Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

Рис. 102. Схема шагово-и\шульсной системы ЧПУ

интерполяторами. Интерполятор {Щ представляет собой устройство, которое по численным параметрам участка контура (координатам начальных и конечных точек прямой или дуги) рассчитьгоает с опре­ деленной дискретностью координаты промежуточных точек. Электри­ ческие сигналы поступают в формирователь импульсов ФИ. Последовательность импульсов соответствует перемещению рабочих органов станка по траектории, описывающей контур детали. Кодовый преобразователь {КП) преобразует импульсы в простой код, «понят­ ный» для работы шагового двигателя ШД с гидроусилителем {ГУ), связанного с ходовым винтом суппорта (исполнительный механизм

ИМ).

Для согласования перемещения резца с вращением шпинделя служит электрический датчик оборотов шпинделя ВЕ-51.

В качестве примера рассмотрим обработку детали «корпус штуце­ ра». При составлении управляющей программы указывают: резец подрезной с радиусом режущей кромки 1 мм, материал режущей части резца — твердый сплав, скорость резания 130—120 м/мин (/2 = =400 мин'^), подача 0,15—0,2 мм/об. Координаты характерных точек 1—4, ..., 7—11 определяют простым суммированием значений коорди­ нат точек на чертеже детали и радиуса режущей кромки резца (рис. 103), а точек 5и 5из расчетных треугольников. Координаты исходной точки положения резца определяют из наладки станка, которая зависит от положения револьверной головки, вылета резца и длины патрона и кулачков.

Токарный станок 16К20ФЗ. Станок предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей со ступенча­ тым и криволинейным профилем в осевом сечении при полуавтома­ тическом цикле, заданном программой на перфоленте.

Техническая характеристика станка: наибольший диаметр обраба­ тываемой заготовки над станиной 500 мм; наибольшая длина обраба­ тываемой заготовки 1000 мм; число частот вращения шпинделя 22, в том числе автоматически переключаемых 9; скорость движения про­ дольной подачи 3—1200 мм/мин; скорость быстрых продольных ходов

170

4800 мм/мин; дискретность про­ дольных перемещений 0,01 мм; дискретность поперечных пере­ мещений 0,005 мм.

Станок 16К20ФЗ сконструи­ рован на базе станка 16К20, по­ этому компоновка, составные части и движения у этих станков одинаковы. Во многом унифи­ цирована также конструкция. Особенностью станка является шестипозиционный резцедер­ жатель с горизонтальной осью поворота и съемной инструмен­ тальной головкой.

Кинематика станка. Главное движение сообщается шпинде­ лю VIII (рис. 104). Источником движения служит электродвига­ тель ML Автоматическая короб­ ка скоростей (АКС) с элект­ ромагнитными муфтами Mi...Me обеспечивает автоматическое переключение частоты враще­ ния в диапазоне, равном 16 (от­

ношение максимальной частоты вращения к минимальной). Коробка скоростей связана с двигателем и со шпиндельной бабкой клиноременными передачами 130/178 и 204/274.

После клиноременной передачи, пары 47/47 между валами IVn V, следует цепь перебора с большой редукцией, соединяющая валы V, VI, VII, VIII При отключении перебора колесо 45 передвигается по валу К/вправо, а блок 48—60 — по шпинделю влево до включения передачи 60/48 или 30/60 между валами V и VIIL Цепь главного движения становится короче.

Максимальная частота вращения шпинделя л„^х = 1460 х (130/178)х X (36/36) X (48/24) X (204/274) х (47/47) х (60/8) = 2000 мин"^

Вручную переключениями в шпиндельной бабке устанавливают один из трех диапазонов частот вращения шпинделя. В каждом диа­ пазоне может быть получено с помощью АКС девять ступеней частот вращения. При одновременном включении муфт М^ и Мб шпиндель тормозится.

Продольная и поперечная подача осуществляется ходовыми вин­ тами XIV и XII Если источником движения служит обычный (не силовой) шаговый электродвигатель {М2 и МЗ), то необходим гидро­ усилитель ГУ и редуктор (30/125) и (24/100). Угол поворота у ротора

171

шагового двигателя за каждый импульс из системы управления состав­ ляет IjS"". Этому будет соответствовать минимальное продольное пере­ мещение каретки суппорта -5'прод.мин = 1,5/360 х (30/325) х 10 = 0,01 мм. При максимальной частоте импульсов 8000 Гц, т. е. 8000 имп/с, скорость продольного движения 0,01 х 8000 х 60 = 4800 мм/мин. По­ перечное движение вдвое медленнее, так как шаг ходового винта Р- 5 мм.

Нарезание резьбы достигается согласованием сигналов, поступаю­ щих от фотоэлектрического датчика резьбонарезания Д1 (рис. 104) в шпиндельной бабке, и сигналов, поступающих в шаговый двигатель М2. Благодаря этому, вращение шпинделя согласуется с продольным перемещением шпинделя. Согласование осуществляет система ЧПУ. В ней же переключателем настраивают соотношение движений, необ­ ходимое для заданного шага Рд нарезаемой резьбы. Известные расчет­ ные перемещения 1 об. шпинделя -^ в /^д мм перемещения суппорта выражаются через числа импульсов: 1000 импульсов от датчика Д/-> ЮОД импульсам на двигатель М2, 10 импульсов от датчика Д~^ 1Рд импульсу на двигатель М2.

Поворот планшайбы Я резцедержателя вокруг горизонтальной оси (вал X) производится электродвигателем Л/'^через зубчатые колеса 20/62 и червячную передачу 1/38. В рабочем положении планшайба фикси­ руется от поворота плоскозубой муфтой М^. Ее сцепление, которому препятствует пружина на валу X, и расцепление происходит благодаря винтовой форме зубьев М%. В начале поворота червячного колеса поверхности зубьев левой полумуфты М% отходят от зубьев правой полумуфты. Под действием пружины вал X с планшайбой сдвигается влево — муфта М^ размыкается, затем головка поворачивается в нуж­ ную позицию. По команде электрического датчика положения Д2 двигатель М4 реверсируется, причем фиксатор Ф препятствует обрат­ ному повороту планшайбы, вала X и правой полумуфты М^. Из-за винтовой формы зубьев вал и головка перемещаются вправо — муфта М^ замыкается. При однозубой конструкции муфта M^ обеспечивает разгон двигателя; используется сила инерции для снятия затяжки в муфте М% при зажиме.

Система ЧПУ станка. Станок может бьггь оснащен различными системами ЧПУ. Предусмотрены следующие модификации: станок 16К20ФЗ комплектуется системой ЧПУ СС221-Т французской фирмы «Алкатель», станок 16К20ФЗС5 — отечественной системой ЧПУ Н22— 1М, станок 16К20ФЗС8 — отечественной системой 1Н22-61.

Все эти системы контурного типа с программоносителем в виде восьмидорожечной перфоленты. Они управляют двумя координатами вдоль оси изделия, X— поперечная горизонтальная ось. Система М221Н — разомкнутая, две другие системы замкнутые (с обратной связью). Система М22-1Н отсчитывает размеры в приращениях, в других сис­ темах может действовать также абсолютная система отсчета (от общего нуля).

173

Токарный станок 16К20Т1 с оперативной системой ЧПУ, Станок создан на базе станка 16К20ФЗ и имеет то же назначение. Большинство узлов унифицировано. Принципиально различаются системы управле­ ния.

В отличие от станка 16К20ФЗ в станке 16К20Т1 пределы про­ дольных подач 0,01—2,8 мм/мин; наибольшая скорость движения продольной подачи 2000 мм/мин; скорость быстрых продольных ходов 6000 мм/мин.

Управление станком осуществляется посредством «Электроники НЦ-31». Станок оснащен следящими электроприводами подач: источ­ никами движения являются двигатели постоянного тока; обратная связь выполнена на базе датчиков фотоимпульсного типа.

Оперативное управление обеспечивает ввод и редактирование уп­ равляющей программы с помощью клавиатуры пульта, а также воз­ можность передачи программы в кассету внешней памяти для хранения вне станка.

Основные технические данные системы управления: тип системы — контурная, построенная на базе микроЭВМ; интерполяция линейная и круговая; система отсчета размеров в абсолютных и относительных координатах; число команд, которое может храниться в архиве системы (внутри ее), составляет 250 х 6, в том числе объем текущей программы, которую можно просматривать, исправлять и обрабатывать в автома­ тическом режиме,— 250 команд.

При многопроходных циклах нет необходимости профаммировать каждый рабочий ход. Система автоматически повторяет набор движе­ ний, необходимых для последовательного снятия всего припуска при заданной глубине резания. Если участок программы должен повторить­ ся несколько раз, его называют подпрофаммой и вызывают для отработки в необходимом месте основной профаммы.

Пульт системы управления (рис. 105) состоит из клавиш, сигналь­ ных лампочек и цифровых индикаторов. Элементы пульта сфуппированы в четыре зоны. В зоне / расположены клавиши для управления перемещением суппорта в ручном режиме. В зоне // сфуппированы клавиши для выбора режимов работы и управления работой системы. Набор клавиш в зоне ///служит для ввода буквенно-цифровой инфор­ мации профаммы, верхняя часть пульта занята фемя цифровыми индикаторами: четырехразрядный показывает значение заданной по­ дачи на оборот шпинделя, трехразрядный — номер кадра управляющей профаммы или номер параметра станка (при вводе и конфоле пара­ метров), семиразрядный — числовую часть следующую за буквенными адресами, положение суппорта и другие данные. На пульте установлены также сигнальные лампочки Л.

Токарно-карусельный станок типа 1512ФЗ сЧПУ. Станок 1512ФЗ предназначен для обработки заготовок различных деталей из черных и цветных металлов в условиях единичного, мелкосерийного и сред-

174

Рис. 105. Пулы оператора станка 16К20Т1

несерийного производства (рис. 106). На нем можно производить обтачивание и растачивание поверхностей с прямолинейными и кри­ волинейными образующими, протачивание торцовых поверхностей, прорезание торцовых канавок, сверление, зенкерование и развертыва­ ние центральных отверстий и др. Этот станок особенно эффективен при обработке заготовок сложной конфигурации с большим числом точных поверхностей.

Техническая характеристика станка: наибольший диаметр устанав­ ливаемой заготовки 1200 мм; наибольшая длина устанавливаемой заготовки 1000 мм; наибольшее перемещение револьверного суппорта: горизонтальное 775 мм, вертикальное 700; число ступеней частот вращения шпинделя 18; пределы частоты вращения планшайбы 52— 500 мин''; пределы горизонтальных и вертикальных подач суппорта 3—300 мм/мин; наибольший шаг нарезаемой резьбы 40 мм; наибольшая скорость установочных перемещений суппорта 3000 мм/мин; мощность электродвигателя главного привода 30 кВт.

Главное движение — вращение планшайбы — осуществляется от электродвигателя Ml (рис. 106) через клиноременную передачу со шкивами Ф233 и Ф266, коробку скоростей, вал V, конические зубчатые колеса 48/36 и зубчатые колеса 25/125. Уравнение кинематического баланса имеет вид: 1460 х (230/266)л/v(48/36) х (25/125) = «, где i,- передаточное отношение коробки скоростей.

От вала V коробки скоростей через конические зубчатые колеса 36/48, вал IX, зубчатые колеса 36/54 вращение передается на вал X, конические зубчатые колеса 17/17, вал XI, конические зубчатые колеса 23/23 вращение передается на вал Х/7 коробки подач, переключением

175

электромагнитных муфт которой устанавливается необходимая подача. Уравнение кинематического баланса цепи подач имеет вид 1об.пл.х х(125/25) X (36/48) х (36/48) х (36/54) х (17/17) х (23/23)/л = S мм, где 4 — передаточное отношение коробки подач; 4 — передаточное отно­ шение цепи от коробки подач до соответствующего суппорта.

Горизонтальная подача револьверного суппорта осуществляется от выходного вала XX коробки подач через зубчатую передачу 22/22 и ходовой винт с шагом 8 мм, а для бокового суппорта через зубчатые передачи (21/37), (37/37), (37/21) и ходовой винт с шагом 8 мм. Вертикальная подача осуществляется от выходного вала XXI коробки подач для револьверного суппорта через зубчатые передачи (22/22)(22/22)(22/22) и ходовой винт с шагом 8 мм, а для бокового суппорта через зубчатые передачи (20/23)(20/20) и ходовой винт с шагом 8 мм.

Ускоренные перемещения суппорта получают от отдельного элек­ тродвигателя М2. Подъем и опускание траверсы осуществляется при вращении двух ходовых винтов с шагом 8 мм. Поворот револьверного суппорта осуществляется от электродвигателя МЗчерез зубчатые колеса (18/34)(34/45) и червячную передачу 1/25. Перемещение револьверного суппорта вручную осуществляется при вращении маховичков 3 и 4, г. бокового суппорта — маховичков 1 и 2.

Для повышения производительности и точности обработки приме­ няют приспособления для установки заготовок на планшайбу станка без выверки (базовые планшайбы), приспособления для обработки конических и фасонных поверхностей, а также для закрепления и точной установки режущего инструмента.

Станок 1512ФЗ оснащен устройством ЧПУ типа Н55-22, осущест­ вляющим автоматическое управление верхним (вертикальным) револь­ верным суппортом и приводом главного движения по заданной программе, вводимой с восьмидорожечной перфоленты. Управление исполнительными органами станка может осуществляться также в режиме предварительного набора (ручного ввода данных) с помощью переключателей и кнопок, расположенных на панели управления ЧПУ, и в режиме наладки (от подвесного пульта). УЧПУ обеспечивает работу станка в следующих режимах: «Полная программа», «Основная профамма», «Ускоренная программа», «Поиск кадра», «Выход в заданную точку», «Кадр», «Наладка», «Исходное». Система кодирования инфор­ мации — ИСО — 7 бит. Управление контурное по двум координатам, интерполяция линейная и круговая. Наибольший радиус интерполяции 4999,99 мм, точность интерполяции 0,01 мм. Дискретность отсчета перемещений по обеим координатам 0,01 мм.

Токарный одношпиндельный вертикальный полуавтомат 1А734ФЗ с ЧПУ. Станок предназначен для черновой и чистовой обработки в патроне наружных и внутренних поверхностей заготовок деталей типа диска, зубчатых колес, маховиков прямо- и криволинейными образу-

177

nil /N=37 кВт

Пном=1000 мин"^

0315

4- ос

МРА-Ш'0,8/2^

Рис. 107. Кинематическая схема токарного одношпиндельного полуавтомата 1А734ФЗ с ЧПУ

ющими В полуавтоматическом цикле, заданным программой на пер­ фоленте.

Техническая характеристика станка. Наибольший диаметр обраба­ тываемой заготовки 320 мм; наибольшая высота обрабатываемой заго­ товки 200 мм; число инструментов 8, частота вращения шпинделя (регулирование мелкоступенчатое) 14—1000 мин'^; рабочая подача суппорта 1—1250 мм/мин; дискретность перемещений: вертикальных 0,01 мм, горизонтальных 0,005 мм.

Основные узлы и перемещения. На основании ОС (рис. 107) закреп­ лена массивная шпиндельная бабка ШБ с вертикальным шпинделем изделия и его привода (главного движения). Инструменты закрепляют в двух-, четырехпозиционньЕХ револьверных головках РГ, которые

178

расположены на суппортах СП. Движение вертикальной подачи совер­ шают каретки суппортов по стойке СК, установленной на шпиндельной бабке. Движение горизонтальной подачи сообщается ползунам по кареткам. Привод ДВ вертикальной подачи размещен на стойке, а горизонтальной ПГ— на суппорте. Главное движение сообщается шпинделю /// от электродвигателя Ml постоянного тока, который имеет двухзонное регулирование: вниз от номинальной частоты вра­ щения с диапазоном 1 : 10 (1000... 100 мин'^) и вверх — с диапазоном 2,5 : 1 (1000...2500 мин"'). Диапазон регулирования привода дополни­ тельно расширен применением блока колес 24—49, который переклю­ чается гидроцилиндром. Путем мелкоступенчатого регулирования можно установить 29 частот вращения шпинделя.

Фотоэлектрический датчик ФД, связанный со шпинделем безза­ зорной передачей 120/120, служит для контроля скорости вращения шпинделя, а также для связи движения вертикальной подачи с враще­ нием шпинделя при нарезании резьбы. Зажим и разжим изделия в патроне осуществляются гидравлической системой.

Движения подач производятся от высокомоментных электродвига­ телей постоянного тока, которые соединены с шариковыми ходовыми винтами напрямую (двигатели М2 и винты V вертикальной подачи), или через передачу 85/170 (двигатель МЗ и винт VI горизонтальной подачи).

Поворот на 90° каждой револьверной головки РГ производится от гидроцилиндра Д через реечную передачу (колесо 18, m = 3 мм), ряд колес 18-41-18, соединяющих валы VIIя ZYчерез кривошипно-кулис- ный механизм КМ и диск Д. Перед поворотом инструментального корпуса револьверной головки РГрасцепляется с помощью гидропри­ вода фиксирующая муфта М^ причем ее подвижная часть соединяется с диском Д. После поворота и фиксации головки она не связана с диском, что позволяет вернуть плунжер в исходное положение, подго­ товить механизм поворота к повторению цикла.

Станок имеет два устройства для отвода стружки, которые состоят из сдвоенных шнеков, приводимых в движение от мотор-редуктора М4 через зубчатые колеса 23-47-47.

Система управления станком представляет собой устройство ЧПУ типа 2С85-62, которое обеспечивает независимую работу каждого суппорта по двум координатам: Хи Z—для правого суппорта, Vn W

— для левого суппорта. Система управления контурная, с линейнокруговой интерполяцией, замкнутая, с предварительным контролем исходного положения суппортов посредством бесконтактных торцовых переключателей (срабатывающих от упоров) и с окончательной оста­ новкой по команде от индукционного датчика пути в приводе подачи, т. е. от револьвера (связан с ходовым винтом). Величину перемещения можно задавать в абсолютной системе координат или в относительной системе (в приращениях). Предусмотрены следующие режимы работы:

179