книги из ГПНТБ / Кашепава М.Я. Современные отечественные и зарубежные координатно-расточные станки обзор

Регулированием оборотов электродвигателя обеспечивают рабо­ чие подачи при фрезеровании 30—300 мм/мин и быстрое переме­ щение стола со скоростью 2200 мм/мин. Окончательный подвод стола к заданной координате при автоматическом позиционирова­ нии со скоростью «1,2 мм/мин осуществляется механизмом мед­ ленных перемещений. При подходе к требуемой координате, при­ мерно за 60—80 мк, двигатель У отключается и включается дви­ гатель механизма медленных перемещении 6, который через вклю­ ченную в это время муфту 7 и плоскоременную передачу 8 вра­ щает ротор двигателя 1, перемещая стол.

На станке модели № 7 фирмы Mitsui Seiki в приводе переме­ щении шпиндельной бабки дополнительно к асинхронному электро­

мый электродвигатель постоянного тока, обеспечивающий медлен­ ные перемещения от 0 до 20 мм/мин.

В системе комбинированного электропривода применяются ша­ говые электродвигатели (например, на станке модели PW-1000 фирмы Pratt & Whitney).

Новый тип привода — электрогидравлический на базе роликолопастных гидромашин типа Roll-Vane — установлен на станке типа «обрабатывающий центр» модели Jidic Н-5В фирмы Mitsui Seiki.

Особенности такого привода: широкий диапазон регулирования скорости (8000—10 000); плавное движение при малой скорости и, следовательно, высокая точность их позиционирования, высо­ кие динамические свойства приводов, обеспечивающие повышение точности обработки изделий; низкий уровень вибраций и шума; долговечность привода; высокая скорость установочных переме­

Недостаток этого привода — высокая стоимость.

Конструкция приводов подач и управление ими. Жесткость конструкции последних звеньев привода подачи значительно влияет на плавность перемещения подвижных узлов при тонких ручных (или автоматических) подачах для вывода узлов на координату.

На отечественном станке модели 2455, а также на станках мо­ дели 60Н фирмы SIP, моделей AV3 и AV4 фирмы Perrin, модели 1520/0 фирмы Newall, модели 43Н48 фирмы Herbert De Vlieg, мо­ дели LKD фирмы Deckel и других в качестве последнего звена используется пара винт—гайка скольжения.

Эта передача имеет ряд недостатков: наличие зазоров в резьбе, большой коэффициент трения, низкий коэффициент полезного действия, плохие условия смазки, малые допустимые скорости скольжения, значительный износ и относительно быстрая потеря точности, неравномерность движения на низких скоростях вслед-

ствие повышения коэффициента смешанного трения при уменьше­ нии скорости скольжения.

Для уменьшения зазора в паре винт—гайка скольжения приме­ няются специальные конструкции гаек.

На отечественных станках последних моделей (243В, 2411, 2421, 2431, 2Д450, 2458, 2459, 2В460 и 2А470 и др.) в качестве последне­ го звена используется пара короткий винт—рейка, которая обес­ печивает высокую контактную и общую жесткость привода. Высо­ кие требования предъявляются и к жесткости осевых опор винта; для ее увеличения в редукторе привода применяют предваритель­ но нагруженные упорные подшипники с доведенными торцами, уменьшают плечо приложения осевых сил и т. д.

На крупных двухстоечных станках фирм SIP, Mitsui Seiki с приводом подач стола от гидропривода точные установочные пере­ мещения осуществляются по дополнительной кинематической цепи, последнее звено которой — короткий участок винта, нарезанного на конце штока цилиндра перемещения.

На крупных станках зарубежных фирм и отечественных заво­ дов применяют дополнительные цепи управления тонкими переме­ щениями узлов со скоростями до 20 мм/мин (на станках моделей 2В460 и 2А470, № 7 фирмы Mitsui Seiki), а также вводят кнопки импульсной подачи узлов с дискретностью 0,5 мк (станок модели № 7 фирмы Mitsui Seiki). Однако результаты испытаний показы­ вают, что и в этом случае следует сохранить ручные тонкие пере­ мещения узлов. Оперативное и удобное управление установочными перемещениями узлов осуществляется крестовыми рукоятками. С помощью крестовых переключателей, как правило, меняют не только направление, но и величину подачи (на станках моделей МР-2Р фирмы SIP, HYOP-65, 80 и 120 фирмы Burkhardt, некото­ рых станках фирмы Newall и др.).

На крупных станках и станках с ПУ возможно одновременное перемещение стола и салазок (или шпиндельной бабки).

На станках с гидроприводом для перемещения узлов, как пра­ вило, гидрофицируются зажимы подвижных узлов, осуществляет­ ся электрогидравлическое переключение блоков шестерен, вводит­ ся централизованная смазка и т. д.

ОТСЧЕТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ КРС

Отсчетно-измерительные системы КРС влияют >не только на выходную точность, но также и на удобство эксплуатации и воз­ можность автоматизации координатных перемещений узлов станка.

Уровень точности современных КРС приближается к точности прецизионных измерительных средств. Предельная погрешность

114

координатных перемещений КРС составляет 0,002—0,003 и 0,005 лш на длине 400, 1000 и 1400 мм соответственно.

Более высокий уровень точности имеют координатно-измери- тельные машины (КИМ), изготовляемые на базе КРС. Так, пре­ дельная погрешность крупных трехкоординатных машин моделей

0,001 мм. Специальные фотоэлектрические устройства, применяе­ мые на КИМ и некоторых моделях КРС, обеспечивают точность наведения на штрих «0,1—0,3 мк.

Все шире внедряются на отечественных и многих зарубежных КРС устройства цифровой индикации координат на вынесенных панелях.

Появляются новые более совершенные модификации отсчетноизмерительных систем и создаются новые системы отсчета. В оте­ чественной координатно-измерительной машине КИМ-600, изготов­ ленной Владимирским заводом прецизионного оборудования, при­ менена отсчетно-измерительная система с использованием лазера.

Основные типы отсчетно-измерительных систем. В настоящее время на КРС применяются следующие основные типы отсчетноизмерительных систем: оптические (оптико-механические и оптикоэлектрические) и электрические.

Оптические отсчетно-измерительные системы некоторых моделей КРС описаны в работах [4, 7]. Эталонами .длины в этих системах служат стеклянные или металлические штриховые меры из опти­ ческого стекла специальных марок, сплава инварстабиль (58% Ni, 42% Fe) либо стали. К материалу штриховых мер предъявляются следующие основные требования:

коэффициент линейного расширения должен быть близок к среднему значению коэффициента линейного расширения чугуна и стали и составлять ~ 11,5± 0 - 5 - 10 _ 6 \/град;

обеспечение высокой стабильности размеров во времени. Изме­ нение длины штриховых мер в течение одного года не должно превышать для мер 0 и 1 классов (ГОСТ 12069—66) 0,5 мк на 1 м длины.

115

линеек 'плоскость зеркала шкалы, а иногда и вся поверхность де­

Fe—Ni, а также некоторые малоуглеродистые стали, причем вза­ мен никелирования зеркала шкалы применяет гальваническое хро­ мирование. Другое отличие технологии изготовления шкал состоит в том, что штрихи не нарезаются, а вытравливаются.

На отечественных заводах для нанесения штрихов на линейные штриховые меры применяют особо точные линейные делительные машины моделей МС-18М и МС-40, разработанные ЭНИМСом и изготовленные им совместно с заводом «Стаикоконструкция».

Машины копируют эталонную штриховую меру фотоэлектриче­ ским микроскопом. Поправки на аттестованные отклонения этало­ на вводятся специальным программным устройством. Точность копирования эталона ±0,1 мк.

Рис. 17. Оптическая схема отсчетной системы поворота стола КРГС станка модели 2458

116

направляется на участок стеклянного лимба с делениями 6. Изо­ бражение штрихов лимба через призмы 7, объектив совмещения 8, призмы 9, 10 попадает на диаметрально противоположую часть лимба. Далее пучок лучей, несущих изображение одной стороны лимба, пройдя призму 11 и объективы 12, попадает на клин сброса

мя прямоугольными окнами. Изображение штрихов лимба, а также шкала 19 оптического микрометра с помощью проекционного объ­ ектива 20, призмы 21 и зеркала 22 проецируются на экран 23. Шкала 19 жестко связана с измерительными клиньями 14, 17 и подсвечивается лампой 24 через светофильтр 25, объектив 26 и призму 27.

Изображение штрихов лимба и шкалы микрометра воспроизво­ дится в двух окнах экрана 23. В левом окне в верхней части видно прямое изображение, в нижней части — перевернутое на 180° изо­ бражение противоположной стороны лимба. Кроме того, в верхней половине окна имеется неподвижный индекс, по которому можно выполнять грубые отсчеты (по 10'). В правом окне видны шкала микрометра и неподвижный индекс. Шкала имеет двойную оциф­ ровку. По левому ряду цифр отсчитываются единицы минут, по правому ряду цифр — десятки и единицы секунд.

Точность установки угла поворота стола при пользовании опти­

появление температурных деформаций. Однако хрупкость стеклян­ ных мер, появление с течением времени деформаций, снижающих первоначальную точность их изготовления, а также трудность из­ готовления стеклянных масштабов большой длины обусловили применение металлических штриховых мер, несмотря на большую стоимость их изготовления.

Металлические штриховые меры применяются на отечествен­ ных станках моделей 2411, 2421, 2431, 2455, 2В460 и 2А470, а так­ же на станках фирм SIP (модели Гидроптнк 6А, Гидроптнк 7А и Гидроптнк 8Р); Mitsui Seiki (модели № 0, 1, 3, 4В, 5, 6 и 7); MAS (модели WKV-63 и WKV-100) и др.

Металлические штриховые меры применяются также на КРГС моделей 2457, 2458 и 2459 и на станках фирмы Diixi (модели 60, 70N, 3S и 5S).

117

На рис. 18 представлена схема оптического устройства для отсчета перемещения шпиндельной бабки КРС модели 2455.

Пучок лучей от осветителя /, пройдя конденсер 2, теплофильтр 3, призму-куб 4 и объектив 5, освещает миллиметровую шкалу 6 точной штриховой меры. Призма-куб составлена из двух прямо­ угольных призм. По линии склейки на половине грани нанесен зеркальный слой. Изображение штрихов проецируется объекти­ вом 5 на зеркальный слон и, отразившись от него, проходит приз­ му-ромб 7, оборачивающие линзы 8, охроматическую линзу 9, компенсационную линзу 10, линзы микрометра 11 и попадает в плоскость шкалы микронной сетки 12 и биссекторной сетки 13.

Рис. 18. Схема оптического устройства для отсчета перемещения шпиндельной бабки КРС модели 2455

Далее системой проекционных линз 14 и зеркалом 15 изобра­ жение штрихов миллиметровой шкалы и сеток проецируется на экран 16. Целые миллиметры отсчптываются по линейке миллимет­ рового отсчета, закрепленной на поперечине.

Линза 10 служит для компенсации возможных отклонений си­ стемы от расчетного увеличения.

Плоскопараллельная качающаяся пластинка 17 связана рычаж­ ной системой с коррекционной линейкой и предназначена для ком­ пенсации погрешностей точной штриховой меры и непрямолиней­ ности перемещения шпиндельной бабки.

Компенсатор /5 с двумя вращающимися в разные стороны клиньями предназначен для совмещения миллиметрового штриха с нулевым делением биссекторной сетки.

Увеличение оптических отсчетно-измерительных устройств, при­ меняемых в современных КРС, составляет в основном Х40—Х75 для отечественных станков и порядка ХЗО — для станков зарубеж­ ных фирм (табл. 15). Применение оптических систем с несколько большим увеличением позволяет повысить точность наведения на

118

штрих при отсчете координат, но требует более мощных источни­ ков света для достаточной освещенности экрана (как правило, мощность ламп подсветки 40 или 100 вт в зависимости от материа­ ла и качества отражательной поверхности штриховой меры и раз­ меров станка).

Сравнительно большая мощность ламп подсветки на отечест­ венных КРС вынуждает (в целях сокращения тепловыделения и увеличения срока службы ламп) вводить принудительное их вы­ ключение от реле времени (время горения лампы обычно 15— 20 сек).

Экранные устройства современных КРС, почти полностью вы­ теснившие окулярные отсчетные устройства, отличаются большим разнообразием. Наиболее распространены отсчетные устройства с

119

оптических приборов КРС модели 2В460. Точный отсчет осуществ­ ляется совмещением проекции изображения штриха миллиметрово­

lllllllllllllllllllllllllllllllllHllllllllllllllllllllllllllllllllllI

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

20 10 0

S

Рис. 19. Отсчетные экранные устройства современных КРС моделей:

а— 2В460; 6 — 2431; в — 2455; г — 2Д450; д — AV-4 фирмы Perrin; е — LKB фирмы Deckel

перемещающегося вдоль экрана. Координата задается или считывается со шкалы десятых долей миллиметра и барабана, имеюще­ го сто делений, с ценой деления 0,001 мм. Изображенное на рис. 19, а положение штриха соответствует отсчету 0,463 мм.

120

С 11 биштрихами в поле зрения экрана выпускаются отечествен­ ные станки моделей 2411, 2421, 2431, 2455, 2458, 2459 и другие, а также станки моделей МР-1Н фирмы SIP, № 0 фирмы Mitsui Seiki, 3S фирмы Dixi. Отсчетные экраны станков моделей 2431 и 2455 пока­ заны на рис. 19,6 и 19,0. Измерительный элемент в оптических схемах экранных устройств станков моделей 2411, 2421 и 2431 установлен в плоскости экрана. В качестве измерительных элемен­ тов в отсчетно-измерительиых устройствах применяются биссекторные шкалы с ценой деления 0,1 мм. Увеличение системы Х50. Из­ мерительный элемент (экран) установлен в каретке, которая пере­ мещается с помощью микрометрического винта в пределах 5 мм, что на штриховой мере соответствует 0,1 мм. Величина перемеще­ ния измерительного элемента считывается со шкалы микрометра, нанесенной на цилиндрическую поверхность отсчетного лимба со ста делениями. Оцифровка на лимбе произведена через каждые десять делении. Биштрихи на экране оцифрованы в прямом и обратном направлении (см. рис. 19,6). В последнее время растро­ вые экраны на станках не применяют. Например, на станке моде­ ли 2Д450 установлено оптическое устройство с большим количе­ ством биштрихов в поле зрения экрана вместо экрана с растровой сеткой и увеличением X 125, имевшегося на станке модели 2А450. Экран отсчетного устройства КРС модели 2Д450 показан на рис. 19, г. Стеклянные масштабы стола и салазок имеют высокоточные деления через миллиметр. Для оценки сотых долей этого интерва­ ла в плоскости экрана имеется шкала со ста делениями. 'Отсчет желаемой координаты с точностью до 5 мк может быть произведен методом биссектирования в световую щель, образуемую ближай­ шими штрихами шкалы экрана.

Для получения отсчета большей точности на экране предусмот­ рена дополнительная шкала, позволяющая производить отсчет до 0,001 мм. На рис. 19, г изображено положение штриха, соответст­ вующее отсчету 69, 433 мм.

Отказываются от применения растрового экрана и иностранные фирмы. Это объясняется неудобством эксплуатации станков с такими экранами, вызванным сложностью снятия отсчета и боль­ шей возможностью ошибок при установке координат.

Удобна для пользования отсчетно-измерительная система КРС модели AV-4 фирмы Perrin (см. рис. 19, <Э) и модели LKB фирмы Deckel (см. рис. 19, е). Особенность ее устройства — полный цифро­ вой отсчет координатного размера, который осуществляется проек­ тированием с помощью дополнительной оптической системы циф­ ровой шкалы микрометра на общий экран.

Во избежание излишних подсчетов при установке на нуль или отсчете координатного размера в оптических устройствах совре­ менных КРС предусматривается сброс на нуль отсчета дробных долей миллиметра координатного размера, осуществляемый меха­ нически или оптически.

121

Механический способ сброса отсчета на целое число миллимет­ ров (путем перемещения штриховой меры) применен на отечест­

и др. Такой способ приведения отсчета к нулю позволяет несколь­ ко упростить оптическую систему и повысить ее точность путем аннулирования механооптнческих элементов, отклоняющих ход оп­ тических лучей (оптических клиньев, плоскопараллельных пластин и т. д.), применение которых несколько увеличивает дисторсню оп­ тической системы.

Конструктивные трудности встройки механизма смещения мас­ штаба в одностоечные станки, необходимость жесткого его креп­ ления к базовым деталям (особенно в случае применения стеклян­ ных штриховых мер), а также некоторые неудобства эксплуатации этого механизма на крупных станках обусловили применение оп­ тических методов смещения нуля отсчета (на станках моделей 2В440А, 2А450, 2Д450, 2455, 2В460 и 2А470, а также моделей ОР-2 и ОР-3 фирмы Hauser, моделей LB-14 и LB-15A фирмы Lindner, ВКоЕ 315X450 фирмы Mikromat и др.).

С целью уменьшения тепловыделения в отсчетных системах применяются лампы подсветки малой мощности. В большинстве оптических систем отсчета используются теплозащитные фильтры, а узлы подсветки оптики, как правило, выносятся из внутренних полостей базовых деталей и узлов. Оптические приборы отечест­ венных КРС моделей 2В460 и 2А470 охлаждаются с помощью гидравлической системы станка. Тепло от оптического прибора 5 отсчета перемещения стола (см. рис. 13) и 'прибора 4 шпиндельной головки отводится потоком масла, проходящим через змеевики. Пунктирными линиями показано направление движения охлажден­ ного масла, поступающего из гидростанции в шпиндельные голов­ ки и оптические приборы 4 и 5. Сплошными линиями показано направление стока нагретого масла в холодильник гидробака для охлаждения и очистки.

На многих станках применяются также маломощные вентиля­ торы для отвода нагретого воздуха от осветительных узлов оптики.

В отсчетно-измерительных системах современных КРС коррекционные устройства компенсируют накопленную погрешность эта­ лонов длины и неточности изготовления направляющих базовых деталей. Коррекция проводится, как правило, в плоскости аттеста­ ции, а поправки в показания отсчетно-измерительной системы вно­ сятся обычно с помощью коррекционных линеек, дисков и т. д. Однако коррекционные устройства увеличивают нестабильность координатных перемещений узлов, особенно при подходе к задан­ ной координате с обеих сторон, усложняют конструкцию отсчетных устройств и увеличивают трудоемкость изготовления станков, по­ этому отечественные заводы и иностранные фирмы все чаще отка­ зываются от применения коррекции.

122