Автоматизация производственных процессов в машиностроении

В.В. Глебов, М.В. Кангин, Е.М. Кангин, К.А. Щеглетов,А.М. КангинАВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНОСТРОЕНИИУчебникМоскваАй Пи Ар Медиа2026
УДК 621ББК 34.4А22Авторы:Глебов В.В. —доц., канд.техн.наук, доц.Арзамасского политехнического института филиала Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева;Кангин М.В. —доц., канд.техн.наук, доц.Арзамасского политехнического института филиала Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева;Кангин Е.М. —аспирант Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, инженер АО «ТЕМП АВИА»;Щеглетов К.А. —аспирант Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, инженер-конструктор АО «ТЕМП АВИА»;Кангин А.М. —студент Арзамасского политехнического института филиала Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. АлексееваРецензент:Шурыгин А.Ю.—доц., канд. техн. наук, доц. Арзамасского политехнического института филиала Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. АлексееваА22Автоматизация производственных процессов в машиностроении: учебник / В.В. Глебов, М.В. Кангин, Е.М. Кангин [и др.]. —Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2026. —267с. —Текст : электронный.ISBN 978-5-4497-4833-1В учебнике рассмотрены различные аспекты и виды автоматизации машиностроения. Приведены методы и технологические расчеты, выполня-емые при проектировании автоматизированных систем. Авторы уделяют особое внимание обработкедеталей на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). В конце предлагается практикум, включающий лабо-раторные работы по проектированию устройств.Подготовлен с учетом требований Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования.Предназначен для студентов, обучающихся по укрупненной группе специальностей и направлений подготовки «Машиностроение», изучающих дисциплину «Автоматизация производственных процессов в машинострое-нии».Учебное электронное изданиеISBN 978-5-4497-4833-1©ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2026
Учебное изданиеГлебов Владимир ВладимировичКангин Михаил ВладимировичКангин Егор МихайловичЩеглетов Кирилл АлексеевичКангин АртемМихайловичРедактор А.А. БалакиреваТехнический редактор, компьютерная верстка А.В. НевероваОбложка Я.А. Кирсанов, С.С. Сизиумова, фотобанк FreepikПодписано к использованию 06.10.2025. Объем данных 18Мб.ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»8 800 555 22 35 (бесплатный звонок по России)E-mail: sales@iprmedia.ru
4ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................71. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫИ ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ.................91.1. Основные определения и задачи автоматизации производства......................91.2. Основные характеристики производственного процесса..............................161.3. Размерные, временные и информационные связи в автоматизированном производстве......................................................................202. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕСТАНОЧНЫХ СИСТЕМ...........222.1. Тенденции развития иклассификацииавтоматизированных металлорежущих станков........................................................................................222.2. Станки с ЧПУ и обрабатывающие центры токарной группы......................252.3. Станки с ЧПУ и обрабатывающие центры сверлильно-фрезерно-расточной группы...............................................................312.4. Шлифовальные станки с ЧПУ.........................................................................342.5. Новые кинематики станков..............................................................................352.6. Технические характеристики станков.............................................................383. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ.........................................................403.1. Классификация систем управления станками.................................................403.2. Оси координат и структуры движений станков с ЧПУ..................................413.3. Разработка управляющих программ................................................................443.4. Отладка и корректирование программ.............................................................534. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ.................584.1. Маршрут обработки и структура операционного технологического процесса...........................................................584.2. Последовательность обработки типовых деталей и поверхностей...............604.3. Межоперационные припуски и допуски..........................................................634.4. Выбор траекторий движения режущих инструментов...................................644.5. Выбор режимов обработки на станках с ЧПУ и техническое нормирование...................................................................................755. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗАГРУЗКИ-РАЗГРУЗКИ ОБОРУДОВАНИЯАВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ..................815.1. Устройства загрузки-выгрузки заготовок типа тел вращения......................815.2. Устройства загрузки-выгрузки корпусных заготовок....................................88


612. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА.......................................................................21413. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ..................................................................21913.1. Лабораторная работа No1. Проектирование вибрационных бункерных загрузочных устройств автоматической подачи штучных заготовок.................................................................................................21613.2. Лабораторная работа No2. Проектирование захватных устройств промышленных роботов......................................................................23113.3. Лабораторная работа No3. Проектирование структур автоматических линий...........................................................................................243БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................................................................271
7ВВЕДЕНИЕСовременнаяпромышленностьстремительноразвиваетсяблагодарявнед-рениюновыхтехнологийиоборудования,позволяющихзначительноповыситьпроизводительностьикачествопродукции.Однойизключевыхтенденцийпо-следнихдесятилетийсталаавтоматизацияпроизводственныхпроцессов,охваты-вающаяразличныеэтапытехнологическогоцикла—отподготовкичертежейитехническойдокументациидоуправленияоборудованиемиконтролякачестваготовыхдеталей.Учебник рассматривает вопросы автоматизации производственных про-цессов, технологию обработки деталей на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), организацию транспортно-перемещающих систем, системы автоматического контроля и диагностики, а также развитие гибких автоматизи-рованных производств. В нем подробно освещены такие темы, как тенденции развития станков с ЧПУ, разработка управляющих программ, выбор режущего инструмента и режимы обработки, а также системы автоматизации загрузки-раз-грузки оборудования, промышленные роботы и интегрированные роботизиро-ванные комплексы. Учебник нацелен на подготовку квалифицированных специалистов в сфере автоматизации производства и адресован студентам инженерных специ-альностей, технологам, конструкторам и другим профессионалам машинострои-тельного комплекса.Примерный перечень общепрофессиональных компетенций, которые могут быть освоены студентами в ходе изучения дисциплины «Автоматизация производственных процессовв машиностроении»,включает в себя:ОПК-1. Применять естественнонаучные и общеинженерные знания, ме-тоды математического анализа и моделирования в профессиональной деятельно-сти.ОПК-2. Применять основные методы, способы и средства получения, хра-нения, переработки информации.ОПК-3. Осуществлять профессиональную деятельность с учетом экономи-ческих, экологических, социальных и других ограничений на всех этапах жиз-ненного уровня.ОПК-4. Способен понимать принципы работы современных информаци-онных технологий и использовать их для решения задач профессиональной дея-тельности.
8ОПК-5. Способен работать с нормативно-технической документацией, связанной с профессиональной деятельностью, с использованием стандартов, норм и правил.ОПК-6. Способен решать стандартные задачи профессиональной деятель-ности на основе информационной и библиографической культуры с примене-нием информационно-коммуникационных технологий.ОПК-7. Способен применять современные экологичные и безопасные ме-тоды рационального использования сырьевых и энергетических ресурсов в ма-шиностроении.ОПК-8. Способен проводить анализ затрат на обеспечение деятельности производственных подразделений.ОПК-9. Способен внедрять и осваивать новое технологическое оборудова-ние.ОПК-10. Способен контролировать и обеспечивать производственную и экологическую безопасность на рабочих местах.ОПК-11. Способен проводить научные эксперименты с использованием современного исследовательского оборудования и приборов, оценивать резуль-таты исследований.ОПК-12. Способен оформлять, представлять и докладывать результаты вы-полненной работы.ОПК-13. Способен применять стандартные методы расчета при проекти-ровании систем автоматизации технологических процессов и производств.ОПК-14. Способен разрабатывать алгоритмы и компьютерные программы, пригодные для практического применения.
91.ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ 1.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВАОсновныепонятияи терминыв машиностроительномпроизводствеВ связи с разнообразием автоматизированных средств производства, необхо-димо четко определить основные термины и понятия, используемые в машиностро-ении. В качестве основы используется терминология ГОСТ 26228-90.Основные определения:−Производство:комплекс взаимосвязанных процессов, направленных на создание материальных благ (продукции, услуг) или информационных пото-ков для удовлетворения потребностей общества. Это целенаправленная деятель-ность, преобразующая ресурсы в результаты.−Система:набор материальныхили виртуальных (например, схемы, ма-тематические модели) объектов, выделенных на основе их уникальных свойств и характеристик. Любой технический объект можно рассматривать как систему, если определены связи между его входными и выходными параметрами, незави-симо от внутренних процессов.−Производственная система (ПС):динамичное сочетание человече-ских, материальных и финансовых ресурсов, которое обеспечивает преобразова-ние входных данных (работа персонала, оборудование, информация) в выходные результаты (промышленные изделия, услуги, новая информация).−Изготовление:часть производственного процесса, в которой сырье иполуфабрикаты преобразуются в готовую продукцию с использованием средств производства и технологий.−Технологическая система (ТС):совокупность взаимосвязанных средств технологического оснащения, материалов, финансовых ресурсов и ис-полнителей, предназначенная для выполнения конкретного технологического процесса или операции. Например, станочная ТС может использоваться для об-работки поверхности детали или быть частью более крупной системы обработки и сборки.
10−Техническая система:комплекс, выполняющий определенные функ-ции в рамках технологической системы. Название системы отражает ее назначе-ние (например, гидравлическая система, система управления, система диагно-стики станка).−Структура системы:совокупность связей между элементами системы, определяющих их пространственное и временное взаимодействие.−Подсистема:система более низкого уровня, являющаяся частью слож-ной системы.−Автоматизация производства:использование технических средств для автоматического управления и контроля производственных процессов. Вот-личие от механизации, которая облегчает физический труд, автоматизация направлена на сокращение или устранение непосредственного участия человека в производственном процессе, перенося акцент на программирование и кон-троль. Автоматизация может охватывать как отдельные средства производства (технологическое оборудование), так и этапы изготовления (манипуляции с де-талями, транспортировка, складирование, контроль), или весь процесс изготов-ления целиком.Станочные системы (СС): определение и классификацияСтаночной системой (СС)называется комплекс станков и вспомогатель-ного оборудования, предназначенный для обработки одной или нескольких оди-наковых заготовок, либо широкой номенклатуры заготовок, с использованием одного или нескольких технологических маршрутов.Автоматизированные или автоматические СС представляют собой ком-плексы станков и вспомогательного оборудования, объединенных автоматизи-рованными или автоматическими подсистемами, включающими транспортно-накопительную систему, систему инструментального обеспечения и систему управления. Автоматизированные СС требуют участия человека в выполнении некоторых производственных функций,в то время как автоматические СС функ-ционируют без участия человека или с минимальным его участием.В зависимости от типа производства станочные системы подразделяются на три основных типа:−Специальные (непереналаживаемые) СС:ориентированы на массо-вое производство одного типа деталей и не предусматривают быстрой перена-ладки на другие изделия.
11−Специализированные (переналаживаемые) СС:предназначены для обработки ограниченной номенклатуры деталей и могут быть переналажены для выпуска других изделий.−Универсальные (гибкие) СС:способны обрабатывать широкий спектр деталей с различными технологическими маршрутами.Автоматические линии (АЛ)Автоматическая линия (АЛ)—это комплекс основного и вспомогатель-ного оборудования, которое автоматически, в заданной технологической после-довательности и с определенным ритмом, выполняет весь процесс изготовления продукции. Обслуживающий персонал контролирует работу линии, ее агрегатов и участков, а также осуществляет ремонт и наладку оборудования.Специальные СС, в виде автоматических линий, предназначенных для об-работки 1-2 наименований заготовок, применяются при годовом объеме выпуска более 75000 деталей одного типа по одному технологическому маршруту. В та-ких линиях поток заготовок организован по схеме «станок-станок». Специаль-ные СС являются ключевым элементом автоматизации крупносерийного и мас-сового производства и представляют собой комбинацию различных специаль-ных и специализированных систем, а также других механизмов. Наличие разви-тых транспортных систем и промежуточных накопителей позволяет проводить настройку и техническое обслуживание отдельных станков без значительного снижения общего объема выпуска. Для производства малогабаритных и одно-родных по форме деталей в условиях массового производства эффективно ис-пользование роторных линий, в которых процессы обработки и транспортировки совмещены во времени.Переналаживаемые автоматические линии (ПАЛ)Переналаживаемые автоматические линии (ПАЛ), включающие универ-сальные и специализированные станки, транспортно-накопительные системы и другие механизмы, относятся к специализированным СС. ПАЛ предназначены для обработки заготовок от 2 до 15 наименований.Универсальные станочные системы и гибкие производственные системы (ГПС)Универсальные СС состоят из универсальных станков, а поток обрабаты-ваемых заготовок организован по схеме «станок-склад-станок». К этой
12категории относятся гибкие производственные системы (ГПС), предназначен-ные для обработки широкой номенклатуры деталей сиспользованием различных технологических маршрутов.В современном производстве все большую популярность приобретает гиб-кая автоматизация производства (ГАП), позволяющая быстро и эффективно адаптировать производственные процессы под новые задачи и требования. В от-личие от жесткой автоматизации, ориентированной на выпуск одного типа про-дукции и требующей значительных затрат при перенастройке, ГАП обеспечи-вает высокую степень адаптивности.Основным элементом ГАП является гибкий производственный модуль (ГПМ)—автономная технологическая единица, способная самостоятельно вы-полнять определенные операции. ГПМ, оснащенный системами ЧПУ, адаптив-ного управления, контроля, измерения и диагностики, может работать как неза-висимо, так и в составе более сложных систем.Несколько ГПМ, объединенных в гибкую производственную ячейку (ГПЯ)и управляемых компьютером, образуют комплекс, способный автономно изготавливать продукцию из имеющихся материалов и инструментов. Для обес-печения бесперебойной работы ГПЯ используются различные вспомогательные системы, такие как автоматизированные системы управления технологическим процессом и оборудованием (АСУ ТП и АСУ ТЕО), транспортно-складская си-стема, система контроля качества, система обеспечения инструментами и си-стема удаления отходов.Гибкая производственная система (ГПС)представляет собой совокуп-ность технологического оборудования, включающую различные комбинации ГПМ и/или ГПЯ, объединенные под управлением вычислительной техники. ГПС, в отличие от других систем, обладает ключевой особенностью—автома-тизированной переналадкой, позволяющей быстро переходить к производству различных видов продукции в рамках технологических возможностей использу-емого оборудования.Внедрение автоматизированных систем в производство началось с отдель-ных операций станков. Позже были автоматизированы этапы обработки, подача и извлечение заготовок, перемещение между операциями и прочее.Существует три ступени автоматизации производственных процессов: ча-стичная, комплексная и полная. Частичная автоматизацияподразумевает авто-матизацию конкретных этапов технологического процесса, например, посред-ством станков с автоматическим или числовым программным управлением (ЧПУ). Комплексная автоматизацияохватывает автоматизацию процессов из-готовления деталей и их сборки с использованием автоматизированных
13комплексов оборудования: автоматических линий и гибких производственных модулей. Полная автоматизацияпредставляет собой наиболее продвинутый уровень, где все функции контроля и управления осуществляются автоматиче-скими устройствами.В табл. 1.1 представлены уровни автоматизации технологического обору-дования.Таблица 1.1Содержание уровнейавтоматизации различных видов технологического оборудованияОборудованиеУровниавтоматизациичастичнаякомплекснаяполнаяСтанки металлорежущиеСтанки с ручным перемещением всех узлов и механизмов–––Станки с механизи-рованным перемеще-нием узловЧасть узлов требует ручногообслуживания––ПолуавтоматыВсе рабочие ходы и часть вспомога-тельных ходов автоматизированыВсе рабочие ходы, часть вспомогатель-ных ходов и кон-троль цикла автома-тизированы–Автоматы с жестким программоносителемРабочий цикл, в том числе загрузка—выгрузка обрабаты-ваемых деталей, автоматизированРабочий цикл, в том числе загрузка—выгрузка и диагно-стирование, автома-тизированРабочий цикл авто-матизирован; загрузка, выгрузка и штабелирование осуществляются промышленным роботомАвтоматы с цикло-вым программным управлениемРабочие ходы в машинах серийного производства автоматизированы––Автоматы с ЧПУАвтоматические системы на основе серийной элементной базыАвтоматические системы на базе элементов малой и средней степени интеграцииАвтоматические системы на базе различных ЭВМ
14ОборудованиеУровниавтоматизациичастичнаякомплекснаяполнаяМногоцелевые станки с ЧПУ, обрабатывающие центрыАвтоматическая смена инструментовАвтоматическая смена инструментов, автоматизация загрузки заготовок и съём обработанных деталейАвтоматическая смена инструмен-тов, автоматизация загрузки—выгрузки обрабаты-ваемых деталей, в том числе шпиндельных коробокПромышленные роботы (ПР)Выполнение транспортно-загру-зочных операций––Технологические ПРВыполнение операций механической обработки, сварки, окраски, сборки и т.д.Адаптивные техно-логические ПР для механической обработки–ГПМИспользование автооператоров, автоматическая смена инструментаПР напольного типа, автоматическая смена инструмента, тактовый стол–Автоматические линииСблокированные АЛАЛ из 8 станков (не более) для выпол-нения черновых и получистовых операцийАЛ из 10 станков и более для выполнения чистовых операций; возможен выпуск готовой продукции–Несблокированные АЛ (имеющие межоперационные заделы и возмож-ность независимой работы встроенного оборудования)Установка накопителей между участками АЛУстановка бункеров между отдельными станкамиИспользование станков с ЧПУ с накопителями
15ОборудованиеУровниавтоматизациичастичнаякомплекснаяполнаяАЛ из оборудования с ЧПУ (переналажи-ваемые на обработку известных,на стадии проектирования изделий)Использование координатно-измери-тельных машин (КИМ)Комплексная обработка изделия–Роботизированные технологические комплексыПР выполняют транспортные и загрузочные операцииПР выполняют транспортно-загру-зочные и технологи-ческие операции–ГПС, ГАЦ и ГАЗГПСГПМ, ГПЯ и ГПУ с транспортно-склад-ской системой, рабо-тающей внутри ГПЯ (ГПУ)ГАЛ с внутрилиней-ной транспортно-складской и инстру-ментальной систе-мами и автоматизи-рованными загрузкой заготовок и выгруз-кой обработанных деталей, с выполне-нием отдельных кон-трольных операцийГАЦГАЦ, ГАЗ, специали-зированные на вы-пуск одного или не-скольких однотип-ных изделийБез системы автоматизированного контроляВключающие отдельные системы автоматизированного контроляКомплексный контроль изделия на базе КИМГибкие автоматиче-ские производства (ГАП): цех, завод, состоящие из авто-матизированных транспортно-склад-ских систем, ГПМ, ГПЯ, ГАУ, ГАЦ и имеющие самостоя-тельные системы управления оборудо-ванием и производ-ствомБез САПР обрабатываемых изделийВключающие САПР обрабатывающих изделий, подготовку управляющих программВнедрение CALS—технологий (информационная поддержка поставок и жизненного цикла продукции)
161.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССАПроизводственный процесс оценивается по ряду ключевых технико-эко-номических параметров. Наиболее значимыми среди них являются: номенкла-тура и объем выпускаемой продукции, качество, производительность, гибкость, уровень автоматизации и общая эффективность. Вид продукции определяется ее функциональным назначением, конструктивными особенностями, техническими спецификациями и показателями качества. Объем производства определяется го-довым объемом выпуска и серийностью—количеством изделий, производимых по одним и тем же чертежам. Признаки серийности производства приведены в табл. 1.2.Таблица 1.2Признаки серийности производства (типы производства)ТиппроизводстваОриентировочный годовой выпуск на линии(или единице оборудования),шт. годКоличество деталей, постоянно закрепленных за единицей оборудованиямелкиесредниекрупныеЕдиничное имелкосерийноедо 50000до 10000до 2000св. 15Серийное50000–50000010000–1000002000–100004–15Крупносерийноеи массовоесв. 500000св. 100000св. 100001–3Главная задача любого производственного предприятия—это изготовле-ние продукции с заданными характеристиками в необходимомобъеме. В сфере машиностроениякачество производственного процесса оценивается точностью габаритных размеров деталей, получаемых после обработки и монтажа, соответ-ствием расположения поверхностей, степенью шероховатости, а также соответ-ствием свойств используемых материалов установленным требованиям.Производительность производственного процесса, в свою очередь, определяется количеством выпущенных изделий за единицу времени или за
17конкретный период, при условии максимальной загрузки производственных мощностей.В поточном производстве производительность измеряется величиной, обратной такту выпуска изделий .=(1.1)Объем выпуска продукции, запланированный предприятием, напрямую за-висит от эффективности производственного процесса. Производственный про-цесс должен быть достаточно эффективным, чтобы обеспечить достижение уста-новленных плановых показателей.Уровень автоматизации производственных процессов определяется как со-отношение времени, в течение которого оборудование работает в автоматиче-ском режиме, к общему периоду времени. В зависимости от выбранного времен-ного интервала выделяют несколько видов оценки автоматизации:цикловую, рабочую и эксплуатационную. Каждая из них позволяет оценить степень авто-матизации на разных этапах производственного цикла.Цикловаястепень автоматизации—отношение времени автоматической работы в течение цикла к полному времени цикла =(1.2)Рабочаястепень автоматизации—отношение доли штучного времени ав-томатической работы ко всему штучному времени=(1.3)Эксплуатационнаястепень автоматизации—отношение суммы времен автоматической работы в течение расчетного периода времени (смена, месяц, квартал, год) к расчетному периоду времени эксплуатации =(1.4)Уровень автоматизации—это числовая величина, дающая возможность оценить в количественном выражении степень автоматизации конкретного устройства, комплекса устройств или производственного цикла.
18Производственная,или аппаратная гибкость—это свойство, определя-ющее их способность кперенастройке и приспособлению к меняющимся потреб-ностям или условиям изготовления (например, к переходу на другой тип продук-ции). Гибкость производственной среды характеризует возможность оператив-ного внесения изменений в ход производственного процесса, обусловленных, например, корректировкой конструкции изделия, отдельных спецификаций, вре-менных рамок, материала или его характеристик, а также в случае выхода из строя оборудования или управляющей системы. Гибкость может быть представ-лена как результат умножения коэффициентов гибкости по отношению ко всем вышеупомянутым и другим переменным условиям. Каждый коэффициент в этом случае отражает конкретный аспект гибкости (например, гибкость в программи-ровании, гибкость переналадки оборудования и т.д.). Гибкость, как многогран-ное свойство, может быть описана набором характеристик, такими как упомяну-тые выше коэффициенты.Одним из способов комплексной оценки гибкости является способ эконо-мической оценки по формуле=−(1.5)где П—затраты на переналадку станка или системы машин, руб.; А—аморти-зационные отчисления, руб.Если =, то =, т.е. идеально гибкое производство не требует затрат на переналадку. Если затраты на переналадку равны стоимости аморти-зационных отчислений, т.е. =, то =. Гибкость производства достигается применением универсального быстропереналаживаемого оборудования. К нему относятся, в частности, многоцелевые станки, промышленные роботы, системы ЧПУ на базе ЭВМ, сами ЭВМ, которые являются примером наиболее гибкого иуниверсального средства автоматизации информационных потоков в производстве.Действенность производственного процесса отражается в том, насколько снижаются издержки на единицу продукции по отношению к об-щему уровню, который зависит от прогресса производственных сил. Улучше-ние эффективности достигается за счет минимизации совокупных затрат.
19Эффективность производства—это комплексный показатель, зависящий от производительности, адаптивности и уровня автоматизации.При заданном типе и количестве продукции, снижение затрат подразу-мевает установление оптимальных показателей гибкости и автоматизации. Любые отклонения от этих значений снижают эффективность. Поэтому при проектировании или модернизации производства уровень гибкости и автома-тизации должен определяться на основе технико-экономического анализа, стремясь к оптимальным значениям, исходя из минимизации затрат.Таким образом, эти показатели взаимосвязаны. Определяющими факто-рами являются тип и объем производимой продукции.Автоматизация массового производства в основном связана с автомати-зацией материальных потоков, а не информационных. Однако нельзя утвер-ждать, что массовому производству не нужна гибкость. В современных усло-виях изделия часто меняются из-за научно-технического прогресса и появле-ния более совершенного оборудования. Эксплуатация морально устаревшей техники становится экономически невыгодной. Поэтому выпуск однихи тех же моделей в течение длительного времени становится нерациональным. С другой стороны, часто выгоднее производить универсальные изделия в боль-ших количествах, а затем адаптировать их под конкретные условия.Гибкость оборудования может быть использована не только при эксплу-атации, но и при изготовлении и наладке. Выбор оборудования определяется экономическим расчетом, и если новое, более гибкое оборудование не дороже специализированного, то следует отдать предпочтение гибкому.Себестоимость массового производства всегда ниже, чем серийного или единичного. Поэтому стремятся к унификации и стандартизации оборудова-ния, используя блочно-модульную конструкцию, чтобы сократить номенкла-туру и увеличить объем выпуска. Однако с развитием техники появляются но-выевиды машин, и доля серийного производства остается значительной, что требует автоматизации и гибкости часто переналаживаемого производства.В гибком серийном производстве изготавливаются различные детали, каждая из которых требует своего технологического процесса. Оборудование нуждается в периодической переналадке, для чего необходима новая техноло-гическая информация. Маршрут может выбираться в процессе производства, учитывая занятость станков. Гибкость достигается многовариантностью про-цесса. Выбор конкретного варианта требует анализа информации.1.3. РАЗМЕРНЫЕ, ВРЕМЕННЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ
20СВЯЗИ В АВТОМАТИЗИРОВАННОМПРОИЗВОДСТВЕПроизводственные и технологические процессы характеризуются упоря-доченным движением материальных объектов: сырья, полуфабрикатов,компо-нентов, узлов, расходных материалов, режущего инструментария, оснастки, тех-нологического оборудования и отходов. Полуфабрикаты перемещаются по за-данному маршруту, образуя потоки.Для изготовления деталей требуется инструмент, нуждающийся в сборке, калибровке или измерении, а также своевременной доставке к необходимому станку. После достижения определенного ресурса стойкости инструмент извле-кается из станка и отправляется на переточку, где он разбирается, затачивается, собирается и возвращается на склад.Таким образом, в производственном цикле заготовки, изделия, инстру-менты, оснастка, вспомогательные материалы и отходы циклически перемеща-ются по индивидуальным траекториямчерез оборудование, транспорт, храни-лища и накопители, различные производственныезоны и цеха.Для организации и управления этими потоками необходима информация о: наличии материалов и заготовок, начале и завершении обработки конкретной де-тали на определенном станке, достигнутой точности размеров, ресурсе инстру-ментов, последовательности обработки, режимах обработки, траектории движе-ния инструмента и других параметрах. Информация представляется в разных фор-мах и на разных носителях. Информация об изготавливаемой детали обычно пред-ставлена в виде чертежа, а технологическая информация—ввиде текстовых до-кументов и эскизов. Эти документы предназначены для рабочих и не подходят для автоматизированного производства. Для станков или роботов информация должна быть представлена, например, в виде управляющей программы для ЧПУ.Помимо заранее подготовленной информации, требуется текущая инфор-мация о: размерах детали, износе инструментов, работоспособности оборудова-ния, количестве заготовок на складе, местоположении транспортных тележек. Эта информация собирается с помощью измерительных средств и датчиков. Без необходимой информации управление процессом невозможно.В неавтоматизированном производстве многие информационные про-цессы скрыты, так как выполняются людьми, которые могут дополнять инфор-мацию благодаря своим знаниям и опыту. Например, в серийном производстве технологические процессы изготовления простых деталей детально не разраба-тываются, квалифицированный рабочий может изготовить деталь, используя только чертеж. При автоматизации производства с ЧПУ необходимо детально
21указать все параметрыобработки и представить эту информацию в виде про-граммы, пригодной для ввода в систему ЧПУ станка.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1.Назовите основные определения и задачи автоматизации производства.2.Какие бывают типы автоматизированных станочных систем?3.Какие уровни проходит автоматизация производства?4.Какие существуют степени автоматизации производства?5.На основе чего выделяют размерные, временные и информационные связи в автоматизированномпроизводстве? Охарактеризуйте их.
222. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕСТАНОЧНЫХ СИСТЕМ2.1. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ И КЛАССИФИКАЦИИАВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВМеталлообрабатывающее оборудование существенно влияет на прогресс национальной экономики. Рациональное использование металлообрабатываю-щего оборудования напрямую сказывается на создании новых машин для всевоз-можных секторов, включая промышленность и сельское хозяйство. В современ-ном мире государства редко обеспечивают себя полным спектром необходимого оборудования, выбирая узкую специализацию. Однако, современные промыш-ленные требования диктуют использование практически всего ассортимента ме-таллообрабатывающего и вспомогательного оборудования. Таким образом, изу-чение трендов развития и технологических возможностей современных станков для обработки металла не просто желательно, а необходимо при проектировании и производстве современных машин.Обобщенно, термин «металлорежущие станки»охватывает:−сами станки, применяемые в различных производственных условиях (от единичных станков до автоматизированных комплексов, линий и производ-ственных систем);−компоненты для создания универсальных станков (моторы, шпиндель-ные узлы, направляющие, шарико-винтовые передачи и т.д.), составляющие от 50 до 70% современного станка;−вспомогательные устройства, адаптирующие станки к конкретному про-изводству;−системы управления с соответствующей компьютерной техникой;−контрольно-измерительные приборы, машины, системы мониторинга и диагностики, а также программные пакеты для проектирования, разработки тех-нологий производства, планирования и организации;−режущий инструмент и оснастка.
23Рис.2.1. Тенденции развития современных металлорежущих станковРазвитие металлообрабатывающих станков нацелено на оптимизацию и интенсификацию производственных процессов. Современное оборудование должно отвечать усовершенствованным требованиям промышленности, что от-ражается на их конструкции: с одной стороны, обеспечивать высокую эффектив-ность и экономичность, а с другой—соответствовать экологическим стандартам и требованиям защиты окружающей среды.
24Современные станки для обработки металла демонстрируют значительный технический прогресс по сравнению с другими промышленными машинами. Ос-новные направления развития станкостроения представлены на рис. 2.1.К ключевым факторам, определяющим прогресс в этой области, относятся:−увеличение скорости резания до максимально безопасного уровня, пре-вышающего 1000 м/мин согласноевропейским стандартам (до 100000 м/мин в современных разработках), что получилоназвание «сверхскоростная обра-ботка»;−применение лазерной обработки, где лазер выступает в роли инстру-мента;−отказ от использования смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), яв-ляющихся одним из основных источников загрязнения;−высокоточная обработка закаленных сталей на токарных станках, заме-няющая дорогостоящее и экологически вредное шлифование.Металлорежущий станок—это машина, предназначенная для обработки металлических материалов методом резания. Основная классификация станков с ЧПУ основана на технологических ха-рактеристиках. Каждая из девяти групп включает станки с определенными при-знаками.Дополнительно, станки классифицируются по:1)степени универсальности—специальные, специализированные, уни-версальные и широкоуниверсальные;2)степени автоматизации—автоматы, полуавтоматы и станки с ручным управлением.Станок с ручным управлением—это, как правило, механизированный станок с ограниченными автоматическими функциями.По массе станки делят на легкие (до 1 т), средние (до 10 т), тяжелые и особо тяжелые (свыше 10 т). По расположению шпинделя—на станки с вертикальным, горизонтальным и наклонным шпинделем.Важнейшей характеристикой является геометрическая точность, нормы которой указаны в паспорте. Геометрические отклонения влияют на точность размеров и форм обрабатываемых деталей.По точности станки делят на пять классов: нормальной (Н), повышенной (П), высокой (В), особо высокой (А) точности и прецизионные (С).
25Классификация позволяет идентифицировать модель станка с ЧПУ. Пер-вая цифра—группа, вторая—тип, последующие—параметры. Буквы обозна-чают модернизацию и модификацию (класс точности, систему управления). Встанках с ЧПУ используются индексы Ц, Т, Ф1...Ф4, указывающие на систему управления.Классификация станочных систем базируется на классификации металло-режущих станков, их специализации и возможности интеграции в автоматиче-ские линии.2.2. СТАНКИ С ЧПУ И ОБРАБАТЫВАЮЩИЕ ЦЕНТРЫ ТОКАРНОЙ ГРУППЫСовременные тенденции развития токарных станков с ЧПУ и обрабатыва-ющих центров ориентированы на комплексную обработку деталей типа «телавращения». Помимо стандартных токарных операций, эти станки выполняют сверление, развертывание, нарезание резьбы и фрезерование поверхностей под разными углами и с эксцентриситетом. Таким образом, это многофункциональ-ное оборудование, где токарные операции являются основными. Конструкция и структура станков напоминают традиционные токарные, с фиксацией детали во вращающемся шпинделе и подачей режущего инструмента.Основные требования к токарным станкам с ЧПУвключают:1.Оперативность и гибкость переналадки для обработки новых деталей, достигаемые за счет оптимизации рабочего пространства, удобства доступа для наладки и обслуживания, возможности ручного и автоматизированного пере-оснащения, атакже простоты управления.2.Снижение себестоимости обработки за счет модульности конструкции, позволяющей адаптировать станок под конкретные нужды, и увеличения скоро-стей перемещений для сокращения времени цикла.3.Модернизация конструкции станков, включающая перенос установоч-ных перемещений на пиноль электрошпинделя, использование дополнительных шпинделей и вертикальную компоновку для упрощения автоматизации и удале-ния стружки.4.Расширение технологических возможностей для выполнения сверления, фрезерования и резьбообработки, достигаемое за счет применения револьверных головок большой вместимости, дополнительных шпинделей, увеличения мощ-ности привода и использования лазерных технологий и новых инструменталь-ных материалов.
265.Повышение точности обработки благодаря применению полимербето-нов, точных сервоприводов и измерительных устройств.6.Увеличение производительности и надежности за счет высоких скоростей перемещений, мощных приводов, гибкости процесса и систем диагностики.7.Обеспечение экологичности и безопасности работы за счет минимиза-ции использования СОТС и применения защитных приспособлений.Компоновка многоцелевого токарного станка с ЧПУ приведена на рис. 2.2.Рис. 2.2. Компоновка многоцелевого токарного станка с ЧПУ: 1—патронный токарный многоцелевой станок; 2—шпиндель; 3—револьверная головка с режущими инструментами; 4—портальный промышленный робот для смены деталей; 5—манипулятор; 6—универсальная палета; 7—магазин палет; 8—бункер для стружки; 9—транспортер для стружки; 10—система управленияВ современном станкостроениив зависимости от технологических задачприменяется разнообразие компоновочных решений для токарных станков и об-рабатывающих центров. Станки токарной группы с горизонтальным расположе-нием шпинделя, в зависимости от способа фиксации заготовки, можно разделить на несколько основных типов:1.Схема с фиксацией детали в патроне, обеспечивающая обработку с од-ной стороны и управляемое вращение вокруг оси C. Используется один суппорт, перемещающийся по осям Xи Z, на котором установлена револьверная головка. Головка оснащена как статичными (резцами),так и вращающимися (сверлами, фрезами) инструментами (см. рис. 2.3, а). Ориентация вращающихся
27инструментов относительно оси детали может быть как параллельной, так и пер-пендикулярной, в зависимости от конструкции головки.2.Схема с закреплением заготовки в патроне и дополнительной поддерж-кой задним центром (см. рис. 2.3, б). Конструктивно эта схема подобна описан-ной выше (рис. 2.3, а).3.Схема с фиксацией детали в патроне, позволяющая обрабатывать ее с одной стороны и обеспечивающая управляемое вращение вокруг оси C. Преду-смотрено два независимых суппорта с револьверными головками, несущими как неподвижные, так и вращающиеся инструменты. Суппорты располагаются по обе стороны от шпинделя станка: один перемещается по осям X1и Z1, а другой—по осям Х2и Y2(см. рис. 2.3, в).Рис. 2.3.Компоновочные схемы станков токарной группы с горизонтальной осью вращения детали4.Фиксация заготовки в патроне позволяет обрабатывать еес одной сто-роны, при этом шпиндель управляется по осям X, Zи C. Неподвижная
28револьверная головка оснащена как статичными (резцы), так и вращающимися (сверла, фрезы) инструментами (см. рис. 2.3, г). Подобная конфигурация реали-зуема только с применением электрошпинделей. 5.Заготовка сначала фиксируется в основном, а затем в перехватывающем патроне с управляемым вращением по оси C(см. рис. 2.3, д). Перехватывающий патрон перемещается по оси Z2, а револьверная головка, расположенная между патронами, движется по осям Z1, Xи, в некоторых случаях, Y. Перехват детали происходит без остановки вращения основного шпинделя благодаря синхрони-зации частот вращенияпатронов. Станок обеспечивает всестороннюю обработку детали. 6.Схожая схема с использованием основного и перехватывающего патро-нов с управлением по оси C(см. рис. 2.3, е), но перехват осуществляется одним из гнёзд револьверной головки. Две револьверные головки перемещаются по осям Z1, X1и Z2, X2соответственно, обеспечивая обработку со всех сторон. 7.Для коротких деталей (дисков) используется патрон с управлением вра-щением по оси C(см. рис. 2.3, ж) и одна револьверная головка, содержащая как резцы, так и вращающиеся инструменты, перемещающаяся по осям Z и X. 8.Альтернативно, короткие детали фиксируются в патроне с управлением по оси C(см. рис. 2.3, з) и обрабатываются двумя револьверными головками с аналогичным набором инструментов, движущимися по осям Z1, X1и Z2, X2. 9.Ещеодин вариант для коротких деталей—два патрона с параллельными осями (см. рис. 2.3, и) и управлением вращением по оси C, а также две револь-верные головки с резцами и вращающимся инструментом, перемещающиеся по осям Z1, X1и Z2, X2.Карусельные станки (с вертикальной осью вращения шпинделя) применя-ются в основном для обработки крупных и тяжелых деталей. Их компоновки мо-гут быть следующими: 1.Заготовка фиксируется в патроне с возможностью обработки с одной стороны и управляемым вращением по оси C. Один суппорт с перемещением по осям Xи Zнесет револьверную головку с неподвижными (резцы) и вращающи-мися (сверла, фрезы) инструментами (см. рис. 2.4, а). Вращающиеся инстру-менты могут перемещаться как параллельно, так и перпендикулярно оси детали. 2.Аналогичная схема, но с поджатием заготовки задним центром (см. рис. 2.4, б). 3.Заготовка фиксируется в патроне с возможностью перемещения шпин-деля по осям Xи Zи управляемым вращением по оси C. Револьверная головка с неподвижными и вращающимися инструментами установлена на станине и
29выполняет только деление (см. рис. 2.4, в). Ориентация вращающихся инстру-ментов относительно оси детали может быть параллельной или перпендикуляр-ной. Эта компоновка также требует применения электрошпинделей. 4.Обработка с одной стороны в патроне с управлением по оси C, но с двумя независимыми суппортами с револьверными головками, расположенными с обеих сторон от шпинделя. Один суппорт движется по осям X1и Z1, другой—по X2и Z2(см. рис. 2.4, г).5.Схема с поджатием задним центром и двумя независимыми суппортами с револьверными головками, расположенными с обеих сторон шпинделя ипере-мещающимися по осям X1, Z1и X2, Z2соответственно (см. рис. 2.4, д). 6.Аналогично предыдущему пункту, но шпиндель имеет верхнее располо-жение (см. рис. 2.4, е).Рис. 2.4.Компоновочные схемы станков токарной группы с вертикальной осью вращения детали7.Два идентичных шпинделя для заготовок фиксируют детали в зажимном патроне (см. рис. 2.4, ж). Общая конфигурация схожа с представленной на рис. 2.4, г.
308.Параллельные шпиндели зажимают детали в патронах с дополнительной поддержкой задним центром (рис. 2.4, з). Компоновка в основном соответствует схеме на рис. 2.4, г.9.Два электрошпинделя, расположенныесверху, удерживают заготовки впатронах (рис. 2.4, и). Архитектура станка в остальном повторяет схему 2.4, г.Технологические особенности.Изучение деталей вращения демонстри-рует, что большинство из них, помимо простых цилиндров, конусов и торцов, включают прямые и спиральные канавки, выступы, плоские участки, произ-вольно ориентированные в пространстве, проемы, глубокие отверстия и т.д. По-этому в современных автоматизированных производствах все чаще применяют многофункциональные токарные станки вместо классических токарных станков с ЧПУ. В таких станках, какупоминалось ранее, револьверные головки, помимо стандартного инструмента (зафиксированного в головке), могут оснащаться ин-струментом с независимым вращением, расположенным параллельно, перпенди-кулярно или под углом к оси детали (рис. 2.5). Эти головки отличаются быстрой сменой инструмента, компактными размерами и могут иметь ось вращения, па-раллельную или перпендикулярную оси обрабатываемой детали (рис. 2.6).Рис. 2.5. Револьверные головки с неподвижными и вращающимися инструментами
31Рис. 2.6. Возможные положения револьверных головок относительно оси деталиРис.2.7. Оси управления токарного станка TSN-26 фирмы “Traub”2.3. СТАНКИ С ЧПУ И ОБРАБАТЫВАЮЩИЕ ЦЕНТРЫ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНОЙ ГРУППЫТенденции эволюции станков сверлильно-фрезерно-расточной группы де-монстрируют существенные преобразования как в конструктивном плане, так и в отношении расширения технологических возможностей. Современные станки характеризуются следующими ключевыми особенностями:1) широкий спектр конструктивных решений, обусловленный разнообра-зием габаритов и массы обрабатываемых заготовок, характеристиками материа-лов, типом выполняемых операций, степенью автоматизации, числом управляе-мых осей и другими факторами;
322) разнообразная организация рабочей зоны, ориентированная на обеспе-чение многоосевого управления, эффективное удаление стружки, увеличение производительности за счет применения многошпиндельных головок (размеща-емых в инструментальных магазинах вместе с традиционным инструментом), а также возможности многосторонней обработки деталей с использованием пово-ротных и глобусных столов;3) внедрение перспективных структур, в частности, гексаподов;4) модернизация приводов главного движения посредством замены тради-ционных кинематических цепей (обеспечивающих частоту вращения до 8000–15000 об./мин) на электрошпиндели, способные развивать частоту вращения до 100000 об./мин;5) усовершенствование приводов подачи за счет замены традиционных двигателей постоянного и переменного тока линейными двигателями, что позво-ляет достигать рабочих подач до 30 м/мин и скоростей быстрых перемещений до 120 м/мин и выше;6) повышение точности обработки, обусловленное внедрением современ-ных систем управления, технологий высокоскоростной обработки, увеличением точности позиционирования узлов станка (до ±0,001 мм) и палет с деталями (до ±0,002 мм), а также минимизацией люфтов в соединениях узлов и элементов станка;7) увеличение статической, динамической и термической жесткости за счет компьютеризации и визуализации расчетов станка, повышения жесткости кон-струкций, стандартизации и унификации используемых компонентов, а также применения новых конструкционных материалов (сотовые структуры, полимер-бетоны и т.п.);8) разработка новых механизмов смены палет с заготовками и режущего инструмента, позволяющих значительно сократить время замены;9) использование лазера в качестве инструмента, обеспечивающего не только прецизионную обработку, но и сварку отдельных элементов детали непо-средственно на станке;10) повышение надежности функционирования станка на основе широкого применения систем периодической и непрерывной (мониторинг) диагностики его работоспособности.Компоновка многоцелевого сверлильно-фрезерно-расточного станка пред-ставлена на рис.2.8.Компоновочные схемы.В настоящее время существует множество компо-новочных решений станков и обрабатывающих центров сверлильно-фрезерно-
33расточной группы, определяемых их конкретным технологическим назначе-нием:1) с валом вращения шпинделя, ориентированным как горизонтально, так и вертикально;2) оборудованные координатным столом, обеспечивающим рабочее дви-жение в горизонтальной плоскости по осям Xи Y, и шпиндельной пинолью, дви-гающейся вдоль оси Z(см. рис. 2.9, а);Рис. 2.8. Компоновка многоцелевого сверлильно-фрезерно-расточного станка: 1—многоцелевой станок; 2—горизонтальный шпиндель; 3—система управления; 4—стол с закрепленной палетой; 5—палета для размещения заготовок; 6—устройство для смены палет; 7—магазин палет; 8—автооператор для смены инструментов; 9—дисковый магазин режущих инструментов; 10—инструменты в магазине3) с рабочим столом, перемещающимся по оси X, шпиндельной головкой, способной к движению вдоль оси Y, и шпиндельной пинолью, изменяющей по-ложение по оси Z(см. рис. 2.9, б);4) имеющие шпиндельную головку, способную перемещаться по трем осям координат: X, Yи Z(см. рис. 2.9, в);5) конструкции портального вида (см. рис. 2.9, г).
34Рис. 2.9.Компоновочные схемы станков сверлильно-фрезерно-расточной группы2.4. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ С ЧПУВ сравнении с классическими шлифовальными станками, современные станки с ЧПУ для шлифовки претерпели значительные улучшения:1) линейное перемещение теперь обеспечивается шарико-винтовыми пере-дачами, приводимыми в действие двигателями постоянного тока;2) процесс правки шлифовального круга автоматизирован и осуществля-ется алмазным инструментом (карандашом или роликом) под управлением си-стемы ЧПУ;3) для прецизионного подвода круга к заготовке после ускоренного пере-мещения применяются ультразвуковые датчики, обеспечивающие точность по-зиционирования до 0,25 мкм;4) в конструкции направляющих и основных элементов станков широко используются современные материалы, такие как полимеры и искусственный гранит, улучшающие характеристики жесткости и виброустойчивости;5) внедрены системы динамической балансировки шлифовального круга с планшайбой, а также средства измерения и контроля, минимизирующие влияние
35износа круга, вибраций, температурных и механических деформаций на точ-ность обработки и качество поверхности;6) станки оснащены магазинами дляхранения шлифовальных кругов иприспособлениями для их автоматической правки;7) расширен спектр доступных режимов шлифования, позволяющий вы-полнять различные операции, от глубинного шлифования до прецизионной фи-нишной обработки, в рамках одного цикла.Схема шлифовального станка для обработки наружных, внутренних итор-цовых поверхностей показана на рис. 2.10.Рис. 2.10. Шлифовальный ГПМ: 1—манипулятор замены изделий; 2—манипулятор замены электрошпинделей для внутреннего шлифования; 3—шпиндель изделия; 4—шлифовальный шпиндель; 5—наклонные направляющие; 6—манипулятор смены шлифовальных кругов; 7—задняя бабка; 8—измерительное устройство; 9—система управления2.5. НОВЫЕ КИНЕМАТИКИ СТАНКОВКлассические конструкции станков предполагают, что прямолинейные пе-ремещения по осям декартовой системы координат распределены между обраба-тываемой деталью и инструментом, либо перемещения по всем трем перпенди-кулярным осям выполняет исключительно инструмент. При обработке сложных поверхностей произвольной формы (например, при изготовлении штампов глу-бокой вытяжки, литейных форм или гребных винтов) зачастую требуются
36движения по пяти осям, включая линейные перемещения по осям X, Y, Zи два вращательных движения Bи C, выполняемые инструментом или деталью.Компоновка узлов, обеспечивающих перемещения детали и/или инстру-мента по координатным осям, а также решение конструктивных задач по созда-нию жестких направляющих и массивных корпусных элементов, приводит к со-зданию базового станка с тяжелой конструкцией.а)б)Рис. 2.11. Структуры гексаподов с горизонтальной (а) и вертикальной (б) осями вращения шпинделя фирмы “Ingersoll”: 1—несущая конструкция; 2—рычаг управляемой длины; 3—двигатель; 4—рабочая платформа; 5—электрошпиндель; 6—рабочий стол; 7—режущий инструмент; 8—каркас; 9—шарнирНовый подход к обеспечению произвольного формообразования заключа-ется в использовании в станкостроении принципа гексапода (HEXAPOD), осно-ванного на применении платформы Стьюарта (Stewart). Примеры структурных схем гексаподов приведены на рис. 2.11.Независимо от конструктивных решений станки-гексаподы имеют четыре основные подсистемы:1)нижнюю платформу или жесткую корпусную конструкцию со встроен-ным рабочим столом 6для установки заготовок;2)телескопические рычаги управляемой длины 2, регулируемые в осевом направлении с изменением и без изменения длины и приводимые в действие каж-дый от своего серводвигателя через шариковую винтовую передачу. Одним кон-цом штанги скреплены со станиной или нижней платформой, а другим—
37синструментальным шпинделем или инструментальным блоком, обеспечивая перемещение последних и их поворот в пространстве в линейном направлении и под углом, определяемым конструктивными особенностями станка;3)инструментальную головку или блок, а также приводной двигатель и ра-бочий шпиндель 5с установочным конусом для инструмента. Шпиндель может наклоняться на угол 90ºотносительно своей оси и поворачиваться относительно платформы;4)ЭВМ (на рисунке не показана), чаще всего персональную типа IBM PC с дополнительными платами для одновременного управления по всемкоордина-там, а также систему управления частотой вращения шпинделя, подачей СОЖ, сменой инструмента и другими вспомогательными функциями.Изменение положения рабочего органа в пространстве осуществляется соот-ветствующим изменением длин каждой телескопической штанги за счет ее посту-пательного перемещения (с помощью ходовых винтов, от серводвигателей).Заданные величины настроечных импульсов для отдельных осевых приво-дов с целью достижения определенной точки пространства устанавливаются пу-тем изменения длин отдельных стержней, пересчитываются с помощью преоб-разования заданных декартовых координат.Гексаподы имеют свои достоинства и недостатки. С одной стороны, они характеризуются: высокой жесткостью и точностью обработки; возможностью реализации движений с шестью степенями свободы; малыми массами подвиж-ных узлов; высокими скоростями и ускорениями по всем осям; отсутствием спе-циальных фундаментов для монтажа станка в цехе; простотой конструкций кор-пусных деталей; преобладанием растягивающих и сжимающих усилий, отсут-ствием усилий изгиба; унификацией приводов по всем осям; простотой сборки.С другой стороны, можно отметить следующее: соотношение простран-ства для обработки и всего объема, занимаемого станком, хуже по сравнению с традиционными станками; любое линейное перемещение требует одновремен-ного управления сразу по шести осям; необходимо иметь шесть независимых приводов для перемещений рабочей платформы; ограничен угол поворота рабо-чей платформы; для его увеличения необходима дополнительная ось поворота (привод и система управления); затруднен контроль точности перемещений; имеются значительные тепловые удлинения вдоль осей в связи с большей дли-ной узлов.Согласно последним данным, по сравнению с традиционными станками гексаподы имеют в 5–10 раз большую жесткость и повышенную в 2–3 раза точ-ность.
382.6. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКОВТиповые требования к станкам:высокая эффективность в эксплуатации; высокая производительность; компактность конструкции; малая занимаемая производственная площадь; увеличенная зона обработки; возможность выполне-ния высокоскоростной обработки; возможность использования станка вкачестве измерительной машины; возможность дополнительного оснащения.Типовые характеристики конструкций станков: 1)высокая жесткость,симметричность конструкции для обеспечениятем-пературной стабильности; 2)шпиндельный узел с приводом мощностью до 25 кВт (40 кВт); 3) шпиндель с конусом ИСО 50 или 40; 4) наличие в шпинделе устройства для контроля температуры масла и воз-духа; 5) частота вращения шпинделя—6000...20000 об./мин (50000 об./мин); 6) керамические подшипники в конструкции шпинделя; 7) корпусные детали—массивные отливки коробчатой формы для обеспе-чения оптимальной стабильности конструкции; моноблочная конструкция ста-нины; 8) направляющие с разгрузкой; 9) автоматическая смазка основных узлов; 10) применение линейных двигателей для перемещения по горизонталь-ным и вертикальны