакте ШУ с помощью гаек или гидравлических ступенчатых втулок обеспечивается смыкание терцев колец подшипника при этом возникает заданный натяг.	Подавляющие большинство ШУ с подшипниками указанного типа.
Требуемый предварительный натяг регулируется непосредственно в процессе сборки	Радиальный роликоподшипник с коническим отверстием во внутреннем кольце типа 3182100 и 302000. Однорядные конические роликоподшипники, одинарные радиально-упорные шарикоподшипники.	Регулирование натяга осуществляется в процессе сборки посредством осевого смещения внутренних или наружных колец ПК.	Все ШУ с подшипниками типа- 31822100,4162900,30200. Шпиндельные головки.
Стабилизация натяга.	радиально-упорные шарикоподшипники, конический роликоподшипник типа 17000	Постоянство натяга ПК в ШУ с помощью тарированных пружин.	Внутришлифовальные шпиндели, некоторые виды токарных и фрезерных станков с коническими роликоподшипниками, станки и шпиндели для работы в экспериментальных условиях.
Управление натягом осуществляется в процессе работы станка	Конические роликоподшипники типа 117000, радиально-упорные шарикоподшипники с управляемым натягом.	Управление натяга осуществляется с помощью гидравлических или пневматических систем.

26.Несущая система металлорежущих станков. Элементы.

Ресурс ПК, устанавливаемых в ШУ характеризует 2 понятия - долговечность ПК и число оборотов, которые одно из колец подшипника делает относительно другого кольца до начала усталостного разрушения станка. Срок службы ПК. Продолжительность работы, в течение которой параметры работоспособности ШУ не выйдёт за установленные пределы в результате износа рабочих поверхностей деталей ПК.

- Деструкция пластичной смазки.

-Контактной коррозии на поверхностях сопряжений ПК с деталями ШУ и т.д.

Расчёт долговечности ПК стандартизован ГОСТом 18855-82. Оценка срока службы ПК возможна на основе приближенных эмпирических данных, а так же эмпирических значений зависимостей по возможному сроку службы пластичной смазки.

Проектирование и расчёт несущих систем МРС,

Несущая система (НС.) образуется совокупностью элементов станка, через которые замыкаются силы, возникающие при резание. К элементам НС. относятся

-Шпиндель с опорами-Станины, рассматриваемые во взаимодействии с фундаментами.-Корпусные детали.

При рассмотрении поведении НС. динамики, её элементами так же относятся-

-Узлы, расположенные вне указанного силового контура, но имеющие значительную массу. Качество НС. характеризуется отношениями перемещений её элементов. В первую очередь расположенных в зоне резания инструментов и заготовки. Под действием возмущений различной природы кинематические передаваемых через фундамент и силовых через силы резания, тепловые. Элементы НС укрупнено могут быть разделены на следующие группы--Станки и основания

-Коробки

-Детали узлов для поддержания и перемещения инструмента и изделия.

Конструирование корпусных деталей в значительной степени подчиняются критериям жёсткости и это обусловлено что жёсткость элемента НС определяет как её деформацию под действием статических сил, так и параметры колебательной системы. При выборе материала корпусных деталей по условиям жёсткости и технологичности как правило обеспечиваются автоматически. Для изготовлении корпусных деталей используются чугун, низкоуглеродистая сталь, а из неметаллических материалов-бетон. В настоящие время получает распространение синтетический гранит-синтегран. Требуемая жёсткость корпусной детали определяется работоспособностью станка, как технологической машины. Работоспособностью механизмов станка условиями производительной обработки в рассматриваемой детали и лёгкостью выверки станка при их установке. Нагрузки на корпусные детали передаются на участках их контакта между собой и с другими элементами по направляющим, фланцам, в местах расположения установочных элементов, закрепления обрабатываемых деталей и т.д. Большинство литых и сварных корпусных деталей представляют собой коробчатые тонкостенные конструкции с внутренними перегородками и ребрами. Деформация таких тонкостенных корпусных деталей условию может быть разделены - на общие искажения контура и местные.

Рис. Деформация корпусных деталей типа станка и стоек смещение в поперечном сечении.

а) б) - Общая деформация (а) - при изгибе, б) - при кручении)в)- искажение контура сеченияг)- местные деформации.

Общие деформации для деталей типа стержней могут быть представлены как деформации изгиба, сдвига, и кручения сплошных брусьев, а для деталей типа пластин как деформации однородных пластин. Деформации искажения контура и местные существенно снижает жёсткость базовых деталей. Поэтому обычно их стремятся свести к минимуму. В качестве примера можно указать, что в результате искажения контура сечения перемещения направляющих стойки может быть в 4 – 10 раз больше, чем стойка со сплошными перегородками. Уменшение деформации в искождении контура обеспечивается, например введением поперечного сечения перегородок сплошных или с небольшими окнами, диагональных перемычек противоположных углов сечения. При этом введение поперечных рёбер оказывается рациональнее, чем увеличение толщины стенки при той же площади сечения. Снижение местных деформаций направляющих обеспечивается уменьшением длинны переходных стенок, соединяющих направляющих с основанием контура станины, увеличением собственной жёсткости, переходных стенок путем введения поперечных рёбер.

Расчёт несущих систем (НС.).

Требуемое качество НС. обеспечивается на стадии проектирования расчёта. В общем случае расчётный критерий качества НС. д. т. Непосредственно связан с выходными показателями процесса обработки - точностью и производительностью. Основное применение имеют сравнительные расчеты, в которых показатели качества НС. – относительные перемещения элементов – от статических, динамических и тепловых нагрузок. При этом численные значения соответствуют – НС. станков хорошо зарекомендующих себя в эксплуатации накапливаются и обобщаются. В настоящее время на расчет НС. основное применение получил метод конечных элементов. Для использования метода конечных элементов, рассчитываемая конструкция представляется элементов разного типа, соединённых между собой в узлах. Для каждого элемента задаётся связь между перемещениями и нагрузками в узлах исходя из этого формируются матрицы жёсткости, инерции и деформации. Соответствующие матрицы для любого конечного элемента сначала вычисляют в местной системе координат, а затем преобразуют к общей системе координат всей конструкции. Далее переводят решение системы уравнений, определяют напряжение и перемещение узловых точек. В настоящие время разработано, в том числе и для НС. большое количество программных продуктов для расчёта МКЭ. Обобщая опыт, накопленный при испытании МКЭ для расчёта НС. МРС можно выдержать следующие рациональные области применения конечных элементов моделей-

конечноэлементные модели из пластичных элементов наиболее целесообразно применять на стадии разработки технического проекта для расчётной оценки статической деформации элементов сложной формы, в которых имеют место значительные местные деформации и для определения их температурной деформации, т.к. не м.т. решены другими методами. Испытание конечноэлементных пластинчатых моделей для рассмотрения поведения модели в целом требует значительных затрат времени и высокой достоверности данных о характеристиках жёсткости соединений, деформирования и т.д.

Модель НС. и стержневых конечных элементов и жёсткости тел следует испытывать для определения рационального распределения массы и жёсткости между элементами НС. и оптимизации их основных параметров для сравнения различных компоновок несущих систем. Такие модели могут, испытывается на стадии разработки как технического, так и эскизного проекта, когда детально конструктивные форсы элементов ещё не проработаны.

Сравнительная простота моделей и малое время, требуемое для получения численного значения показателей кач-ка обеспечивает возможность проведения многовариантных расчётов. Автоматизированный расчёт НС. испытывается для решения определенных задач-

5. Определение статических и динамических характеристик НС. как показателей их качества.

6. Сравнение различных компоновок и конструктивных вариантов НС. и выбор наилучших по статическим и динамическим характеристикам.

7. Выявление конструктивных параметров, оказывающих наиболее сильное влияние на характеристики НС. и выбор рациональных значений этих параметров.

8. Выявление наиболее рациональных идей снижения металлоемкости станка. Исходными данными для расчёта является- схема компоновки, чертежи основных элементов, выбранные расчётные условия, положения перемещающихся узлов нагрузки и т.д.

Расчётная схема НС. представляет собой рамную конструкцию стержней и массивы, соединных между собой стыками упруго опёртых на фундамент.

27.Расчет направляющих качения.

Расчет направляющих качения.

Направляющие качения рассчитывают на статичную нагрузочную способность и долговечность по усталости. Силы, действующие на направляющие определяют из условной статистики. Допустимая статическая нагрузка на одно тело качения для направляющих с распределением тел качения по всей длине м.б. определяется по формуле :

- Расчет для роликовых

Р=K×B×D× ξ - Для шариковых

P=K×D2×ξ

Где D –Ø ролика или шарика ММ

B- длинна ролика

K- условие напряжения , отнесенные к площади сечения тел качения

Ξ - поправочный коэфицент , учитывающий твердость направляющих (определяется по таблице)

Значение поправочного коэфицента _____ на твердость

Стальные закаленные направляющие				Чугунные направляющие
HRC	56	58	60	170-180	200-210	230
_____	0,67	0,8	1,0	0,75	1,0	1,2

Для стальных зак. Направляющих с короткими роликами условные напряжения = 20 МПа, с длинными роликами К = 15 МПа, с шариковыми К=0,6 МПа. Для чугунных роликовых направляющих К=2МПа.

Значение условных напряжений К получены из условия отсутствия деформаций на дорожках качения с учетом неравномерного распределения нагрузок в связи с неточностями изготовления. Большая роль технологических погрешностей объясняется тем, что они соизмеримы с упругими перемещениями в направляющих. Для роликовых и шариковых опор в связи с их малой длиной влияние погрешностей изготовления в направляющих значительно меньше и условно напряжение существенно выше. Допускаемые статистические нагрузки на опоры проводятся в каталогах заводов-изготовителей.

28.Основные понятия о приводе.

Привод - устройство, служащее для приведения в действие исполнительных звеньев станка. В привод входит также источник движения. Привод должен обеспечивать возможность регулирования скорости движения исполнительных звеньев станка.

Приводы станков подразделяют на ступенчатые и бесступенчатые. К ступенчатым относят приводы со ступенчатыми шкивами, с шестеренными коробками скоростей и приводы в виде многоскоростных асинхронных электродвигателей. Возможны также ступенчатые приводы, являющиеся комбинацией упомянутых выше механизмов. К бесступенчатым приводам можно отнести приводы с механическими вариаторами, электродвигатели постоянного тока с регулируемой частотой вращения, гидравлические приводы и комбинированные, представляющие собой сочетание регулируемого электродвигателя постоянного тока или привода с вариатором со ступенчатой коробкой скоростей, или, наоборот, механического вариатора с многоскоростным асинхронным электродвигателем переменного тока.

Современные металлорежущие станки имеют индивидуальные или многодвигательные приводы. Источником энергии в станках обычно является электродвигатель. Электродвигатель может быть расположен рядом со станком, внутри него, на станке, встроен в переднюю бабку и т. д.

Виды приводов:

В МРС преимущество примыкают:

Электромеханические приводы ПГД у которых электрическая часть (электро-привод) состоит из электродвигателя переменного или постоянного тока и преобразующихся управляющих устройств, а их часть состоит из отдельных передач (зубчатых, временных, фрикционных и др.), передаточных механизмов (зубчатых редукторов, коробок, скор., кулисных и кулачковых механизмов) и их комбинаций. Вст. С прямолинейным, возвратно-поступательным главным движением (строг, долб, протяжных) наряду с электромеханизмами привода (Г,П). ГП главным движениям приводят гидродвигатель (силовой, гидроцилиндрический, гидромоторный), с источточником энергии , насосом и управляющими устройствами, а также передача от гидродвигателя к рабочему органу.

Требования к приводам:

К ПГД станков предъявлен ряд требований: общих и специфических, связанных с назначением станка конкретного типа. Соответствие антискачковых характеристик привода (максимальных скоростей перемещения мощности, крутящего момента, характера и диапазон регулирования скорости). Технологическим требованием обеспечивающих обработку деталей с задней номенклатурой, производительностью, точностью и параметрами шероховатости поверхности.

Обеспечение заданных конструктивно-технических требований по характеристикам точности перемещения рабочего органа, уровню автоматизации, управление приводом, удобство колпаковки, достаточная надежность привода в эксплуатации (в том числе ограничения перегрузок при переходных процессах). Минимальные энергетические потери (высокий коэфицент полезного действия привода), обеспечение уровня действия шума допустимого предела, широкое применение унифицированных, типовых, стандартизируемых узлов, агрегатов и элементов главного привода, рациональные габариты, материалоемкость, стоимость привода. Виды и способы регулирования. Регулирование скорости осуществляемых в приводах изменением частоты вращения (скорость перемещения) двигателя, изменение передаточного отношения между двигателем и рабочим органом в проводном механизме; Регулирование может осуществляться:

При постоянной предельной мощности во всем диапазоне скоростей.

При постоянном предельном моменте.

При комбинировании обоих видов регулирования.

По условиям оптимального процесса обработки деталей для подавляющего большинства станков требуется:

- регулирование скорость движения при приблизительно постоянной мощности в диапазоне, определяемом диапазонами изменения скоростей резания и размерами детали (ст. ток. Группы) или инструмента ( фр., сверлильные станки).

В станках с универсальными характеристиками работ постоянная мощность требуется в средней части диапазона скоростей шпинделя (наибольшая мощность резания), меньшая ( скоростные режимы с наибольшими потерями мощности в механизме). А в нижней части диапазона (вспомогательные операции) уровень использования мощности не высокий. Поэтому для таких станков принимают приводы с комбинированным регулировании в нижней части диапазона с постоянным предельным моментом, а в остальной части с постоянно предельной мощностью.

Требуемые диапазоны регулирования на шпинделе.

(R) =250 – для универсальных станков с широкой номенклатурой деталей, обрабатываемых в единичном и мелкосерийном производстве ( токарных, карусельных, и других станков).

Общий диапазон регулирования (R ) 25-40 – для станков с постоянной мощностью .

Диапазон регулирования шпинделя до 15-20 для станков универсально легких (до 1 тонны) и средних (до 10 тонн), предназначены для мелкого и среднего производства.

Диапазон регулирования до 8-12 для станков специализированных, предназначенных для крупного производства.

Диапазон регулирования от 2-6 для быстроходных станков, оснащенных инструментом для скоростного резания ( минералокирамики, композит и т.д.) со скоростью резания более 400 м/с (токарные, револьверные), v больше 60 м/м (шлифовальные), выпускаемых для эксплуатации в крупном и массовом производстве ( автоматы и полуавтоматы различных групп). Для большинства станков при работе в нижней и средней части диапазона скорости шпинделя требуется снижение частоты вращения и увеличение крутящих моментов ( сравнительно со значениями, полученными на валу электродвигателя) до 3-10 раз 1 станок небольшого и среднего размера, до 80-100 раз в тяжелых станках. В большинстве станков без ЧПУ за исключением тяжелых, широко применяют приводы: с асинхронными не регулируемыми электродвигателями и ступенчато – регулируются передаточными механизмами. Зубчатыми многоскоростными коробками скоростей.

В станках с ЧПУ, большинство тяжелых и быстроходных станках, станках с коротким циклом обработки, при больших моментах инерции, и станках предназначенных для торцового точения применяют ПГД с регулируемыми электроприводами постоянного и переменного тока.

Наиболее распространенные получили приводы с двухзонным регулированием скорости двигателя в сочетании с двух – четырех ступенчатой коробкой скоростей. Перспективно для легких и средних станков можно считать построение главного привода с применением частичного регулирования асинхронных электродвигателей обладающие высокой надежностью, малыми потерями, простотой обслуживания.

№	Схема	Узлы регул. скорости * ЭП передат.механизма	Характеристика привода	Область применения
1. 2.		М/ШБ М/ШБ	Достоинства ступенчатого регулирования приводов: небольшая стоимость, высокая надежность, простота обслуживания, жесткость характеристики, не большие габариты электродвигателя, возможность получения постоянства мощности во всем диапазоне шпинделя. Недостатки - потеря производительности (из-за ступенчатого ряда частот вращения шпинделя) сложность кинематики, ухудшающиеся; и энергетические характеристики , сравнительно большие динамические нагрузки и время переходных процессов в диапазоне высоких частот вращения, сложность автоматизации переключения скоростей.	В станках токарных, фр., сверл., зуборезных и других.
3. 4.		М/АКС,ШБ		В станках токарных, фр., сверл., в том числе в станках с ЧПУ.
5.		М/В,ШБ		В легких токарных станках.
6.		РМ/ШБ		В тяжелых станках с электродвигателем постоянного тока, в станках с ЧПУ, расточных, фр., карусельных, сверлильно – фр. – расточных.
7.		РМ/ШБ	В-12 достоинства регулирования: получение производительности с оптимальными и малыми значениями скорости резания , плавное изменение скорости во время работы, упрощение кинематики и конструкции приводного механизма, улучшающие его изменение энергетические и динамические характеристики. Недостатки: Сравнительно высокая стоимость и габариты Электропроивода, ограничение диапазона регулирования с постоянной мощностью ЭП (обычно до 3-4 –х) при специальном исполнении (5-8). Ограниченная максимальная частоты вращения (двигатель постоянного тока), ограничение мощности привода ( в случае частотного регулирования двигателя переменного тока) Дополнительное преимущество регулирования привода (типа мотор-редуктор, мотор-шпиндель и электрошпиндель) – компактность, высокий КПД, снижение трудоемкости изготовления и сборки станка.	В Станках с ЧПУ, токарными, фр., сверл – расточных.
8.		РМ/АР		В токарных станках с ЧПУ легких и средних
9.		РМ/АР
10.		РМ-Р
				Токарно-револьверные автоматы для крупного и массового производства
11.		РМ/ПР
12.		РМ-Ш		Быстроходные станки, токарные, сверлильные, шлифовальные.

Примечания:

*- приняты следующие буквенные обозначения узлов привода, обеспечивающих регулирование скорости.

М – нерегулируемый асинхронный электропривод переменного тока (одно или много -скоростной)

РМ – регулируемый (безступеньчатый) электропривод с двигателем перемещенного или постоянного тока.

В – механический вариатор (фрикционный , цепной, зубчатый)

ШБ – шпиндельная бабка с встроенной коробкой скоростей и ШУ.

Ш-ШБ с ШУ

АКС- автоматическая коробка скоростей с переключением зубчатых передач электромагнитными муфтами.

АР – автономный редуктор с автоматическим переключением скоростей гидравлическим устройством.

РМ-Р – электрический узел мотор – редуктор.

ПР – переключаемая двух-трех ступенчатая временная передача.

РМ-Ш – электромеханический узел мотор –шпиндель или электрошпиндель.

29.Методы разгрузки направляющих. Смазка направляющих.

Разгрузка направляющих существенно снижает трения, повышает равномерность подач, точность позиционирования и долговечность традиционных направляющих. Применяют гидроразгрузку и разгрузку подпружинниными роликами, разгрузка постоянными магнитами обеспечивает снижение давления в направляющих за счет действия через зазор ) 0,05-0,1 мм) магнитностатических сил притяжения к станине магнитных систем, встроенных в прижимных планках стола.

Схема магнитной разгрузки в направляющих.

1-стол ,2- направляющая, 3 – магнитомягкая накладка, 4- прижимная планка, 5- магнитная система, 6- станина.

Магнитностатическая сила действует в направляющих размыкая фрикционного контакта не раскрывая стык. Для малых и средних нагрузках и больших площадей опора рекомендуются не дорогие магниты из феррита бария развивающие силу притяжения порядка 50-80Н/см2. В отдельных случаях для больших сил магниты с большой магнитной энергией. Магнитная разгрузка наиболее целесообразна в случаях, когда в направляющих превалируют постоянные нагрузки. Она отличается от других способов простой малой стоимостью и отсутствием энергопотребления.

Гидроразгрузка направляющих смешанного трения за счет подачи в разгружающие карманы смазочной жидкости под давлением весьма эффективна для наиболее ответственных направляющих. Подбором соответствующего давления масла можно резко уменьшить коэффициент трения, обеспечить высокую долговечность направляющих, а отсутствие всплывания, которое имеет место в гидростатических направляющих, обеспечивает высокую контактную жесткость и надежную фиксацию узла после перестановки.

30. Измерение угла. Датчики угловых перемещений.!

Датчик угла поворота, также называемый энкодер — устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота.

Датчики угла поворота широко применяются в промышленности, в частности в сервоприводах.

Энкодеры подразделяются на инкрементальные и абсолютные, которые могут достигать очень высокого разрешения. Энкодеры могут быть оптические, резисторные и магнитные и могут работать через шинные интерфейсы или промышленную сеть.

Преобразователи угол-код практически полностью вытеснили широко применявшиеся ранее сельсины и дифференциальные трансформаторы угла поворота.

Инкрементальные энкодеры

Инкрементальные датчики линейных перемещений, называемые также квадратурными энкодерами, формируют импульсы, по которым принимающее устройство определяет текущее положение координаты путем подсчета числа импульсов счётчиком. Для привязки системы отсчета к началу отсчёта инкрементальные датчики имеют референтные метки, через которые нужно пройти после включения оборудования.

Инкрементальные датчики вращения и датчики угла при вращении формируют импульсы, по которым принимающее устройство определяет текущее положение координаты путем подсчета числа импульсов счётчиком. Для привязки системы отсчета инкрементальные датчики имеют референтную метку («маркер»), одну на оборот, через которую нужно пройти после включения оборудования.

Для определения расстояния и направления перемещения применяются два канала («синус» и «косинус», обозначаемые в документации обычно как A и B), в которых идентичные последовательности импульсов (меандр) сдвинуты на 90° относительно друг друга, что позволяет определять направление перемещения у линейных, и вращения у угловых датчиков. Кроме каналов «синус» и «косинус» в современных энкодерах используется также сигнал «метка на оборот» («маркер», референтная метка, обозначаемая как Z, C[2] или R ), который в сочетании с менее точным концевиком позволяет определить точное положение «нуля» координаты привода.

Многие специализированные микропроцессоры поддерживают эти три сигнала с помощью соответствующего Quadrature Encoder Interface

Абсолютные энкодеры

Абсолютные датчики линейных перемещений показывают текущую координату сразу при включении, без необходимости прохождения референтных меток.

Абсолютные датчики вращения и датчики угла определяют текущую координату без необходимости перемещения осей станка. Однооборотные датчики определяют текущую координату только в пределах одного полного оборота вала, а многооборотные датчики могут дополнительно распознавать несколько полных оборотов. Обычно абсолютные датчики вращения и датчики угла передают измеренную координату по последовательным интерфейсам — EnDat, SSI, PROFIBUS-DP или другим. Двунаправленные интерфейсы EnDat и PROFIBUS-DP позволяют также осуществлять контроль и диагностику датчиков.

Наиболее распространённые типы выходов сигнала — это код Грея, параллельный код, интерфейсы Profibus-DP, CANopen, DeviceNet, SSI, LWL, через которые также осуществляется программирование датчиков.

Оптические энкодеры

Оптические энкодеры имеют жёстко закреплённый на валу стеклянный диск с оптическим растром. При вращении вала растр перемещается относительно неподвижного растра, при этом модулируется световой поток, принимаемый фотодатчиком. Абсолютные оптические энкодеры — это датчики угла поворота, в которых каждому положению вала соответствует уникальный цифровой выходной код, который наряду с числом оборотов является основным рабочим параметром датчика. Абсолютные оптические энкодеры, так же как и инкрементальные энкодеры, считывают и фиксируют параметры вращения оптического диска.

Магнитные энкодеры

Магнитные энкодеры регистрируют прохождение магнитных полюсов вращающегося магнитного элемента непосредственно вблизи чувствительного элемента, преобразуя эти данные в соответствующий цифровой код.

Механические и оптические энкодеры с последовательным выходом

Содержат диск из диэлектрика или стекла с нанесёнными выпуклыми, проводящими или непрозрачными участками. Считывание абсолютного угла поворота диска производится линейкой переключателей или контактов в случае механической схемы и линейкой оптронов в случае оптической. Выходные сигналы представляют собой код Грея, позволяющий избавиться от неоднозначности интерпретации сигнала.

Датчики угловых перемещений

Датчики угла фирмы HEIDENHAIN имеют высокую точность: до нескольких угловых секунд и выше. Областью применения этих устройств являются поворотные столы и поворотные головки на станках, делительные головки, высокопрецизионные платформы для измерения угла, прецизионные установки измерения угла, антенны.

• количество штрихов от 9 000 до 180 000

• точность от ± 5― до ± 0,4―

• шаг измерения до 0,000 005° или 0,018― (для инкрементальных датчиков) или 29 бит, ок. 536 млн. позиций на поворот (для абсолютных датчиков).

Датчики вращения

Датчики вращения фирмы HEIDENHAIN служат для измерения скорости вращения, а при его монтаже на ходовом винте или шарико-винтовой паре (ШВП) – для измерения линейных перемещений. Они применяются в двигателях, станках, прессах, деревообрабатывающих и текстильных станках, роботах и манипуляторах, измерительном и контрольном оборудовании.

• количество штрихов обычно от 50 до 5 000

• точность до ± 12― (± 1/20 периода деления, зависит от количества штрихов)

• шаг измерения до 0,001°.

Синусоидальные выходные сигналы позволяют получить высокую степень интерполяции, что необходимо при управлении цифровыми приводами.

В случае инкрементальных датчиков угла и датчиков вращения текущая координата вала определяется исходя из нулевой точки, путем считывания шагов измерения или деления и считывания импульсов сигнала. Для воспроизведения нулевой точки инкрементальные датчики фирмы HEIDENHAIN имеют референтные метки, которые необходимо проехать после включения оборудования.

Инкрементальные датчики вращения с коммутационными сигналами определяют угловое положение вала без предварительного перемещения, обеспечивая достаточную точность для управления фазами вращающегося поля постоянных магнитов синхронного мотора.

Aбсолютные датчики угла и датчики вращения определяют текущую координату без движения осей станка. Однооборотные датчики (Singelturn) определяют текущую координату в пределах одного полного оборота, а многооборотные (Multiturn) могут дополнительно распознавать несколько оборотов. Значения измерений передаются по последовательному интерфейсу – EnDat, SSI, PROFIBUS-DP или другим. Двунаправленные интерфейсы EnDat и

PROFIBUS-DP позволяют также осуществлять контроль и диагностику датчиков.

Под названием функциональная безопасность помимо всего прочего подразумевается использование измерительных датчиков с последовательной передачей данных, которые предназначены для станков и устройств с интегрированной функцией безопасности. Два независимых друг от друга значения измерения генерируются еще в датчике и передаются в систему ЧПУ с помощью интерфейса EnDat.

Встраиваемый датчик ERM без подшипников

Встраиваемый датчик ERM фирмы HEIDENHAIN состоит из намагниченного диска и считывающей головки. Благодаря шкале, нанесенной методом MAGNODUR, и магнитно- резистивному принципу считывания эти датчики очень устойчивы к загрязнениям.

Обычно его применяют на станках и установках со средними требованиями к точности и большими диаметрами вала, в пыльных помещениях или в местах, которые достигают брызги, например, на главном шпинделе в токарных или фрезерных станках.

31.Особенности построения технологического процесса на МРС.

32.Основные виды подшипников, применяемых в шпиндельных узлах.

Для опор шпинделей металлорежущих станков, как правило, применяют подшипники качения — шариковые: радиальные, радиально-упорные и упорные и роликовые: радиальные и радиально-упорные. Подшипники шариковые радиальные и радиально-упорные из-за сравнительно невысокой грузоподъемности употребляют обычно в узлах шпинделей, где имеют место незначительные усилия резания.

Роликовые же подшипники, в особенности конические, обладают относительно большой грузоподъемностью, но не способны работать при высоких скоростях вращения и не могут обеспечить высокую точность станков.

К основным недостаткам подшипников скольжения, ограничивающим их применение в шпинделях станков, относятся: а) недопустимо большие потери на трение; б) наличие начального зазора между вкладышем и посадочным местом, обусловленного необходимостью получения масляного клина в пределах этого зазора; ось шпинделя может перемещаться в радиальном направлении; в) невозможность создания условий жидкостного трения при наличии высоких граничных давлений, вызываемых деформацией шпинделя, неточностью изготовления рабочих поверхностей; г) трудоемкость изготовления подшипников и значительный расход цветных металлов, что недопустимо особенно в условиях массового или крупносерийного производства.

Широкое развитие скоростных и силовых методов обработки металлов резанием, а также применение твердых сплавов и металлокерамики для изготовления инструмента, используемого при обработке металлов резанием, потребовали резкого повышения скоростей вращения и жесткости опор шпинделей металлообрабатывающих станков.

Так, например, для вновь выпускаемых станков скорость вращения шпинделя должна быть повышена по сравнению со скоростью существующих станков в 2—3 раза и соответственно увеличена мощность привода. Вместе с тем должны быть резко повышены точность и жесткость шпиндельных узлов и обеспечена безвибрационная работа станков.

Применявшиеся ранее в качестве радиальных опор подшипники качения, конструкции которых изображены на фиг. 1, не могли обеспечить высокие требования, предъявляемые к новым современным станкам. При работе на повышенных режимах эти подшипники оказывались либо совершенно непригодными (повышенный нагрев), либо не обеспечивали точность и качество обрабатываемых деталей, требовали частого регулирования в зависимости от числа оборотов и не обеспечивали достаточную виброустойчивость.

В свете решения новых задач, выдвинутых станкостроением, отечественной подшипниковой промышленностью, по предложению и при непосредственном участии автора были разработаны и освоены в серийном производстве подшипники особой конструкции — роликовые радиальные двухрядные серии 3182100 с короткими цилиндрическими роликами и коническим отверстием.

В отношении удовлетворения требований, предъявляемых к опорам шпинделей современных металлорежущих станков, двухрядные роликовые подшипники серии 3182100 значительно превосходят по качеству все известные в настоящее время конструкции радиальных подшипников качения, не говоря уже о подшипниках скольжения. Виды опор шпинделя.

В ШУ МРС В качестве опор шпинделя применяют следующие виды подшипников

33. Наладка и измерение заготовок и инструмента

Наладка и измерение заготовок и инструмента

Измерительные щупы для заготовок

Щупы для заготовок серии TS фирмы HEIDENHAIN позволяют выполнять юстировку, измерения и контроль прямо на станке. Измерительный стержень щупа TS отгибается в сторону при касании поверхности заготовки. При этом щуп генерирует коммутационный сигнал, который, в зависимости от типа прибора, передается через кабель или через инфракрасный передатчик в ЧПУ. Система ЧПУ в этот момент сохраняет фактическое положение оси измерительного прибора и обрабатывает его впоследствии. Коммутационный сигнал образуется оптическим сенсором, работающим без износа, и отличается большой надежностью.

Измерительные щупы для инструмента

Измерение инструмента на станке экономит время, повышает точность обработки заготовок, снижает количество брака и последующих доработок. HEIDENHAIN предлагает два способа измерения инструмента: контактный, при помощи щупов серии TT, и бесконтактный – лазерные системы TL.

Благодаря прочной конструкции и высокой степени защиты измерительные щупы для инструмента могут быть без проблем установлены в рабочем пространстве станка. Замер инструмента может быть произведен в любой момент – между двумя шагами обработки или по завершении обработки заготовки.

Лазерная система TL

С помощью лазерной системы TL Micro и TL Nano можно производить бесконтактные измерения инструмента при их номинальной скорости вращения. Циклы измерения предоставляют возможность измерения длины и диаметра инструмента, помогают контролировать форму отдельных зубцов, износ инструмента и находить трещины и поломки

инструмента. Полученные результаты измерений ЧПУ записывает в таблицу инструментов.

34. Мехатронные устройства. Определение, основные признаки.

Структура и принципы построения мехатронных систем

Мехатронные устройства - это выделившийся в последние десятилетия класс машин или узлов машин, базирующийся на использовании в них достижений точной механики, электропривода, электроники, компьютерного управления. Хотя все эти элементы можно встретить в громадном количестве традиционной техники, все же можно выделить ряд признаков мехатронного устройства, к которым можно отнести следующие.

1. Наличие интеграции следующих функциональных элементов:

-выходного механического звена (ВМЗ), выполняющего внешние функции мехатронного устройства;

-двигателя выходного звена с механизмом передачи движения к ВМЗ, привода ВМЗ;

-усилителя-преобразователя энергии питания двигателя (УПЭП);

-устройства цифрового программного управления приводом;

- информационной системы, контролирующей состояние внешнего мира и внутренних параметров мехатронного устройства.

2. Минимум преобразований информации и энергии (например, прямое цифровое управление безредукторным приводом) - принцип минимума преобразований.

3. Использование одного и того же элемента мехатронного устройства для реализации нескольких функций (например, параметры двигателя (ток, противо-ЭДС) используются для измерения его момента и скорости) - принцип совмещения функций.

4. Проектирование функций различных элементов мехатронного устройства таким образом, чтобы цели служебного назначения изделия достигались совместным выполнением этих функций без их дублирования и с максимальным эффектом (принцип синергетики).

5. Объединение корпусов узлов мехатронного устройства - принцип совмещения корпусов.

Рис. 2 Принцип построения мехатронной системы

35. Этапы жизненного цикла промышленных изделий и системы их автоматизации.

Системы автоматизированного проектирования

Чтобы понять значение автоматизированных систем проектирования, мы должны изучить различные задачи и операции, которые решаются и выполняются в процессе разработки и производства продукции. Все эти задачи, взятые вместе, называются жизненным циклом продукта (product life cycle).

На рис. 4 показаны этапы жизненного цикла изделий и системы их автоматизации.

Рис. 4. Этапы жизненного цикла промышленных изделий

и системы их автоматизации

На всех этапах жизненного цикла изделий имеются свои целевые установки. При этом участники жизненного цикла стремятся достичь поставленных целей с максимальной эффективностью. На этапах проектирования, ТПП и производства нужно обеспечить выполнение ТЗ при заданной степени надежности изделия и минимизации материальных и временных затрат, что необходимо для достижения успеха в конкурентной борьбе в условиях рыночной экономики.

Под эффективностью понимают не только снижение себестоимости продукции и сокращение сроков проектирования и производства, но и обеспечение удобства освоения и снижение затрат на будущую эксплуатацию изделий. Особую важность требование удобства эксплуатации имеет для сложной техники, например, в таких отраслях, как авиа- или автомобилестроение.

Достижение поставленных целей на современных предприятиях, выпускающих сложные промышленные изделия, оказывается невозможным без широкого использования автоматизированных систем (АС), основанных на применении компьютеров и предназначенных для создания, переработки и использования всей необходимой информации о свойствах изделий и сопровождающих процессов. Специфика задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла изделий, обусловливает разнообразие применяемых АС.

Основные типы АС

Основные типы АС с их привязкой к тем или иным этапам жизненного цикла изделий указаны на рис. 4.

CAE – Computer Aided Engineering (автоматизированные расчеты и анализ);

CAD – Computer Aided Design (автоматизированное проектирование);

CAM – Computer Aided Manufacturing (автоматизированная технологическая подготовка производства);

PDM – Product Data Management (управление проектными данными);

ERP – Enterprise Resource Planning (планирование и управление предприятием);

MRP-2 – Manufacturing (Material) Requirement Planning (планирование производства);

MES – Manufacturing Execution System (производственная исполнительная система);

SCM – Supply Chain Management (управление цепочками поставок);

CRM – Customer Relationship Management (управление взаимоотношениями с заказчиками);

SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition (диспетчерское управление производственными процессами);

CNC – Computer Numerical Control (компьютерное числовое управление);

S&SM – Sales and Service Management (управление продажами и обслуживанием);

CPC – Collaborative Product Commerce (совместный электронный бизнес).

Современные САПР (или система CAE/CAD), обеспечивающие сквозное проектирование сложных изделий или, по крайней мере, выполняющие большинство проектных процедур, имеют многомодульную структуру. Модули различаются своей ориентацией на те или иные проектные задачи применительно к тем или иным типам устройств и конструкций. При этом возникают естественные проблемы, связанные с построением общих баз данных, с выбором протоколов, форматов данных и интерфейсов разнородных подсистем, с организацией совместного использования модулей при групповой работе. Эти проблемы усугубляются на предприятиях, производящих сложные изделия, в частности, с механическими и радиоэлектронными подсистемами, поскольку САПР машиностроения и радиоэлектроники до недавнего времени развивались самостоятельно, в отрыве друг от друга.

36.Методы образования производящих линий.

Тело деталей машин ограничено геометрическими поверхностями, возникающими в процессе обработки. Это в основном плоскость, круговые и некруговые цилиндры, круговые и некруговые конусы, линейчатые и шаровые поверхности, имеющие определенную протяженность и взаимное расположение. Реальные поверхности, полученные в результате обработки на станках, отличаются от идеальных геометрических поверхностей. След кромки инструмента, трение между задней его поверхностью и обработанной поверхностью, пластические явления при отрыве отдельных слоев металла, упругие деформации поверхностных слоев, вибрации и другие явления, возникающие в процессе резания, создают на обработанной поверхности микронеровность и волнистость. Их допустимая величина зависит от служебного назначения поверхностей деталей машин и достигается различными методами обработки. Несмотря на это отличие, реальные геометрические поверхности могут быть получены теми же методами, что и идеальные.

Поверхности обрабатываемых деталей можно рассматривать как непрерывное множество последовательных геометрических положений (следов) движущейся производящей линии, называемой образующей, по другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для получения плоскости необходимо образующую прямую линию 1 перемещать по направляющей прямой линии 2 (рис. 1, а). Цилиндрическая поверхность может быть получена при перемещении образующей прямой линии 1 по направляющей линии-окружности (рис. 1, б) или образующей окружности 1 вдоль направляющей прямой линии 2 (рис. 1, в). Рабочую поверхность зуба цилиндрического колеса можно получить, если образующую линию — эвольвенту 1 передвигать вдоль направляющей 2 (рис. 1, г) или, наоборот, образующую прямую 1 — по направляющей — эвольвенте 2 (рис. 1, д)

Рассмотренные поверхности называют обратимыми, так как их форма не изменяется, если поменять местами образующие линии с направляющими. В противоположность им этого нельзя сделать при образовании необратимых поверхностей. Например, если левый конец образующей прямой линии 1 перемещать по направляющей окружности 2, то получим круговую коническую поверхность (рис. 1, e). Но если окружность 2 сделать образующей и переместить вдоль направляющей прямой, то конус не получится. В этом случае необходимо, чтобы по мере перемещения окружности к точке О ее диаметр изменялся, достигая в вершине нуля. Такие поверхности называют также поверхностями с изменяющимися производящими линиями, в противоположность поверхностям, у которых производящие линии постоянны (рис. 1, а—д)..

Методы образования поверхностей (следа, копирования, обката и тд.)

Большинство поверхностей деталей машин может быть образовано прииспользовании в качестве производящих линий прямой, окружности, эвольвенты, винтовой и ряда других линий. В реальных условиях обработки производящие линии воспроизводятся комбинацией согласованных между собой вращательных и прямолинейных перемещений инструмента и заготовки. Движения, необходимые для этого, называют рабочими формообразующими движениями. Они могут быть простыми, состоящими из одного движения, и сложными, состоящими из нескольких простых движе-ний. Существуют четыре метода образования производящих линий: копирования, огибания, следа и касания.

Метод копирования основан на том, что режущая кромка инструмента по форме совпадает с производящей линией. Например, при получении цилиндрической поверхности (рис. 2,а) образующая линия / воспроизводится копированием прямолинейной кромки инструмента, а направляющая линия 2 - вращением заготовки. Здесь необходимо одно формообразующее движение - вращение заготовки. Для снятия припуска и получения детали заданных размеров необходимо поперечное перемещение резца, но это движение (установочное) не является формообразующим.

На рис. 2,б показан пример обработки зубьев цилиндрического колеса.

Контур режущей кромки фрезы совпадает с профилем впадин и воспроизводит образующую линию. Направляющая линия получается при прямолинейном движении заготовки вдоль своей оси. Здесь необходимы два формообразующих движения: вращение фрезы и прямолинейное перемещение заготовки. Кроме того, для обработки последующих впадин заготовка должна периодически поворачиваться на угол, соответствующий шагу зацепления. Такое движение называют делительным.

Метод огибания (обката) основан на том, что образующая линия возникает в форме огибающей ряда положений режущей кромки инструмента в результате его движений относительно заготовки. Режущая кромка отличается по форме от образующей линии и при различных положениях инструмента является касательной к ней. На рис. 2,в показана схема обработки зубьев цилиндрического колеса по методу огибания. Режущая кромка инструмента имеет форму зуба зубчатой рейки. Если заготовке сообщить вращение и согласованное с ним прямолинейное перемещение рейки вдоль ее оси, то режущий контур инструмента в своем движении относительно заготовки будет иметь множество положений. Их огибающей явится образующая зуба колеса. Направляющая линия по предыдущему образуется в результате прямолинейного перемещения инструмента или заготовки вдоль оси колеса. Для рассматриваемого случая требуются три формообразующих движения: вращение заготовки, перемещение инструмента вдоль своей оси, перемещение инструмента или заготовки вдоль оси зубчатого колеса.

Метод следа состоит в том, что образующая линия получается как след движения точки — вершины режущего инструмента. Например, при точении образующая 1 (рис. 2,г) возникает как след точки А — вершины резца, а при сверлении (рис. 2,д) — как след сверла. Инструмент и заготовка перемещаются относительно друг друга таким образом, что вершина А режущего инструмента все время касается образующей линии 1. В первом случае (рис. 2,г) направляющая линия получается в результате вращения заготовки, во втором случае (рис. 2,д) — при вращении сверла или заготовки. В обоих случаях требуются два формообразующих движения.

Метод касания основан на том, что образующая линия / является касательной к ряду геометрических вспомогательных линий 3, образованных реальной точкой движущейся режущей кромки инструмента (рис. 2,е).

37.Классификация станков токарной группы.

Тока́рный стано́к — станок для обработки резанием (точением) заготовок из металлов и др. материалов в виде тел вращения. На токарных станках выполняют обточку и расточку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и обработку торцов, сверление, зенкерование и развертывание отверстий и т. д. Заготовка получает вращение от шпинделя, резец — режущий инструмент — перемещается вместе с салазками суппорта от ходового вала или ходового винта, получающих вращение от механизма подачи.

В состав токарной группы станков входят станки выполняющие различные операции точения: обдирку, снятие фасок, растачивание и т. д.

Значительную долю станочного парка составляют станки токарной группы. Она включает, согласно классификации ЭНИМС, девять типов станков, отличающихся по назначению, конструктивной компоновке, степени автоматизации и другим признакам. Станки предназначены главным образом для обработки наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезания резьб и обработки торцовых поверхностей деталей типа тел вращения с помощью разнообразных резцов, свёрел, зенкеров, развёрток, метчиков и плашек.

Применение на станках дополнительных специальных устройств (для шлифования, фрезерования, сверления радиальных отверстий и других видов обработки) значительно расширяет технологические возможности оборудования.

Токарные станки, полуавтоматы и автоматы, в зависимости от расположения шпинделя, несущего приспособление для установки заготовки обрабатываемой детали, делятся на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные предназначены в основном для обработки деталей значительной массы, большого диаметра и относительно небольшой длины. Самые известные токарные станки в советское время — 1К62 и 16К20.

Токарно-винторезный станок

Токарно-винторезный станок предназначен для выполнения разнообразных токарных и винторезных работ по чёрным и цветным металлам, включая точение конусов, нарезание метрической, модульной, дюймовой и питчевых резьб.

Токарно-винторезный станок

Токарно-винторезные станки являются наиболее универсальными станками токарной группы и используются главным образом в условиях единичного и мелкосерийного производства. Конструктивная компоновка станков практически однотипна. Основными узлами принятого в качестве примера станка 16К20 являются:

станина, на которой монтируются все механизмы станка;

передняя (шпиндельная) бабка, в которой размещаются коробка скоростей, шпиндель и другие элементы;

коробка подач, передающая с необходимым соотношением движение от шпинделя к суппорту (с помощью ходового винта при нарезании резьбы или ходового валика при обработке других поверхностей);

фартук, в котором преобразуется вращение винта или валика в поступательное движение суппорта с инструментом;

в пиноли задней бабки может быть установлен центр для поддержки обрабатываемой детали или стержневой инструмент (сверло, развертка и т. п.) для обработки центрального отверстия в детали, закрепленной в патроне;

суппорт служит для закрепления режущего инструмента и сообщения ему движений подачи.

Суппорт состоит из нижних салазок (каретки), перемещающихся по направляющим станины. По направляющим нижних салазок перемещаются в направлении, перпендикулярном к линии центров, поперечные салазки, на которых располагается резцовая каретка с резцедержателями. Резцовая каретка смонтирована на поворотной части, которую можно устанавливать под углом к линии центров станка.

Основными параметрами станков являются наибольший диаметр обрабатываемой детали над станиной и наибольшее расстояние между центрами. Важным размером станка является также наибольший диаметр заготовки, обрабатываемой над поперечными салазками суппорта. Токарно-винторезный станок предназначен для выполнения разнообразных токарных и винторезных работ по чёрным и цветным металлам, включая точение конусов, нарезание метрической, модульной, дюймовой и питчевых резьб.

Токарно-карусельные станки

Станки предназначены для токарной обработки деталей больших габаритов. На этих станках можно выполнять: точение и растачивание цилиндрических и конических поверхностей, можно подрезать торцы, прорезать канавки. При оснащении станка дополнительными устройствами на них можно точить фасонные поверхности по копиру. Можно производить фрезерование, шлифование, и нарезание резьбы резцом.

Основные узлы:

Стол. На нём находится планшайба, на которой крепится заготовка. Две стойки . Стойки соединяются порталом. По двум стойкам перемещается траверса. На траверсе находится два суппорта. Правый суппорт – револьверный суппорт. Он состоит из продольной каретки и ползуна (перемещающегося вертикально). На ползуне расположена револьверная головка. В отверстия револьверной головки устанавливается державки с инструментом. Револьверный суппорт используется при подрезании торцов при сверлении отверстий, иногда для обработки наружных поверхностей. Второй суппорт называется расточным суппортом. Он состоит из продольной каретки, на которой устанавливается поворотная часть, на которой есть ползун, на который устанавливается резцедержатель. Расточной суппорт используется при растачивании отверстий, прорезания внутренних канавок и при обработке конических поверхностей. На правой стойке расположен боковой суппорт. Он состоит из продольной каретки, ползуна и резцедержателя. Он предназначен для обработки наружных поверхностей.

Характерным размером токарно-карусельных станков является диаметр планшайбы. В зависимости от этого размера бывают 1 и 2х стоечные станки Одностоечные станки выпускаются с диаметром планшайбы d ≤2000мм Двухстоечные станки выпускаются с диаметром свыше 2000 мм

Движения в станке:

Главное движение – вращение планшайбы с заготовкой.

Движение подачи – перемещение суппортов

Вспомогательное движение – перемещение траверсы. Это движение нужно для подвода инструмента ближе к заготовке.

Лоботокарный станок Лоботокарный станок предназначен для обработки лобовых, цилиндрических, конических, фасонных поверхностей типа валов, труб или дисков выполненных из чугуна и стали в деталях типа дисков и фланцев. В лоботокарных станках ось вращения детали располагается горизонтально

Токарно-револьверный станок

Токарно-револьверный станок применяется для обработки заготовок или деталей из калиброванного прутка.

На станке производятся следующие виды токарной обработки: обточка, расточка, подрезка, проточка и расточка канавок, сверление, зенкерование, развертывание, фасонное точение, обработка резьб метчиками, плашками и резцами.

Название револьверный происходит от способа закрепления режущих инструментов в барабане. При этом инструмент (как правило) крепится в держателе (блок), который непосредственно устанавливается в револьверную голову. Различают статические блоки для не вращающегося инструмента (сверло так же может выступать в качестве статического инструмента, в некоторых случаях) и приводные блоки. Приводные блоки позволяют существенно расширить возможности станка: с их помощью осуществлять сверление отверстий не соосных с осью детали, нарезание резьбы и даже фрезерование. Однако не все револьверные станки имеют возможность использования приводных блоков. Существует два основных типа блоков: VDI, фиксируемые в револьвере сухарем, и BMT, которые крепятся болтами.

Также станок может иметь контршпиндель, расположенный напротив основного. В процессе работы станок с контршпинделем может перехватить деталь с одного шпинделя на другой. Часто такая операция даже происходит на скорости, без остановки шпинделя. Таким образом можно в один установ обработать деталь с обеих сторон.

Современные револьверные станки с ЧПУ сводят участие оператора в производстве детали к минимуму. Станок может быть снабжен прутковым податчиком, тогда работа осуществляется по сути автоматически. Иногда смена заготовки осуществляется роботом.

Токарно-револьверные станки применяют в серийном производстве для изготовления деталей сложной конфигурации из прутков или штучных заготовок. В зависимости от этого станки делятся на прутковые и патронные

Автомат продольного точения

Автоматы продольного точения используют при изготовлении мелких серийных деталей из холоднотянутого, калиброванного прутка, фасонного профиля и свернутой в бунт проволоки.

Автомат может выполнять точение различных материалов — от меди до легированых сталей.

Преимущественно автоматы продольного точения применяются в крупном и массовом производстве, но могут быть также использованы в серийном производстве при проектировании и изготовлении необходимой оснастки для выпуска специальных групп деталей с максимально возможным использованием одного и того же комплекта кулачков, зажимных и подающих цанг, державок и инструментов.

Устройство токарного автомата с неподвижной шпиндельной бабкой:

На верхней плоскости станины закреплена шпиндельная бабка. На её передней плоскости имеется платик для установки специальных приспособлений. На задней плоскости бабки имеется качающийся упор, а на верхней — вертикальный суппорт. На верхней плоскости станины находятся также приводы приспособлений, привод шпинделя, либо револьверной головки, приводы поперечных суппортов.

Вместо токарного патрона в автомате продольного точения используется цанговый. Такое решение обусловлено малыми размерами обрабатываемой детали. При этом для автоматов продольного точения применяют специальные цанги.

Токарный автомат с подвижной шпиндельной бабкой называется автоматом «Швейцарского типа — Swiss type»

Управление автоматом происходит через систему кулачков и распределительных валов, смонтированных в станине автомата. Также возможна установка систем ЧПУ с приводами подач и приводного инструмента.

Различают одношпиндельные и револьверные автоматы продольного точения. В отличие от одношпиндельных, револьверные автоматы могу выполнять одновременно несколько различных операций точения для различных деталей, зафиксированных в револьверном шпинделе автомата

Многошпиндельный токарный автомат

Автоматы предназначены для токарной обработки сложных и точных деталей из калиброванного холоднотянутого прутка круглого, шестигранного и квадратного сечения или из труб в условиях серийного производства.

На них можно выполнять: черновое и фасонное обтачивание, подрезку, сверление, растачивание, зенкерование, развёртывание, резьбонарезание, отрезку, накатывание резьбы.

Достаточная мощность привода и жёсткость конструкции обеспечивают высокую производительность. Некоторые модели могут одновременно выполнять более одной операции, что серьёзно повышает производительность таких станков.

Токарно-фрезерный обрабатывающий центр

Обрабатывающий центр совмещает функции токарного и фрезерного станков. Хотя на револьверных станках с приводным револьвером можно осуществлять фрезерование и сверление, однако возможности таких станков существенно ограничены подвижностью револьвера. Для решения этой проблемы в обрабатывающих центрах есть фрезерная голова под конус HSK или Capto (реже стандартный конус ISO либо BT) Конусы HSK и Capto позволяют устанавливать токарный резец прямо в фрезерную голову, что позволяет осуществлять операцию точения. При этом можно использовать резцы с квадратным сечением хвостовика, зажатые в специальную переходную оправку (чаще применяется на HSK-шпинделях), либо резцы со специальным хвостовиком (характерно для Capto-шпинделей)

38.Манипуляторы для смены заготовок.

Автоматизация вспомогательных операций смены заготовок и деталей на станках с ЧПУ создает предпосылки для внедрения трудосберегающей (безлюдной) технологии в механообрабатывающем производстве, а также повышает эффективность за счет сокращения простоев станков между отдельными рабочими циклами. Из-за многообразия компоновочных схем станков и способов их загрузки, а также типов изготавливаемых деталей конструкции устройств для автоматической смены заготовок могут быть различными. В автоматизированных станочных системах, данные устройства, как правило, включают в состав гибкого производственного модуля для соединения его с транспортными и накопительными устройствами. При этом выбор конструкции загрузочного устройства к станку зависит от принятой схемы транспортно-накопительной системы. В то же время загрузочные устройства целесообразно механически отделить от станка для его виброизоляции. Конструктивная автономность устройств автоматической смены заготовок создает возможность их проектирования в виде достаточно универсальных манипуляционных механизмов, имеющих собственные приводы и средства электро-, гидро- или пневмоавтоматики.

Автоматические загрузочные устройства для заготовок типа тел вращения, обрабатываемых на многоинструментальных токарных или шлифовальных станках с ЧПУ, могут быть выполнены в виде манипуляторов с поворотным или рычажным захватным механизмом.

Конструктивной особенностью поворотного загрузочного устройства является обеспечение гипоциклоидной траектории движения заготовки за счет одновременного вращения захватного устройства вокруг своей оси и поворота головки со схватом относительно параллельной оси, смещенной на величину эксцентриситета e. В этом случае при достижении конечных положений (позиций 1, 2, 3) скорость перемещения заготовки автоматически снижается, что повышает обеспечение точности ее позиционирования. Кроме того, при гипоциклоидной траектории движения центра схвата исключается возможность столкновения заготовки с резцедержателем станка, зажимными и транспортными устройствами, а также уменьшается время общего цикла обслуживания станка.

Для параллельного обслуживания двух рабочих позиций (например, в двухшпиндельном станке) загрузочное устройство выполняют двуруким не изменяющимся относительным положением рук на поворотном устройстве, определяемым углом ? между одноименными позициями 1 и 1', 2 и 2' и т.д. (рис. б)

Поворотные загрузочные устройства можно монтировать на консоли, жестко закрепленной на каретке, которая перемещается над станком по направляющим траверсы (1а). Такая конструкция загрузочного устройства отличается компактностью и предназначена для обслуживания нескольких позиций, расположенных вдоль оси траверсы в рабочей зоне манипулятора. В других конструкциях загрузочных устройств их поворотная часть, несущая схваты, установлена неподвижно, например на корпусе магазина-накопителя заготовок, образуя единый магазинный загрузочный механизм (схема 1 б). Данный механизм для загрузки заготовок может передвигаться вдоль оси станка, освобождая рабочее пространство для обслуживания и наладки.

Рычажные загрузочные устройства предназначены для манипулирования тяжелыми заготовками типа валов (массой до 50 кг и длинной до 3 м), а также для загрузки средних по размерам заготовок фланцевого типа.

Рычажные устройства выдвижного типа выполнены в виде штока со схватом, совершающим возвратно-поступательное движение. Поворотные рычажные устройства представляют собой механическую руку с двумя или тремя степенями подвижности и захватным устройством.

Для рычажных устройств характерно двурукое исполнение: два манипулятора, которые установлены на общей каретке, перемещаемой по направляющим траверсы, совершают возвратно-поступательные движения, всегда находясь в противоположных позициях (схема б). При этом один манипулятор оперирует заготовками, а другой - деталями. Для одновременного манипулирования заготовкой и деталью манипулятор может быть двухзахватным с дополнительным поворотным движением головки относительно оси руки на угол 180° (схема а).

Загрузочные устройства для заготовок типа колец и дисков, которые базируются на транспортере или в магазине-накопителе по торцу, требуют исполнительных движений кантования перед установкой в патрон станка, а также после обработки для установки детали в приспособление-спутник транспортной системы. Дополнительная позиция, подготавливающая заготовку для загрузки ее в станок или для установки в приспособление-спутник, обслуживается специальным манипулятором-кантователем (схема 1 г). Цикл работы манипулятора-кантователя включает в себя следующие движения: захват заготовки в позиции 0, подъем и снятие ее с приспособления-спутника транспортно-накопительной системы, поворот в позицию 1 с одновременным кантованием на 90?, разжим после установки в загрузочное устройство. После обработки загрузочное устройство передает деталь в позицию 1 для захвата манипулятором-кантователем, который вновь переносит ее с одновременным поворотом на 90? в начальную позицию 0 и устанавливает в приспособление-спутник. Использование кантователя необходимо также при обработке заготовок с двух сторон при переносе их с одной рабочей позиции в другую (схема 2 б). Захватное устройство кантователя выполняют сменным для возможности настройки на определенный типоразмер деталей.

Автоматическая смена заготовок призматического типа, обрабатываемых на многооперационных станках с ЧПУ, может быть осуществлена двумя принципиально различными способами: с использованием многопозиционных рабочих столов станка, имеющих возвратно-поступательное или поворотное делительное движение, или автономных загрузочных устройств, установленных рядом со станком.

При первом способе загрузки на столе станка устанавливают несколько приспособлений-спутников таким образом, чтобы во время обработки заготовки на рабочей позиции на других вспомогательных позициях были возможны снятие обработанной детали или установка очередных заготовок.

В большинстве многооперационных станков используют различные схемы автоматической смены столов-спутников с автономными одно-, двух- или многоместными загрузочными устройствами (табл. 16.2). Применение сменных столов-спутников, на которых заготовки предварительно закрепляются, а затем переносятся в рабочую позицию либо переустанавливаются при многопозиционной обработке, контролируются и передаются на межстаночные транспортные средства, даст возможность автоматически сменять заготовки любой формы и обеспечивать их постоянное базирование в процессе обработки.

Одноместные загрузочные устройства располагают вдоль продольной оси станка по обе стороны его стола (схема 1а). Цикл смены заготовки включает в себя прямолинейное перемещение стола станка к свободному загрузочному устройству для переустановки на него стола-спутника с обработанной деталью, а затем к другому загрузочному устройству, на котором находится стол-спутник с очередной заготовкой. Для сокращения времени смены заготовки можно использовать дополнительные подвижные каретки, которые при смене стола-спутника одновременно подводятся с двух сторон к зафиксированному в центральной позиции столу станка. Однако в этом случае конструкция загрузочного устройства усложняется.

При Т-образной схеме перемещений столов-спутников (схема 1б) два одноместных загрузочных устройства установлены поперечно по обе стороны стола станка в его крайнем положении, что позволяет произвести смену заготовки при одном продольном перемещении стола в позицию загрузки, а для поперечных перемещений столов-спутников использовать общий привод.

Г-образная схема перемещений столов-спутников (схема 1в) предполагает размещение двух одноместных загрузочных устройств под прямым углом друг к другу в одном из крайних положений стола.

Широкое применение находит П-образная схема перемещений столов-спутников (схема 1г), расположенных на двух одноместных загрузочных устройствах, которые установлены перпендикулярно к оси стола станка, симметрично относительно его центра.

Двухместные загрузочные устройства в отличие от одноместных имеют две платформы с направляющими для установки на них столов-спутников. При этом платформы имеют собственный общий привод, обеспечивающий либо маятниковый цикл движений вдоль продольной оси станка (схема 2 а), либо поворотное движение на угол 180° относительно вертикальной оси (схема 2 б).

Конструктивная схема двухместного устройства для многооперационных станков с горизонтальным шпинделем показана на рис. 16.1? Особенностью данной конструкции является использование перемещений стойки станка вдоль оси шпинделя для перестановки столов-спутников с загрузочной платформы на стол станка и обратно. Из-за отсутствия специальных приводов для перемещения столов-спутников конструкция загрузочного устройства при такой схеме упрощается. На неподвижном основании 1 имеются горизонтальные направляющие 2, по которым могут перемещаться салазки 3 с платформами 11 и 12, а на каждой из платформ - поперечные направляющие для столов-спутников 10 и 13. Захватное устройство 5, выполненное в виде оправки с Г-образным пальцем на его конце, устанавливается в одном из гнёзд инструментального магазина 8. При команде на смену заготовки стол 4 станка перемещается в позицию разгрузки, в которой его транспортные направляющие совмещаются с поперечными направляющими свободной платформы 11. Захватное устройство 5 механизмом 7 автоматической смены инструментов устанавливается в шпиндель 6. Шпиндель опускается вниз до уровня стола-спутника 10 и поворачивается в одну из фиксированных угловых позиций, в которой Г-образный палец входит в паз специального замка 15 на столе-спутнике, захватывая его. После этого стол-спутник разжимается и при перемещении стойки 9 вперёд устанавливается на платформу 11. Затем салазки 3 гидроцилиндром 14 передвигаются в позицию загрузки, в которой направляющие стола 4 и платформы 12 совмещаются, а палец схвата входит в паз замка на столе-спутнике 13. При перемещении стойки 9 назад стол-спутник 13 с заготовкой переставляется на стол станка. По окончании смены заготовки оправка поворачивается в исходное угловое положение, освобождая спутник, а затем переносится в инструментальный магазин.

Для обеспечения длительной работы станка без вмешательства оператора применяют многоместные загрузочные устройства.

Схема 3а соответствует загрузке станка заготовками, установленными на столах спутниках, с платформ, которые расположены вдоль продольной оси станка с двух противоположных сторон. Многоместное загрузочное устройство, показанное на схеме 3б, обеспечивает параллельное перемещение столов-спутников, перпендикулярно оси стола станка. Многоместные загрузочные устройства можно строить по типу карусельных транспортирующего механизма с поперечным движением стола-спутника в перегрузочной позиции (сема 3в)

В связи со сложностью обеспечения стабильной точности при автоматической установке заготовок на разных столах-спутниках применяют дополнительные устройства для контроля действительного положения стола-спутника при установке его на станок с автоматическим вводом коррекции в управляющую программу.

39.Классификация движений в станках.

Движение рабочих органов станка подразделяют на 3 основных группы

1-основное движение резания

2-установочные движения резания

3-вспомогательные

Движения которые обеспечивают срезание с заготовки слоя материала или вызывают изменения состояния обрабатываемой поверхности заготовки называют основными движениями резания

К ним относятся 1-гланое движение резания 2-вспомогательное движение резания

За главное движение резания принимают движение, которое определяет скорость деформирования и отделения стружки

За движение подачи принимают движение которое обеспечивает непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки

Движение подачи может быть непрерывным или прерывистым, вращательным и поступательным, возвратно-поступательным

Скорость главного движения обозначают буквой – V , а скорость движения подачи - Vs

Движения обеспечивающие взаимное положение инструмента к заготовке для срезания с нее определенного слоя материала называют установочными

К вспомогательным движениям относят транспортировку заготовки, закрепление заготовки инструмента, быстрое переключение скорости движения резания и движения подачи

Обработка резанием является завершение технологическим процессом, обеспечивающим точность работы машины, правильности распределения нагрузок между деталями машин, а следовательно в значительной степени их качества и работоспособности

Звенья, несущие заготовку и инструмент, называют рабочими или исполнительными. В процессе обработки они совершают согласованные движения, называемые также рабочими или исполнительными. По своему целевому назначению исполнительные движения делят на формообразующие, установочные и делительные. Установочные движения необходимы для того, чтобы привести инструмент и заготовку в положение, которое обеспечило бы снятие припуска и получение заданного размера. Установочное движение, при котором происходит резание, называют движением врезания (см., например, рис. 2, а). Установочное движение, при котором резания не происходит, называют наладочным движением. Примером наладочного движения может служить движение стола координатно-сверлильного станка с заготовкой при перемещении его после обработки одного отверстия в новое положение (на новую координату) для сверления последующих отверстий в этой заготовке. Делительное движение осуществляется для поворота установленной на станке заготовки на заданный угол. Предназначенные для него механизмы представляют собой либо отдельную делительную головку, либо часть конструкции станка или приспособления. Деление может быть прерывным и непрерывным. В первом случае (рис. 2, б) движение совершается периодически. Заготовка поворачивается вокруг своей оси после окончания обработки очередной впадины. Во втором случае делительное движение происходит непрерывно и продолжается в течение времени, которое необходимо для перемещения инструмента по заготовке (рис. 2, в). Данный метод применяют при обработке зубьев зубчатых колес, шлицевых валов и других подобных деталей. Метод обеспечивает высокую точность, а непрерывность процесса — высокую производительность.

Движения инструмента и заготовки в процессе резания принято делить на главное движение и движение подачи. Главным называют такое движение, которое обеспечивает отделение стружки от заготовки с определенной скоростью резания. Движением подачи называют такое движение, которое позволяет подвести под кромку инструмента новые участки заготовки и тем самым обеспечить снятие стружки со всей обрабатываемой поверхности. Главное движение и движение подачи могут быть вращательными и прямолинейными; они могут совершаться как заготовкой, так и инструментом. Например, в токарных станках главное движение (вращательное) совершает заготовка, движение подачи (прямолинейное) — инструмент (резец). Во фрезерных станках, наоборот, главное вращательное движение получает инструмент (фреза), а прямолинейное движение подачи — заготовка (стол). Главное движение и движение подачи являются формообразующими движениями. Если для формообразования требуется одно движение, то оно будет главным движением (например, вращение заготовки на рис. 2, а). При необходимости двух формообразующих движений — одно будет главным, а другое — движением подачи (см. рис. 2, б, г — e). Если формообразующих движений больше двух, то одно из них будет главным, а остальные — движениями подачи.

Кроме рабочих движений, для обработки деталей на станках необходимы вспомогательные движения, которые в процессе резания не участвуют. К числу вспомогательных движений относят движения, связанные с установкой и закреплением заготовки, подводом и отводом инструмента, включением и выключением приводов. К ним относятся также движения, осуществляющие автоматическую установку и снятие инструмента, его правку, транспортирование заготовок, активный контроль размеров, реверсирование и др.

40.Методы расчета несущих систем.

Расчёт несущих систем (НС.).

Требуемое качество НС. обеспечивается на стадии проектирования расчёта. В общем случае расчётный критерий качества НС. д. т. Непосредственно связан с выходными показателями процесса обработки - точностью и производительностью. Основное применение имеют сравнительные расчеты, в которых показатели качества НС. – относительные перемещения элементов – от статических, динамических и тепловых нагрузок. При этом численные значения соответствуют – НС. станков хорошо зарекомендующих себя в эксплотации накапливаются и обобщаются. В настоящее время на расчет НС. основное применение получил метод конечных элементов. Для использования метода конечных элементов, рассчитываемая конструкция представляется элементов разного типа, соединённых между собой в узлах. Для каждого элемента задаётся связь между перемещениями и нагрузками в узлах исходя из этого формируются матрицы жёсткости, инерции и деформации. Соответствующие матрицы для любого конечного элемента сначала вычисляют в местной системе координат, а затем преобразуют к общей системе координат всей конструкции. Далее переводят решение системы уравнений, определяют напряжение и перемещение узловых точек. В настоящие время разработано, в том числе и для НС. большое количество программных продуктов для расчёта МКЭ. Обобщая опыт, накопленный при испытании МКЭ для расчёта НС. МРС можно выдержать следующие рациональные области применения конечных элементов моделей-

1-конечноэлементные модели из пластичных элементов наиболее целесообразно применять на стадии разработки технического проекта для расчётной оценки статической деформации элементов сложной формы, в которых имеют место значительные местные деформации и для определения их температурной деформации, т.к. не м.т. решены другими методами. Испытание конечноэлементных пластинчатых моделей для рассмотрения поведения модели в целом требует значительных затрат времени и высокой достоверности данных о характеристиках жёсткости соединений, деформирования и т.д.

2-Модель НС. и стержневых конечных элементов и жёсткости тел следует испытывать для определения рационального распределения массы и жёсткости между элементами НС. и оптимизации их основных параметров для сравнения различных компоновок несущих систем. Такие модели могут, испытывается на стадии разработки как технического, так и эскизного проекта, когда детально конструктивные форсы элементов ещё не проработаны.

Сравнительная простота моделей и малое время, требуемое для получения численного значения показателей кач-ка обеспечивает возможность проведения многовариантных расчётов. Автоматизированный расчёт НС. испытывается для решения определенных задач-

1. Определение статических и динамических характеристик НС. как показателей их качества.

2. Сравнение различных компоновок и конструктивных вариантов НС. и выбор наилучших по статическим и динамическим характеристикам.

3. Выявление конструктивных параметров, оказывающих наиболее сильное влияние на характеристики НС. и выбор рациональных значений этих параметров.

4. Выявление наиболее рациональных идей снижения металлоемкости станка. Исходными данными для расчёта является- схема компоновки, чертежи основных элементов, выбранные расчётные условия, положения перемещающихся узлов нагрузки и т.д.

Расчётная схема НС. представляет собой рамную конструкцию стержней и массивы, соединных между собой стыками упруго опёртых на фундамент.

Расчётные параметры элементов НС.

Элементы	Стержни	Массивы	Соединения (стыки)		Опоры
	Станины, стойки, поперечины, ползуны и т.д.	Корот.станины, бабки, подставки, суппорта и т.д.	Направляющие	Загнутые стыки	Опорные элементы станка.
Данные необходимые для определения параметров вводимых в вычислительную машину	Чертёж (эскиз) поперечного сечения Параметры, характеризующие конструктивное оформление элемента (габаритные размеры, размеры и расположение окон и перегородок и т.д.), харак. материала.	Упрощённый эскиз элементов Коэффициенты заполнения элементарных объёмов, характеристики материала.	Эскиз направляющих с нагрузками на перемещающийся узел Жёсткость механизмов подачи. Составляющие жёсткости соединений представляются как система эквивалентных пружин, характеристики контакта(зазоры), коэффициенты контактной податливости, трения.	Чертёж(эскиз) площади стыка Составляющие жёсткости соединений представляются как система эквивалентных пружин, характеристики контакта(зазоры), коэффициенты контактной податливости, трения.	Тип опорных элементов, их размеры и расположение, способ и параметры закрепления станка
Вычисляемые параметры	Площадь и моменты инерции площади сечения, жёсткость на изгиб, сдвиг и кручение, координаты оси стержней.	Масса и моменты инерции массы относительно центральных осей, координаты центра масс.	Жёсткости эквивалентных пружин , координаты осей жёсткости	Жёсткости эквивалентных пружин , координаты осей жёсткости	Жёсткость опоры, распределённая жёсткость упругого основания .

Разделение элементов НС на стержни, массивы и стыки деформации которых должны быть учтены проводя в соответствии с общим положениями интематизации корпусных деталей и специально разработанными методическими указаниями. В результате расчёта определяется следующие характеристики НС

-масса

-статическая податливость

Перемещение в заданных точках НС под действием произвольной статической нагрузки . Собственные частоты, амплитуды вынужденных колебаний в заданных точках НС при действии произвольной возмущающей силы. Амплитудные и фазовые частотные характеристики динамической податливости для определения предельных по устойчивости процессов режимов резания. Формы колебаний на собственных частотах иллюстрирующих общий характер колебаний НС, баланс статической и динамической податливости на заданных частотах. Распределение кинетической и потенциальной энергии колебаний на собственных частотах между элементами системы, анализ динамических характеристик проводится на частотах при которых динамическая податливость или уровень вынужденных колебаний наибольший. Результаты анализа позволяют выделить элементы оказывающие наибольшее влияние на характеристики НС. Деформируемые элементы определяют основную долю податливости и в полной в0ие потенциальной энергии колебаний системы, а так же массы определяющую основную долю кинетической энергии.

41.Тела вращения. Классификация.

Тела вращения — объёмные тела, возникающие при вращении плоской фигуры, ограниченной кривой, вокруг оси, лежащей в той же плоскости.

# Шар — образован полукругом, вращающимся вокруг диаметра разреза

# Цилиндр — образован прямоугольником, вращающимся вокруг одной из сторон

# Конус — образован прямоугольным треугольником, вращающимся вокруг одного из катетов

# Тор — образован кругом, вращающимся вокруг прямой, не пересекающей его

При вращении контуров фигур возникает поверхность вращения (например, сфера, образованная окружностью), в то время как при вращении заполненных контуров возникают тела (как шар, образованный кругом).

+ на каких станках можно их обрабатывать

42.Определение мощности электродвигателя. КПД.

Особенности проектирования и расчет ПГД станка.

Алгоритм проектирования главного привода МРС включает: предварительный анализ исходных технологических данных по обработке заданной совокупности деталей и технических требований к станку и определение технических характеристик номинальной мощности. Значение минимальной и максимальной частоты вращения диапазонов регулирования скорости и других необходимых для кинематического синтеза и проектировочно- силовых расчетов. Выбор схемы построения привода, обеспечивающего основные требования характеристики. Выбор производного электродвигателя по номинальной мощности и схемы построения привода, синтез кинематики привода на основе выбора схем построения определяющая..

Разработка рабочего проекта и проведения комплекса проверочных расчетов. Определение мощности электродвигателя расходуется на полезную работу в процессе резания и на различные. Определение номинальной мощности двигателя осуществляют на практике разними методами: 1) притяжению 2)наиболее точно и надежно.

1. По наиболее тяжелому режиму, допускаемого режима инструмента или по станку аналогу применяется в основном для универсальный станков различных типов и ведет как правило к завышению мощности габаритов и стоимости привода и станка в целом. Более точный метод определения на основе полной картины распределения мощности резания Рf крутящего момента Мf. Учет характера и длительности циклов обработки изделия. Возникающие динамические нагрузки используются и для специальных, специализированных агрегатных станков. Значение мощности резания и крутящего момента . Для всех технологических переходов процесс обработки детали (универсальные станки) или конкретных деталей.

А затем пересчитывают - электродвигателя с учетом потери механизма, кинематических соотношений к характеристикам регулирования. Для полученных распределений определяются характеристики, необходимые при выборе мощности, крутящего момента электродвигателя. Эквивалентные (среднеквадротичные) Р экв. , Мэкв., а так же максимальные рабочие и пусковые значения Р макс., М макс., Мп. Выбор мощности на основе распределения нагрузки на валу приводного электродвигателя по техническим критериям: предельно дополнительному нагреву и перегрузкам, а так же технико- экономического критерию: наиболее производительности или приведенным затратам. Технические критерии для всех случаев берутся одни и те же. При определении мощности двигателя для станков специальных, специализированных, а так же некоторой части универсальных используются критерии максимальной производительности в виде условия : обеспечения наибольшей мощности в рабочем режиме. Выбор мощности электродвигателя осуществляется по расчетному значению мощности.

Ррасч. Причем – Ррасч.=Рэкв.,если

Рmax/Кп≤Р.экв. Р расч.=Рmax/Кп. , если Рmax/Кр. > Р экв.

Кр – коэфицент нагрузочной способности двигателя по мощности. Отношение номинального значения мощности при длительном непрерывном режиме работы и при 30/15 мин. Рабочего режима обычно коэфицент КР=1,3-1,4. Для регулируемых электродвигателей 1,5-1,6- нерегулируемых асинхронных двигателей. Для станков с большими пусковыми нагрузками проводиться дополнительная проверка двигателя по этому критерию. Для проверки правильности выбора электродвигателя на последних стадиях проектирования рекомендуется провести сопоставление диаграмм максимального значения мощности (крутящих моментов) на шпинделе, соответствующих .

С учетом перспективных и располагаемых приводов. Для универсальных станков целесообразно определить оптимальную мощность, соответствующую на изготовление и эксплуатацию. Если известен весь набор конкретных экономических данных, входящих в функцию затрат, связанных с мощностью привода.

Потери мощности и коэфицент полезного действия.

Диаграмма мощности на шпинделе токарного станка, требуемая для обработки детали ф 50-200 мм (1-4) и располагаемых главным приводом ( 5,6).

1-Твердый сплав, 2.- твердый сплав с покрытием, 3.- минералокерамика, 4.- обработка с перспективными режимами.

Потери механической части привода и электропривода необходимо знать для определения обеспечиваемой станком правильного выбора типа привода и мощности электродвигателя. Уточнение расчетных нагрузок для силовых расчетов, оценка расчета и потерь электроэнергии . В прозах современного оборудования при определении потерь учитывают влияния регулирования скорости и изменение уровня нагрузок, новые типы конструктивных элементов: рем. пер.,шп.опор .

Потери мощности в механической части привода:

ΔPµβ=ΔPхх+ΔPnβ

ΔPхх-мощность холостого хода

ΔPnβ-нагрузочные потери при заданной величине β нагрузки

Коэфицент полного действия по мощности для механического привода для приводов с нерегулируемым асинхронным двигателем или с регулированием двигателя в зоне с постоянной предельной мощностью:

ηµβ=(βPном.-ΔPµβ)/ βPном.

Для приводов с регулируемым двигателем в зоне с постоянным моментом:

ηµβi=(βPном.γ-ΔPµβ)/ βPном.γ

где γ nд.bi\nд.ном. –число оборотв

nд.binд.ном - текущее и номинальной чистоты вращения электродвигателя. Величина потери в механических частотах зависит от типа и сложности кинематической схемы и схемы построения привода, смазки, вида вращающихся элементов и их параметров, величины n шпi,. nэф.

Для приближенной оценки потерь мощности холостого хода пользуются зависимостью :

ΔPхх=CKв(nд bi+ n шпi ) Р ном.

Или в случае соединения двигателя к шпинделю напрямую потери мощности определяется по зависимости:

ΔPхх=Сnшпi×Рном.

Кв - общее число валов (без учета вала двигателя)

соответствующие друг другу значения частот вращения двигателя и шпинделя мин-1.

Р ном. – номинальная мощность электродвигателя. Рекомендуемые значения коэфицента С при различных схемах построения ПГД приведены в таблице:

Тип соединения компонентов ПГД	Номер типовой схемы	Коэфицент С, минимум /оборотов
Соединение двигателя и шпинделя напрямую ( в том числе мотор-шпиндель)	12	3,5х10-5
Соединение двигателя и шпинделя ременной передачей	11	2,5х10-5
А)Соединение ременной передачи скоростей Б) двух коробок (при разделенном приводе) В) коробки шпиндели	247,8
Соединение двумя	3,5	1,6х10-5
Соединение двигателя и шпинделя бабки (коробки скоростей) без ременных передач	1,5,6	1х10-5

Для потерь холостого ХХ и общих потерь в механической части привода выбирают схему с короткими кинематическими целями, применяют регулируемый электродвигатель с упрощенным передаточным механизмом. Сложные кинематические структуры используют для опор скоростных валов, подлинники с малым трением и системами минимальной смазки.

В ПДГ с регулируемым электродвигателями и короткими кинематическими целями (табл. Сх 12) коэфицент полного действия по мощности механической частоты при полной нагрузки =0,9-0,95 на расчетной частоте вращения или Р шп. Мах. КЛД =0,7-0,8 на максимальной частоте вращения шпинделя Рмин.( при мах 4000 мин-1). Привода с асинхронным регулированием не регулируется двигатель и шныаступенчатыми механизмами )таблица сх.1-5). Коэфицент 075-0,85 ( при расчетной частоте вращения шпинделя. Потери мощности энергии части привода определяется суммой потерь в электродвигателе и преобразователе. Значение КПД для асинхронных двигателей. При В=1 и частичных нагрузках В1 = 0,25;0,75. С учетом потерь в электроприводе общий КПД пощности главных приводах регулирования двигателя (таблица сх. 6-12)

Составляет: при полной нагрузке

При расчетной N мин. И значения КПД 0,5-0,7 при N макс, в приводе с нерегулируемыми электродвигателями и развитым многоступенчатым механизмом (сх.1-5 табл.). КЛД =0,65-0,75 при расчетной частоте вращения КПД 0,5-0,7, при максимальной частоте вращения шпинделя. Приводы с упрощенной кинематической частью, но более сложным электроприводом в отношение общего КПД и суммарных энергетический потерь примерно простым односкоростным электродвигателем. КПД по электроэнергии привода (отношение расхода электроэнергии на работу, совершаемую на выходе привода станка к расходу электроэнергии на работу совершаемую при заданных режимах нагрузки и времени работы. Определяется с учетом типовых

Составляет для механизма части (таб.сх. 6-12)

КПД Чэм =0,7-0,9 (по сх. 1-5) Чэм =0,6-0,7, общий Чэо =0,5-0,75 (для сх. 6-12 (табл.)) и Чэо =0,45-0,65 (сх.1-5 табл.)

Синтез кинематики включает выбор подходящих вариантов в схему, разбиение диапазонов регулирования и общего передаточного числа. Между электроприводом и соответствие узлами механической части в приводе с регулируемым электродвигателем разделение общего диапазона между двигателем и механической частью стремятся осуществлять таким образом, стобы обеспечить необходимое перекрытие соседних диапазонов частот вращения или небольшой разрыв между ними.

При ступенчатом и комбинированном регулировании для синтеза кинематики используют закономерности геом ряда ступени скорости. При расчетных структурных сеток передает отношение зубчатых передач ограничивают в-ной редукции и повышением кинематической структуры применяют 2 вида, множительные с последовательно соединенными группами передач между соединениями валами и сложенные с пропуском ряда валов при реализации некоторых ступеней скоростей.

Множительные структуры обычно приводят к длинной многоваловой кинематической цели, а сложенные позволяют упростить конструкцию, уменьшить число зубчатых , сократить габариты металлоемкости и стоимость привода.

Сложенные структуры способствуют уменьшению потерь мощности на высоких скоростях, повышению КПД и надежность, улучшения динамического качества.

При отборе подходящего графика частот вращения , варианты которых, представляют различные сочетания передаточных отношений удовлетворяют

в первую очередь руководствуются следующими критериями:

1. Длиной кинематических целей привода

2. Его габаритами и трудоемкостью изготовления

3. Сокращение длины и упрощения кинематических целей улучшает экономические показатели, улучшает КПД и надежность привода, улучшает динамические характеристики и уменьшает число источников погрешности.

Габариты передач

На размеры и массу корпусных деталей существенно зависит от частоты вращения валов Nв, т.к. частота вращения N1 обратно пропорционально Ф валя в 4 степени и модулю зубчатого колеса в кубе. Рекомендуют входной и первый промежуточные валы проектировать достаточно быстроходными. Наибольшую редукцию осуществлять в передачах на шпиндель и предшпиндельный. Соблюдать высокостойкость принцип веерообразного построения графика частот вращения. Трудоемкость и сроки проектирования и изготовления привода значительно сокращаются для тех вариантов кинематики, которые позволяют компоновать привод полного или частичного из покупных унифицированных узлов (модулей, коробок передач, редукторов, моторедукторов, шпинделя, бабок и т.д.)

Основные методы уменьшения динамических нагрузок и колебаний.

Динамические нагрузки и колебания возникающие в главных приводах при переходных процессах и прерывистыми резании умеют за счет оптимизации процессов разгона и торможения на любой частоте вращения или применением в главном приводе регулируемых электроприводов, позволяющих настройку переходных процессов по требуемому закону за счет подбора рациональных параметров конструкции и кинематики привода. Влияющие на величину изгибно – крутильной жесткости и собственных частот системы. Применение демпфирующих и предохранительных элементов муфты с упругими и упруго демпфирующими элементами, специальные демпферы и динамические частоты колебаний. Значение динамических характеристик при переходных процессах в приводах с регулируемым электродвигателем зависит от кратности приведенного момента инерции привода :

У макс. – приведенный к валу двигателя, момент инерции вала двигателя и установленного тока ограничения в электроприводе. При этом торможение зависит от типа реверса электропривода и некоторых других электротехнических характеристик.

43. Прецизионные шкалы. Область применения, методы изготовления.

Прецизионные шкалы – основа высокой точности

Одной из основных составляющих измерительных приборов фирмы HEIDENHAIN являются прецизионные шкалы с делениями, преимущественно в виде штриховой сетки, период которой составляет от 0,25 мкм до 10 мкм. Деления наносятся специальным методом, разработанным фирмой HEIDENHAIN (например, DIADUR или METALLUR), и являются решающим фактором в конечной точности измерительных приборов. Деления состоят из штрихов и зазоров, расстояния между которыми имеют лишь небольшие отклонения друг от друга, а профиль, которых имеет очень ровные и четкие края. Они устойчивы к механическим и химическим воздействиям, а также нечувствительны к нагрузке, вибрациям и толчкам, кроме того они обладают известными термическими свойствами.

Деления с фазовой решеткой

С помощью специальных производственных процессов изготавливаются трехмерные решетки, обладающие особыми свойствами. Ширина их делений лежит в пределах от нескольких микрометров до четверти микрометра.

DIADUR (ДИАДУР)

Прецизионные шкалы, выполненные методом DIADUR, изготовляются путем нанесения очень тонкого слоя хрома на носитель, в большинстве случаев – это стекло или стеклокерамика, причем точность делений лежит в пределах микрометров или выше.

AURODUR (АУРОДУР)

Шкала, выполненная методом AURODUR, состоит из рефлектирующих золо тых штрихов и вытравленных матовых зазоров. Деления типа AURODUR наносятся чаще всего на носители из стали.

METALLUR (МЕТАЛЛУР)

Шкалы, выполненные методом METALLUR, обладают практически гладкой поверхностью благодаря особой оптической структуре из рефлектирующих золотых слоев. Благодаря этому

они нечувствительны к загрязнениям.

SUPRADUR (СУПРАДУР)

Деления, изготовленные методом SUPRADUR, внешне выглядят также как и трехмерные фазовые решетки, но у них гладкая поверхность и поэтому они нечувствительны к загрязнениям.

MAGNODUR (МАГНОДУР)

В качестве носителя шкалы, выполненной методом MAGNODUR, используется магнетизированный сплав стали. Специальной записывающей головкой на него наносятся сильные магнитные поля противоположной полярности. Таким образом, получаются штрихи положительной и отрицательной полярностей с периодом ок. 400 мкм.

Закрытые датчики линейных перемещений

Закрытые датчики линейных перемещений фирмы HEIDENHAIN защищены от пыли, стружки и брызг и предназначены для применения на металлообрабатывающих станках.

• класс точности до ± 2 мкм

• шаги измерения до 0,005 мкм

• измеряемая длина до 30 м

• простой и быстрый монтаж

• большие допуски для монтажа

• устойчивы к нагрузкам и ускорениям

• защищены от загрязнения

В случае закрытых датчиков линейных перемещений фирмы HEIDENHAIN алюминиевый корпус защищает шкалу, считывающий элемент и ее направляющую от пыли, стружки и воды. Уплотнение закрывает корпус снизу. Считывающий элемент передвигается вдоль шкалы без контакта с ней. Подвеска соединяет считывающий элемент с корпусом считывающей головки, компенсируя, таким образом, несоосность между шкалой и суппортом станка.

Открытые датчики линейных перемещений

Открытые датчики линейных перемещений фирмы HEIDENHAIN работают без механического контакта между считывающей головкой и шкалой или измерительной лентой со шкалой. Типичными областями применения этих устройств являются измерительные установки, компараторы и другие прецизионные устр ойства, такие как производственное и измерительное оборудование, например, в полупроводниковой индустрии.

• точность до ± 0,5 мкм и выше

• шаг измерения до 0,001 мкм (1 нм)

• измеряемая длина до 30 м

• отсутствует трение между считывающей головкой и шкалой

• небольшие размеры и масса

• большие скорости перемещения считывающей головки

44 Системы программного управления для станков.

Числовое программное управление. Классификация.

Числовое программное управление станком (ЧПУ) — управление обработкой заготов­ки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме. Различают позиционное и контурное ЧПУ. При позиционном управлении перемещение рабочих органов станка происходит в заданные точки, причем траектория перемещения не задается; при контурном управлении перемещение рабочих органов станка происходит по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура обработки. Числовое программное управление (ЧПУ) — компьютеризованная система управления управляющая приводами технологического оборудования, включая станочную оснастку.1- Числовое программное управление (ЧПУ) станка — это управление обработкой заготовки на станке по специальной программе, в которой данные об обработке заданы в цифровом коде.

2-Позиционное управление представляет собой числовое программное управление станком, при котором перемещение его рабочих органов в заданные точки, причем траектории перемещения не задаются

3- Контурное управление – это числовое программное управление станком, при котором перемещение его рабочих органов происходит по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура обработки.

4- Адаптивное управление - числовое программное управление, при котором обеспечивается автоматическое приспособление процесса обработки заготовки к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям.

5- Групповое управление - числовое программное управление группой станков от ЭВМ, имеющей общую память для хранения управляющих программ, распределяемых по запросам от станков.

6-Программное обеспечение ЧПУ станком – Совокупность программ и документации на них для реализации целей и задач системы числового программного управления станком

7-Устройство ЧПУ (УЧПУ, NC) – Устройство, выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии управляемого объекта

8- аппаратной (NC) - устройство алгоритмы работы реализуются схемным путем и не могут быть изменены после изготовления устройства

9- В программируемых устройствах (CNC) алгоритмы работы реализуются с помощью программ, вводимых в память устройства, и могут быть изменены после изготовления устройства.

10- Система числового программного управления (СЧПУ) есть совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и программных средств, обеспечивающих числовое программное управление станком.

11-Автоматическая работа УЧПУ станком - функциональное УЧПУ при котором отрабатывается УП происх. с автоматической сменой кадров УП

12- Работа системы ЧПУ с пропуском кадров – Автоматическая работа СЧПУ (УЧПУ), при которой не отрабатываются кадры управляющей программы, обозначенные символом "Пропуск кадра"

13- Покадровая работа системы (устройства) числового программного управления станком - Функционирование СЧПУ (УЧПУ), при котором отработка каждого кадра управляющей программы происходит только после воздействия оператора

14- Работа системы (устройства) числового программного управления станком с ручным вводом данных - Функционирование СЧПУ (УЧПУ), при котором набор данных, ограниченный форматом кадра, производится вручную оператором на пульте

15- Работа системы числового программного управления станком с ручным управлением - функционирование СЧПУ (УЧПУ), при котором оператор управляет станком с пульта без использования числовых данных

16- Зеркальная отработка системы (устройства) числового программного управления станком- Функционирование СЧПУ (УЧПУ), при котором рабочие органы станка перемещаются по траектории, представляющей собой зеркальное отображение траектории, записанной в управляющей программе

Классицикация систем ЧПУ – представл класссицик распростр на СЧПУ, постр на базе микропроц и предназнач для управления металлообраб станками различного вида и уровня автоматизац и для управления промышл роботами

Классификация станков с ЧПУ

1. В зависимости от ВИДА ОСНОВНЫХ ОПЕРАЦИЙ ОБРАБОТКИ станки с ЧПУ подразделяются на технологические группы: токарные; фрезерные; сверлильные; координатно-расточные;сверлильно-фрезерные (фрезерно-расточные); сверлильно- фрезерно-расточные; шлифовальные; многоцелевые (многооперационные);зубообрабатывающие;для электрообработки (электроэрозионные и др.); разные.

2. По ПРИНЦИПУ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ, который определяется системой ЧПУ, различают три группы станков: с позиционными СЧПУ; с контурными СЧПУ; с комбинированными СЧПУ.

3. По КОЛИЧЕСТВУ ИСПОЛЬЗУЕМОГО ИНСТРУМЕНТА: одноинструментальные, многоинструментальные. Многоинструментальными принято считать станки с числом инструментов до 12.Станки, обеспечивающие особо высокую концентрацию операций, имеющие более 12 инструментов и снабженые специальным мага зином для размещения инструментов, относят к многоцелевым. Особенность многоцелевых станков- наличие стола или делительного приспособления с периодическим или непрерывным (по программе) движением.

Кроме того,по принципу смены инструмента станки с ЧПУ можно разделить на следующие типы: c ручной сменой инструмента и ручным его закреплением; c ручной сменой инструмента и механизированным закреплением инструмента ; с автоматической сменой инструмента в револьверной головке; с автоматической сменой инструмента манипулятором из магазина инструментов.

Станки с ЧПУ подразделяют и по ряду других признаков,например, по числу управляемых координат (см. ниже).

Современным достижением является комплекс оборудования, носящий название модуль гибкой производственной системы (ГПС). Модуль ГПС часто называют роботизрованным технологическим комплексом, гибким производственным модулем, робототехническим комплексом, станочным комплексом и др. В ГПС под модулем понимают обрабатывающую ячейку, состоящую из станка с ЧПУ, промышленного робота для загрузки и выгрузки деталей, устройств накопления и ориентации заготовок и деталей

Устройство числового программного управления. (УЧПУ) Режимы работы.

Требования к программно-информационным характеристикам УЧПУ

Для системного программного обеспечения в технических документах на УЧПУ кон­кретного типа должны быть заданы следующие основные технические характеристики:

номенклатура обменных сигн&пов, обеспечивающих управление приводами подач и главного движения;

номенклатура обменных сигналов, обеспечивающих прием и обработку сигналов от измери­тельных преобразователей;

номенклатура обменных сигналов, обеспечивающих обмен информацией между системой программного управления и внешними устройствами (пульт управления оператора, ПЭВМ, фото­считывающее устройство, перфоратор, устройство печати, сетевой контроллер и др.);

номенклатура языков пользователя при их наличии (например язык формирования специ­альных подпрограмм и циклов, язык программирования электроавтоматики станка, язык представ­ления информации обмена с ПЭВМ и др.);

номенклатура команд каждого языка, входящего в состав программного обеспечения с разбивкой по группам (при необходимости);

типы интерполяции;

номенклату ра системных параметров, доступных потребителю:

состав диагностических программ;

виды индикации.

В УЧ ПУ должна быть предусмотрена возможность формирования текстовых сообщений как кириллицей, так и латиницей.

В технических документах на УГ1У для промышленных роботов должны быть дополни­тельно заданы следующие технические характеристики:

состав функций управления (вспомогательные и подготовительные функции, функции уп­равления движением, режим работы, виды интерполяции, диагностика и т.д.);

число и тип управляемых манипуляторов;

число и тип управляемых приводов степеней подвижности манипулятора;

число и тип измерительных средств преобразования информации от подключаемых дат­чиков;

диапазон и число скоростей перемещения по степеням подвижности манипулятора;

дискретность отсчета;

точность позиционирования по степени подвижности манипулятора:

метод программирования;

число точек позиционирования:

вилы индикации данных:

диапазон и дискретность задания выдержек времени.

45.Предпроектная стадия разработки мехатронных систем. Цель проектирования.

Предпроектная стадия разработки мехатронных систем

Предпроектная стадия разработки мехатронной системы (МС) включает в себя следующие проектные процедуры:

– определение основных функций (назначение) системы (модуля, машины, агрегата);

– подготовка технических требований к системе;

– технико-экономическое обоснование проекта;

– анализ рынка сбыта;

– составление бизнес-плана проекта;

– патентный поиск аналогов;

– научно-исследовательские работы (НИР);

– опытно-конструкторские работы (ОКР).

Предпроектная стадия разработки (проекта) заканчивается созданием технического задания (ТЗ) и технического предложения на проект.

Необходимость критического подхода к формулировке цели (назначения) системы является одной из особенностей инженерных, в частности конструкторских, задач. Определение функций мехатронной системы является проблемой концептуального проектирования и базируется на анализе исходных данных для проектирования (специальные и постоянно расширяющиеся базы данных, включающие в себя сравнительный анализ существующих систем; потребность рынка сбыта, существующие и перспективные тенденции развития данной отрасли производства; реальные возможности предприятия - изготовителя).

Таким образом, цель проектирования – наиболее полное решение поставленных функциональных задач.

Технические требования, разработанные на предпроектной стадии, обычно называются исходными техническими требованиями и охватывают широкий круг вопросов. Прежде всего, в них приводятся «входные» и «выходные» характеристики (параметры) мехатронной системы и ее основные параметры. Затем дается описание наиболее характерных внешних воздействий на систему, которые могут иметь место при ее эксплуатации, а также вызванных этими воздействиями допустимых отклонений от нормальных режимов работы.

Наконец, перечисляются меры, обеспечивающие удобство эксплуатации системы заказчиком. Эти требования составляют лишь часть того материала, который должен учитывать разработчик при последующей реализации задания. Поэтому исходные технические требования дополняются и уточняются при формулировке технического задания и технического предложения. После этого формируется четкое представление о процессе функционирования мехатронной системы и о возможности реализации технического задания.

46.Алгоритмы интерполяции.

1. Алгоритм интерполяции по методу оценочной функции.

2. Алгоритм интерполяции по методу прогнозов и оценок.

3. Алгоритм интерполяции по таблично аналитическому методу.

Алгоритмы интерполяции.

Функция интерполяции в устройстве ЧПУ является центральной. В силу высокой частоты повторения алгоритм интерполяции затрачивает значительную мощность вычислителя устройства ЧПУ . Вычислительная эффективность алгоритма интерполяции оказывает прямое влияние на конечную точность изделия.

Любой кадр управляющей программы ЧПУ по мере ее отработки в конце концов становится буферным, а затем и рабочим. Информация рабочего кадра укрупнено описывает геометрическую задачу (т.е. ту траекторию, которую необходимо воспроизвести на очередном участке ), но ничего не говорит о способах ее решения (т.е. о том какими должны быть команды, орперативно выдаваемые на следящие приводы подачи).

Интерполяция осуществляется над целыми числами. Одна единица соответствует для рабочего органа станка наименьшему перемещению или углу поворота, контролируемому в процессе управления. Такое соответствие называют дискретностью перемещения. Так как контроль перемещения на станке вдоль каждой координатной оси выполняет ДОС (датчик обратной связи) по положению следящего привода подачи, то и дискретность перемещения определяется ценой отсчета шкалы этого датчика.

Если дискретность перемещения системы ЧПУ равна 1 мкм. То цена одного отсчета шкалы датчика обратной связи по положению следящего привода подачи будет составлять 1 мкм, а заданное в кадре УП перемещение ,подготовленное для интерполяции, будет представлено целым числом микрометров. В общем случае заданное перемещение на уровне рабочего кадра УП представлено целым числом дискрет. Таким образом, под дискретой можно понимать и управляющую команду, поступающую на вход следящего привода подачи. Следящий привод подачи отработает каждую дискрету соответственно ее цене, т.е в виде некоторого элементарного перемещения.

Существуют следящие методы интерполяции : оценочной функции, цифровых дифференциальных анализаторов , прогноза и коррекции, таблично аналитический.

Согласно методу оценочной функции моделируется алгебраическое уравнение воспроизводимой линии. По результатам шага вдоль управляемой координаты вычисляется вспомогательная (оценочная ) функция F, знак которой определяет направление следующего шага ; причем перемещение на этом шаге приближает отрабатываемую траекторию к идеальной линии. Все вычисления ведутся в единицах дискрет.

Рис.Принцип интерполяции методом оценочной функции.

Интерполируемая кривая и реализация интерполируемых движений на плоскости значений оценочной функции.

а)интерполируемая кривая и реализация интерполируемых движений на плоскости значений оценочной функции

F=0 если точка, порождающая требуемую траекторию находится на заданной кривой

F>0 если точка,порождающая требуемую траекторию, находится в области выше кривой

F<0 если точка,порождающая требуемую траекторию, находится в области ниже кривой.

Таким образом значение оценочной функции F может послужить индикатором, в каком направлении следует сделать очередной шаг.

Если F≥0, то шаг по оси Х, далее шаг по оси У.В точке 1 оценочная функция F=0, делаем шаг по оси Х(т.е передаем управляющую дискрету в привод подачи координаты Х). Следующей точкой воспроизводящей требуемую траекторию станет точка 2. Она находится в области где F<0, следовательно новый шаг должен быть сделан по оси У и т.д.

Рис. Схема линейной интерполяции по принципу методом оценочной функции.

Рис. Схема круговой интерполяции по принципу методом оценочной функции.

При линейной интерполяции уравнением траектории имеет вид : 0=y_iX- x_iY, где x_{i ,} y_{i –} координаты текущей точки прямой , Х У кадровые прирощения по осям Х У. Оценочная функция для прямой линии определяется так F= y_ix- x_iY.

При круговой интерполяции уравнение воспроизводимой траектории будет следующее : 0=(y_i² –y₀²)+( x_i²-x₀²) а оценочная функция

F_i=(y_i² –y₀²)+( x_i²-x₀²) где x_i y_i координаты текущей точки окружности,

X₀ y₀ координаты начальной точки дуги относительно ее ценра.

Этот алгоритм построен как фиксированный цикл с расчетом одного шага интерполяции в пределах каждого цикла и предъявляет высокие требования к быстродействию вычислителя. Если быстродействие невелико,алгоритм накладывает ограничения на скоростные возможности станка, заставляя уменьшать частоту фиксированных циклов. Поэтому методом оценочной функции в чистом виде можно воспользоваться лишь при аппаратной реализации интерполятора. Другая возможность состоит в использовании модифицированного алгоритма оценочной функции, работающего на постоянной несущей частоте : блок интерполяции в каждом периоде выдает в следящие приводы цифровые параллельные коды . Постоянную несущую частоту выбирают так, чтобы следящие приводы станка выполняли роль фильтра ,сглаживающего дискретный характер управления.

Рис.Блок схема алгоритма интерполяции по методу оценочной функции

Метод ЦДА(Цифровых Дифференциальных Анализаторов) охватывает такие агоритмические решения с аппаратно- или программно-реализованными регистрами –накопителями, в рамках которых производятся следующие операции: суммирование точно подсчитанных координат или их приращений; выделение целых частей; накопление дробных остатков и др. ЦДА как устройство,моделирующее дифференциальное уравнение воспроизводимой траектории,может в явном виде не обнаруживаться.

Рис. Схема круговой интерполяции на постоянной несущей частоте (метод ЦДА)

Интерполяция осуществляется на постоянной несущей частоте с периодом τ. С каждым периодом несущей частоты происходит приращение ∆φ̃ угла поворота воспроизводящей точки. Этот угол поворота может быть задан косинусом,а тот, в свою очередь,подсчитан на этапе подготовки интерполяции.

Метод прогноза и коррекции.

Каждый цикл интерполяции методом прогноза и коррекции состоит из двух этапов

1. грубой оценки (прогноза) координат следующей точки (узла) интерполяции

2. коррекции этих координат с целью повысить точность и исключить возможность накопления погрешностей.

Рис.Интерполяция по методу прогноза и коррекции

Если точка M_i (x_{i ,} y_i) принадлежит дуге окружности радиусом R, то точка M_i+1 (x_{i+1 ,} y_i+1) находится вне круга радиусом R, так как первый этап интерполяции осуществляется вдоль касательной в точке M_{i .} Поэтому на втором этапе производится линейная интерполяция единичными шагами по направлению к центру О окружности вдоль прямой M_{i +1}О.Интерполяция заканчивается при изменении знакак оценочной функции Fк, начальное значение которой в точке M_{i +1} составляет F_к=х_i+1² + у_i+1²-R².

Линейная интерполяция вдоль прямой M_{i +1}О производится с использованием оценочной функции Fл=у_i+1x-x_i+1у, где х,у –координаты текущей точки траектории интерполяции.

Изменение знака функции Fк говорит о том, что точка интерполяционной траектории вошла в круг радиусом R с отклонением, не превышающим одну дискрету.

При интерполяции нередко требуются вычисления тригонометрических и обратных тригонометрических функции. При этом полезны таблично-аналитические методы.

Таблично-аналитический метод вычисления функции φ в виде двух слагаемых : X=x+δ где Х- точное значение аргумента , x- ближайшее меньшее табличное значение аргумента , δ – разность между точными табличными значениями аргумента;

Нахождение φ(х) по таблице ;

Вычисление φ(Х) по аналитической зависимости между φ(х) и δ.

Для определения аналитической зависимости функцию φ (Х) представляют степенным рядом , который затем разделяют на две группы. Первая группа соответствует φ(х), а вторая представляет собой аналитическое выражение дополнение φ(х) до φ(Х). Дополнение аппроксимируют с учетом малого значения δ и требуемой точости вычисления.

Примеры функций, которые удобно и целесообразно реализовывать таблично-аналитическим методом :

SinX=sinx*cosδ+sinδ*cosx≈sinx+δcosx ;

cosX=cosx*cosδ-sinx* sinδ ≈cosx-δsinx ;

arccosx=π/2-x-δ-(x+ δ)³ /3!-… ≈arccosx-δ-xδ

Одно из достоинств таблично-аналитического метода заключается впростоте интерполяции сложных контуров, которые не удается представить совокупностью отрезков прямых и коружностей.

Многообразие алгоритмов интерполяции объясняется необходимостью компромисса между стремлением к высокой точности вычислений, с одной стороны, и желанием уложиться в минимальный по времени интерполяционный цикл,с другой.

47.Быстроходность шпиндельных узлов.

Основными показателями работоспособности ШУ являются -

- быстроходность

- жёсткость

- точность

- ресурс.

Быстроходность характеризуется - параметром быстроходности, который определяется по формуле П=d*n max*10-5

Конструктивная схема ШУ.

Возможны многочисленные сочетания подшипников качения различных типов при установке ШУ. Однако наиболее часто применяются лишь 12 типов схем размещения подшипников качения. Из них не более 6 применяются широко.

Быстроходность ШУ.

Требования к быстроходности ШУ непосредственно вытекают из технического задания на станок. Определяющими факторами являются: диаметр шпинделя, тип ПК, система смазывания. Уменьшению диаметра шпинделя и соответственно повышению быстроходности препятствуют требования к жёсткости и технологические требования к станку. (Диаметр патрона). Допустимую частоту вращения ПК указывают в каталогах изготовителя ПК. В высокоскоростных ШУ, как правило, применяют ПК из серии диаметров 1 и 9. С целью повышения быстроходности ШУ производят радиально упорные шарикоподшипники с керамическими шариками, у которых благодаря меньшей массе шариков снижаться отрицательное воздействие центробежных сил и гироскопического вращения шариков. Помимо ПК быстроходность ШУ ограничивают сопряжению с ШУ механизмами (зажимные устройства, ремни, муфты и т.д.). Препятствие для обеспечения требуемой быстроходности ШУ может являться тепловыделение ПК. Соответствующими расчётными методами можно приближённо оценить тепловую мощность опор шпинделя и ожидаемую температуру опор, которая не должна превышать допустимую регламентируемую техническим заданием на станок.

48. Концептуальное проектирование. Основные понятия, особенности.

Концептуальное проектирование

Концептуальное проектирование, как видно из названия, состоит в определении концепций, или основных конфигураций системы, которые могут удовлетворить целям системы. На этом шаге желательно оставить концепции по возможности в общем виде, с тем чтобы не исключить кандидатуры систем, которые могут оказаться эффективными. Например, если операция, подлежащая выполнению, есть продвижение летательного аппарата над поверхностью Земли, то концептуальные проекты могут включать в себя проектирование колес, направляющих, стоек и воздушной подушки. На этом этапе процесса проектирования важно определить границы приемлемых значений параметров, описывающих систему. Для параметров проектирования в пределах этих значений система должна уметь выполнять функции, определенные на предыдущем шаге. Пусть мы имеем дело с оптимальным проектом, для которого целью является выбор неопределенных параметров, введенных на предыдущем шаге.

Эти параметры должны быть в пределах, определяемых технологическими ограничениями и назначением системы. Критерием выбора параметров системы является максимизация стоимости системы или минимизация меры затрат. Следует особо отметить, что математически точный оптимум может оказаться недостижимым и, следовательно, служить лишь ориентиром. Однако методы выбора параметров системы должны обладать таким свойством, что если оптимум существует, то при достаточном терпении и заданном машинном времени он должен быть в пределе достижим.

То, что является последним шагом в модели технической разработки системы на рис. 3 (описание оптимальной системы), в действительности оказывается промежуточным шагом. До тех пор пока процедура проектирования системы не станет исключительно эффективной, система, предложенная группой разработчиков, не будет удовлетворять заказчика. Получив результаты одного прохождения через процедуру проектирования системы, заказчик, вероятно, вспомнит некоторые ограничения, которые он забыл описать и которые оптимальная система нарушает. Проектировщик также может найти привлекательные решения, которых он ранее не видел. Он опять-таки в большей мере, чем заказчик, вспомнит технологические ограничения, которые он забыл описать и которые оптимальная система нарушает. Наконец, заказчик, несомненно, решит, что, неплохо бы, уменьшить на малую величину уровни качества системы, если это приведет к экономии денег.

49.Виды операций, производимых на токарном оборудовании.

Токарные резцы

проходные — для обтачивания детали вдоль оси ее вращения.

подрезные — для подрезания уступов под прямым и острым углом к основному направлению обтачивания.

отрезные — для отрезки материала под прямым углом к оси вращения и для прорезания узких канавок.

расточные — для растачивания отверстий в направлении оси вращения.

фасочные — для снятия фасок.

фасонные — для получения сложной фасонной формы обтачиваемой детали. При обтачивании фасонных деталей обычные токарные резцы не обеспечивают точности получения профиля и малопроизводительны. Их применение целесообразно главным образом для обтачивания фасонных деталей в единичном или мелкосерийном производстве. В крупносерийном и массовом производстве в качестве основного вида режущего инструмента для обработки фасонных деталей находят применение специальные фасонные резцы. Они обеспечивают идентичность формы, точность размеров и высокую производительность, а также допускают большое количество переточек.

резьбонарезные — для нарезания резьб.

На токарном станке можно выполнять различные виды токарной обработки: обтачивание цилиндрических, конических, фасонных поверхностей, подрезку торцов, отрезку, растачивание, а также сверление и развёртывание отверстий, нарезание резьбы и накатку рифлений, притирку и т.п. Используя специальные приспособления, на токарном станке можно осуществлять фрезерование, шлифование, нарезание зубьев и др. виды обработки. На специализированных токарных станках обрабатывают колёсные пары, муфты, трубы и др. изделия.

Обтачивание гладких цилиндрических поверхностей

Существует две последовательные стадии обработки гладких цилиндрических поверхностей. Первоначально осуществляют черновое обтачивание (или обдирку), в результате которого срезают лишний слой материала. Для обдирки используют отогнутые режущие инструменты. Для чистовой обработки используют нормальные резцы, которые применяют при точении с небольшой глубиной резания и малой подачей. С их помощью поверхность обрабатываемой детали становится чистой и гладкой.

Подрезание торцов и уступов

Обработка торцевых поверхностей и уступов на токарном станке осуществляется подрезными режущими инструментами. В большинстве случаев их используют для точения заготовок в центрах. В процессе подрезания вершина инструмента должна находиться на уровне центров для предупреждения появления необработанного выступа на середине сплошного торца. При обработке вершиной касаются заготовки, а затем отводят резец на себя. Для выбора глубины реза рабочий инструмент передвигают влево.

Вытачивание канавок

Вытачивание канавок осуществляется с помощью прорезных инструментов. Кромка резца образует форму канавки. Из-за ломкости режущей кромки выбирают узкие инструменты. Канавки образуются за одно прохождение резца.

Протачивание канавок большой ширины осуществляется при помощи мерительного инструмента. Им намечают границы и после установки резца протачивают до нужной глубины, оставляя при этом несколько миллиметров для проведения чистовой обработки.

Обработка конусов

Для вытачивания конусов используют специальные широкие инструменты. При обработке конусов детали, которая закреплена в патроне, устанавливают верхнюю часть суппорта на угол, который равен половине угла конуса при его вершине. Обработка детали сопровождается перемещением резца на верхних салазках суппорта. При вытачивании длинных и пологих конусов задний центр изменяют положение заднего центра и передвигают заднюю бабку на определенное расстояние.

Сверление и рассверливание отверстий

При помощи различных режущих инструментов выполняют обработку отверстий в деталях. При этом форма отверстий может быть ступенчатой, цилиндрической, сквозной и т.д. Деталь, подвергаемую обработке, устанавливают в шпинделе и придают ей вращательное движение. Резцы крепят в пиноли задней бабки и сообщают им движение подачи. Сверление отверстий в сплошном металле осуществляется при помощи спирального сверла, который устанавливают в трехкулачковом сверлильном патроне, находящемся в коническом отверстии пиноли задней бабки.

Сверление отверстий может быть предварительным и окончательным. В первом случае просверливают меньший диаметр и оставляют миллиметры припуска для окончательной обработки. Затем выполняют операцию рассверливания до нужного диаметра. Существует несколько способов обработки центровых отверстий:

1) Первоначально следует определить размеры и форму отверстия в соответствии с диаметром заготовки. Затем необходимо установить деталь в патрон и обработать торцы отогнутым резцом. После этого нужно просверлить отверстие сверлом, который установлен в пиноли задней бабки, и зенкеровать его до нужного диаметра.

2) Следует предварительно определить форму и размеры центровочного отверстия и подрезать торцы обрабатываемой детали. Обрабатывать отверстие необходимо при помощи комбинированного центровочного сверла.

Растачивание отверстий

При необходимости увеличения диаметра отверстия в детали используют расточные резцы. Инструмент крепят на резцедержателе суппорта. Данный тип резцов должен иметь консольную часть, которая выступает на длину, большую, чем длина отверстия заготовки. Операцию растачивания выполняют для обработки отверстий с уступами, гладких цилиндрических отверстий, глухих цилиндрических отверстий, сквозных отверстий с уступами и др.

51. Мехатроные технологические машины в машиностроении.

Построение диагностического прогноза в развитие машиностроения и выбор основных тенденций и стратегий его развития концентрируется на:

1. интеграции технологий и знаний

2. интеллектуализации производственных технологий

3. мехатронныхтехнолологиймашинах и роботах

4. сквозных информационных систем

Во многих областях техники МС приходят на смену традиционным механическим машинам, которые уже не соответствуют современным качественным требованиям. Мехатронный подход в построении машин нового поколения заключается в переносе функциональной нагрузки от механических узлов к интеллектуальным, электронным, компьютерным информационным компонентам, которые легко перепрограммируются под новую задачу и при этом являются относительно дешевыми. Анализ производственных

машин показывает, что доля механической части сократилась с 70% в начале 90-х годов до 25-30% в настоящее время. Принципиально важно подчеркнуть, что мехатр подход в проектирование предпологает не расширение, а именно замещение функций традиционно выполняемые механическими элементами системы на электронные и компьютерные блоки.

Принципиально важно, что тенденция перехода от чисто механических к мехатронным технологиям в современном машиностроении не закрывает механику. Наоборот стимулирует ее развитие на фоне с интеллектуальными компонентами в рамках единой мехатронной системы. Системный подход диктует новые требования к встроенным механическим и гибридным компонентам, что в свою очередь ведет к развитию новых технологий и конструкторских решений в области механики

Уровни интеграции

52. Привод главного движения токарных станков. Компановки привода главного движения.

53.Передача винт-гайка качения. Конструкция.

54.Сверлильные станки. Виды сверлильных станков.

55.Наладка и настройка станка.

56.Способы и виды регулирования привода главного движения.

Металлорежущие станки оснащают индивидуальным приводом; на многих станках главное движение, движение подачи, вспомогательные движения осуществляются от отдельных источников — электродвигателей и гидравлических устройств. Изменение скорости может быть бесступенчатым и ступенчатым.

В качестве приводов металлорежущих станков используют электродвигатели постоянного и переменного тока, гидродвигатели и пневмодвигатели. Наибольшее распространение в качестве приводов станков получили электродвигатели. Там, где не требуется бесступенчатое регулирование частоты вращения вала, применяют асинхронные двигатели переменного тока (как наиболее дешевые и простые). Для бесступенчатого регулирования частоты вращения, особенно в механизмах подач, все большее применение находят электродвигатели постоянного тока с тиристорным регулированием.

К преимуществам применения электродвигателя в качестве привода относят: высокую скорость вращения, возможность автоматического и дистанционного управления, а также то, что их работа не зависит от температуры окружающей среды.

Среди передач движения от двигателя к рабочим органам станка наибольшее распространение получили механические передачи. По способу передачи движения от ведущего элемента к ведомому механические передачи подразделяются следующим образом:

передачи трением с непосредственным касанием (фрикционные) или с гибкой связью (ременные);

передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые, червячные, храповые, кулачковые) или с гибкой связью (цепные).

К передачам трением с гибкой связью относятся ременные передачи (рис. 3.14). В этих передачах шкивы ведущего А и ведомого Б валов охватывает ремень с определенной силой натяжения Г, обеспечивающей появление силы трения между ремнем и шкивами, необходимой для передачи усилия. Натяжение, ограничиваемое прочностью ремня, регулируется раздвиганием валов или специальным натяжным устройством.

Ремни изготовляют из кожи, прорезиненной ткани, пластмассы, они имеют различную форму сечения. Ремни с плоским сечением (рис. 3.14, б) используют при передаче большой скорости (50 м/с и выше) с относительно небольшими усилиями. Большие мощности передаются несколькими клиновыми ремнями (рис. 3.14, в) или поликлиновым ремнем (рис. 3.14, г). Передачи ремнями с круглым сечением (рис. 3.14, д) используют при небольших относительных усилиях и в передачах между перекрестными валами. Широко применяют ремни с поликлиновым сечением (см. рис. 3.14, г) для увеличения силы трения (при том же натяжении, что и для плоских ремней).

В фрикционных и ременных передачах всегда происходит проскальзывание между трущимися поверхностями, поэтому реальное передаточное отношение для них

ip = i/(1-λ),

где i — теоретическое передаточное отношение; λ = 0,01...0,02 — коэффициент проскальзывания.

Для исключения проскальзывания используют зубчатые ремни (рис. 3.14, e).

Цепные передачи (рис. 3.15) (для систем смазки и охлаждения), как и передача зубчатыми ремнями, более стабильно передают скорость вращения на ведомый вал и могут передавать большие мощности.

Зубчатая передача (рис. 3.16) — самая распространенная передача, так как обеспечивает высокую стабильность скоростей вращения, способна передавать большие мощности и имеет относительно малые габаритные размеры. Зубчатые передачи применяют для передачи вращения между валами (параллельными, пересекающимися, перекрещивающимися), а также для преобразования вращательного движения в поступательное (или наоборот). Движение от одного вала к другому передается в результате взаимного зацепления зубчатых колес, образующих кинематическую пару. Зубья этих колес имеют особую форму. Чаще всего встречается зубчатое зацепление, в котором профиль зубьев очерчен по кривой, называемой эвольвентой окружности или просто эвольвентой, а само зацепление называется эвольвентным.

Привод с коробками зубчатых колес является наиболее распространенным приводом главного движения и движения подач в металлорежущих станках и называется соответственно коробкой скоростей и коробкой подач.

К оробки скоростей (рис. 3.17) различают по компоновке и по способу переключения скоростей. Компоновку коробки скоростей определяет назначение станка и его типоразмер.

Коробки скоростей со сменными колесами используют в станках при сравнительно редкой настройке привода. Коробку характеризует простота конструкции, малые габаритные размеры.

Коробки скоростей с передвижными колесами (рис. 3.17, а) получили широкое применение преимущественно в универсальных станках с ручным управлением.

Недостатками этих коробок являются: необходимость выключения привода перед переключением передач; возможность аварии при нарушении блокировки и одновременном включении между смежными валами двух передач одной группы; относительно большие размеры в осевом направлении.

Коробки скоростей с кулачковыми муфтами (рис. 3.17, б) характеризуются малыми осевыми перемещениями муфт при переключениях, возможностью применения косозубых и шевронных колес, малыми усилиями переключения. К недостаткам относят необходимость выключения и притормаживания привода при переключении скоростей.

Коробки скоростей с фрикционными муфтами в отличие от коробок с кулачковыми муфтами обеспечивают плавное переключение передач на ходу. Кроме недостатков, присущих коробкам с кулачковыми муфтами, они характеризуются также ограниченным передаваемым крутящим моментом, большими габаритными размерами, пониженным КПД и др. Несмотря на это, коробки применяют в станках токарной, сверлильной и фрезерной групп.

Коробки скоростей с электромагнитными и другими муфтами, позволяющими применять дистанционное управление, используют в различных автоматах и полуавтоматах, в том числе в станках с ЧПУ. Для унификации привода главного движения таких станков отечественное станкостроение выпускает унифицированные автоматические коробки скоростей (АКС) семи габаритных размеров, рассчитанные на мощность 1,5...55 кВт; число ступеней скорости — 4...18.

В зависимости от вида используемых механизмов с зубчатыми передачами, служащих для настройки подач, различают следующие коробки подач:

со сменными колесами при постоянном расстоянии между осями валов;

с передвижными блоками колес;

со встроенными ступенчатыми конусами (наборами) колес и вытяжными шпонками;

нортоновские (с накидной шестерней);

с гитарами сменных колес.

Для получения коробок подач с заданными характеристиками их часто конструируют, используя одновременно несколько перечисленных механизмов.

Нортоновские коробки применяют в приводах подач винторезных станков благодаря возможности точного осуществления заданных передаточных отношений i'. Преимущества коробок этого типа — малое число зубчатых колес (число колес — на два больше числа передач), недостатки — низкие жесткость и точность сопряжения включенных колес, возможность засорения передач при наличии выреза в корпусе коробки.

Коробки подан с гитарами сменных колес (рис. 3.18) дают возможность производить настройку подачи с любой степенью точности. Особенности гитар со сменными колесами делают их удобными для применения в станках различных типов, особенно в станках для серийного и массового производства. Такие станки комплектуются соответствующими наборами сменных колес. Приводы главного движения

Приводы главного движения и подачи в станках с ЧПУ предназначены для обеспечения процесса съема металла с максимальной производительностью при заданных точности и качестве обработки.

В приводах главного движения иногда возникает необходимость точно и быстро остановить двигатель. Например, точно остановить шпиндель токарного станка для автоматической выгрузки изделия и загрузки новой заготовки или точно остановить резец алмазно-расточного станка напротив шпоночного паза растачиваемого отверстия для вывода резца из отверстия. В этом случае кроме увеличения диапазона регулирования используют датчики нулевого положения либо привод выполняется следящим.

Для увеличения надежности и долговечности механизмов привода следует решать задачу обеспечения безударности его пуска и торможения.

В некоторых станках, например токарно-винторезных, необходимо обеспечить возможность синхронного движения рабочих органов главного движения и подачи. Для этого на главном приводе устанавливается круговой импульсный датчик.

Регулирование частоты вращения привода главного движения может быть ступенчатым, бесступенчатым и комбинированным.

Ступенчатое регулирование явилось исторически первым способом изменения частоты вращения шпинделя станка и было обусловлено следующими факторами: изначально станки с ЧПУ проектировались на основе аналогичного универсального оборудования, имеющего регулирование частоты вращения с помощью коробки скоростей; отсутствие электронной элементной базы, позволяющей реализовать идею бесступенчатого регулирования частоты вращения мощного электродвигателя при сохранении постоянства вращающего момента в широком диапазоне частот.

Ступенчатое регулирование имеет следующие преимущества – двигатель главного движения вращается с постоянной оптимальной скоростью, обеспечивая максимальный рабочий момент; применение асинхронного электродвигателя позволяет отказаться от преобразователя, что упрощает электрическую схему. Недостатки такого привода: требуется наличие сложных автоматических механических устройств изменения частоты вращения, торможения.

Ступенчатое регулирование в большом диапазоне осуществлялось с помощью:

– многоваловых коробок (число ступеней 24; диапазон регулирования и мощность не ограничиваются);

¬– ступенчато-шкивных передач с одинарным или двойным перебором (число ступеней до 12; диапазон регулирования до 30);

– многоскоростных асинхронных двигателей в сочетании с многоваловыми коробками передач.

Автоматическое переключение скоростей в передачах осуществляется с помощью электромагнитных фрикционных муфт.

Такие системы регулирования имеют следующие существенные недостатки: невозможность в процессе обработки поддерживать оптимальные режимы резания, высокая кинематическая сложность коробки скоростей, смена частоты вращения требует останова шпинделя, низкая надежность и недолговечность электромагнитных фрикционных муфт.

Появление соответствующей электронной базы привело к созданию привода с комбинированным способом регулирования: частота вращения вала электродвигателя изменяется в ограниченном диапазоне при помощи электронных преобразователей. Расширение диапазона регулирования до требуемого при обработке осуществляется при помощи простых (обычно трехступенчатых) коробок скоростей. Такой привод позволяет оптимизировать режимы резания при обработке, поддерживать постоянную скорость резания, однако при переходе с одного диапазона частот вращения к другому требует остановки процесса обработки, а в ряде станков такой переход осуществляется вручную (16А20Ф3).

Появление новых синхронных и асинхронных двигателей, обеспечивающих постоянство крутящего момента в широком диапазоне частот вращения (синхронные переменного тока — рабочая частота вращения до 40000 об/мин, асинхронные — до 12000 об/мин), позволило полностью отказаться от коробки скоростей, а в ряде случаев и от всех механических передач в цепи главного движения, и результатом явилась разработка мотор-шпинделей (непосредственно шпиндель станка является одновременно и ротором электродвигателя). С целью снижения влияния тепловыделения двигателя на шпиндель станка используется водяное охлаждение электродвигателя.

В качестве таких двигателей могут быть использованы асинхронные электродвигатели 1PH2 фирмы «Сименс» (рис. 2.9)[2]. Встраиваемые двигатели 1PH2 используются на станках с повышенными требованиями к качеству обработки, точности и плавности хода (токарные станки, шлифовальные станки).

Р ис.2.9. Фотография асинхронного встраиваемого электродвигателя 1PH2 Siemens

Преимущества от использования:

- компактная конструкция, благодаря удалению механических компонентов: балансира двигателя, ременной передачи, редукторной коробки и шпиндельного датчика;

- высокая удельная мощность, благодаря водяному охлаждению;

- высочайшая точность на детали, благодаря спокойному, точному вращению шпинделя на малых оборотах, так как нет воздействия поперечных усилий привода;

- ускорение разгона и торможения;

- полный номинальный момент вращения доступен непрерывно и в состоянии покоя;

- повышенная жесткость шпиндельного привода благодаря монтажу компонентов двигателя между главными подшипниками шпинделя;

- низкий уровень шума, благодаря удалению многих ранее используемых элементов станка;

- передача момента вращения на шпиндель происходит без зазора и с силовым замыканием через цилиндрическую ступенчатую прессовую посадку.

Ротор монтируется на шпиндель термической стыковкой. Прессовое соединение может быть разъединено гидравлическим методом без нарушения стыкуемых поверхностей.

Находят применение и синхронные электродвигатели (рис. 2.10).

Р ис. 2.10. Фотография встраиваемого синхронного электродвигателя модели 1FE1 Siemens

Преимущества использования встраиваемого синхронного двигателя аналогичны преимуществам применения асинхронного, однако он имеет ряд дополнительных положительных сторон:

- максимальная скорость до 40000 об/мин, моменты вращения до 820 Н·м;

- ротор остается холодным, благодаря возбуждению постоянными магнитами, как следствие: значительное уменьшение потерь мощности в роторе и меньший нагрев подшипников;

- требуется меньший теплоотвод при той же мощности по сравнению с 1PH2, т. е. увеличение КПД;

- только один датчик (измерительная система полого вала) для определения скорости и положения шпинделя;

- увеличение производительности станка: мотор-шпиндели с возбуждением постоянными магнитами увеличивают удельную мощность и рентабельность станков с ЧПУ.

Синхронные встраиваемые двигатели с водяным охлаждением 1FE1 используются там, где предъявляются повышенные требования к качеству обработки, точности, плавности хода, а также требуется наименьшее время разгона.

Основной недостаток синхронных двигателей – невозможность эксплуатации без специального частотно-импульсного преобразователя.

Структурная схема управления главным приводом с синхронным электродвигателем (рис. 2.11) предусматривает бестрансформаторное питание и рекуперирование энергии при торможении [25].

Рис. 2.11. Структурная схема управления главным приводом с двигателем переменного тока: Д — синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов; ТГ — тахогенератор; ШИМ — блок широкоимпульсной модуляции; ИУ — импульсный усилитель; Us — задание скорости; БР — блок регулятора; У — усилитель; 1 — цепь рекуперативного торможения; 2 — конденсатор; 3 — высоковольтные транзисторы с шунтирующими диодами; 4 — выпрямитель

Данный привод обеспечивает постоянную мощность на валу двигателя в достаточно широком диапазоне частот вращения. Двигатели, благодаря их высокой частоте вращения, позволяют использовать понижающую передачу с большим отношением. Транзисторный блок управления в сочетании с вентильным блоком рекуперации работает так, что при торможении энергия возвращается в питающую сеть переменного тока. Это позволяет реализовать высокую частоту чередования ускорения и замедления и обеспечить высокое качество процесса торможения. Электронный блок регулятора тока позволяет уменьшить вибрации и шум во всем диапазоне частот вращения, а введение в схему управления главным приводом датчика угла поворота обеспечивает ориентацию шпинделя и остановку его в фиксированном положении, что необходимо в станках с автоматической сменой инструмента.

57.Основные узлы станков токарной группы.

58.Регулируемый электропривод.

59.Современные тенденции развития мехатронных систем.

Объемы мирового производства мехатронныхустройств ежегодно увеличиваются, охватывая все новые сферы. Сегодня мехатронные модули и системы находят широкое применение в следующих областях:

• станкостроение и оборудование для автоматизации технологических процессов;

• робототехника (промышленная и специальная);

• авиационная, космическая и военная техника;

• автомобилестроение (например, антиблокировочные системы тормозов, системы стабилизации движения автомобиля и автоматической парковки);

• нетрадиционные транспортные средства (электровелосипеды, грузовые тележки, электророллеры, инвалидные коляски);

• офисная техника (например, копировальные и факсимильные аппараты);

• элементы вычислительной техники (например, принтеры, плоттеры, дисководы);

• медицинское оборудование (реабилитационное, клиническое, сервисное);

• бытовая техника (стиральные, швейные, посудомоечные и другие машины);

• микромашины (для медицины, биотехнологии, средств телекоммуникации);

• контрольно-измерительные устройства и машины;

• фото- и видеотехника;

• тренажеры для подготовки пилотов и операторов;

• шоу-индустрия (системы звукового и светового оформления).

60.Разновидности токарных станков.

61.Конструкции станин. Виды деформаций, жесткость.

Деформация таких тонкостенных корпусных деталей условию может быть разделены - на общие искажения контура и местные.

Рис. Деформация корпусных деталей типа станка и стоек смещение в поперечном сечении.

а) б) - Общая деформация (а) - при изгибе, б) - при кручении)

в)- искажение контура сечения

г)- местные деформации.

Общие деформации для деталей типа стержней могут быть представлены как деформации изгиба, сдвига, и кручения сплошных брусьев, а для деталей типа пластин как деформации однородных пластин. Деформации искажения контура и местные существенно снижает жёсткость базовых деталей. Поэтому обычно их стремятся свести к минимуму. В качестве примера можно указать, что в результате искажения контура сечения перемещения направляющих стойки может быть в 4 – 10 раз больше, чем стойка со сплошными перегородками. Уменшениедеформации в искождении контура обеспечивается, например введением поперечного сечения перегородок сплошных или с небольшими окнами, диагональных перемычек противоположных углов сечения. При этом введение поперечных рёбер оказывается рациональнее, чем увеличение толщины стенки при той же площади сечения. Снижение местных деформаций направляющих обеспечивается уменьшением длинны переходных стенок, соединяющих направляющих с основанием контура станины, увеличением собственной жёсткости, переходных стенок путем введения поперечных рёбер.

Рис. Конструктивные формы присоединения направляющих к основной части станка.

а) С помощью одной переходной стенки.

б) С помощью двух переходных стенок.

в) непосредственное соединение направляющих с основными стенками станка.

Уменьшение местных деформаций.

В соединении элементов обеспечивается выполнением карманов вместо фланцев, расположение рёбер соосно с осями винтов и т.д. В общем случае при деформации деталей типа стержней имеет место все 3 вида деформации. Для деталей типа пластин наиболее значение имеет деформации по характеру, приближающимся к общим. То есть деформации однородных пластин относительно некоторых нейтральных пластин и местных деформации нагруженных стенок в плоскости меньшей жёсткости.

При деформации деталей типа коробок можно выдерживать искажение их контура и местные деформации станка. Деформации деталей, перемещаются по направляющей

Жёсткость станка с горизонтальным перемещением при треугольных или круглых окнах на одной из стенок близка ж-м станин с замкнутым контуром сечения.

Относительная жёсткость сдвига пластин, эмитирующих перегородки с окнами разных форм и размеров при одинаковой толщине пластин.

62. Мехатроника. Понятие, схема, определение.

Мехатроника- это область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство качественно новых модулей, систем, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциональными движениями".

Современное же понимание мехатроники – синергетическое (от греч. synergetikosсовместный, согласованно действующий) объединение узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство качественно новых модулей, систем, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциональными движениями.

Традиционно мехатронику представляют как единство трех частей (рис. 1) – привода (1), исполнительных и передаточных механизмов (2) и управления (3). Область 4 обычно называют электромеханикой, 5 – автоматикой, 6 – областью регулируемого привода, а 7 – ядром направления мехатроники.

Мехатроник- инженер объединяет правила механики, электроники и вычислений, чтобы сгенерировать более простую, более экономную и надежную систему. Мехатроника сосредоточена на механике, электронике, вычислении, технике автоматического управления, молекулярных разработок (из нанохимии и биологии), оптических разработок, которые, объединившись, делают возможным генерацию более простых, более экономичных, надежных и универсальных систем.

63.Направляющие скольжения. Конструкция, материалы.

Направляющие скольжения

Направляющие из чугуна или стали имеют сравнительно высокий уровень трения. Коэффициенты трения покоя и движения при малых скоростях 0,08-0,1 возможны скачкообразные движение узлов . Долговечность обеспечивается применением соответствующих материалов и термической обработки с защитой от загрязнения, отходами обработки. Полимерные направляющие имеют значительно меньший коэффициент трения 0,04-0,06. Практически не зависящие от скорости.

Преимущества- простота и компактность конструкции, высокая нагрузочная способность и жёсткость, хорошие демпфирующие свойства , наименьшая стоимость.

Недостатки -более высокий уровень трения, не всегда обеспечивают высокие требования по равномерности перемещений и точности позиционирования узлов.

Станки большинство типов нормальной и повышенной скорости.

Материалы – Закаленная сталь, Чугун

Направляющие из чугуна или стали имеют сравнительно высокий уровень трения. Коэффициенты трения покоя и движения при малых скоростях 0,08-0,1 возможны скачкообразные движение узлов . Долговечность обеспечивается применением соответствующих материалов и термической обработки с защитой от загрязнения, отходами обработки. Полимерные направляющие имеют значительно меньший коэффициент трения 0,04-0,06. Практически не зависящие от скорости.

Преимущества- простота и компактность конструкции, высокая нагрузочная способность и жёсткость, хорошие демпфирующие свойства , наименьшая стоимость.

Недостатки -более высокий уровень трения, не всегда обеспечивают высокие требования по равномерности перемещений и точности позиционирования узлов.

Станки большинство типов нормальной и повышенной скорости.

В зависимости от конструкции и условий эксплуатации направляющие работают в режимах трения - граничного, жидкостного, смешанного. Направляющие скольжения смешанного трения в дальнейшем относятся большинство направляющих подач, установочных перемещений и перестановки.

Конструкция сечения направляющих нормализованы.Основной размер- высота Н.

Размеры сечений направляющих

Пару трения чугун, больше или равной 170 НВ, а второй чугун ≥ 180 НВ (напряжение станины, стойки). Такую пару целесообразно использовать в основном для станков легких работ. Пара трения чугун, закаленный чугун 49-54 НRC имеет в условиях абразивного изнашивания износостойкость вдвое больше (оба эл-та пары), чем пару чугун – чугун. Закаленные направляющие станины необходимы при интенсивной исп-и при недостаточной изоляции от загрязнения и невозможность обеспечить высокую долю гидроизоляции, смазки для значения направляющих скольжения. Накладные направляющие применяют для повышения износостойкости, получения более благоприятных характеристик трения, для обеспечения равномерности подач. Накладные направляющие на станинах изготавливают обычно из стали с упрочненным до высокой твердости (≥59 НRC), что повышает износостойкость пары трения в сравнении с парой чугун – чугун в 2,5 раза.

64.Манипуляторы для смены инструмента.

Исполнительные механизмы ПР. Исполнительный механизм (манипулятор)

ПР представляет собой совокупность подвижно соединенных

звеньев, служащих для воздействия на объект манипулированрш

или обрабатываемую среду. Соединение звеньев манипулятора в кинематическую

цепь выполняется посредством кинематических пар. В

большинстве конструкций манипуляторов ПР применяются кинематические

пары класса V вращательные или поступательные. Они

обеспечивают одну степень свободы в относительном движении каждого

из подвижно соединяемых звеньев (табл. 9).

Важной характеристикой манипулятора является число степеней

подвижности, определяемое числом степеней свободы кинематической

цепи относительно неподвижного звена. В открытых кинематических

цепях, к которым относятся манипуляторы ПР, число п подвижных

звеньев всегда равно числу кинематических пар/7. Для кинематической

цепи, состоящей только из кинематических пар класса V, число

степеней подвижности IV= 6п — 5р.

Звенья манипуляторов ПР в большинстве случаев образуют поступательные

и вращательные пары класса V. В случаях, когда в кинематическую

цепь входят только вращательные пары, манипулятор ПР

имеет антропоморфную схему, подобную руке человека.

Для обеспечения перемещения захватного устройства ПР в любую

точку рабочего пространства манипулятор должен иметь три степени

подвижности. Еще три таю1е степени нужны для обеспечения захватному

устройству любой ориентации в этой точке. В зависимости от

конкретных условий производства манипуляторы ПР имеют от двух до

семи степеней подвижности.

В зависимости от конструктивной схемы захватное устройство

манипулятора ПР может располагаты^я в рабочей зоне, имеющей ту

или иную форму, а его движения осуществляты:я в различных системах

координат, которые бывают двух видов: прямоугольные и криволиней-

365

ные. В прямоугольной системе координат (плоская и пространственная)

объект манипулирования помещается в определенную точку

рабочей зоны за счет прямолинейных перемещений звеньев манипулятора

ПР по двум (или трем) взаимно перпендикулярным осям. В

криволинейной системе координат наиболее распространены полярные

плоские, цилиндрические и сферические координаты. К разновидностям

криволинейной системы относятся ангулярная, плоская и

пространственная (цилиндрическая и сферическая) координаты, которые

характерны для многозвенных манипуляторов ПР. В табл. 10

даны структурные кинематические схемы и формы рабочих зон ПР

65.Расчетная схема несущей системы.

Расчетные параметры элементов несущей системы. Расчетная схема Несущей системы.

Расчёт несущих систем (НС.).

Требуемое качество НС.обеспечивается на стадии проектирования расчёта. В общем случае расчётный критерий качества НС.д. т. Непосредственно связан с выходными показателями процесса обработки - точностью и производительностью. Основное применение имеют сравнительные расчеты, в которых показатели качества НС. – относительные перемещения элементов – от статических, динамических и тепловых нагрузок. При этом численные значения соответствуют – НС.станков хорошо зарекомендующих себя в эксплотации накапливаются и обобщаются. В настоящее время на расчет НС.основное применение получил метод конечных элементов. Для использования метода конечных элементов, рассчитываемая конструкция представляется элементов разного типа, соединённых между собой в узлах. Для каждого элемента задаётся связь между перемещениями и нагрузками в узлах исходя из этого формируются матрицы жёсткости, инерции и деформации. Соответствующие матрицы для любого конечного элемента сначала вычисляют в местной системе координат, а затем преобразуют к общей системе координат всей конструкции. Далее переводят решение системы уравнений, определяют напряжение и перемещение узловых точек. В настоящие время разработано, в том числе и для НС.большое количество программных продуктов для расчёта МКЭ. Обобщая опыт, накопленный при испытании МКЭ для расчёта НС. МРС можно выдержать следующие рациональные области применения конечных элементов моделей-

1. конечноэлементные модели из пластичных элементов наиболее целесообразно применять на стадии разработки технического проекта для расчётной оценки статической деформации элементов сложной формы, в которых имеют место значительные местные деформации и для определения их температурной деформации, т.к. не м.т. решены другими методами. Испытание конечноэлементных пластинчатых моделей для рассмотрения поведения модели в целом требует значительных затрат времени и высокой достоверности данных о характеристиках жёсткости соединений, деформирования и т.д.

1. Модель НС.и стержневых конечных элементов и жёсткости тел следует испытывать для определения рационального распределения массы и жёсткости между элементами НС. и оптимизации их основных параметров для сравнения различных компоновок несущих систем. Такие модели могут, испытывается на стадии разработки как технического, так и эскизного проекта, когда детально конструктивные форсы элементов ещё не проработаны.

Сравнительная простота моделей и малое время, требуемое для получения численного значения показателей кач-ка обеспечивает возможность проведения многовариантных расчётов. Автоматизированный расчёт НС.испытывается для решения определенных задач-

1. Определение статических и динамических характеристик НС.как показателей их качества.

1. Сравнение различных компоновок и конструктивных вариантов НС.и выбор наилучших по статическим и динамическим характеристикам.

2. Выявление конструктивных параметров, оказывающих наиболее сильное влияние на характеристики НС.и выбор рациональных значений этих параметров.

3. Выявление наиболее рациональных идей снижения металлоемкости станка. Исходными данными для расчёта является- схема компоновки, чертежи основных элементов, выбранные расчётные условия, положения перемещающихся узлов нагрузки и т.д.

Расчётная схема НС.представляет собой рамную конструкцию стержней и массивы, соединных между собой стыками упруго опёртых на фундамент.

66.Расточные станки. Виды

67.Приводы подач установочного перемещения и контурной обработки.

68.Фрезерные станки. Основные узлы.

69.Устройства для защиты направляющих.

Устройства защиты направляющих.

Устройства предохраняют направляющие от:

- загрязнений отходами обработки и попадания охлаждающей жидкости

- важное средство повышение долговечности

Защитные устройства:

- защитные уплотнения( скребки) с износостойкими, упругими, теплостойкими упл. эл-том на основе полиуретана. Чаще используется сочетание с ур. Защитными устройствами

- стальные или чугунные щитки крепят к подвижным или не подвижным узлам и защищают обычно одну направляющую. Щиты крепят к торцам стола.

- Телескопическая защита. Стальная с полиуретановыми уплотнениями.

Герметичное для скоростей перемещение до 80 м/мин.

- гариопикообразная защита из полимерных материалов

- Рулонная защита полимерными лентами

- защитные фартуки, гибкие из прочной полимерной ленты с наклепанными стальными или латунными пластинами, либо шарнирные из аллюминивых профилей.

- устройства для защиты направляющих фирмы Хенинг (Германия)

А) – скребки

Б) - телескопическая защита

В) – полиуретановое уплотнение гармоникообразная защита (КИМ)

Г) – рулонная защита

Д) – защитные факторы:

-гибкие с полимерной лентой

- латунные пластины

- шарнирные AL профили

70.Понятие гибкости. Гибкие станочные системы.

1. Гибкие производственные системы.

Все возрастающее многообразие производимой продукции является косвенной причиной заметного сокращения партий каждой серии изделий, что неизбежно приводит к росту технологических затрат. Типичным примером можно считать автомобильную отрасль, где отмечается стремительное увеличение числа моделей и их вариантов. В связи с необходимостью изготовления великого множества самых разнообразных деталей традиционные автоматизированные поточные линии | перестают быть экономичными.

Гибкие производственные системы таенных систем позволяют производить обработку разных заготовок одной серии в любом количестве и в любой последовательности.

При этом, даже в случае небольших партий изделий, затраты на изготовление сравнимы с таковыми в крупносерийном производстве.

В зависимости от универсальности и производительности различают (рис. 601):

-гибкие производственные модули,

-гибкие производственные участки,

-гибкие поточные линии.

Гибкая производственная система состоит из трех основных компонентов

-одного или нескольких унифицированных обрабатывающих блоков

-систем транспортировки инструментов и заготовок.

-ВМ прямого числового программного управления в качестве управляющего устройства.

Таким образом, гибкие производственные системы позволяют экономично производить разные изделия одной серии в любой последовательности. Речь идет, следователей, ₀ произвольно выбираемом техническом маршруте.

71.Инструментальная оснастка фрезерных станков. Продольно-фрезерные станки.

72.Консольно-фрезерные, бесконсольно-фрезерные станки.

73. Многоцелевые станки.

Многоцелевые станки (МС) — это станки, оснащенные УЧПУ и

устройством автоматической смены инструментов, предназначенные

для комплексной обработки за одну установку корпусных деталей и

деталей типа тел вращения. МС выпускают с одним шпинделем и

многопозиционным инструментальным магазином (вместимостью

12—120 инструментов), при этом инструмент заменяется в шпинделе

автоматически по программе (за 5—6 с); с револьверной инструментальной

головкой (число инструментов 5—8, при этом смена инстру-

319

мента за 2-—3 с) осуществляется поворотом револьверной головки; с

револьверной головкой и инструментальным магазином, что позволяет

в процессе резания заменять инструмент в неработающих шпинделях

револьверной головки.

Производительность МС в 4—10 раз выше производительности

универсальных станков благодаря резкому уменьшению доли вспомогательного

времени в цикле обработки и, следовательно, увеличению

(до 60—75 %) доли машинного времени в этом цикле. Сокращению

вспомогательного времени способствуют автоматическая замена инструмента;

высокая скорость (до 20 м/мин) быстрых перемещений (на

вспомогательных ходах) исполнительньос органов; настройка инструмента

на размер вне станка; исключение контрольных операций и др.

В МС используют сменные инструментальные магазины с заранее

настроенными на размер инструментами, что сокращает время на

переналадку станка.

На МС можно осуществлять сверление, рассверливание, зенкеро-

вание, развертывание, нарезание резьбы, растачивание, фрезерование

и другие виды обработки. На МС производят, как правило, окончательную

обработку деталей. Точность ряда МС соответствует точности

координатно-расточньЕх станков: точность отверстий после растачивания

соответствует 6—7 квалитету; шероховатость обработанной поверхности

Ra = 1—2 мкм. МС позволяют в автоматическом режиме

обрабатывать заготовки сложных корпусньхх деталей за одну установку

со всех сторон (кроме базовой поверхности, используемой для закрепления

заготовки).

Для этого МС оснащают столом, имеющим возможность поворота

в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Существуют конструкции

МС, у которьЕх ось шпинделя устанавливается по программе

горизонтально, вертикально или под любым углом к плоскости стола

станка. МС могут оснащаться приспособлениями спутниками (ПС)

для установки и закрепления заготовок, а также устройствами автоматической

смены ПС. Выпускают МС вертикальной и горизонтальной

компоновки. МС вертикальной компоновки, предназначенной для

обработки заготовок с одной стороны, а при наличии многопозиционных

и поворотных приспособлений — с нескольких сторон

74. Мехатроника. Цель. Задачи. Область применения.

Цель в Мехатронике - получение наивысшей экономической, технической эффективности и конкурентоспособности создаваемых манипуляторов и автоматизированных систем. Мехатронный модуль - это самостоятельное по своим функциям и конструкции продукт для реализации передвижений с взаимопроникновением и синергетической аппаратно-программной интеграцией составляющих его компонентов, имеющих различную физическую природу. К элементам особой физической природы относят машинные, электротехнические, электронные, цифровые, пневматические, гидравлические, информационные и т.д. компоненты. "Мехатронная система— совокупность нескольких мехатронных модулей и узлов, синергетически связанных между собой, для выполнения конкретной функциональной задачи".

Принципиальная задача мехатроники состоит не только в согласовании взаимодействия частей, которое зачастую при отдельном проектировании просто невозможно, но, главным образом, в обязательном учете меняющихся свойств объекта энергосилового воздействия и внешней среды, а также характеристик отдельных составляющих.

Мехатроника традиционно воспринимается как часть общего с робототехникой научно-технического течения, которое публично отмечено в списках как научных, так и учебных тенденций.во всяком случае точнее считать мехатронику и робототехнику самостоятельными ветвями науки и техники, имеющими некоторую общую подобласть в виде робототехнических систем и их деталей, использующих правила и способы проектирования мехатроники. Мехатроника является научно-технической дисциплиной, которая изучает построение мехатронных модулей движения, обладающих принципиально новыми

атрибутами и, часто, максимальными характеристиками. При этом система в истинно мехатронном аспекте. Мехатронный подход заключается в представлении мехатроники и законах построения и развертывании мехатронных систем. Некоторые исследователи видят главную суть мехатроники в воссоединении, прежде всего, механики и электроники.

75.Аэростатические направляющие.

Разделения трущихся поверхностей в аэростатических направляющих добиваются подачей в карманы воздуха под давлением. В результате между сопряженными поверхностями направляющих образуется воздушная подушка. По конструкции аэростатические направляющие напоминают гидростатические. Рабочую поверхность делят на несколько секций, в которых располагаются карманы. Подвод и распределение воздуха к каждой секции независимые.

Недостатки аэростатических опор и направляющих, по сравнению с гидростатическими, заключаются в малой нагрузочной способности, невысоком демпфировании колебаний, так как вязкость воздуха на четыре порядка меньше вязкости масла, низкими динамическими характеристиками, склонностью к отказам из-за засорения магистралей и рабочего зазора. Динамические характеристики можно улучшить, применяя аэростатические направляющие закрытого типа, а поднять нагрузочную способность за счет автономной системы питания от отдельного компрессора.

Преимущества аэростатических направляющих состоят в том, что они при движении обеспечивают низкий коэффициент трения, а при отключении подачи воздуха очень быстро создается контакт поверхностей с большим трением, обеспечивающим достаточную жесткость фиксации узла станка в заданной позиции. Отпадает необходимость в фиксирующих устройствах, в которых нуждаются гидростатические направляющие.

Плоские аэростатические направляющие состоят из нескольких секций, разделенных дренажными канавками. В рабочий зазор воздух подается через канал или через отверстиеснабженными дросселирующими устройствами. В ряде конструкций отверстия создают микро канавки, выравнивающие давление и повышающие жесткость и несущую способность сбоя. Микро канавки обычно имеют Δ сечение. При ширине направляющей более 50 мм выполняют 2 питающих канала или 2 ряда отверстий. Либо широкую канавку или 2 канавки, соединенные поперечными перемычками , проходящими через отверстие. Двухрядные направляющие или направляющие с широкой канавкой обладают большей жесткостью и несущей способностью, но имеют склонность к неустойчивости типа « пневмомолотка». Систему поддува выбирают обычно подвижном звене (каретке). Дроссель выполняют в виде пробки ф 4-6 мм с малым дросселирующим отверстием кармана. Используются так же пробки из пористого материала, где поры работают как множество капилляров. В направляющих рабочего зазора составляет 10-20 МКМ, давление поддува 0,2-0,5 МПа.

76. Виды интерполяции.При описании рабочего движения для центральной точки (центра) инструмента ТСР(от англ. ToolCenterPoint) всегда программируется следующая заданная конечная точка (место назначения) – с указанием касательно того по какой именно траектории может быть достигнута данная цель. Для этого система ЧПУ в ускоренном темпе вычисляет промежуточные точки такой траектории, т.е. происходит то что принято называть «интерполяцией»Р ис.Интерполяция линейная и круговая

Известны следующие виды интерполяции

-линейная –для прямолинейных траекторий

-круговая – для круговых сегментов

-сплайн - для пригнанной гладкой траектории

-параболическая – для параболических сегментов

- спиральная – для винтовой линии.

Рис.Виды интерполяции

Математическое генерирование траекторий осуществляется с использованием эквидистантных во времени промежуточных точек примерно каждую миллисекунду, то есть при низкой скорости перемещения по траектории на каждую длину пути вычисляется множество промежуточных точек,число которых при высокой скорости резко снижается. Это вполне отвечает нормальным требованиям и соответствует стандартным возможностям приводов. Неточности прохождения траектории возникают, в принципе, при изменениях ее направления ,причем в случае высоких скоростей они проявляются в большей степени, чем в случае низких скоростей, и это лишь при условии,что при низких скоростях расстояния между промежуточными точками незначительные, а при высоких скоростях – достаточно большие .

Математической основой для интерполяции и, следовательно, для расчета промежуточных точек траектории могут быть или известные математические уравнения для плоских и пространственных траекторий в параметрической форме (например для линейной интерполяции в плоскости x/y это будет пара управлений y=y_A+nΔyx=x_A+nΔx ) или как в новых системах ЧПУ – единое для всех методов интерполяции математическое описание в форме NURBS (NonUniformRationalB-Splines). Все траектории, будь то окружности, прямые, параболы, сплайны или спиральные сегменты, разделяют на сегменты NURBS и интерполируются по единому принципу.

]

77.Шлифовальные станки. Виды шлифования.

78.Привод подач. Назначение, состав.

79. Принцип унификации мехатронных систем.

Принцип унификации связан с применением в семействе проектируемых механизмов или машин унифицированных сборочных единиц (узлов, подузлов, агрегатов), деталей (оригинальных и стандартных), комплектующих. Как показывает опыт автоматизированного проектирования, применение типовых унифицированных деталей нецелесообразно. Значительно выгоднее иметь большое количество макросов и существенные заделы в банках данных по модификациям и унифицированным узлам, что позволяет избегать излишней детализации конструкторских разработок. Информацию об унифицированных деталях, узлах и системах целесообразно хранить на микрофишах систематизированно по группам.

Принцип соответствия выбора номенклатуры и значений выходных характеристик целевому назначению проектируемой машины или механизма.

Чем ответственнее проектируемый объект, тем большее число выходных характеристик и параметров объекта регламентируется и тем более жесткие требования к ним предъявляются. Например, вероятность безотказной работы станков принимается в пределах 0,95–0,99, а самолетов – 0,999 99.

Другой пример. Число установленных и проверяемых выходных параметров точности станка при высоких требованиях к точности обрабатываемых деталей может достигать 20–30, в то время как для станков нормальной точности достаточно регламентировать 8–10 показателей. Основная цель регламентации выходных параметров станка – обеспечить погрешность обработки, которая находилась бы в установленных пределах в течение всего периода его эксплуатации.

Во всех случаях проектировщику необходимо помнить, что соответствие выходных характеристик механизма или машины их целевому назначению в первую очередь определяет общая компоновка, принимаемая на концептуальном уровне.

Принцип компромиссов. Проектирование – это непрерывная цепь компромиссов, которые приходится принимать на всех стадиях создания механизма или машины. Например,

стремление к увеличению частоты вращения шпиндельных узлов всегда приводит к увеличению тепловыделения в опорах, которое не может превышать определенного уровня, и принятие окончательного решения всегда требует компромисса.

Улучшение любой технической характеристики машины (скорости, грузоподъемности, точности, надежности, производительности и др.) неизбежно вызывает увеличение ее стоимости, трудоемкости изготовления, часто требует другого уровня обслуживания и повышения культуры эксплуатации, что всегда приводит к компромиссным решениям. Тенденция современных машиностроительных производств к концентрации операций постоянно требует от проектировщика решения задачи рационального сочетания технологических возможностей и усложнения конструкций оборудования. Избыточность технологических возможностей может быть не оправдана экономически.

80.Агрегатные станки. Силовые головки.