Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

мента за 2-—3 с) осуществляется поворотом револьверной головки; с револьверной головкой и инструментальным магазином, что позволяет в процессе резания заменять инструмент в неработающих шпинделях револьверной головки.

Производительность МС в 4—10 раз выше производительности универсальных станков благодаря резкому уменьшению доли вспомо­ гательного времени в цикле обработки и, следовательно, увеличению (до 60—75 %) доли машинного времени в этом цикле. Сокращению вспомогательного времени способствуют автоматическая замена инс­ трумента; высокая скорость (до 20 м/мин) быстрых перемещений (на вспомогательных ходах) исполнительньос органов; настройка инстру­ мента на размер вне станка; исключение контрольных операций и др. В МС используют сменные инструментальные магазины с заранее настроенными на размер инструментами, что сокращает время на переналадку станка.

На МС можно осуществлять сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы, растачивание, фрезерование и другие виды обработки. На МС производят, как правило, оконча­ тельную обработку деталей. Точность ряда МС соответствует точности координатно-расточньЕх станков: точность отверстий после растачива­ ния соответствует 6—7 квалитету; шероховатость обработанной повер­ хности Ra = 1—2 мкм. МС позволяют в автоматическом режиме обрабатывать заготовки сложных корпусньхх деталей за одну установку со всех сторон (кроме базовой поверхности, используемой для закреп­ ления заготовки).

Для этого МС оснащают столом, имеющим возможность поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Существуют конструк­ ции МС, у которьЕх ось шпинделя устанавливается по программе горизонтально, вертикально или под любым углом к плоскости стола станка. МС могут оснащаться приспособлениями спутниками (ПС) для установки и закрепления заготовок, а также устройствами автома­ тической смены ПС. Выпускают МС вертикальной и горизонтальной компоновки. МС вертикальной компоновки, предназначенной для обработки заготовок с одной стороны, а при наличии многопозици­ онных и поворотных приспособлений — с нескольких сторон.

Вертикальный МС 225ВМФ4 (рис. 198) оснащен инструменталь­ ным магазином 3 (вместимостью 30 инструментов), расположенным на отдельной стойке рядом со станком. Смену инструмента производит автооператор 2 Шпиндельная бабка 5 (несущий шпиндель 4) переме­ щается по вертикали (ось 2), а крестовый стол / в горизонтальной плоскости (по осям Хи Y),

Горизонтальные МС предназначены для обработки заготовок с двух

— четырех, а иногда с пяти сторон. В последнем случае шпиндельные головки имеют поворот вокруг вертикальной и горизонтальной оси. Наиболее распространены компоновки горизонтальных МС с кресто-

320

Рис. 198. Вертикальный МС 2254ВМФ4

7 6

Рис. 199. Токарный МС 16А90МФ4

ВЫМ поворотным СТОЛОМ и шпиндельной бабкой, имеющей вертикаль­ ное перемещение.

Токарно-сверлильные и токарно-сверлильно-фрезерные МС пред­ назначены для комплексной обработки (точения, фрезерования, свер­ ления, рассверливания, растачивания и т. д.) заготовок деталей типа тел вращения.

Токарный МС 16А90МФ4 (рис. 199) предназначен для изготовления

321

деталей 0 до 800 мм, длиной до 250 мм и массой до 600 кг. Заготовку устанавливают в патрон 3, получающий вращение от шпинделя, рас­ положенного в шпиндельной бабке 2, которая установлена на салазках /. Кроме вращательного движения шпиндель с заготовкой может совершать круговую подачу, необходимую при обработке, например, криволинейных пазов. Инструментальный шпиндель /смонтирован в корпусе шпиндельной бабки. В этот шпиндель автоматически подаются инструменты из 32 — позиционного магазина. Шпиндельная бабка 6 перемещается вверх — вниз вместе с салазками 5 по стойке 4 (ось Y), в горизонтальной плоскости вместе со стойкой (ось Z) и дополнительно на салазках (ось W). Станок имеет еще один инструментальный шпиндель 6. Шпиндели 6и /обеспечивают частоту вращения инстру­ мента 10—2800 иин\ шпиндель заготовки — частоту вращения заго­ товки 6,3—3800 мин"^

Наличие указанных шпинделей позволяет выполнять на МС все виды токарной работы (включая резьбонакатывание), а также сверле­ ние, растачивание, фрезерование.

Выпускают также специализированные МС, предназначенные для обработки заготовок определенньсс типоразмеров. При проектирова­ нии МС широко применяют принцип агрегатирования. МС выпускают классов точности П и В.

МС оснащается системами ЧПУ, которые имеют следующие осо­ бенности: значительный объем УП, большое число управляемьгх ко­ ординат (до 7—8), возможность обеспечить высокую точность позиционирования исполнительных органов станка (0,005—0,01 мм), широкий диапазон регулирования частоты вращения шпинделя и скорости подач; высокая надежность при эксплуатации, возможность работы как в автоматическом режиме, так и при управлении от ЭВМ верхнего уровня, МС оснащают позиционными контурными и (чаще всего) позиционно-контурными УЧПУ типа CNC, как правило, взаи­ модействующими с ДОС.

Приводы главного движения МС обеспечивают регулирование частоты вращения шпинделя в широком диапазоне при максимальной частоте вращения 3000—4000 мин"^ В этих приводах чаще всего используют двигатели постоянного тока с тиристорным управлением. Для малых и средних МС применяют приводы с асинхронными электродвигателями и коробками скоростей. Реже используют малога­ баритные гидроэлектродвигатели.

Шпиндельные узлы МС сложны по конструкции. Во внутреннем отверстии шпинделя расположены зажимные устройства, предназна­ ченные для автоматического зажима и освобождения инструменталь­ ных оправок. Зажим оправок (с помощью цанговых, байонетных устройств или устройств с радиально-движущимися элементами) чаще всего осуществляется пакетом тарельчатых пружин, освобождение —

322

от гидроцилиндра. У большинства МС для повышения жесткости шпинделя исключено его осевое перемещение.

Привод подач МС чаще всего состоит из высокомоментного элек­ тродвигателя постоянного тока с бесступенчатым регулированием. Электродвигатель через редуктор соединяется с парой винт-гайка качения. В крупных станках вместо редуктора используют двухступен­ чатые коробки скоростей с электромагнитными муфтами. Применяют и гидроприводы подач.

Устройства автоматической смены инструмента (УАСИ) обеспечи­ вают стабильное, точное, жесткое и надежное положение инструмента и минимальное время его смены. По конструктивному и компоновоч­ ному исполнению УАСИ бывают трех видов: с заменой всего шпин­ дельного устройртва (револьверные шпиндельные головки, магазины шпиндельных гильз); со сменой инструмента в одном шпинделе (ин­ струментальные магазины); комбинированные (магазины в сочетании с револьверной головкой, автоматическая, ручная смена).

Наиболее просты по конструкции и компактны револьверные шпиндельные головки, расположенные, как правило, на шпиндельной бабке МС.

Наиболее распространены УАСИ со сменой инструмента в одном шпинделе, который состоит из инструментального магазина, автоопе­ ратора для переноса инструментов (из магазина в шпиндель и обратно) и транспортного устройства, передающего инструмент из магазина к автооператору. Магазины могут располагаться на шпиндельной бабке, на колонне и за пределами станка на отдельной стойке. Наиболее часто магазины расположены на колонне станка, шпиндельной бабке или вне станка.

Инструментальные магазины выполняют дисковыми (рис. 200, а, б), барабанными (рис. 200, в), цепными (рис. 200, г), планетарньп^и (рис. 200, д). Инструмент в магазинах может располагаться параллельно или наклонно к оси вращения магазина, а также в радиальном направ­ лении.

При числе т инструментов до 8 и невысокой точности обработки целесообразно использовать в качестве УАСИ револьверную головку, а при высокой точности обработки — револьверный магазин; при т = 30—40 дисковый и барабанные магазины; при т до 100 и более — цепной магазин. Иногда МС оснащают сменными инструментальными магазинами, устройствами для кассетной замены инструментов в ма­ газине и дополнительными стеллажами с инструментом, расположен­ ными вне станка; при этом смена инструментов осуществляется портальным роботом.

Кодирование инструментов. Когда изготовление детали 1ребует небольшого числа инструментов и каждым из них используется только один раз, инструментодержатели в магазине или револьверной головке располагаются в последовательности выполнения обработки. При каж-

323

г) д)

Рис. 200. Инструментальные магазины:

а, ^—дисковый, в — барабанный, г — цепной, д — планетарный; / — магазин, 2— инструмент

\Шщщ^2 3

у////////////////////////л

Рис. 201. Кодирование инструментальной оправки

ДОЙ смене инструмента магазин перемещается на один шаг. В остальных случаях применяют кодирование инструмента или кодирование гнезда магазина.

Кодирование инструмента на оправке (рис. 201) осуществляют установкой определенной комбинации сменных кодовых колец 2 и J; во время движения магазина кодовые кольца нажимают на путевые переключатели 4\ при возникновении заданной комбинации сигналов магазин остановится в требуемом положении (7 —конус Морзе для крепления оправки).

При таком методе инструмент может располагаться в любых гнездах магазина, исключаются ошибки при его зафузке. В то же время

324

возможность установки инстру­ ментов большого диаметра. При загрузке инструмент должен устанав­

ливаться только в само гнездо магазина.

Автооператоры УАСИ бывают однозахватные и двухзахватные. Однозахватный автооператор берет инструмент, вьггаскивает его из шпинделя, поворачивает и вставляет в свободную ячейку инструмен­ тального магазина. Последний, вращаясь, подводит следующий инст­ румент в зону захвата. Затем автооператор совершает действия в обратной последовательности.

Использование двухзахватного автооператора (рис. 202, а) позво­ ляет значительно уменьшить время смены инструмента, так как инс­ трументы одновременно захватываются в магазине и в шпинделе. Существует две схемы работы такого автооператора. Схема 1. При смене инструмента автооператор 1 (рис. 202, б) делает ход снизу вверх, захватывает оправку с инструментом, находящуюся в гнезде магазина 2, и вьггаскивает оправку в направлении ее оси. Оправка, находящаяся в шпинделе J, забирается захватом при перемещении каретки автоопе­ ратора вниз; затем автооператор ходом вдоль оси шпинделя вьггаски­ вает оправку с отработавшим инструментом; поворачивается вокруг своей оси на 180° и подводит к шпинделю 3 другой инструмент; автооператор вставляет в шпиндель инструмент, в котором он автома­ тически закрепляется; автооператор перемещается вверх для переноса отработавшего инструмента в магазин.

Схема 2 (рис. 202, в). Автооператор не имеет вертикального пере­ мещения. При смене инструмента он, поворачиваясь вокруг горизон­ тальной оси, захватьгеает инструменты одновременно из шпинделя и из магазина; затем вьггаскивает инструменты ходом вдоль их оси; поворотом на 180° меняет инструменты местами и вставляет в шпиндель и магазин. Цикл смены оканчивается поворотом автооператора в

325

вместимость магазина (при одина­ ковом диаметре инструментов) при работе по схеме 2 меньше, чем при работе по схеме 1.

В качестве приводов автооператоров используют механические и гидравлические устройства.

Технические возможности МС значительно расширяются путем применения сменных шпиндельных головок.

Специальные МС (выполненные в основном на базе агрегатных станков), оснащенные такими головками, используют в крупносерий­ ном производстве; при этом увеличивается производительность обра­ ботки при сохранении заданной номенклатуры изготавливаемых деталей. Многошпиндельные головки 2 устанавливают в магазинном

326

ких сторон; при этом второй стол может поворачиваться непрерывно для обработки цилиндрических и сложных криволинейных поверхно­ стей. Схема смены заготовок, размещенных на ПС, показана на рисунке 204, б. В то время, когда ПС с закрепленной на нем заготовкой расположен на рабочей позиции 2, второй ПС загружается новой заготовкой на позиции 7. После окончательной обработки ПС с позиции 2 автоматически перемещается гидроцилиндром 4 в позицию 3 разгрузки, а на позицию 2 поступают ПС с позиции 7. Затем «маятниковое движение» ПС повторяется.

В целях уменьшения влияния тепловых деформаций на точность обработки МС оснащают системами стабилизации температуры сма­ зочного материала (масла).

МС 2204ВМФ2 с ЧПУ. Горизонтальный фрезерно-сверлильно- расточной МС с крестовым столом и инструментальным магазином (рис. 205, а) служит для комплексной обработки заготовок корпусных деталей средних размеров с четырех сторон без переустановки. Класс точности станка В. На станке можно выполнять получистовое и чистовое фрезерование концевыми, торцовыми и дисковыми фрезами, сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание и нарезание резьбы метчиками. Точность расточенных отверстий 6—7 квалитет.

Техническая характеристика станка. Размеры рабочей поверхности стола (ширина х длина) 45 х 500 мм; число инструментов в магазине 30; число частот вращения шпинделя 19, пределы частот вращения шпинделя 32—2000 мин'^; число подач 31; пределы рабочих подач по координатам X, Y, Z2,5—2500 мм/мин; скорость быстрых перемещений по координатам Х\ У\ Z^ — 7500 мм/мин; габаритные размеры 2630х X 2785 X 2250 мм.

УЧПУ — позиционно-прямоугольное типа «размер 2М». Число уп­ равляемых координат всего и одновременно 4/2. На перфоленте в коде И СО 7 bit программируют координатные перемещения стола и шпин­ дельной головки, величины подачи и частот вращения шпинделя, смену инструмента, цикла обработки и т. д. Точность позиционирова­ ния исполнительного органа (ИО) 0,02 мм (поворотного стола 20) обеспечивается индуктивной отсчетной измерительной системой. Ди­ скретность отсчета координат по осям Х\ Y\ Z^ 0,02 мм, поворота стола-0,0Г.

Модификация МС 2204ВМФ4 с УЧПУ «размер 4» имеет пять управляемых координат. Интерполяция линейная, круговая, винтовая. Скорость быстрых перемещений ИО до 10 000 мм/мин.

Компоновка, основные механизмы и движения в станке. На основа­ нии А (рис. 205, а) расположена колонна Ж. По вертикальным направ­ ляющим последней перемещается шпиндельная головка В (подача по координате У). Шпиндель не имеет осевого перемещения. Крестовый поворотный стол осуществляет продольные и поперечные перемеще­ ния по координатам Х^ и Z^ по горизонтальным направляющим стани-

327

Рис. 205. Многоцелевой станок 2204ВМФ2:

а — общий вид, б— механизмы смены инструмента, в — кинематическая схема

ны, а также поворот вокруг вертикальной оси В. На колонне смонти­ ровано УАСИ, состоящее из магазина Е, перегружателя Г и автоопе­ ратора Д.

Кинематика станка. Главное движение. Шпиндель VI (рис. 205, в) получает вращение от электродвигателя постоянного тока Ml через ременную передачу, коническую пару (35/35) и блок Б1, который обеспечивает два диапазона частот вращения: блок Б1 переключается электродвигателем М2 (типа РД-09) через передачу (18/50) и систему рычагов.

Приводы подач вертикального перемещения шпиндельной голо­ вки, а также продольного и поперечного перемещения стола и его поворота конструктивно одинаковы, от электродвигателей МЗ, М4, М5 постоянного тока с тиристорным преобразователем через двухили трехступенчатый редуктор движение передается соответственно транс­ портным винтам продольного XII перемещения салазок, поперечного XV перемещения стола, вертикального XXX перемещения головки к шлицевому валу XXII поворотного стола.

Уравнение кинематического баланса для цепи продольных 5п, поперечных ^Упоп, круговых S^^ и вертикальных S^ подач

5п = (31/37) X (37/55) X (36/56) х 10 мм/мин; ^поп = «4 X (24/49) X (38/52) х 10 мм/мин;

5к = Л4 X (24/49) X (31/31) X (20/20) х (1/100) х 360 град/мин; 5; = AZ5 X (31/70) X (41/62) X (62/50) х 10 мм/мин,

где Лз, «4, «5 — частота вращения соответственно двигателей МЗ, М4,

М5.

Колесо Z = 24 на валу А7//передает движение или на поперечную подачу стола, или на его поворот.Это колесо перемещается электро­ двигателем Мб (типа РД-09). Положение блока Ы и колеса Z= 24 контролируется микропереключателями.

Отсчетная система (рис. 205, в). Продольные перемещения салазок отсчитываются фотоимпульсным датчиком Д который смонтирован на ходовом винте XII, угловые перемещения поворотного стола — круговым электроиндуктивным датчиком и датчиком Д. Система от­ счета поперечных перемещений стола и вертикальных перемещений шпиндельной головки — электроиндуктивная. Отсчетные винты XIXи XXXIII индуктивных датчиков через зубчатые пары и дифференциаль­ ный механизм связаны с транспортными валами XV и XXX. Сигнал рассогласования от индуктивных датчиков идет в блок управления приводов слежения. В соответствии с сигналом электродвигатели М7 и М8 (типа РД-09) через дифференциалы выполняют доворот винтов XIX м XXXIII ъ направлении управления сигнала рассогласования. На отсчетных винтах установлены фотоимпульсные датчики; имеются коррекционные датчики и линейки.

329