Билет 1

1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТАНКОВ С ЧПУ

Станки с ЧПУ обеспечивают высокую производительность и точность отработки перемещений, задаваемых программой, а также сохранение этой точности в заданных пределах при длительной нх эксплуатации. Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности гірн сохранении высокой надежности работы.

Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечить совмещение различных видов обработки (точение — фрезерование, фрезерование — шлифование, обработка резанием — контроль и т. д.), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей, что особенно важно при применении промышленных роботов, автоматическое или ди­станционное управление сменой инструмента, возможность встройки б общую автоматическую систему управления.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обыч­ного станка того же назначения. Статическая и динамическая жест­кость повышается при сокращении длины кинематических цепей. С этой целью для всех рабочих органов применяют автономные приводы, а механические передачи используют в минимально воз­можном количестве. Приводы станков с ЧПУ должны обеспечивать высокое быстродействие,

Повышению точности способствует также устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение вибро­устойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в меха- пнзмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и гидросистемы. В высокоточных станках темпе­ратурную погрешность можно в некоторой степени уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур, Базовые детали (станины, колонны, основания) выполняют более жесткими за счет введення дополнительных ребер жесткости. Повы­шенную жесткость имеют и подвижные несущие элементы (суппорты, столы, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными ребрами, Базовые летали изготовляют литыми илп сварными. Наметилась тенденция выполнять такие де­тали из полимерного бетопа или синтетического гранита, что еще больше повышает жесткость и вкброустойчивость.

Для улучшения условий эксплуатации при создании новых моделей станков с ЧПУ часто меняют традиционную компоновку, например токарные станки выполняют с вертикальной компоновкой, что обеспечивает удобный подход для загрузки-разгрузки промыш­ленным роботам, хороший отвод стружки н т. д.

Направляющие станкоз с IU^r имеют высокую износостойкость и малую величину силы трения, ЧТО РОЗЕОЛЯеТ снизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений, уменьшить рассогласование в следящей системе.

Направляющие скольжеяия имеют повышенный износ и высокий коэффициент трения, особенно на малых скоростях, что приводит к скачкообразному перемещению рабочего органа при позициониро­вании на малой скорости. Чтобы уменьшить коэффициент трения, направляющие скольжения станины и суппорта создают в виде пары скольжения «сталь (или высококачественный чугун) — пла­стиковое покрытие (фторопласт и др.)». Стальные направляющие имеют твердость HRC_z 60 ... 62, а чугунные HRC_s 52 ... 55.

В большинстве станков с ЧПУ используют направляющие каче­ния, комбинированные качения н скольжения, а в тяжелых станках — гидростатические направляющие.

Рис. 12. Схема гидростатических незамкяу- * ( |

ты я направляющих

Рис, IL Призматические замкнутые роли­ковые направляющие

Направляющие качения имеют высокую долговечность, характе­ризуются небольшим трением, причем коэффициент трения практи­чески не зависит от скорости движения. В качестве тел качения используют ролики. Для направляющих качения применяют те же исходные профили, что и для направляющих скольжения (прямо­угольные, треугольные, трапециевидные и т. д.). Предварительный натяг повышает жесткость направляющих в 2—3 раза, для создания натяга используют регулирующие устройства. В незамкнутых на­правляющих разъединению сопрягаемых деталей препятствует лишь масса перемещаемого механизма или сила пружины, поэтому при действии больших опрокидывающих моментов применяют замкнутые направляющие, где разъединению деталей препятствуют планки и другие устройства. На рис. П показаны призматические замкнутые роликовые направляющие с двумя встречными призмами, натяг осуществляется с помощью вннтов /, После установки натяга нужной величины подвижная направляющая 2 прижимается к корпусу винтами, расположенными в вертикальной плоскости.

Гидростатические направляющие создают масляную подушку по всей площади контакта, отсюда — малое сопротивление движе­нию, отсутствие износа, устранение причин скачкообразного дви­жения и т. д, Гидростатические направляющие выполняют не­замкнутыми и замкнутыми. Рассмотрим лрикцшт их действия (рис, 12). От насоса 3 через фильтр / масло подается под постоянным давлением, поддерживаемым предохранительным клапаном 2, через дроссель 4 с постоянным сопротивлением в карман-камеру 5 на на­правляющей. Из кармана масло вытесняется через зазор h, Точность движения достигается поддержанием относительного постоянства толщины масляного слоя при изменяющейся нагрузке, в простейшем случае путем установки дросселя перед каждым масляным карманом и выполнения направляющих с высокой геометрической точностью,

Привод главного движения станков с ЧПУ может иметь ступен­чатое и бесступенчатое регулирование частот вращения шпинделя. При ступенчатом регулировании применяют автоматические ко­робки скоростей (AKC) в сочетании с одно- или многоскоростными нерегулируемыми электродвигателями. В AKC пуск, торможение, реверс, регулирование скорости осуществляется автоматически с по­мощью электромагнитных муфт, Такой привод имеет высокий КПД, обеспечивает передачу больших крутящих моментов при сравни­тельно небольших габаритах и применяется, например, в токарных станках с ЧПУ. В многоцелевых станках двух- и трехступенчатые коробки скоростей сочетают с механическими вариаторами, а пере­ключение ступеней происходит от устройства ЧПУ электромагни­тами, гидроприводом или другими методами.

Бесступенчатое регулирование частот вращения осуществляется двигателями постоянного тока с тиристорным управлением. Такие двигатели в сочетании с упрощенными двух-трехступеичатыми ко­робками скоростей наиболее распространены в приводах главного движения станков с ЧПУ. Преимущества такого привода: простота конструкции Ir легкость управления. Тенденцией их развития яв­ляется применение специальных или стандартного исполнения асин­хронных электродвигателей с принудительным охлаждением при мощности до 30 кВт и максимальной частоте вращения 4500— 6000 мин^-1.

Шпиндели станков с ЧПУ выполняют точными, жесткими, с по­вышен пой износостойкостью шеек, посадочных и базирующих по­верхностей. Конструкция шпинделя значительно усложняется из-за встроенных в него устройств автоматического разжима и зажима (см. рис. 84, 104) инструмента, датчиков при адаптивном управлении Vi автоматической диагностике. Шпиндели в станках класса H и П выполняют из стали 40Х. 45, 50 с поверхностной закалкой до твер­дости HRC_s 48 ... 56. Для шпинделей сложной формы применяют стали марок 40ХГР и 50Х с последующей объемной закалкой до твердости HRC_s 56 ... 60. Шпиндели, устанавливаемые в подшипни­ках жидкостного трения, должны иметь твердость до HRC_a 63 ... 68 и высокое качество поверхности рабочих, шеек, для них рекомендуется сталь 38ХВФЮА. Концы шпинделей в основном стандартизованы. В многоцелевых и фрезерных станках с ЧПУ отверстие в шпинделе выполняют с конусом 7/24, в сверлильных станках — с конусом Морзе,

Опоры шпинделей должны обеспечить точность направлений (радиального и осевого) шпинделя в течение длительного времени в переменных условиях работы, повышенную жесткость, небольшие температурные деформации. Точность вращения шпинделя прежде всего обеспечивается высокой точностью изготовления подшип­ников Повышение радиальной жесткости шпиндельного механизма до* стигается увеличением диаметра шпинделя и установкой в опорах шпинделя более жестких подшипников (роликоподшипников вместо шарикоподшипников).

Наиболее часто в опорах шпинделей применяют подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опор обычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают число тел качения. Предварительный натяг в роли­коподшипниках с цилиндрическими роликами создается за счет? деформирования внутреннего кольца (рис. 13, а) при затяжке его на коническую шейку шпинделя. В радиальных шарикоподшипниках натяг получают осевым смеще­нием внутренних колец относительно наружных с помощью прокладок, пру­жин (рис. 13, б). При по­парной установке радиаль­но-упорных шарикопод­шипников и конических

роликоподшипников натяг создают регулированием при сборке.

2)) ПНЕВМОДВИГАТЕЛИ

В пневматических двигателях энергия сжатого воз­духа преобразуется в механическую энергию движения рабо­чего органа' машины. Пневматические двигатели позволяют осуществлять поступательное, поворотное и вращательное дви­жение рабочих органов станка. В соответствии с тем движе­нием, которое осуществляется с их помощью, они и получили название пневмодвигателей поступательного, поворотного и вращательного типа.

Поступательное движение осуществляется с помощью раз­личных поршневых или мембранных пневматических или пневмогидравлических, цилиндров. Общим признаком этой группы пневмодвигателей является . наличие штока, совершающего возвратно-поступательные движения в результате взаимодействия элементов пневмодвигателя со сжа­тым воздухом. Рабочий элемент двигателя—мембрана или поршень — могут быть совмещены CO щтоком (рис. 5.13,в).

Поворотное движение (поворот на угол меньше 360°) можно выполнить с помощью пластинчатого (рис. 5.13, г) или поршне­вого (рис. 5.13, д) пневмодвигателя. Основу конструкции пла­стинчатого пневмодвигателя составляет лопасть (пластина), жестко связанная с выходным валом. Сжатый воздух, подается попеременно то с одной, то с другой стороны лопасти двигателя. Лопасть под действием сжатого воздуха поворачивает выход­ной вал, создавая на нем крутящий момент.

Вращательное движение (поворот на угол больше 360°) может быть выполнено различными моторами. Пневмомоторы бывают пластинчатого, шестеренного, . радиально- и аксиально­поршневого типа.

Пневмомотор пластинчатого типа состоит (рис. 5,15, а) из эксцентрично расположенных статора 1 и ротора 2. В продоль­ных пазах ротора перемещается несколько пластин 3. Статор с торцов закрывают крышками, в которых имеются отверстия для впуска и выхлопа воздуха. Участок BB' статора является впускным, а участок CC'— выхлопным.: При движении от точ­ки А по направлению к впускному участку статора пластина а преодолевает сопротивление сжатого, воздуха.

Как только пластина а пройдет кромку В, давление по обе стороны пластины уравнивается и сохраняется до тех лор, пока она не пройдет кромку ВТогда давление сжатого воздуха на пластину а со стороны впускного отверстия начинает превы­шать давление с другой стороны, и усилие, возникшее вслед­ствие разности давлений, создает крутящий момент, направ* ленный по часовой стрелке. Валу достигается примерно при повышении частоты вращения ротора 2 до 50 % от максимально возможной частоты... враще­ния на холостом ходу, т. е. без нагрузки. Максимальная час­тота вращения выходного вала пневмомотора зависит от раз­меров пневмомотора и его рабочего давления и достигает 20 000 об/мин и более. Диапазон, выходной мощности пневмо- мотора от долей кВт До десятков кВт (конструкция пневмо- мотора показана на рис, 5.15,в).

В машиностроении при автоматизации чаще применяют в качестве пневмодвигателей пневматические цилиндры, (пнев­моцилиндры). Конструкция поршневых пневмоцилиндров ана­логична конструкции гидравлических цилиндров. Отличие за­ключается в том, что внутренние поверхности пневмоцилиидра должны иметь покрытия, предохраняющие пневмоцилиндр от коррозии. Крышки цилиндров изготавливают , из алюминия, а гильзу й шток—из стали с упрочняющими поверхность анти­коррозийными покрытиями.

Применяемые пневмоцилиндры имеют размер поршня 6 ... 300 мм и более (длина хода штока может достигать 2000 мм). Скорость перемещения штока 0,2 ... 1,5 м/с. Ниж­няя граница устойчивой скорости перемещения штока ограни­чивается силами трения в пневмоприводе. Когда скорость при­ближается к верхней границе, а диаметр поршня имеет значи­тельные размеры, кинетическая энергия движущихся масс может достигать большой величины. Жесткое соударение по­движных частей привода с неподвижными может привести

Білет 2

1)) Станки с ЧПУ обеспечивают высокую производительность и точность отработки перемещений, задаваемых программой, а также сохранение этой точности в заданных пределах при длительной нх эксплуатации. Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности гірн сохранении высокой надежности работы.

Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечить совмещение различных видов обработки (точение — фрезерование, фрезерование — шлифование, обработка резанием — контроль и т. д.), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей, что особенно важно при применении промышленных роботов, автоматическое или ди­станционное управление сменой инструмента, возможность встройки б общую автоматическую систему управления.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обыч­ного станка того же назначения. Статическая и динамическая жест­кость повышается при сокращении длины кинематических цепей. С этой целью для всех рабочих органов применяют автономные приводы, а механические передачи используют в минимально воз­можном количестве. Приводы станков с ЧПУ должны обеспечивать высокое быстродействие,

Повышению точности способствует также устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение вибро­устойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в меха- пнзмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и гидросистемы. В высокоточных станках темпе­ратурную погрешность можно в некоторой степени уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур, Базовые детали (станины, колонны, основания) выполняют более жесткими за счет введення дополнительных ребер жесткости. Повы­шенную жесткость имеют и подвижные несущие элементы (суппорты, столы, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными ребрами, Базовые летали изготовляют литыми илп сварными. Наметилась тенденция выполнять такие де­тали из полимерного бетопа или синтетического гранита, что еще больше повышает жесткость и вкброустойчивость.

Для улучшения условий эксплуатации при создании новых моделей станков с ЧПУ часто меняют традиционную компоновку, например токарные станки выполняют с вертикальной компоновкой, что обеспечивает удобный подход для загрузки-разгрузки промыш­ленным роботам, хороший отвод стружки н т. д.

2))Пневмогидравлические приводы являются весьма эффективным средством получения больших усилий выходного звена при использовании сжатого воздуха низкого давления цеховых магистралей (0,4– 0,6 МПа). Пневмогидравлические приводы по сравнению с гидравлическими имеют ряд преимуществ.

1. Создают и поддерживают в течение длительного времени высокое давление масла без расхода энергии и образования тепла в гидросистеме. Сжатый воздух расходуется только при перемещении поршней гидроцилиндров (например, при зажиме заготовок и разжиме готовых деталей).

2. Управление гидросистемой производится в пневмосистеме усиления давления. Это сокращает использование дорогостоящих распределителей и регулирующей аппаратуры.

3. Более компактны и просты, чем идентичные им гидравлические приводы. Это позволяет располагать их в любой части оборудования или около него.

4. Отсутствие вращающихся частей в приводе увеличивает его ресурс.

Исходной энергией в пневмогидравлических приводах является потенциальная энергия сжатого воздуха, получаемого из компрессорных установок. Воздух в систему поступает через пневмораспределители. Схема гидрораспределителя с пневматическим управлением с первой ступенью усиления приведена на рис.5.1. Основной золотник 2 гидросистемы приводится в движение двумя пневматическими сервоци-линдрами1 и 3, управляемыми пневмораспределителем 5 с электромагнитом 4. В зависимости от положения сердечника электромагнита 4, приводящего в движение вспомогательный пневмозолотник, сжатый воздух подается к пневмоцилиндрам 1 или 3. Этим осуществляется управление основным распределительным золотником 2.

Пневмогидравлические приводы широко используются в конструкциях металлообрабатывающих станков и другого технологического оборудования, зажимных приспособлениях и других устройствах.

Принципиальная схема пневмогидравлического привода показана на рис.5.2. Сжатый воздух подается в цилиндр 1, шток которого является поршнем гидроцилиндра 2. Масло из цилиндра 2 поступает по трубопроводу 3 в гидроцилиндр 4, шток которого создает силу F. Обратный ход поршней цилиндров 1 и 4 происходит за счет усилий пружин 5 и 6. Если рабочий ход поршней велик, то обратный ход может осуществляться сжатым воздухом. Резервуар 7 предназначен для пополнения утечек масла в системе. Конструктивно вся схема может быть реализована либо в виде единого блока, либо с отдельно вынесенным гидроцилиндром 4. Во втором случае компактный цилиндр 4 устанавливают вместе с исполнительным органом, а блок цилиндров 1 и 2 располагают вне рабочей зоны оборудования.

В пневмогидравлических системах применяют пневмогидравлические преобразователи (мультипликаторы-усилители давления), нагнетающие масло в гидросистему при поступлении сжатого воздуха в пневматическую полость усилителя, и пневмогидравлические насосы, беспрерывно нагнетающие масло в гидросистему как при прямом, так и при обратном ходе пневматического поршня. Пневмогидравлические преобразователи бывают прямого (одинарного) и последовательного (двойного) действия. Пневмогидравлические преобразователи прямого действия, как наиболее простые по конструкции, получили наиболее широкое распространение. Такие преобразователи состоят из пневматического и гидравлического цилиндров. Шток поршня пневматического цилиндра является одновременно плунжером гидравлического цилиндра. Управление усилителем осуществляется пневматическим распределительным краном.

Билет 3

1)) Коробка передач призначена для передачі потужності від двигуна до ра-бочей машині. Призначення коробки швидкостей - східчаста зміна угло-вої швидкості і відповідно зміна обертального моменту веденого вала в порівнянні з ведучим валом.

Кількість ступенів, (схема коробки P x P), визначає кількість ступенів кутових швидкостей. Таким чином на вихідному валу ми можемо отримати будів-го обмежений діапазон швидкостей, в будь-який момент, і одну швидкість з діа - пазона швидкостей в поточний момент.

У даному проекті розроблена коробка швидкостей за формулою P x P = 2 x 3.

Така формула забезпечує діапазон з 6-ти швидкостей.

Зміна кутових швидкостей відбувається за рахунок зміни передавального відносини в зубчастих зачеплення. Це досягається за рахунок переміщуються блоків шестерень які регулюють зачеплення між колесами на різних валах. Кінематична схема приводу крім коробки швидкостей може включати відкриті зубчасті передачі, ланцюгову або ремінну передачу.

Коробка складається з корпуса (литого чавунного або зварного стального), в якому розміщені елементи передачі - зубчаті колеса, блоки зубчастих ко-ліс, вали, підшипники, втулки, і т.д. Так само в корпусі розташовані елементи служать для змащення працюючих механізмів та устаткування необхідні для перемикання швидкостей. Коробки швидкостей знайшли широке застосування в машіностореніі. Майже всі верстати призначені для механічної обробки деталей включають у свою схему коробку швидкостей, або ступінчасту або безступінчату.

Крім машинобудування коробки швидкостей застосовуються в інших различ-них областях.

3)) . МОНТАЖ и ОБСЛУЖИВАНИЕ ГИДРОСИСТЕМ

Подготовка гидравлической системы к запуску начи­нается с монтажа ее элементов на станке, т. е. во время сборки станка. В гидродвигателях, распределителях и насосах зазоры между подвижными деталями равны 5 ... 30 мкм, поэтому при монтаже этих узлов нельзя допускать ударов по корпусу и др. Затяжку крепежных винтов проводят поочередно и равномерно, контролируя во время затяжки легкость вращения вала, пере­мещения штока, плунжера или золотника.

Если обнаружится, что для обеспечения легкости перемеще­ния этих элементов приходится по-разному затягивать крепежные вииты, необходимо приостановить монтаж, проверить отклоне­ния от плоскостности присоединительных плоскостей аппаратов и панелей, исправить обнаруженные дефекты и производить окончательную установку узла только в том случае, если после полной затяжки крепежных винтов обеспечена легкость переме­щений подвижных элементов и отсутствуют заедания во время их перемещения.

Наибольшее распространение получила гидроаппаратура со стыковым присоединением. На присоединительных плоскостях таких аппаратов выполнены цековки для размещения уплотни­тельных резиновых колец круглого сечения.

Гидравлические блоки (гидропанели) после установки аппа­ратов целесообразно испытать отдельно. Их нужно проверить на герметичность и функционирование, что позволит заранее обнаружить скрытые дефекты изготовления аппаратов и плит, на которых они монтируются. Трубопроводы монтируют частич­но одновременно с установкой узлов, а большей частью после закрепления всех узлов.

Гибку металлических труб нужно проводить в приспособле­ниях, не допуская появления дефектов. Особое внимание сле­дует обращать на качество изготовления соединений трубопро­водов. Перед установкой деталей арматуры .«а трубу или в резьбовые каналы плит и аппаратов детали следует внима­тельно осматривать, убеждаться в отсутствии царапин и рисок на рабочих поверхностях, дефектов на витках резьб и др.

Если эти дефекты не будут заранее обнаружены, они про­явятся впоследствии при монтаже или работе. При этом дефект устранить будет сложнее, поскольку детали будут уже соеди­нены с трубой развальцовкой, сваркой или с помощью кольца, а трубе уже придана окончательная форма, для устранения дефекта придется заново изготавливать трубу с соединениями и проводить ее подгонку в неудобных условиях либо делать частичную разборку основных узлов.

При установке гибких рукавов высокого давления нужно следить за правильностью выбранной схемы присоединения, исходя из фактических перемещений концов рукава. Нарушение рекомендаций приведет к преждевременному выходу рукава из строя. При затяжке соединений нужно следить за тем, чтобы рукав не скручивался вокруг собственной оси. Если допустить скручивание при затяжке, то во время работы рукав будет стре­миться к раскручиванию и это может привести к нарушению герметичности. После окончания подгоночных работ трубопро­воды разбирают и цодвергают очистке. Металлические трубы подвергают травлению с последующей промывкой и сушкой или очистке с помощью ультразвука, а гибкие рукава продувают чистым и сухим сжатым воздухом. После очистки трубопроводы окончательно монтируют на станке. ■

Следующий этап работ подготовка к первому запуску Наиболее ответственным моментом здесь является заливка мае ла в гидробак, которой должен предшествовать контроль чисто ты внутренних полостей бака и заливного фильтра. Необходим; также удостовериться, что предполагаемое для заливки маслі соответствует требованиям гидросистемы. Требуемое качеств; масла должно быть подтверждено сертификатом. Заливку маелг наиболее правильно проводить с помощью передвижной уста новки, оборудованной полнопоточными фильтрами с номиняль ной тонкостью фильтрации не грубее номинальной тонкості фильтрации фильтра тонкой очистки гидросистемы (в гидро системах станков 10 или 25 мкм).

Если такой установки нет, то заливать масло с помощьк воронки нужно через заливной фильтр. Предохранительны] клапан системы или регулятор давления на насосе нужно от регулировать на минимальное давление. Убедившись, что ва, насоса проворачивается в пределах одного оборота свободнс без заеданий, можно включить электродвигатель привода па coca и убедиться в правильности направления вращения.

Для большинства насосов вращение должно быть направ л єно по часовой стрелке со стороны вала насоса или, что то ж самое, со стороны вентилятора электродвигателей. Направлени вращения указывается в руководстве по эксплуатации насоса стрелкой на корпусе насоса. Убедившись в правильности напраг ления вращения вала, можно включить насос на более продо/ жительное время и начать осмотр гидросистемы, сохраняя воз­можность немедленного выключения насоса.