книги из ГПНТБ / Станки с программным управлением

В приводах главного движения широко применяются автома­

приводы постоянного тока с тиристорным регулированием. Удель­ ный вес их в общем объеме выпуска ведущих фирм составляет 50—70%.

В приводах широко распространены и передачи «винт-гайка» качения. Они имеют следующие преимущества:

низкие потери на трение; к. п. д. этих передач составляет при

60 HRC).

Недостатки передачи «винт-гайка» качения:

необходимость закалки винта и гайки до весьма высокой твер­ дости, что затрудняет изготовление винтов большой длины;

передача должна иметь высокую точность, так как погрешно­ сти изготовления элементов передачи вызывают колебание натя­ га при движении гайки по винту. Во избежание этого винт и гай­ ка должны быть шлифованными.

Попытки устранить недостатки передачи «винт-гайка» качения привели к созданию гидростатической передачи «винт-гайка», работающей в условиях жидкостного трения.

Сопряженные рабочие поверхности винта и гайки в такой пе­ редаче всегда разделены масляным слоем, вследствие чего износ полностью устраняется. Коэффициент жидкостного трения очень мал, благодаря чему к. п. д. гидростатической передачи выше, чем у передачи «винт-гайка» качения. Он составляет приблизи­ тельно 0,99 (без учета мощности насоса, нагнетающего масло). Передача практически является беззазорной, так как зазор в резьбе заполнен жестким слоем масла, подаваемого под давле­ нием через дроссель. При достаточном давлении жесткость мас­ ляного слоя выше контактной жесткости передачи «винт-гайка» скольжения. Винт и гайка могут изготовляться из легкообраба-

логичной), чем формы профилей, применяемых в передачах «винтгайка» качения. Исключение термической обработки позволяет без значительных затруднений изготовлять винты большой дли­ ны. Передача отличается хорошим демпфированием.

К недостаткам гидростатической передачи «винт-гайка» отно­ сятся необходимость циркуляционной смазки, высокие требова­ ния к качеству фильтрации масла, несколько меньшая жесткость масляного слоя и его меньшая несущая способность по сравне­ нию с передачей «винт-гайка» качения.

20

Большое внимание в токарных станках с ЧПУ уделяется конструкциям резцедержателей, особенно их жесткости и точности фиксации при смене позиции. Важной задачей является унифи­ кация инструмента, и в первую очередь форм инструментальных державок и деталей для крепления резцов. Это позволило бы ликвидировать зависимость узлов крепления инструмента от мно­ гообразия парка станков.

Экономичность станков с ЧПУ в значительной степени опре­ деляется точностью предварительной установки инструмента вне станка и использованием автоматической смены инструмента; С этой целью большое внимание уделяется конструкции резцедер­ жателей и устройств установки инструмента вне станка.

§8. ГРУППОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ СТАНКАМИ С ЧПУ

Сувеличением количества станков с ЧПУ на предприятиях все большее значение приобретает групповое управление станка­ ми [7]. Структура участка группового управления показана на рис. 8.

Сущность этого метода заключается в том, что к управляю­ щей машине (УМ) через линию связи и коммутирующее устрой­ ство подключаются несколько станков (С).

Каждый станок при обработке первой детали из партии под­ ключается коммутирующим устройством через линию связи к УМ и обрабатывает первую деталь при управлении непосредст­ венно от машины. Остальные детали партии обрабатываются уже не от УМ, а путем считывания управляющей информации с маг­ нитной ленты накопителя НМЛ. Управляющая машина подклю­ чается коммутатором к следующему станку и обрабатывает пер­ вую деталь другой партии с запоминанием информации в своем накопителе.

По завершении об­ работки партии дета­ лей использованная программа стирается с ленты НМЛ и записы­ вается новая.

Программоно сите-

21

преобразующий двоично-десятичный код в унитарный. В этом коде программа записывается на НМЛ.

УМ функционирует одновременно со станком в течение всего периода обработки одной детали. Такую систему можно назвать системой группового управления с пооперационным разделением времени. Данный метод не требует высокого быстродействия от интерполятора управляющей машины.

Структура участка изменяет функции магнитной ленты как программоносителя: она превращает его в накопитель управляю­ щей информации, удерживаемой только на время обработки пар­ тии, а затем стираемой. Это позволяет уменьшить расход магнит­ ной ленты до одного рулона на станок независимо от количества различных деталей, обрабатываемых на станке.

ЭНИМС совместно с рядом заводов и отраслевых институтов ■создал автоматизированный участок АУІ с групповым програм­ мным управлением для комплексной механической обработки деталей типа тел вращения: валов, гильз, стаканов и втулок, дис­ ков, флянцев, колец, зубчатых колес, кулачков, эксцентриков и других со сложными криволинейными поверхностями [8].

На участке может осуществляться полная токарная обработ­ ка наружных, внутренних и торцовых поверхностей с прямолиней­ ными и криволинейными образующими, сверление, развертыва­

оборудование: комплект станков с ЧПУ, систему группового ЧПУ, обеспечивающую управление станками с помощью пультов, ра­ ботающих от магнитной ленты; транспортно-накопительную си­ стему, служащую буфером между автоматизированным участком и другими участками завода; систему инструментального обеспе­ чения; ЦВМ, осуществляющую управление работой участка, дис­ петчирование и учет производства.

Против каждого станка установлен пульт связи с диспетчером. Он наблюдает за производственным процессом и в случае необ­ ходимости вносит коррективы в работу участка. Для облегчения визуального наблюдения участок оснащен телевизионной уста­ новкой. Между диспетчером и станочником установлена мест­ ная связь, с помощью которой станочник сообщает диспетчеру и ЦВМ об окончании очередной партии деталей, передает требо­ вания на режущий инструмент и т. п.

Предполагается, что эксплуатация автоматизированного уча­ стка в условиях мелкосерийного и индивидуального производства позволит в 6—8 раз повысить производительность труда, в 4 ра­ за сократить число станков, в 10—15 раз — производственный цикл обработки деталей и в 2 раза — производственную пло­ щадь; улучшить ритмичность и организацию производства, повы­ сить загрузку станков по времени в среднем на 50%. Последнее •обеспечивается за счет автоматического поиска и распределения управляющих программ по станкам, автоматизированного снаб­

22

Создание упрощенных систем ЧПУ идет и по пути применения новых средств управления. К ним относится использование ги­ дравлики и пневматики не только в исполнительных устройствах, но и в схемах управления. В конце 1971 года в США было изго­ товлено около 2000 станков с гидравлической системой управле­ ния. Комплексную систему «1000» на пневматических струйных элементах разработала фирма «Фесто-Флюидик» (ФРГ).

Анализ затрат времени, выполненный Международным инсти­ тутом по исследованию технологии производства, показал, что по­ лезное время обработки средней детали на станке составляет око­

станку и на ожидание. Таким образом, сама обработка состав­ ляет только 1,5% всего времени нахождения детали в производ­ стве.

Это объясняет перспективность применения для обработки сложных деталей станков с широкими технологическими возмож­ ностями (так называемых обрабатывающих центров), в част­ ности, токарных центров.

Эти станки характеризуются применением большого количест­ ва автоматически сменяемых инструментов для обточки, нареза­ ния резьбы, сверления отверстий (как центральных, так и сме­ щенных по отношению к оси детали), фрезерования шпоночных пазов на цилиндрической и торцевой поверхностях и т. д.

Выполнение различных операций на одном станке позволяет использовать его вместо нескольких станков, требующихся обыч­ но для изготовления сложных деталей. Это значительно сокраща­ ет время наладки и полностью исключает затраты времени на транспортирование между операциями, что очень важно при об­ работке тяжелых деталей. К этому добавляются и другие преиму­ щества ЧПУ: сокращение периода освоения новой продукции, вы­ сокий уровень использования оборудования и рабочей силы, повышение производительности, уменьшение числа операций конт­ роля, снижение количества брака и экономичность обработки мел­

ких партий деталей.

Как уже указывалось, одним из направлений развития систем с ЧПУ для обработки сложных деталей является групповое уп­ равление. Более высокими ступенями развития групповых систем являются следующие:

—прямое (без промежуточных пультов) управление группой станков от ЭВМ (при условии резервирования надежности ЭВМ);

—создание роботов и сочетание их со станками (промышлен­ ные роботы, представляющие собой манипуляторы, оснащенные системой ЧПУ) интенсивно разрабатываются в нашей стране, а

также в США, Японии, Англии);

— создание многономенклатурных автоматических линий с ЧПУ. Такие линии с разветвленной транспортной системой подачи заготовок, смены инструмента, складирования готовых изделий,

24

связанные с автоматизированной системой управления производ­ ством и осуществляющие оптимизацию загрузки станков, пред­ ставляются перспективными. Перспективны и системы ЧПУ с ак­ тивным контролем. Датчики обратной связи, применяемые на большинстве станков, и устройства разомкнутых систем обеспечи­ вают перемещение с заданной точностью любого рабочего орга­ на станка. Между поперечным перемещением суппорта и измене­ нием радиуса изделия может иметь место несоответствие из-за деформаций системы СПИД, изменения состояния режущей кромки, температуры и т. д. Эти отклонения не будут влиять на точность, если в качестве датчика используется устройство актив­ ного контроля, измеряющее непосредственно размеры детали. Применение таких устройств связано с различными трудностями, по мере преодоления которых круг систем ЧПУ с активным конт­ ролем будет расширяться.

Значительное повышение производительности и точности обра­ ботки с одновременным увеличением стойкости инструмента до­ стигается применением адаптивных систем управления (САУ), разработанных в Мосстанкине под руководством лауреата Ленин­ ской премии проф. Б. С. Балакшина.

Адаптивными (от слова «адаптироваться», т. е. приспособлять­ ся) называются системы, автоматически приспосабливающие режим резания (подачу, скорость резания) к изменениям условий работы, вызванным, например, неравномерной твердостью дета­ ли, неодинаковым припуском, затуплением режущей кромки и другими причинами. Влияние одного из факторов или нескольких одновременно определяет деформацию какого-либо элемента си­ стемы СПИД или изменение температуры резания. Воздействие этих факторов на соответствующие датчики можно использовать для управления режимом резания. Так, сигналом с температур­ ного датчика можно регулировать скорость главного движения (чтобы при повышении температуры скорость снижалась и нао­ борот). Благодаря этому будут повышаться стойкость инструмен­ та и производительность.

Сигнал с датчиков, измеряющих деформацию резца или от­ жим суппорта, может быть использован для уменьшения подачи, в результате чего уменьшатся деформации и повысится точность обработки.

Анализ возможных САУ станками позволил установить девять видов обратных связей, содержащих информацию о процессе ре­ зания: о силе резания, крутящем моменте, мощности резания, скорости вращения шпинделя, подаче, скорости температуры ре­ зания, положении инструмента или изделия в процессе формооб­ разования, а также о статических или динамических характери­ стиках системы СПИД [9]. Некоторые из этих видов обратных связей реализованы в работающих системах.

Использование САУ на станках различных типов обеспечивает повышение точности в 2—5 раз и одновременно производительно­ сти на 25—20%, размерной стойкости — на 25—50%.

25

Глава вторая

Обзор конструкций токарных станков с числовым программным управлением, выпускаемых заводом’

В 1966 году Средневолжским станкозаводом совместно с Куй­ бышевским политехническим институтом (отраслевая лаборато­ рия «Металлорежущие станки») был спроектирован центровой то­ карный станок мод. ІА616ПУ (ІА616ФЗ). В 1967 году опытный об­ разец его был сдан Государственной комиссии и принят к серий­ ному производству.

Базой для нового станка стал универсальный токарно-винто­ резный станок мод. 1А616, серийно выпускаемый заводом.

Испытания новой конструкции в станочной лаборатории заво­ да, а также промышленное апробирование станков у потребите­ лей позволили наметить основные пути совершенствования кон­ струкции, заложить основу для дальнейшей разработки токарных станков с ЧПУ.

За рассматриваемый промежуток времени (1966—1972 годы) заводом спроектированы и изготовлены следующие станки с ЧПУ: станок мод. 1А616ФЗ, полуавтомат токарный патронный мод. 1Ф616ФЗ, центровой токарный станок мод. КТ100А, полуавтомат токарный патронный мод. 1П717ФЗ, центровой токарный станок мод. КТ100ЭМ, центровой токарный станок мод. 16Б16ФЗ.

Все станки, выпускаемые заводом, выполнены по принципу разомкнутой системы ЧПУ с электрогидравлическим шаговым приводом подач.

В первых станках мод. 1А616ФЗ, 1Ф616ФЗ, работающих от си­ стем ЧПУ «ПРС-ЗК», «Контур 4МИ» и «Контур ЗП», основой при­ вода подач стал шаговый электродвигатель типа ШД-4 и гидро­ усилитель крутящих моментов типа МГ18-1.

Главный недостаток этих приводов и управляющих систем — их малое быстродействие. При таком приводе максимальная ве­ личина подач составляет лишь 120 мм/мин в поперечном направ­ лении и 1200 мм/мин в продольном. Это существенно сужает об­ ласть их рационального использования.

В настоящее время во всех токарных станках с ЧПУ, выпу­ скаемых заводом, используется освоенный отечественной промыш­ ленностью новый комплектный быстроходный электрогидравличе­ ский шаговый привод типа Э32Г18-2, созданный на основе шаго­

27

вого электродвигателя типа ШД-5Д1. Это позволило увеличить скорости вспомогательных перемещений суппортов и довести их до 2400 мм/мин в поперечном направлении и 4800 мм/мин в про­ дольном.

Полученное преимущество в скорости приводов подач обус­ ловливает увеличение мощности насосной установки и требует бо­ лее тщательной отработки гидротрассы станка и улучшения ох­ лаждения резервуара с маслом для исключения неравномерности нагрева корпусных деталей и стабилизации геометрической точ* ности станка. Увеличение мощности насосной установки обуслов­ ливает также расширение площади под станок и уменьшение КПД привода.

В настоящее время на заводе ведутся изыскания конструкции привода, удовлетворяющего требованиям станков токарной груп­ пы нашего типоразмера по точности и быстродействию, без ис­ пользования гидравлики. Такими приводами могут быть силовые шаговые двигатели, а также регулируемый электропривод с об­ ратной связью.

При проектировании приводов подач станков с ЧПУ следует прежде всего удовлетворить требование повышенной жесткости составляющих их конструктивных элементов. Это диктуется не­ обходимостью выполнения на токарном станке с ЧПУ полной токарной обработки детали с получением размеров по второму классу точности при чистоте обработки Ѵ6, а также обеспечения достаточной долговечности и надежности приводов.

Большие технологические возможности станков с ЧПУ позво­ ляют получать криволинейные поверхности практически неограни­ ченной сложности, а также использовать при работе на станке все типы токарного инструмента. Это определяет высокие требо­ вания к приводу главного движения, особенно в смысле обеспе­ чения оптимизации режимов резания, а также к резцедержате­ лю, который должен быть в полной мере оснащен режущим ин­ струментом.

В 'первых освоенных заводом станках с ЧПУ мод. 1А616ФЗ и 1Ф616ФЗ привод главного движения унифицирован с серийно выпускаемым универсальным токарно-винторезным станком мод. 1А616. Это привод с ручным управлением с 21-й ступенью чисел оборотов шпинделя. Такое конструктивное решение объясняется несовершенством первых систем ЧПУ станками, невозможностью осуществить управление изменением чисел оборотов привода глав­

ного движения от управляющей программы.

Все последующие модели станков имеют в приводе главного движения автоматическую коробку скоростей, которая обеспечи­ вает переключение ступеней чисел оборотов шпинделя по -заданной программе.

Все модели станков, выпускаемые заводом, оснащены много­ позиционными резцовыми головками с управлением смены пози­ ций от программы. Многорезцовая настройка станка с установкой режущих кромок резцов различных типов в соответствии с дан­

28

ными схемы наладки и обеспечение достаточной точности их ус­ тановки требует. применения специальных устройств. В первых станках мод. ІА616ФЗ, выпущенных заводом, настройка резцов на размер осуществлялась прямо на станке с помощью микроско­ па «Мир 2», установленного на задней бабке. При такой налад­ ке режущего инструмента станок длительное время простаивал.

Затем резцедержатели всех выпускаемых заводом станков бы­ ли оснащены комплектом быстросменных резцовых блоков. В та­ ких блоках установка резцов на размер производится вне станка, с помощью приспособления, спроектированного на базе боль­ шого инструментального микроскопа типа БМИ-1, с использова­ нием экранной оптики.

Конструктивное исполнение, технологические возможности станка* его экономическую эффективность во многом определяет система ЧПУ.

Станок мод. ІА616ФЗ претерпел ряд последовательных модер­ низаций вследствие применения в его конструкции более совер­ шенных систем ЧПУ, осваиваемых отечественной промышленно­ стью. Первая система ПРС-ЗК была предназначена для управ­ ления фрезерными станками. В ней не предусматривались технологические команды управления станком по программе (пово­ рот резцедержателя, включение и отключение охлаждения, пере­ ключение чисел оборотов шпинделя, торможение шпинделя

и т. п.).

Поэтому для осуществления, например, поворота резцедержа­ теля необходимо было производить изменения в самой системе и предусмотреть в конструкции суппорта дополнительное устройст­ во для управления резцедержателем.

Использование системы ПРС-ЗК-Т (токарный вариант) в стан­ ке мод. 1А616ФЗ позволило управлять поворотом резцедержате­ ля от программы без усложнения станка.

Следующий этап в модернизации — стыковка станка с новой системой «Контур-4 МИ». Эта система позволила увеличить уско­ ренные перемещения суппорта в ручном и автоматическом режи­ мах, корректировать величину подачи при отработке программы, иметь вспомогательные команды. Указанные выше системы ра­ ботают от магнитной ленты, а для перенесения на нее числовой информации управления станком требуется специальная электрон­ ная аппаратура. Приобретение такой аппаратуры для обслужи­ вания одного-двух станков экономически нецелесообразно из-за ее значительной стоимости.

Поэтому потребителям, у которых нет больших групп стан­ ков с ЧПУ, работающих на магнитной ленте, приходится поддер­ живать постоянный контакт с предприятиями, имеющими аппа­ ратуру для записи программы. Это приводит к определенным неудобствам и трудностям организационного характера. При зна­ чительной удаленности кооперирующихся предприятий друг от дру­ га невозможно оперативно подготавливать управляющие прог­ раммы,

29