Подлеснов Ч2

З а д а ч а 17

Синтезировать кинематическую структуру продольно-фрезерного станка.

З а д а ч а 18

Синтезировать кинематическую структуру карусельно-фрезерного станка.

З а д а ч а 19

Синтезировать кинематическую структуру барабанно-фрезерного станка.

З а д а ч а 20

По кинематической схеме вертикально-фрезерного станка мод. 6Р13Ф3 с ЧПУ (рис. 1.4) определить число частот вращения шпинделя и записать уравнение кинематического баланса в общем виде.

З а д а ч а 21

По кинематической схеме вертикально-фрезерного станка мод. 6Р13Ф3 с ЧПУ (рис. 1.4) определить минимальную и максимальную частоты вращения шпинделя.

З а д а ч а 22

Настроить универсальную головку на следующее число делений:

Настроить универсальную делительную головку на фрезерование винтовых канавок:

1.6. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

К задачам 1–12

Широкоуниверсальный фрезерный станок мод. 6Р82Ш описан в литературе [2, 6, 8, 11].

Станок имеет две коробки скоростей: одна – для привода основного шпинделя (расположена в станине), другая – для привода дополнительного шпинделя (расположенная в хоботе станка).

К задаче 1

Компоновка станка представляет собой совокупность исполнительных звеньев и деталей несущей системы, которая характеризуется их количеством, типом, пространственным расположением и пропорциями [3].

Кзадачам 4–7

Свала X движение может передаваться или через колеса z = 40 (два колеса) – при включенной муфте М1, или через передачи (при выключенной муфте).

Кзадачам 8–10

При ускоренных перемещениях включается муфта M2 и движение передается от вала VI на вал XI через колеса z= 26–59–67–33.

Уравнение кинематического баланса цепи передачи в общем виде:

S = nэл.дв i Pх.в, мм/мин,

где пэл.дв – частота вращения вала электродвигателя М2;

Pх.в – шаг ходового винта – продольного, поперечного или вер-

тикального;

i – передаточное отношение передач от электродвигателя до

соответствующего ходового винта.

К задачам 11–12

Движение от вала VIII (см. рис. 1.8) может передаваться непосред-ственно на вал X, если колесо z = 33 переместить вправо (тогда оно войдет в зацепление со внутренним венцом z = 33 колеса z = 59 – то есть зацепление колес z = 33 работает как муфта). При положении колеса z = 33, показанном на

схеме, движение передается через пе-редачи

К задачам 13–16

Станок мод. 6Т80Ш описан в литературе [10].

К задачам 17–19

При возникших трудностях можно обратится к КОМ – 1 и к литературе [12].

К задачам 20–21

При необходимости можно обратится к литературе [9].

К задаче 22

Материал, необходимый для решения задачи, изложен в подразделе 1.3 данного учебного пособия, а также в литературе [2, 4, 8].

По каждому варианту необходимо определить число оборотов рукоятки и (при необходимости применения дифференциального деления) подобрать сменные колеса гитары. При этом надо исходить из того, что предполагаемая настройка осуществляется применительно к головкам, делительный диск которых имеет следующее число отверстий: на одной стороне -16, 17, 19, 21, 23, 29, 30, 31; на другой стороне – 33, 37, 39, 41, 43, 47, 49, 54. К головкам прилагается набор сменных зубчатых колес с числом зубьев 25, 30, 35, 40, 50, 55,60, 70,80, 90 и 100.

К задаче 23

См. материал, изложенный в подразделе 1.3, и пояснения к задаче 22. При нарезании винтовых канавок возможно лишь простое деление. Сменные колеса – те же, что и при дифференциальном делении.

1.7. ДИСЦИПЛИНЫ И РАЗДЕЛЫ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЕ ИЗУЧЕНИЮ ДАННОГО МОДУЛЯ

Для изучения материала данной темы необходимо знать принци-пы кинематической настройки и основные вопросы анализа и синтеза кинематических структур станков. Содержание и объем этих знаний изложены в КОМ – 1 и КОМ – 2.

1.8. ДИСЦИПЛИНЫ И РАЗДЕЛЫ, ДЛЯ УСВОЕНИЯ КОТОРЫХ НЕОБХОДИМО ЗНАНИЕ ДАННОГО МОДУЛЯ

Знание данной темы будет полезным для изучения более сложных зубообрабатывающих станков, для сопоставления различных методов обработки плоских поверхностей, для изучения темы "Многоцелевые станки" в последующем курсе "Станки с ЧПУ и автоматические линии". Знание данной темы необходимо для последующего изучения курса "Технология машиностроения".

1.9. ВРЕМЯ ОСВОЕНИЯ МОДУЛЯ

Общее время, необходимое для изучения модуля, ориентировочно 10 часов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Металлорежущие станки / Под ред. В. Э. Пуша. – М.: Машиностроение, 1986. – 575 с.

2. Металлорежущие станки / Н. С. Колев, Л. В. Красниченко, Н. С. Никулин и др. – М.: Машиностроение, 1980. –

500с.

3.Станочное оборудование автоматизированного производства. Т. 2 / Под ред. В. В. Бушуева. – М.: Изд-во

"Станкин", 1994. – 656 с.

4.Барбашов, Ф. А. Фрезерные и зуборезные работы. / Ф. А. Барбашов, Б. Н. Силь-вестров – М.: Высш. шк., 1983. – 287

с.

5.Барбашов, Ф. А Фрезерное дело / Ф. А. Барбашов. – М.: Высш. шк., 1980. – 208 с.

6.Ничков, А. Г. Фрезерные станки / А. Г. Ничков – М.: Машиностроение, 1984. – 160 с.

7. Шишков, Е. В. Устройство фрезерно-расточных станков. Е. В. Шишков, В. К. Смирнов– М.: Высш. шк., 1986. –

191с.

8.Маеров, А. Г. Устройство, основы конструирования и расчет металлообраба-тывающих станков и автоматических линий / А. Г. Маеров,– М.: Машиностроение, 1986. – 368 с.

9.Локтева, С. Е. Станки с программным управлением и промышленные роботы / С. Е. Локтева. – М.: Машиностроение, 1986. – 320 с.

10.Технология обработки конструкционных материалов / Под ред. П. Г. Петрухи. – М.: Высш. шк., 1991. – 512 с.

11.Схиртладзе, А. Г. Технологическое оборудование машиностроительного производства / А. Г. Схиртладзе, В. Ю, Новиков; Под ред. Ю. М. Соломенцева. – М.: Высш. шк., 2002, 407 с.

12.Федотенок, А. А.. Кинематическая структура металлорежущих станков / А. А. Федотенок – М.: Машиностроение, 1970. – 407 с.

К О М – 4 С Т А Н К И – А В Т О М А Т Ы , П О Л У А В Т О М А Т Ы И А В Т О М А Т И Ч Е С К И Е Л И Н И И

2.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗУЧАЕМОГО МАТЕРИАЛА И МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ

В учебных дисциплинах "Оборудование машиностроительного производства" для студентов направления 220200 и "Металлорежущие станки" для студентов направления 150900 особое внимание уделяется станкам-автоматам и полуавтоматам, в частности токарным автоматам и полуавтоматам. Поэтому соответствующий материал должен быть изучен студентами подробно и глубоко.

Что же касается автоматических линий, то в пособии даются только некоторые начальные сведения о них (в основном определения и классификация), поскольку станки-автоматы и автоматические линии, в принципе, имеют много общего, только линии являются более развитыми рабочими машинами, по сравнению с автоматами. В пособии приводятся простейшие схемы автоматических линий, в частности, линии, состоящие из агрегатных станков, понятие о которых студенты должны иметь, согласно рабочей программе. Подробно автоматические линии изучаются на втором уровне образования (инженерная подготовка), поэтому в данном пособии задачи или задания по автоматическим линиям не предусмотрены.

Изучение теоретического материала по тематике данного модуля идет, в основном, самостоятельно, лишь по станкам-автоматам могут читаться одна-две лекции. Это связано с тем, что станки-автоматы и полуавтоматы на механической основе (кулачковые) вполне могут быть изучены по данному пособию и литературе. Используемые в них механизмы известны студентам из дисциплин "Теория механизмов и машин" и "Детали машин", а общие вопросы управления изучаются в дисциплине "Теория автоматического управления".

При изучении теоретического материала рекомендуется не ограничиваться пособием, а использовать литературу, приводимую в библиографическом списке.

Особое внимание следует обратить на изучение кинематических схем автоматов моделей 1Б140 и 1Б240-6К. Надо уяснить все кинематические зависимости в автоматах, четко представить себе, как осуществляется главное движение, движения подач суппортов и всю систему управления. В одношпиндельном автомате система управления включает в себя вспомогательный вал, два распределительных вала и командоаппарат, а в многошпиндельном – распределительный вал и командоаппарат. Необходимо хорошо разобраться в назначении каждого кулачка на распределительном и вспомогательном валах, а также в способе передачи движения от соответствующего кулачка к суппорту или к муфте.

Если возникают вопросы по работе какого-либо механизма, то следует обратиться к литературе, в которой приводятся конструкции этих механизмов.

Проверить усвоения теоретического материала помогут приводимые ниже контрольные вопросы, а закрепить изученный материал помогут задачи, приводимые в подразделе 2.4.

2.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Ниже излагаются вопросы, связанные с устройством, кинематикой и настройкой станковавтоматов, полуавтоматов и автоматических линий.

2.2.1. Основные понятия и определения

2.2.1.1. Понятие об автоматизации

Станки-автоматы, полуавтоматы и автоматические линии применяются в условиях автоматизированного производства. Автоматизация производства – это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются автоматическим устройствам. Главная цель автоматизации производства – повышение производительности туда, улучшение качества продукции, создание условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

Различают частичную автоматизацию, когда автоматизируются отдельные технологические операции, и комплексную автоматизацию, которая охватывает все стадии изготовления изделия – от его проектирования до упаковки.

Автоматизация, рассматриваемая в более узком значении этого термина, применительно к станку предполагает автоматическую смену заготовок, изменение режимов резания, контроль детали и инструмента, подналадку, обеспечение автоматического цикла обработки и тому подобное – в зависимости от степени автоматизации. Оценка степени автоматизации станка может быть осуществлена коэффициентом [1]:

где t авт.i.– время каждой из n операций, выполняемых автоматически;

T – время цикла обработки детали.

Практически любой современный станок имеет элементы автоматизации цикла; это может быть автоматический останов от упора, автоматическое переключение режимов, например, при повороте револьверной головки, включение какого-либо элемента при завершении предыдущего, автоматическая смена заготовки при наличии загрузочного устройства и т. п. Чем выше степень автоматизации, тем совершеннее станок, выше его производительность, больше гарантий обеспечения высокого качества обработки и так далее, однако – и выше стоимость.

2.2.1.2. Класификация станков по степени автоматизации

В 80-е годы была предложена [2] общая классификация станков по их специализации и степени автоматизации (рис. 2.1). В данной схеме станки-автоматы названы станочными модулями. Деление станков на универсальные, специализированные и специальные предполагает, что первые

предназначены для обработки изделий различных типоразмеров или наименований из широкой номенклатуры в определенном диапазоне геометрических параметров, вто-рые – для обработки конструктивно и технологически подобных изделий различных типоразмеров или наименований из определенной номенклатуры в определенном диапазоне геометрических параметров, третьи – для обработки одного изделия. Одноцелевые станки предназначены для выполнения одного вида обработки резанием (точение, сверление и т. д.), многоцелевые – для выполнения нескольких различных видов обработки резанием.

Рис. 2.1. Классификация станков по их специализации

и степени автоматизации

Как видно из рис. 2.1, существует три подгруппы станочных модулей (станков-автоматов): автоматические, адаптивные и автоматически переналаживающиеся. Первые оснащаются устройствами управления и автоматической смены инструмента и используются для осуществления многократных автоматических рабочих циклов, вторые обеспечивают автоматический контроль и коррекцию качества обрабатываемых деталей, а также подналадку процесса обработки; третьи (также адаптивные) обеспечивают переход на обработку детали другого типоразмера и даже наименования. Классификация станков по степени автоматизации прямо связана с характером системы управления.Приведенные на схеме буквенно-цифровые шифры обозначают: 1 – станки-автоматы; 2 – станки-полуавтоматы; 3 – автоматизированные

станки с ручным управлением; 4 – неавтоматизированные станки с ручным управлением; а – обеспечивается полностью автоматическая работа без участия оператора или при минимальном его участии; б – предполагается участие оператора в производственном процессе.

В учебной литературе обычно приводится более простая классификация станков по степени автоматизации. Выделяют станки-полуавтоматы, станки-автоматы, станки с ЧПУ, гибкие производственные модули [3].

2.2.1.3. Основные определения

В литературе приводятся различные определения станка-автомата. Можно пользоваться следующим определением: автоматом называется самоуправляющаяся рабочая машина, которая при осуществлении технологического процесса самостоятельно производит все рабочие и холостые ходы рабочего цикла и нуждается лишь в контроле и наладке [6].

Более точное определение [2]: модуль станочный автоматический (станок-автомат) – это станок металлорежущий, оснащенный устройствами управления и автоматической смены обрабатываемых изделий (пристаночным накопителем, автооператором или промышленным роботом), осуществляющий многократные автоматические рабочие циклы, предназначенный для автономной работы и имеющий возможность встраивания в станочную систему.

Металлорежущим станком с ЧПУ называют станок, в котором управление осуществляется по программе, заданной в алфавитно-

цифровом коде и представляющей собой последовательность команд, записанных на определенном языке и обеспечивающих заданное функционирование рабочих органов станка. Одним из преимуществ станков с ЧПУ является их универсальность и гибкость, то есть возможность быстрого перехода к обработке другого изделия.

Станок с ЧПУ может быть полуавтоматом, если его загрузка осуществляется вручную, или автоматом при автоматической загрузке-выгрузке заготовок.

Многоцелевым (или многооперационным) станком называют станок, оснащенный устройствами ЧПУ и автоматической смены инструментов, предназначенный для комплексной обработки изделий, как правило, без перебазировки их.

Определение гибкого производственного модуля (ГПМ) дают на основе понятия о гибкой производственной системе (ГПС). Гибкая производственная система это совокупность или отдельная единица технологического оборудования и системы обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

Гибкий производственный модуль – это ГПС, состоящая из единицы технологического оборудования, оснащенная автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующая, осуществляющая многократные циклы и имеющая возможность встраивания в систему более высокого уровня. Частным случаем ГПМ является роботизированный технологический комплекс (РТК), включающий в себя технологическое оборудование и обслуживающий его промышленный робот.

Под станочной системой понимают управляемую совокупность металлорежущего и вспомогательного оборудования, предназначенную для обработки изделия (изделий). Характерным примером станочной системы является автоматическая линия (АЛ). Автоматической

линией называют совокупность (систему) станков, другого технологического и вспомогательного оборудования, установленного в соответствии с технологическим процессом обработки и объединенного общими средствами управления, транспортирования, накопления, заделов, удаления стружки и др.

Помимо автоматов и автоматических линий в машиностроении применяется большое количество станков-полуавтоматов. Это связано с самим процессом развития автоматизации – от более простого к более сложному (совершенствование станков-полуавтоматов, повышение степени автоматизации, оснащение полуавтоматов устройствами загрузки может привести к созданию автоматов). Однако, с другой стороны, автомат сложнее полуавтомата, стоимость его выше, и экономически не всегда целесообразно его применять.

Полуавтоматом называется станок металлорежущий, оснащенный устройством управления и осуществляющий однократный автоматический рабочий цикл в интервале между ручными загрузкой заготовки и выгрузкой детали [2].

Если в автомате отсутствует один из основных целевых механизмов (обычно это механизм загрузки-выгрузки) и соответствующий элемент рабочего цикла выполняется вручную или с помощью средств механизации, то станок уже нельзя считать автоматом, он является полуавтоматом.

2.2.1.4. Развитие процесса автоматизации

Автоматизация станков развивалась под влиянием развития науки и техники в целом и с учетом потребностей общества и различных отраслей производства. Рассмотрение развития автоматизации в историческом плане дает следующую картину [3,6].

Исторически первыми по степени автоматизации были универсальные станки, которые удобны при обработке большой номенклатуры изделий, но отличаются низкой производительностью из-за малой степени автоматизации и невозможности организовать многостаночное обслуживание. На универсальном станке станочник должен постоянно присутствовать при обработке, выполняя все вспомогательные операции. Он закрепляет заготовку, устанавливает режимы резания, осуществляет вручную или включает быстрый подвод инструмента, включает рабочую подачу, выключает ее, включает быстрый отвод инструмента, при необходимости повторяет все эти действия при других проходах, меняет инструмент, снимает деталь. Универсальные станки существуют несколько веков и, конечно, они постоянно совершенствуются и оснащаются элементами автоматизации (например, останов от упоров), но эти элементы ничего не меняют в самой сущности процесса обработки, требующего постоянного участия человека и последовательного выполнения всех рабочих и вспомогательных операций.

Стремление к повышению производительности в условиях возрастающих масштабов производства привело к созданию универсальных автоматов и полуавтоматов. Этот процесс происходил в 30-е годы прошлого века и был связан с появлением автомобильных, тракторных, подшипниковых и других заводов с массовым характером производства. Универсальные автоматы и полуавтоматы являются высокоавтоматизированными станками; в полуавтоматах только установка и снятие детали осуществляются вручную, а в автоматах и этот процесс автоматизирован, и все рабочие и вспомогательные ходы осуществляются без участия человека, на долю которого остается лишь периодическая замена инструмента, установка обрабатываемых прутков или загрузка штучных заготовок в магазин (если таковым оснащен станок), подналадка станка и общее наблюдение за его работой. Рассматриваемый вид оборудования имеет высокую производительность и допускает возможность многостаночного обслуживания. Так, шестишпиндельный автомат может заменить по производительности до 20 универсальных токарных станков с ручным управлением, что достигается совмещением рабочих и вспомогательных ходов, высокими скоростями вспомогательных ходов и большим количеством одновременно работающих инструментов.

Высокая производительность автоматов обеспечивается, однако, при крупносерийном или массовом выпуске продукции. Гибкость их по сравнению с универсальными станками значительно ниже; переналадка является трудоемким процессом и занимает несколько часов. Программоносителем у таких автоматов являются кулачки, установленные на распределительном валу. Для переналадки требуется спроектировать и изготовить другие кулачки, на что уходит несколько дней.

При массовом выпуске стабильной продукции стали применять специализированные и специальные автоматы и полуавтоматы. Первые допускают переналадку на изготовление узкой группы однотипных деталей, вторые предназначены для изготовления одной единственной детали.

Особой группой специальных автоматов и полуавтоматов явились агрегатные станки. Они впервые были спроектированы ЭНИМСом и построены в 30-е годы прошлого века под руководством акад. В. И. Дикущина. Широкое распространение они получили на заводах массового производства в 40–70-е годы. Как правило, это были специальные многошпиндельные полуавтоматы, которые применялись в автомобиле-, тракторостроении, в других отраслях с массовым выпуском деталей. Переналаживаемые агрегатные станки встречаются реже.

К 60-м годам наметилась тенденция увеличения доли мелкосерийного и серийного производства. Даже в таких традиционных отраслях, как автомобильная, тракторная промышленность появилась необходимость создания машин различных модификаций с учетом требований потребителя. Процесс быстрой смены объекта производства еще более явственно обозначился в авиастроении, а также в самом станкостроении. В настоящее время доля серийного и мелкосерийного производства составляет около 80 % общего объема машиностроительного производства. Для серийного и мелкосерийного производства непригодны традиционные методы автоматизации, свойственные массовому производству, поскольку традиционные автоматы не обладают достаточной гибкостью.

Стремление создать оборудование, сочетающее высокую производительность, присущую автоматам массового производства, и гибкость универсальных станков, используемых в индивидуальном производстве, привело к появлению станков с числовым программным управлением (ЧПУ), которые успешно решили задачу автоматизации серийного и мелкосерийного производства. В станках с ЧПУ программа обработки воплощена не в аналоговом программоносителе (кулачки, копиры), а записана, например, на перфоленте в буквенно-цифровом коде. Это обеспечило должную гибкость станкам с ЧПУ, в то же время они имеют высокую производительность за счет систем позиционирования, увеличения скоростей холостых ходов, возможностей оптимизации режимов резания, выполнения на одном станке различных видов обработки и т. п.

2.2.1.5. Области применения различных видов технологического оборудования

Рассмотренный выше процесс развития автоматизации станков отражает стремление к их совершенствованию и приспособлению к потребностям производства. В то же время станки всех названных