- •Камская государственная инжинерно-экономическая академия
- •I Часть.
- •Содержание
- •Вопрос 1: Технико-экономические показатели станков технико-экономические показатели и критерии работоспособности
- •§ 1.1. Технико-экономические показатели
- •Вопрос 2: Понятие автомат и полуавтомат, цикл автомата. Проблемы смены инструмента и обеспечения качества на автоматах.
- •Назначение токарных автоматов и полуавтоматов
- •Проблема автоматизации смены и регулирования режущих инструментов
- •Вопрос 3: Конструкция и наладка токарно-револьверного полуавтомата на примере 1г340. Токарно-револьверные станки
- •Токарно-револьверный станок мод. 1г340
- •Технические характеристики
- •Вопрос 4: Конструкция и наладка токарно-револьверного автомата на примере 1е140п и 1а136. Токарно-револьверные автоматы
- •Основные узлы автомата
- •Токарно-револьверный автомат модели 1a136 Общая характеристика станка
- •Кинематика автомата модели 1a136
- •Узлы токарно-револьверного автомата 1a136
- •Вопрос 5: Принципы работы автомата продольного точения, фасонно-отрезные автоматы. Фасонно-отрезные автоматы
- •Автоматы продольного точения
- •Технические характеристики автоматов продольного точения
- •Вопрос 6: Конструкция и наладка горизонтального многошпиндельного полуавтомата на примере 1б 240-6к. Многошпиндельные токарные автоматы
- •Вопрос 7: Конструкция и наладка вертикального многошпиндельного полуавтомата на примере 1к282. Многошпиндельные токарные полуавтоматы
- •Вопрос 8: Токарно-копировальные станки: Назначение, принцип работы. Фрезерно-копировальные станки. Токарно-гидрокопировальный полуавтомат модели 1722. Общая характеристика станка
- •Кинематика станка модели 1722
- •Узлы станка модели 1722
- •Копировалыю-фрезерные станки
- •Вопрос 9: Агрегатные станки, назначение, компоновки, осов- ные узлы, их разновидности. Устройство многошпиндельного сверлильнрого агрегатного станка.
- •Классификация и типовые компоновки
- •Унифицированные узлы агрегатных станков
- •Вопрос 10: Конструкции, компоновки и наладка токарных станков с чпу.
- •Токарные станки с чпу и многоцелевые станки общие сведения
- •Компоновка токарных станков с чпу
- •Конструктивные особенности
- •Рис, 1.25. Привод датчика резьбонарезания.
- •Вопрос 11: Конструкции токарных обрабатывающих центров. Конструкции узлов полярной координаты.
- •Привод вращающегося инструмента токарных металлорежущих станков
- •Задачи наладки
- •Вопрос 12: Конструкции и назначение фрезерно-сверлильно-расточных обрабатывающих центров. Фрезерные станки с чпу
- •Приспособления для фрезерных станков
- •Многоцелевые станки для обработки корпусных и плоских деталей
- •Вопрос 13: Конструкции инструментальных магазинов обрабатывающих центров. Кодирование инструментов.
- •Магазины для накопления и транспортирования инструментов
- •Часть II Под общ. Ред. А.С. Проникова. – м.: Издательство мгту им. Н. Э. Баумана: Машиностроение, 1995, - 320с.: ил.) Стр 60-160.
- •Вопрос 14: Наладка фрезерно-сверлильно-расточных обрабатывающих центров. Фрезерные операции
- •Работа на многоцелевых станках с чпу
- •Режущие и вспомогательные инструменты
- •Настройка инструментов на размер вне станка
- •Базирование и закрепление заготовок. Настройка крепежных приспособлений
- •Вопрос 15: Обзор конструкции станков с чпу, зубофрезерные, шлифовальные, агрегатные. Шлифовальные станки с чпу
- •Зубофрезерный полуавтомат мод. 53а50кф4
- •Вопрос 16: Особенности эксплкатации станков с чпу. Техническое обслуживание и ремонт
- •Подготовка станка к эксплуатации
- •Первоначальный пуск станка
- •Вопрос 17: Автооператоры,манипуляторы с ручным управлением,сбалансированные манипуляторы в машиностроение.
- •Манипуляторы для смены инструментов
- •Вопрос 18: Термины и определения в области робототехники.Основные показатели промышленных роботов. Общие характеристи и классификация. Общая характеристика и классификация
- •Роботизированные технологические комплексы
- •Вопрос 19: Координаты промышленных роботов. Структурные и кинематические схемы основных станочных промышленных роботов.
- •16.1. Характеристика основных типов деталей, изготавливаемых на станках групповым методом
- •Вопрос 20: Модульные конструкции прмышленных роботов, основных узлов, захватныхе устройства прмышленных роботов.
- •Промышленные роботы агрегатно-модульного типа.
- •Вопрос 21: Основы проектирования промышленных роботов.
- •Вопрос 22: Порядок проектирования и документация мрс.
- •Техническая документация проектов
- •Научно-исследовательские и экспериментальные работы в области станкостроения
- •Патентоспособность и патентная чистота
- •Стандартизация, унификация и агрегатирование в станкостроении
- •2. Коэффициент унификации по массе
- •Основы проектирования нормального (размерного) ряда типоразмеров станков
- •Требования техники безопасности и производственной санитарии
- •Технологичность деталей и узлов металлорежущих станков
- •Вопрос 25: Модель для оценки работоспособности станка. Процессы протекающие при работе станка.
- •Быстро протекающие процессы
- •Процессы средней скорости
- •Медленно протекающие процессы
- •Вопрос 26: Начальные показатели качества станка. Точность, прочность, жесткость, сопротивление усталости, динамическая точность. Модель для оценки работоспособности станка
- •Начальные (статические) показатели качества станка Геометрическая и кинематическая точность станков.
- •Вопрос 27: Стойкость станка к действию вредных процессов: колебательные процессы, износостойкость детали и узлов станка. Стойкость станка к действию вредных процессов
- •Вопрос 28: Анализ привода главного движения, используемых в мрс. Требования к приводам главного движения.
- •Основные требования к приводам главного движения.
- •Вопрос 29: Определение исходных данных для проектирования привода главного движения. Проектирование привода главного движения станка
- •Вопрос 30: Компоновки приводов главного движения для станков нормальной и высокой точности.
- •Вопрос 31: Графоаналитический расчет коробок скоростей. Граничные условия.
- •12.1 Стандартные значения знаменателя геометрического ряда при заданных значениях числа членов ряда
- •Вопрос 32: Простые и сложные структуры коробок скоростей. Переборная группа.
- •Вопрос 33: Проеектирование приводов главного движения с использованием многоскоростных электродвигателей.
- •Вопрос 34: Проектирование приводов главного движения с использованием вариаторов.
- •Вопрос 35: Способы управления переключением скоростей, блокировки. Однорукояточные механизмы и механизмы с предварительным набором скоростей и подач.
- •Способы переключения скоростей.
- •Вопрос 36: Выбор двигателя. Динамика привода главного движения.
- •Б) Двигатели в приводах главного движения станков с чпу. Их характеристики.
- •Привод с бесступенчатым регулированием скорости
- •Вопрос 38: Конструкции механизмов автоматической смены инструмента в шпинделях станков с чпу.
- •Особенности конструкций привода главного движения станков токарной группы с чпу. Особенности конструкции приводов главного движения станков с чпу фрезерно-сверлильно-расточной группы.
- •Конструирование наиболее характерных узлов и механизмов
- •Вопрос 40: Ременные передачи в приводах главного движения станков с чпу.
- •Литература
Магазины для накопления и транспортирования инструментов
Инструментальный магазин предназначен для создания запаса режущих инструментов, необходимого для изготовления на данном станке заданной номенклатуры деталей.
При ручной смене инструмента магазины-стеллажи (плоские или круговые) не имеют жесткой связи со станком и устанавливаются в удобном для оператора месте около станка.
При автоматической смене инструментов применяют инструментальные магазины различных типов и конструкций, устанавливаемые в большинстве случаев непосредственно на станке.
На токарных станках с ЧПУ в качестве таких магазинов применяются в основном револьверные головки с числом позиций 4, 6, 8, 12 и 16, куда устанавливают режущие инструменты. На одном станке может применяться одна, две, а в некоторых станках даже три револьверные головки, что значительно расширяет технологические возможности станка.
На многоцелевых станках с ЧПУ применяют дисковые, барабанные и цепные инструментальные магазины вместимостью 10—140 инструментов. При малом числе инструментов (до 16 шт.) могут применяться револьверные головки.
К инструментальным магазинам предъявляются следующие основные требования:
вместимость магазина должна быть достаточной для обработки одной или нескольких заготовок;
магазин должен быть по возможности простым и компактным; большая вместимость магазина усложняет его конструкцию, делает его дороже, требует больше места для его размещения;
магазин желательно располагать вне рабочей зоны станка, чтобы он сам и выступающие из него инструменты не мешали установке и снятию заготовки, перемещениям рабочих органов станка в процессе обработки детали; магазин и находящиеся в нем инструменты необходимо предохранять от попадания стружки и грязи;
следует обеспечить удобный и безопасный доступ к магазину оператору и наладчику для загрузки и замены инструментов, это особенно важно при использовании крупногабаритных и тяжелых инструментов;
поворот магазина в нужную позицию должен проводиться с максимально возможной скоростью и совмещаться с выполнением предыдущего перехода;
конструкция и работа магазина не должны оказывать отрицательного влияния на параметры станка (жесткость, виброустойчивость, точность и др.).
Накопление и транспортирование инструментов револьверными головками. Револьверные головки применяют с вертикальной, горизонтальной и наклонной осями вращения. Смена инструмента осуществляется поворотом головки на нужное число позиций и последующей фиксацией головки. Время смены инструмента в этом случае составляет 1—4 с.
Револьверная головка в отличие от других инструментальных магазинов является непосредственным рабочим органом станка, воспринимающим силы резания. Поэтому она должна характеризоваться высокой прочностью, жесткостью и точностью позиционирования при повороте. Режущие инструменты для обработки внутренних и наружных поверхностей не должны мешать друг другу. Замена инструментов в головке должна осуществляться удобно и легко, к инструменту должен быть свободный доступ.
На рис. 8.16 показаны конструкции револьверных головок двух основных типов, применяемых на токарных станках с ЧПУ.
Рис. 8.16. Конструкции револьверных головок:
а - четырехпозиционная (типа поворотной резцедержавки); б – позиционная головка
Головка, показанная на рис. 8.16, а (может быть и шестипозиционной), применяется значительно реже, чем показанная на рис. 8.16,6. На ней устанавливается относительно небольшое число режущих инструментов. Но на каждой грани головки может быть установлено несколько инструментов, и обработка при этом может проводиться сразу несколькими инструментами. Ось вращения таких головок перпендикулярна к оси шпинделя станка и может располагаться на станке вертикально, горизонтально и наклонно. Такие револьверные головки широко применяют на фронтальных токарных автоматах и полуавтоматах с ЧПУ (например, на токарном двухшпиндельном фронтальном патронном полуавтомате МР 315).
Револьверная головка второй конструкции, кроме звездообразной компоновки (см. рис. 8.16,6), может быть барабанной (рис. 8.17) и реже конусной (рис. 8.18).
На рис. 8.19 показана конструкция шестипозиционной револьверной головки, установленной на горизонтальном суппорте токарного станка 16К.20Т1 с ЧПУ. В инструментальной головке с горизонтальной осью вращения, устанавливаемой на выходном валу 5 и жестко соединенной с подвижным элементом 6 плоскозубчатой полумуфты, можно закреплять шесть резцов-вставок или три инструментальных блока.
Поворот головки производится от электродвигателя 2 чер вячную передачу 3, вал 7 с кулачковой полумуфтой 8, которая жестко связана с валом 5.
Рис. 8.17. Барабанная револьверная головка фирмы Duplomatic:
а — общий вид; б — фрезерование криволинейного паза; в — сверление отверстий под углом; г, д — соответственно нарезание резьбы и сверление отверстий на фланце; е — фрезерование шпоночного паза; ж — фрезерование канавки на торце; з — фрезерование шестигранника
Рис. 8.18. Конусная револьверная головка
Рис. 8.19. Конструкция шестипозиционной револьверной головки токарного станка 16К20Т1 с ЧПУ
В начальный момент вращения элементы 4 и 6 плоскозубчатой муфты расцепляются и головка на валу 5 поворачивается в нужную позицию, определяемую электрическим датчиком 10. После этого осуществляется реверс электродвигателя и вал с кулачковой полумуфтой вращается в противоположную сторону. Подвижный элемент 6 плоскозубчатой муфты с инструментальной головкой удерживается от поворота фиксатором, в результате чего элемент 6 фиксируется на зубьях неподвижного элемента 4 плоскозубчатой муфты. От конечного выключателя 9 на пульт управления подается сигнал, отключающий электродвигатель 2.
С помощью вала 1 с шестигранником производится поворот головки вручную.
Наиболее широко в современных токарных станках с ЧПУ применяют наклонную компоновку суппортов с одной или двумя револьверными головками. На рис. 8.20 показана такая компоновка с одной револьверной головкой, примененная на токарном станке 1740РФЗ с ЧПУ. Конструкция револьверной головки этого станка показана на рис. 8.21.
Рис. 8.20. Схема наклонной компоновки суппорта с револьверной головкой
Поворот диска 1, на котором закрепляется 12-позиционная инструментальная головка, производится гидромотором 6 через зубчатое колесо 5, на котором установлен ролик, поворачивающий мальтийский крест 8. Последний жестко сидит на валу 7, соединенном с диском 1. Перед поворотом диска 1 с помощью поршня 9, установленного на валу 4, и гидроцилиндра 10 происходит расфиксация плоскозубчатой муфты, у которой полумуфта 2 закреплена на диске 1, а вторая полумуфта 3 — на корпусе головки.
После поворота головки с диском 1 происходит их фиксация замыканием полумуфты 2 и 3 при смещении поршня 9 вправо.
Многие заготовки, обрабатываемые на токарных станках с ЧПУ, помимо точения требуют других видов обработки: сверления соосных и несоосных продольных и поперечных отверстий, нарезания резьбы метчиками, фрезерования боковых поверхностей и канавок.
Для этого в конструкции револьверных головок предусматривают возможность установки помимо неподвижных также и вращающихся инструментов (сверл, метчиков, фрез и др.). Для привода вращения этих инструментов используют отдельный электродвигатель, установленный на револьверной головке.
Рис. 8.21. Конструкция револьверной головки токарного станка 1740РФЗ с ЧПУ
На рис. 8.22 показаны возможные варианты выполнения привода вращения инструментов, установленных в револьверной головке.
Конструкция привода вращения инструмента 1 в револьверной головке фирмы Laru (Германия) показана на рис. 8.23. Вращение на инструмент передается через центральное цилиндрическое зубчатое колесо 2, которое вращается от электродвигателя 5 через коническую зубчатую передачу 4 и центральный вал 3.
За рубежом разработаны унифицированный ряд револьверных головок для токарных станков с ЧПУ, выпускаемых специализированными фирмами [например, фирмами Sauter (Германия), Baruffaldi и Duplomatic (Италия)]. Эти же фирмы выпускают различные инструментальные головки (планшайбы), на которых устанавливаются режущие инструменты и различные державки.
На рис. 8.18 показана унифицированная конструкция револьверной
Рис. 8.22. Варианты установки вращающихся инструментов на револьверных головках:
а, в, г — на четырех и многопозиционных с приводом через конические зубчатые передачи; б, д — на многопозиционных с приводом через зубчатую ременную передачу головки фирмы Duplomatic (Италия) с комплектом неподвижного и вращающегося инструмента и возможные схемы обработки заготовки.
Рис. 8.23. Конструкция револьверной головки с приводом инструмента через цилиндрическую зубчатую передачу
В табл. 8.2 приведены размеры шести типоразмеров унифицированных револьверных головок, выпускаемых специализированной фирмой 5аи{ег.
На некоторых токарных станках с ЧПУ применяют другие варианты инструментальных магазинов и автоматической смены инструментов.
8.2. Размеры (мм) револьверных головок фирмы Sauter
Например, на токарном станке с ЧПУ фирмы Okuma (Япония) применена револьверная головка 1 (рис. 8.24) и инструментальный магазин 3. Автооператор 2 производит при необходимости замену инструментальных головок в револьверной головке 1, что позволяет сократить простои станка при переходе на изготовление новых деталей, когда необходима замена инструментов в револьверной головке.
Аналогичная схема показана на рис. 8.14.
Возможные варианты компоновок двух и трех револьверных головок на токарных станках с ЧПУ и их характеристика приведены в т. 1 справочника (гл. 3).
На некоторых фрезерных и многоцелевых станках с ЧПУ при использовании для обработки заготовок небольшого числа инструментов в качестве инструментальных магазинов применяют револьверные головки (рис. 8.25), что сокращает время смены инструмента. В этом случае чаще всего применяются пяти- (например, фрезерный станок 6Р13РФЗ с ЧПУ) и шестипозиционные револьверные головки (например, сверлильный станок 2Р135Ф2 с ЧПУ).
Основные недостатки: малая вместимость магазина; необходимость в каждой позиции револьверной головки иметь шпиндель, что усложняет и удорожает ее конструкцию; снижение жесткости шпиндельной бабки и точности установки инструмента при повороте и фиксации головки.
Увеличение числа позиций в револьверной головке (восемь и более) помимо усложнения ее конструкции снижает возможный рабочий ход головки li (рис. 8.26, а, б).
Условия обработки улучшаются, а конструкция упрощается при применении конусной револьверной головки 1 с наклонной осью ее вращения (рис. 8.26, в). В этом случае имеется только один шпиндель 3, который в рабочей позиции соединяется поочередно с оправками 4, установленными в позициях головки. Движение подачи режущего инструмента осуществляется путем перемещения шпиндельной бабки 2 с револьверной головкой.
Рис. 8.26. Схемы револьверных головок на фрезерных и многоцелевых станках:
а — шестипозиционная; б — восьмипозиционная; в — конусная головка с наклонной осью вращения; г — 12-позиционная с наклонной осью вращения и с движением подачи пиноли со шпинделем
Рис. 8.27. Конструкция шпиндельной бабки с револьверной головкой вертикально-фрезерного станка
Однако и в этом случае величина перемещения также ограничена.
В качестве примера на рис. 8.27 показан узел шпинделя и револьверной головки вертикально-фрезерного станка с ЧПУ.
После поворота револьверной головки 14 в необходимую позицию шпиндель 2 станка вместе со шпиндельной кареткой 9, гидроцилиндром с поршнем 7 перемещается вниз и захватывает хвостовик 10 с инструментом. Зажим хвостовика 10 в шпинделе осуществляется тарельчатыми пружинами 5 при перемещении поршня гидроцилиндра 8 вверх. При этом штанга 6 под действием тарельчатых пружин поднимается вверх, перемещает втулку 4 с шариками, захватывающими выступ стержня 3 на хвостовике. Фиксация хвостовика 10 в шпинделе станка производится с помощью торцовых шпонок 1, входящих в пазы на фланце хвостовика.
По окончании обработки поршень 8 опускается вниз, нажимает на штангу 6, сжимая тарельчатые пружины 5. Втулка 4 с шариками опускается вниз, шарики отходят в радиальном направлении в кольцевую канавку, освобождая выступ стержня 3 на хвостовике. После этого гидроцилиндр с поршнем 7 поднимает шпиндельную каретку 9 вверх, в результате чего хвостовик выходит из конусного отверстия шпинделя.
Хвостовик с инструментом остается в револьверной головке 14, удерживаясь в ее гнезде фиксатором 15. Револьверная головка поворачивается относительно оси 13 гидроприводом 11 через зубчатую передачу 12 так, что осуществляется соосная установка со шпинделем следующего хвостовика с инструментом, после чего цикл повторяется. Фирма Olivetti (Италия) также использует в качестве магазина револьверную головку / с наклонной осью ее вращения (рис. 8.26, г). Но в этом случае уже нет ограничений на величину рабочего хода инструмента l1 так как происходит движение подачи не шпиндельной бабки 2, а только пиноли шпинделя 3. Опускаясь вниз пиноль захватывает оправку с инструментом и подает его на расстояние l1 при неподвижной головке 1.
Недостаток этой конструкции по сравнению с показанной на рис. 8.26, в — меньшая жесткость шпинделя при большом вылете пиноли (особенно при фрезеровании).
Двух-, трех- и четырехпозиционные револьверные головки применяются также на шлифовальных станках с ЧПУ, когда в отдельных позициях устанавливаются шлифовальные круги для наружного и внутреннего шлифования (см. т. 1, гл. 3).
Накопление и транспортирование инструментов в магазинах.
Варианты исполнения инструментальных магазинов, применяемых на различных станках с ЧПУ, показаны на рис. 8.28.
Барабанные инструментальные магазины (см. рис. 8.28, а, б), имея вместимость 12—40 инструментов, что достаточно для изготовления многих деталей, находят широкое применение на станках с ЧПУ.
Они достаточно компактны, могут располагаться на колонне станка, что более предпочтительно, или непосредственно на шпиндельной бабке (в этом случае, хотя и сокращается время смены инструмента, значительно увеличивается масса перемещаемой шпиндельной бабки).
Первый вариант исполнения магазина (см. рис. 8.28, а) применяется чаще с установкой его сбоку в средней части колонны (с любой стороны) на станках с ЧПУ как с вертикальной, так и с горизонтальной компоновкой шпинделя (рис. 8.29, а).
Рис. 8.28. Варианты исполнения инструментальных магазинов:
а, б — соответственно о горизонтальной и вертикальной осью вращения!; в — звездообразного типа с вертикальной осью вращения; г, д — конусообразные соответственно с вертикальной и наклонной осью вращения; е — цепные; ж — линейные
Второй вариант магазина (см. рис. 8.28, б) применяется в основном на станках с ЧПУ с горизонтальной компоновкой шпинделя и устанавливается на верхней части колонны станка. Установка такого магазина сбоку на колонне значительно увеличивает габаритные раз меры станка, но она удобнее с точки зрения смены инструмента на станках с вертикальной компоновкой шпинделя.
Дисковые магазины (см. рис. 8.28, в) применяют реже из-за больших радиальных размеров при большом числе инструментов.
Конусные барабанные магазины (см. рис. 8.28, г, д) также находят применение во многих станках с ЧПУ. При варианте компоновки магазина, показанном на рис. 8.28, г, удобна смена инструмента на основе использования двухпозиционной поворотной головки (рис. 8.29, б).
Рис. 8.29. Компоновки станков с барабанными магазинами:
а — с круговым магазином и автооператором; б — конусного типа о двухпозиционной поворотной головкой
Вариант компоновки магазина, показанный на рис. 8.28, д, удобен для смены инструмента на станках с ЧПУ с горизонтальной компоновкой шпинделя [в этом случае упрощается конструкция автооператора (см. подразд. 8.4)].
Цепные магазины (рис. 8.28, е) применяют в станках с ЧПУ при большом числе накапливаемых инструментов (до 140 шт.).
Линейные магазины (см. рис. 8.28, ж) используют реже (см. подразд. 8.4).
В качестве примеров на рис. 8.29 показаны компоновки станков с ЧПУ с барабанным магазином 1 (см. рис. 8.29,а), имеющим 26 позиций, автооператором 2 автоматической смены инструментов и с конусным барабанным магазином 1 (см. рис. 8.29, б) вместимостью 12 инструментов и двухпозиционной поворотной головкой 2.
На рис. 8.30 показана конструкция дискового инструментального магазина многоцелевого станка ГФ2171. Корпус 3 магазина установлен на шарикоподшипниках 2 оси 1. На этой же оси смонтирована плита 4 с бесконтактными конечными выключателями 5 и 6, которые при проходе через них поводков 7, закрепленных на вращающемся корпусе магазина, подают команду на остановку вращения магазина в нужной позиции по команде от устройства ЧПУ.
Рис. 8.30. Конструкция дискового инструментального магазина многоцелевого станка
Хвостовики с инструментами расположены в гнездах 9 магазина, их выпадение предотвращается специальной скобой, а поворот — фиксатором 8. Поворот инструментального магазина осуществляется гидромотором 13 через зубчатые колеса 12, 11 и 10 (с внутренним зацеплением).
На рис. 8.31 показана конструкция привода поворота и фиксации многоцелевого станка ИР500МФ4.
Рис. 8.31. Привод поворота и фиксации инструментального магазина
инструментального магазина
Корпус 16 магазина с горизонтально расположенными гнездами 17 для хвостовиков 18 с инструментами расположен на верхнем торце колонны 2 станка. При повороте корпус 16 магазина движется по направляющим 3 электродвигателем 8 через зубчатые колеса 10 и 15 (с внутренним зацеплением). Необходимый угол поворота магазина достигается с помощью двух конечных выключателей 11 и 12. Первый взаимодействует с упором 14, фиксирующим исходное положение магазина, а второй — с упором 13, установленным напротив каждого гнезда и служащим для отсчета гнезд магазина.
На валу электродвигателя 8 закреплена втулка 9 с двумя полукруглыми пазами. Когда необходимое гнездо магазина подходит к позиции смены, ролик 7 вводится штоком гидроцилиндра 4 в паз втулки. Электродвигатель 8 отключается, и бесконтактный выключатель 6 дает команду на автоматическую смену инструмента. Перед следующим поворотом ролик 7 выводится из паза втулки 9 и бесконтактный выключатель 5 дает команду на включение электродвигателя 8.
Хвостовики 18 с инструментами фиксируются в гнездах 17 магазина фиксаторами 19. Наличие хвостовиков в гнезде магазина контролируется бесконтактными включателями 1.
Конструкция инструментального магазина многоцелевого станка ИР320ПМФ4 показана на рис. 8.32. Основание 3 магазина посредством оси 4 и двух платиков 5 устанавливают на верхнем торце стойки. Поворот магазина осуществляется от электродвигателя 15 (рис. 8.33) через зубчатые колеса 2 и 14 с внутренним зацеплением на обечайку 1 (см. рис. 8.32), которая вращается на роликовых опорах 2. По ворот магазина (при необходимости) относительно оси 4 предотвращает его поломку в случае сбоев в устройстве смены инструментов.
Рис. 8.32. Конструкция инструментального магазина станка ИР320ПМФ4
Зубчатое колесо 14 (см. рис. 8.33), находящееся в зацеплении с зубчатым колесом 2, закрепленным жестко на обечайке 1 магазина, имеет два паза, воздействующих на конечные включатели 4. При поиске необходимого гнезда в процессе автоматической смены инструмента эти выключатели контролируют угол поворота магазина и его торможение.
На валу 3 электродвигателя 15 смонтирован фланец 13, в котором имеется два полукруглых паза, фиксирующих магазин в позиции смены инструмента при вхождении в один из этих пазов ролика 5, установленного на штоке 7 гидроцилиндра 9.
Рис. 8.33. Привод поворота и фиксация инструментального магазина
Шток перемещается в корпусе 8, установленном на основании 6 магазина. Фиксация и расфиксация магазина контролируются бесконтактными конечными выключателями 10 и 11, которые взаимодействуют с планкой 12, закрепленной на штоке 7.
В тех случаях, когда для уменьшения габаритных размеров инструментального магазина хвостовики с инструментами расположены в магазине вертикально, а во время смены инструмента необходимо привести их в горизонтальное положение, применяют кантователи (рис. 8.34). Поворот гнезда 4 магазина с хвостовиком 3 на 90° из вертикального положения в горизонтальное производится гидроцилиндром 9 через зубчатую рейку 8 на штоке поршня и зубчатое колесо 7. Поворотная часть, выполненная в виде кронштейна 1, имеет направляющую, по которой ползун 2 может перемещаться вверх и вниз по отношению к гидроцилиндру 10. Перед сменой инструмента ползун 2 перемещается вверх и гнездо 4 с хвостовиком 3 и инструментом снимается с фиксирующего пальца 5, установленного на торце корпуса 6 магазина.
Рис. 8.34. Конструкция кантователя механизма автоматической смены инструментов
После этого происходит поворот кронштейна 1 на 90° в позицию смены инструмента. После смены инструмента автооператором и установки в гнездо 4 снятого из шпинделя станка хвостовика с инструментом кронштейн 1 поворачивается на 90° вверх в первоначальное положение, а гнездо 4 с хвостовиком и инструментом, опускаясь вниз гидроцилиндром 10 с ползуном 2, устанавливается на палец 5.
На рис. 8.35 показаны возможные конфигурации цепных инструментальных магазинов различной вместимостью для многоцелевых станков.
Рис. 8.35. Варианты исполнения цепных магазинов:
а—в — с вертикальным, горизонтальным и наклонным расположением; е—е – с прямоугольной, квадратной и треугольной формой; ж—к – со сложной формой, увеличивающей их вместимость
В качестве примера на рис. 8.36 показаны компоновки многоцелевых станков фирмы Cincinnati Milacron (США) с магазинами на 36 (рис. 8.36, а) и 60 (рис. 8.36, б) инструментов. Наличие на станке магазина большой вместимости хотя и значительно расширяет его технологические возможности, но приводит к неполному использованию многих инструментов. Замена большого комплекта инструментов в таком магазине приводит к длительным простоям станка.
Фирма Hüller Hille применяет в качестве инструментальных магазинов унифицированные кассеты (рис. 8.37). В результате общая вместимость магазина регулируется изменением числа установленных на станок кассет, а смена инструмента происходит без остановки станка заменой этих кассет.
На станке фирмы Heller в обычном исполнении имеется инструментальный магазин 1 вместимостью до 30 инструментов, установленный с задней стороны колонны станка (рис. 8.38, а). При необходимости использования большого числа инструментов позади станка может устанавливаться дополнительный инструментальный магазин 3, имеющий вдвое большую вместимость (рис. 8.38, б). Из этого магазина периодически по мере необходимости с помощью робота 2 производится замена инструментов в магазине 1 станка.
На рис. 8.39 показан гибкий производственный модуль фирмы Hüller Hille, в котором имеется четырехпозиционный накопитель 2 инструментальных магазинов 3, 4 и 5. Четвертый сменный инструментальный магазин 6 установлен на станке. При переходе на изготовление деталей новой номенклатуры поочередно устанавливают на станок инструментальные магазины 3, 4 и 5 вместимостью 23 инструмента каждый.
Инструментальный магазин 1 вместимостью 24 инструмента установлен на станке постоянно. В нем расположены стандартные инструменты, применяемые при обработке широкой номенклатуры деталей. Смена комплекта инструментов в нем производится оператором.
Рис. 8.38. Компоновка инструментальных магазинов на многоцелевом станке с ЧПУ фирмы Heller:
а — при обычном исполнении; б — с дополнительным инструментальным магазином и роботом
Рис. 8.39. Компоновка инструментальных магазинов на ГПМ фирмы Hüller Hille
Посадочные места в инструментальных магазинах должны соответствовать форме хвостовиков оправок с режущим инструментом и должны быть по возможности конструктивно простыми.
На ряде многоцелевых станков в целях изготовления больших партий деталей небольшой номенклатуры для повышения производительности обработки применяют сменные многошпиндельные головки, которые также устанавливают в магазинах для последующей автоматической смены.
На рис. 8.40 показаны различные варианты исполнения таких магазинов.
При небольшом числе многошпиндельных головок в качестве магазинов применяют револьверные головки, в каждой позиции которых
Рис. 8.40. Компоновки станков со сменными многоинструментальными головками: а — вид станка в плане; б — поворотная головка; в — поворотная головка о наклонной осью вращения; г — с двумя восьмипозиционными поворотными магазинами головок; д — с линейным магазином головок; е — с магазином головок и цепным магазином единичных инструментов
установлены соответствующие многошпиндельные головки (рис. 8.40, а, б, в).
При большом числе многошпиндельных головок их устанавливают в поворотных магазинах 1 и 2, откуда они переставляются в рабочую позицию 3 (рис. 8.40, г), или в линейном магазине 4 (рис. 8.40,5). В последнем случае замена головок 1 и 3 производится поворотным автооператором 2. На рис. 8.40, е показан вариант многоцелевого станка, имеющего два магазина: линейный магазин 1 для многошпиндельных головок и цепной магазин 2 для единичных инструментов, устанавливаемых в шпиндель 3. Хотя в этом случае конструкция станка усложняется, его технологические возможности по сравнению с другими вариантами значительно расширяются и достигается высокая производительность обработки.
Механизмы автоматической смены режущих инструментов и их крепление на рабочих органах станка
Автоматическая смена инструментов на металлорежущих станках с ЧПУ может обобщенно производиться следующими способами:
1) изменением положения (поворотом) инструментального магазина (револьверной головки);
2) путем передачи инструмента из магазина в шпиндель станка через промежуточный накопитель (поворотную головку с двумя и более позициями);
3) путем непосредственной смены инструмента шпинделем станка из магазина;
4) путем передачи инструмента из магазина в шпиндель станка автооператором.
Первый — наиболее простой способ автоматической смены инструментов, когда они устанавливаются в револьверных головках (см. рис. 8.16).
Рис. 8.41. Последовательность смены инструмента на многоцелевом станке фирмы Mandelli:
а, б — соответственно разжим оправки и отвод шпинделя; в, г — соответственно поворот и фиксация головки; д — подвод шпинделя и зажим оправки
Практически на всех токарных (см. рис. 8.17), а также на некоторых многоцелевых станках (см. рис. 8.25) смена инструмента производится простым поворотом револьверной головки на нужное число позиций с затратой минимального времени.
При применении многопозиционных револьверных головок и одного шпинделя на многоцелевых станках (см. рис. 8.26, в, г и рис. 8.41) смена инструмента осуществляется также путем поворота головки, но за более длительное время, чем при первом способе, необходимое для разжима оправки с инструментом 1 (см. рис. 8.41), отвода шпинделя 2, поворота и фиксации головки 3, подвода шпинделя и зажима в нем новой оправки с инструментом 4.
Минимальное время смены инструмента (1—2 с) при более сложной конструкции достигается при втором способе, когда применяется двухпозиционная поворотная головка в комплекте с инструментальным магазином (см. рис. 8.29,6 и 8.40,5). В этом случае время смены инструмента, вызывающей простои станка, равно времени расфиксации, поворота на 180° и фиксации двухпозиционной головки. Выбор инструмента в магазине, установка его на свободную позицию головки происходят в течение обработки заготовки.
На рис. 8.42 показана схема автоматической смены режущих инструментов на токарном станке с ЧПУ фирмы Heyliegenstaedt (Германия) .
Рис. 8.42. Устройство автоматической смены инструмента на токарном станке с ЧПУ фирмы Heyliegenstaedt:
а — схема смены инструмента в головке; б — двухпозиционная поворотная головка
Режущие инструменты в державках установлены в магазине 1 (рис. 8.42, а), откуда они с помощью автооператора 3 устанавливаются поочередно на двухпозиционную поворотную головку 2. По окончании технологического перехода головка 2 поворачивается на 180° (см. рис. 8.42, б) и в рабочую позицию устанавливается другой инструмент (время поворота головки 1,5 с). Во время обработки заготовки автооператор 3 (см. рис. 8.42, а) убирает из второй позиции головки использованный инструмент, а из магазина устанавливает на головку следующий.
Аналогично происходит смена инструмента и на многоцелевом станке с ЧПУ, показанном на рис. 8.29, б.
Применяют конструктивные варианты, в которых вместо двухпозиционной поворотной головки совместно с инструментальным магазином используют четырех-шестипозиционные револьверные головки. Расположенные напротив друг друга, позиции как бы выполняют функции двухпозиционной поворотной головки, а в остальных позициях устанавливают постоянно два—четыре инструмента (например, фрезы большого диаметра), с помощью которых также периодически производится обработка заготовок. Смена инструмента также осуществляется путем предварительной установки инструмента из магазина во время обработки заготовки в свободную позицию револьверной головки, а затем ее поворота на 180°.
Недостаток такого способа смены инструмента — помимо конструктивного усложнения также уменьшение жесткости узла шпинделя (или суппорта) и снижение качества обработки заготовки вследствие возможных ударов и вибраций при обработке при смене инструмента во второй позиции поворотной головки. Инструментальный магазин должен находиться на общей подвижной части с двухпозиционной головкой, что увеличивает их общую массу.
В некоторых станках с ЧПУ применяют третий способ смены инструмента. Смена инструмента осуществляется за счет определенного цикла перемещения шпиндельной бабки 2 (рис. 8.43) относительно инструментального магазина 1.
Рис. 8.43. Последовательность смены инструмента на многоцелевом станке с ЧПУ фирмы Mandelli:
а — подвод шпиндельной бабки к магазину и установка в него инструмента; б — разжим оправки, отвод шпинделя, поворот магазина; в — захват шпинделем новой оправки с инструментом; г — подвод шпиндельной бабки в зону обработки
Хотя при этом конструкция механизма автоматической смены инструмента проще из-за отсутствия автооператора, но требуется значительное время на смену инструмента. Поэтому наиболее широко в многоцелевых станках применим четвертый способ смены инструмента с автооператором, который, хотя и сложнее, но значительно сокращает время смены инструмента благодаря его предварительному выбору из магазина во время обработки заготовки.
При данном способе смены инструмента конструкцию и компоновку механизмов выполняют по-разному в зависимости от места расположения инструментального магазина на станке. Для сокращения времени смены инструментов магазин следует располагать как можно ближе к шпинделю станка, а лучше — непосредственно на шпиндельной бабке рядом со шпинделем. Однако это резко увеличивает ее массу. Поэтому чаще всего инструментальные магазины располагают стационарно на верхней части колонны станка или сбоку (слева или справа). Крупногабаритные цепные магазины большой вместимости выполняют как унифицированные модули и устанавливают около станка.
В зависимости от положения на станке магазина применяют различные конструктивные схемы автооператоров и циклы их движений.
На рис. 8.44, а—в показана последовательность смены инструмента в шпинделе 3 автооператором 2 из магазина /, расположенного сверху на колонне станка с горизонтальной компоновкой шпинделя, когда оси оправок расположены вертикально. Более простой вариант автооператора достигается при горизонтальном расположении оси оправки в зоне смены инструментов (рис. 8.44, г).
При расположении инструментального магазина сбоку на шпиндельной бабке, колонне станка или отдельным узлом около станка применяют способ автоматической смены инструмента, показанный на рис. 8.45.
На первом этапе (рис. 8.45, а) производится выбор нужного инструмента 4 и установка его магазином в позицию смены. Автооператор 3, поворачиваясь на 90°, захватывает инструмент 4 и, перемещаясь в осевом направлении, выводит его из гнезда магазина.
Рис. 8.45. Последовательность смены инструмента при расположении магазина сбоку от станка:
а — схема выбора инструмента в магазине; б — схема смены инструмента в шпинделе
После окончания обработки инструментом 1, установленным в шпинделе станка, кронштейн 2 автооператора поворачивается на 90° в зону смены инструмента. Автооператор 2 (рис. 8.45, б) поворачивается и захватывает второй рукой сменяемый инструмент 1, находящийся в шпинделе станка (во второй руке находится новый инструмент 3). Перемещаясь в осевом направлении, автооператор 2 выводит из шпинделя использованный инструмент 1, поворачивается на 180° и вводит в посадочное отверстие шпинделя новый инструмент 3, который там зажимается.
После этого автооператор 2 поворачивается на 90° в исходное положение (см. рис. 8.45, а), где он устанавливает снятый из шпинделя инструмент в инструментальный магазин.
Пример выполнения смены инструмента на многоцелевом станке с вертикальной компоновкой шпинделя 3 автооператором 2 из магазина / показан на рис. 8.46.
На рис. 8.47 показана конструкция автооператора механизма автоматической смены инструмента. Двухзахватная рука 1 может поворачиваться вместе со шлицевым валом 7, установленным на подшипниках в корпусе 6, и перемещаться относительно него в осевом направлении. Поворот осуществляется гидроцилиндрами 2 и 3 соответственно на 180 и 90° через зубчатые рейки на штоках гидроцилиндров и повышающие зубчатые передачи 4.
Осевое перемещение руки 1 относительно вала 7 осуществляется гидроцилиндром 10, шток которого жестко соединен с вилкой 8, входящей в кольцевой паз во фланце руки. При осевом перемещении руки вперед вместе с ней движется тяга 9, которая перемещает шестерню 5, расцепляя ее с зубчатым колесом привода поворота на угол 90° и присоединяя к аналогичному механизму привода поворота на 180°.
При возврате руки в осевом направлении подпружиненный плунжер 11 смещается вперед, сжимая пружину, и освобождает фиксатор 12 зажимного устройства, который расфиксирует хвостовик с инструментом.
Для захвата автооператором хвостовиков с инструментами применяют захватные устройства различных типов.
На рис. 8.48 показаны конструкции захватных устройств клещевого типа и типа охватывающей скобы.
С фиксирующим устройством.
В первом устройстве (см. рис. 8.48,а) захват хвостовика 8 производится сменными зажимными губками 1 трапецеидального профиля, установленными на рычагах 2. Оси качания 7 рычагов 2 закреплены в корпусе 6.
Зажим губками 1 хвостовика 8 производится с помощью серег 3, установленных на рычагах 2, и втулки 4 с пружиной 5 при отходе втулки 4 и штока гидро- или пневмоцилиндра назад (на рисунке не показаны). Разжим хвостовика осуществляется гидро- или пневмоцилиндром при перемещении штока и втулки 4 вперед.
В другом устройстве (см. рис. 8.48, б) захват хвостовика 7 с инструментом производится скобой 1 с V-образным профилем, закрепленной на руке 3, а также поворачивающимся относительно руки фиксатором 6, установленным на рычаге 2 и имеющим такой же поперечный профиль, как у скобы /.
При зажиме хвостовика фиксатор прижимается к нему стержнем 5 под действием пружины 4. Отжим хвостовика осуществляется в момент подвода корпуса руки к торцу шпинделя станка или к инструментальному магазину, когда стержень 5 утапливается в специальный паз на подвижном упоре механизма выдвижения руки (на рисунке не показан), Описание конструкций механизмов смены инструментов многоцелевых станков приведено в работах [3, 4, 7].
При применении на многоцелевых станках многошпиндельных головок их смена может производиться путем поворота револьверной головки, в позициях которой установлены многошпиндельные головки (см. рис. 8.40, б, в), а также с помощью автооператора, который устанавливает головку из магазина на шпиндельную бабку (см. рис. 8.40,г,5). При этом в первом случае (см. рис. 8.40,5) смена головок производится захватом головок 1 и 3 автооператором 2 и поворотом на 180°. Во втором случае (см. рис. 8.40, г) смена головок осуществляется их линейным смещением соответственно из магазинов 1 и 2 в позицию на шпиндельной бабке 3, и наоборот: со шпиндельной бабки — в магазин.
Важной задачей при проектировании механизмов автоматической смены инструментов является достижение минимального времени смены инструмента.
Повышение быстродействия механизмов автоматической смены инструментов осуществляется следующим образом:
совершенствованием компоновки механизмов автоматической смены и станков в целом, что способствует сокращению времени и числа последовательных движений, а также перемещений исполнительных органов, это достигается в основном с помощью конструктивных мероприятий;
совершенствованием приводов механизмов автоматической смены инструментов (в основном автооператоров) путем улучшения их структуры и динамических процессов в них, что способствует повышению режимов работы и долговечности этих механизмов,
Характерные особенности работы автооператоров — непродолжительное время цикла работы, непостоянство массы и момента инерции исполнительных органов, большие динамические нагрузки, колебания и удары в механизмах приводов во время переходных процессов (при разгоне, торможении и реверсе).
Приводы автооператоров представляют собой системы, состоящие из двигателя, передаточного механизма и устройства управления, включающие также датчики положения, скорости, силы и др.
В (качестве приводных двигателей используют гидро- и пневмоцилиндры, гидро- и пневмодвигатели с вращательным и неполноповоротным качательным движением ротора, электродвигатели постоянного и переменного тока, линейные двигатели и электромагниты.
Передаточные механизмы автооператоров могут быть различными: простые зубчатые, планетарные и волновые редукторы, преобразователи движения (зубчато-реечные, рычажные, кривошипные, кулачковые и др.).
Переходные режимы работы автооператоров характеризуются законом изменения скорости υ их движения по времени t. Хотя наибольшее быстродействие механизма достигается при треугольном законе изменения скорости, когда переходный процесс совершается за два этапа — разгон с максимально возможным ускорением до максимальной скорости и затем торможение с наибольшим замедлением до полной остановки, — на практике применяют трапецеидальный закон изменения скорости (рис. 8.49), когда имеется три фазы: разгон tр, установившееся движение tу с постоянной скоростью υу и торможение tт.
Рис. 8.49. График изменения скорости движения автооператора
При ограничении скорости υ, а также ускорения при разгоне ар и торможении ат уменьшаются габаритные размеры двигателя и затраты энергии, снижаются ударные нагрузки на механизм привода и увеличивается его долговечность.
Общее время t движения автооператора можно определить по формуле [6]
(8.1)
Здесь
l
— общий путь движения автооператора;
ат
— ускорение при торможении;
=
;
,
где
ар
—ускорение при разгоне; |ар|=tgαр;
υ
—
скорость
установившегося (равномерного) движения.
Оптимальная скорость υопт поступательного движения автооператора составляет 0,4—1,2 м/с. При малых перемещениях не требуется высоких скоростей движения, а с увеличением длины хода υопт возрастает.
Номинальное значение ускорения ограничивается уровнем колебаний механизмов привода. Для уменьшения этих колебаний необходимо, чтобы время tт торможения было значительно больше периода Тк собственных колебаний привода. В большинстве случаев Тк= =0,02 ... 0,04 с и tт=0,08 ... 0,1 с. При l=0,15 ... 0,3 м для выполнения этого условия необходимо, чтобы ат=5...6 м/с2, при l=0,7.. 0,8 м ат= 10 ... 12 м/с2.
Особенностью работы автооператоров является их неуравновешенность вследствие переменности масс хвостовиков с инструментами. По этой причине возникает дополнительный момент сопротивления, изменяющийся в зависимости от положения автооператора при его движении.
Момент неуравновешенности Мн для автооператора с горизонтальной осью вращения (рис. 8.50) [6] составляет
(8.2)
где m1 и m2 — масса хвостовиков с инструментами; g —ускорение силы тяжести; r — расстояние между осями автооператора и хвостовика; φ — угловое положение автооператора.
В зависимости от положения автооператора направление действия момента Мн может изменяться.
Рис. 8.50. Расчетная схема для определения момента Мн неуравновешенности автооператора
Максимальный момент приводного двигателя Мд max и его мощность Мд max определяют по формулам [6]:
(8.3)
(8.4)
Здесь
— суммарный динамический момент инерции
двигателя и механизма, приведенный
к валу двигателя с учетом общего
коэффициента передачи kn;
где
т
— масса
исполнительного органа; Jд
— момент инерции двигателя; ∆φд
— угол поворота вала двигателя; kм
— коэффициент нагрузки двигателя по
моменту, kм=
Мс'
— статический
момент нагрузки;
—
параметр,
получаемый по диаграмме скорости
движения (см. рис. 8.49).
По полученным параметрам выбирают соответствующий двигатель, а затем по его характеристикам уточняют минимальное время выполнения движений автооператором и проводится его проектный расчет.
Характеристики
приводов поступательного движения (с
гидро-, пневмоцилиндрами и другими
линейными двигателями) выбирают по
расчетным значениям параметров
автооператора: наибольшей скорости
и предельной нагрузке силой Fmax.
По этим значениям и выбранному
давлению р
определяют
диаметр цилиндра [6]:
(8.5)
где b = 1,1 ... 1,5 — коэффициент, зависящий от типа уплотнений штока цилиндра.
Затем находят расход рабочей жидкости Q = υmахS, где S — площадь поршня.
По каталогу определяют ближайший типоразмер гидро- или пневмоцилиндра и с учетом его характеристик выполняют проектный расчет привода автооператора.
Пример проектирования конкретного механизма привода автооператора для смены инструментов на многоцелевом станке приведен в работе [6].
При автоматической смене инструментов важной задачей является поиск нужного инструмента в магазине. Это может обеспечиваться следующими способами:
1) установкой инструментов в магазине в соответствии с последовательностью обработки заготовки. В этом случае инструменты занимают в магазине одно и то же место. Каждый инструмент используется в течение цикла обработки только один раз, Если вместимость магазина превышает число используемых при обработке инструментов, предусматривают вспомогательные перемещения (повороты) магазина. Недостаток данного способа — возможность ошибок оператора при комплектовании и установке инструментов в магазин, а также ограниченные технологические возможности станка;
2) кодированием посадочных мест магазина. Хвостовики с инструментами в этом случае устанавливают в одни и те же места, но могут использоваться многократно в любой последовательности. Однако здесь также не исключается возможность ошибки при установке хвостовиков в конкретное гнездо магазина;
3) кодированием самих хвостовиков с инструментом. Инструменты в этом случае могут устанавливаться в любой последовательности и в любое место на магазине. Первоначально в большинстве многоцелевых станков кодирование хвостовиков с инструментами проводилось установкой на хвостовике набора кодовых колец.
Пример кодирования хвостовиков с помощью установки на хвостовике 2 комбинации из десяти колец 1 показан на рис. 8.51. Первые пять колец обозначают номер группы инструментов, а другие пять — номер инструмента.
Рис. 8.51. Хвостовик с кодовыми кольцами
В этом случае возможно кодирование 31 группы по 31 инструменту в каждой группе, т. е. 961 инструмента. При расположении кодовых колец, показанном на рис. 8.51, номер группы 2+4=6 и номер инструмента 1+2+8=11.
При повороте магазина хвостовики перемещаются относительно ощупывающего устройства. Когда находится нужный инструмент, магазин останавливается и происходит смена инструмента. Недостаток данного способа — усложнение конструкции хвостовика и увеличение его длины, относительная трудоемкость установки колец.
В настоящее время применяется электронная система кодирования резцедержавок и хвостовиков. На рис. 8.52 показана система кодирования резцедержавок фирмы Sandvic Coromant. Фирма Hertel применяет в качестве носителя кода микроэлемент с защищенной 44-битной памятью, функционирующий как запоминающее устройство и не требующий никакого электропитания. Он имеет небольшие размеры (диаметр 12,4 или 8,5 мм, толщина 7 мм) и высокую механическую прочность.
Для каждой резцедержавки или хвостовика в память вводятся следующие данные: геометрический профиль режущей пластины; материал инструмента; типоразмер и геометрический профиль инструмента; значение коррекции.
Считывание информации производится бесконтактно с высокой скоростью на расстоянии до 12 мм. Внешние воздействия (стружка, СОЖ, грязь) не оказывают влияния на передачу сигналов.
Технические характеристики элементов для кодирования инструментов, выпускаемых фирмой Gerhard Baluff (Германия), приведены в подразд. 9.5.
Хвостовики с инструментами, взятые автооператором из инструментального магазина, устанавливаются в конусное Посадочное отверстие шпинделя станка (конус 7 :24, выполненный по ГОСТ 15945—82) и там зажимаются. Перед установкой хвостовика шпиндель должен иметь строго ориентированное положение, что выполняется специальным механизмом. Кроме того, его посадочное отверстие продувается сжатым воздухом для удаления возможных загрязнений.
Зажим хвостовиков в шпинделе производится их осевым смешением тарельчатыми пружинами с захватом за специальную часть хвостовика либо с помощью шариков (рис. 8.53,а), либо специальной лепестковой цангой (рис. 8.53, б).
В первом случае (см. рис. 8.53, а) при осевом смещении втулки 4 вверх тарельчатыми пружинами шарики 2 вдавливаются конусной частью гильзы 3 и захватывают хвостовик 1, втягивая его в отверстие шпинделя. При разжиме втулка 4 смещается вниз, шарики 2 выходят из ее отверстий на конусном участке гильзы 3, освобождая хвостовик.
Во втором случае (см. рис. 8.53, б) захват хвостовика 2 производится лепестками цанги 1 при осевом смещении тарельчатыми пружинами штанги 3, когда лепестки сжимаются гильзой 4. При смещении штанги 3 вниз лепестки цанги освобождают хвостовик 2.
Коническое соединение переднего конца шпинделя с хвостовиком должно обеспечивать точное центрирование хвостовика в шпинделе и требуемую жесткость соединения.
Для конического соединения шпинделя и хвостовика в соответствии с расчетной схемой, показанной на рис. 8.54, упругое перемещение
Рис. 8.53. Схемы зажима оправки в шпинделе станка:
а—шариками; б — лепестковой цангой
под действием радиальной силы N, приложенной на расстоянии а от конца шпинделя, равно [2]
(8.6)
где δ — смещение на краю конического соединения вследствие контактных деформаций; θ — угол поворота в коническом соединении. Без учета погрешностей в комическом соединении
(8.7)
(8.8)
где
с 0,2
— коэффициент контактной податливости,
мкм·м2/Н;
с1,
с2,
с3—
коэффициенты; с1=
с2≈1,35;
с3=1.
Для конусных соединений со стандартным конусом 7:24, применяемым в станках с ЧПУ, без учета погрешностей изготовления можно определить жесткость (Н/мкм) соединения в точке приложения силы N:
(8.9)
где D — диаметр хвостовика, см; а — расстояние от торца шпинделя до точки приложения силы N, см (см. рис. 8.54).
Угловые погрешности при изготовлении конусов отверстия шпинделя и хвостовиков могут существенно уменьшить жесткость соединения. По данным работы [2], различие в углах конусов примерно 30"–40" снижает жесткость конического соединения с конусом 7:24 в 10–15 раз.
Рис. 8.54. Схема к расчету жесткости конического
соединения хвостовика с инструментом в шпинделе станка
Поэтому рекомендуется, чтобы угол конуса хвостовика был больше угла конуса отверстия шпинделя не более чем на 1".
Для надежного центрирования и обеспечения жесткости конического соединения хвостовика в шпинделе производится его осевая затяжка в отверстие шпинделя осевой силой F0 (см. рис. 8.54), равной [2]
(8.10)
где р — среднее давление на конических поверхностях; α — угол конуса; ρ — угол трения.
Для нормальной работы рекомендуется применять осевую силу F0, способную создать давление на конических поверхностях р=1,5...2,0 МПа. Это условие требует, например, для конуса хвостовика 50 (см. табл. 8.1) силу затяжки F0=15 кН.
На рис. 8.55 показаны конструкции шпинделей многоцелевых станков с зажимом оправок в шпинделе втулкой с шариками (рис. 8.55, а) и специальной цангой (рис. 8.55, б).
Второй вариант зажима оправки в шпинделе применен, например, в многоцелевом станке 1Ф2171 с ЧПУ (рис. 8.56). Зажим оправки 2 в шпинделе 1 производится тарельчатыми пружинами 14, а разжим — гидропоршнем 13. При смещении тяги 7 наконечник 6., смещая цангу 4, состоящую из трех лепестков, соединенных пружинным кольцом 5, зажимает или освобождает захват 3 .на хвостовике.
На верхнем конце тяги 7 закреплена втулка 8, в которой смонтирован толкатель 9 и три шарика 10, через которые от тарельчатых пружин 14 передается сила, зажимающая оправку.
Шарики 10 одновременно предотвращают ослабление зажима оправки в процессе обработки. Конструкция механизма обеспечивает разгрузку опор шпинделя от усилий зажима.
С помощью конечных выключателей 11 и 12 контролируются зажим и освобождение оправки, а также ее отсутствие в шпинделе. В случае неправильной затяжки инструмента вращение шпинделя не включается.
На рис. 8.27 показана конструкция механизма зажима хвостовика в шпинделе вертикально-фрезерного станка с ЧПУ. Описание других конструкций механизмов зажима хвостовиков в шпинделях приведено в работах [3, 4, 7].
В настоящее время револьверные головки, некоторые конструкции инструментальных магазинов и механизмов автоматической смены инструментов унифицированы и выпускаются централизованно в виде модулей, которые могут использоваться в различных станках с ЧПУ
( Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник. 2 т.
