Многоцелевые станки

Министерство образования Республики Беларусь

УО «Барановичский государственный университет»

 

Инженерный факультет

 

 

 

 

УСР №1

Тема: МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СТАНКИ

По дисциплине «Металлорежущие станки»

 

 

 

 

Выполнила:

Студентка 4 курса

Группы ТО-41

Зарожная А.Н.

Проверил преподаватель:

Трофимчук Е.А.

 

 

 

 

Барановичи 2015

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ  О МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКАХ.

Многоцелевым станком называется станок с ЧПУ, обеспечивающий комплексную обработку сложных деталей с разных сторон без их перебазирования и, как правило, имеющий автоматическую смену инструмента. Эти станки выпускают для обработки корпусных заготовок и типа тел вращения. Рассмотрим многоцелевые станки для обработки корпусных заготовок. На них можно сверлить, зенкеровать, развертывать, растачивать, нарезать резьбу, фрезеровать плоские поверхности и контуры.

Производительность многоцелевых станков в 3-8 раз выше, чем универсальных станков. Это происходит за счет резкого сокращения вспомогательного времени и тем самым увеличения доли машинного времени до 60-75 % в общем цикле обработки.

Вспомогательное время уменьшается благодаря автоматической смене инструмента, высокой скорости позиционирования рабочих органов станка на вспомогательных ходах (до 15 м/мин), сокращению времени пуска-останова и реверсирования при применении высокомоментных малоинерционных двигателей постоянного тока, наладке инструмента на размер вне станка, исключению контрольных операций и т. д. В современных станках время переналадки еще более уменьшается вследствие применения сменных инструментальных магазинов с заранее налаженным на размер режущим инструментом.

Для сокращения времени загрузки заготовок и съема готовых деталей используются устройства для автоматической смены приспособлений - спутников, маятниковые столы, несколько поворотных столов, работающих поочередно, и др.

Рис. 1. Схемы смены обрабатываемых деталей

Прямоугольный стол станка со сдвоенными поворотными столами 1 и 2 показан на рис. 1, а. Разгрузку-загрузку стола 1 выполняют во время обработки заготовки на столе 2 шпинделем 3. Иногда один из столов имеет механизм периодического поворота, предназначенный для последовательной обработки деталей с нескольких сторон, а второй может поворачиваться непрерывно для обработки цилиндрических и сложных криволинейных поверхностей. Схема автоматизации загрузки заготовок с применением сдвигающихся столов-спутников показана на рис. 1, б. В период обработки заготовки спутник находится на рабочей позиции 2, вторую заготовку устанавливают на позицию 1. Когда обработка закончится, спутник с позиции 2 автоматически передвинется гидроцилиндром 4 в позицию 3 разгрузки, а на его место поступит спутник с позиции 1. И такое «маятниковое» движение спутников будет повторяться.

Машинное время обработки снижается за счет интенсификации и оптимизации режимов резания, применения современных высокопроизводительных режущих инструментов, увеличения мощности главного привода и диапазона частот вращения шпинделя, повышения жесткости и виброустойчивости станков.

Компоновка многоцелевых станков. Различают станки вертикальной и горизонтальной компоновки.

Вертикальные многоцелевые станки предназначены для обработки крупных заготовок или заготовок, обрабатываемых с одной стороны. При использовании многопозиционных и поворотных приспособлений можно вести обработку заготовок с нескольких сторон. Этому способствуют и автоматически сменяемые головки с различным расположением шпинделей. Станки выполняют по типу вертикальных консольно и бесконсольно-фрезерных и продольно-фрезерных станков; одностоечных и двухстоечных координатно-расточных станков. В этой группе чаще всего используют крестовый стол, а вертикально перемещается шпиндельная бабка.

Горизонтальные многоцелевые станки предназначены для обработки заготовок с двух-четырех, а иногда и пяти сторон, в последнем случае шпиндельные головки имеют поворот вокруг вертикальной и горизонтальной оси. Станки изготовляют по типу горизонтальных консольно-фрезерных и горизонтально-расточных. Наиболее распространены станки, имеющие крестовый поворотный стол и вертикально перемещающуюся шпиндельную бабку. Применяют компоновки с неподвижной стойкой и крестовым столом, перемещающимся в двух взаимно перпендикулярных направлениях; с продольно-подвижной стойкой и столом, имеющим поперечное перемещение; с поперечно-подвижной стойкой и продольно-подвижным столом и др.

Токарно-сверлильные, токарно-сверлильно-фрезерные многоцелевые станки близки по компоновке к токарным станкам и имеют главное движение - вращение заготовки. Широко применяют при проектировании многоцелевых станков принцип агрегатирования.

Точностные характеристики станков обеспечивают предварительную и финишную обработку. Станки выпускают классов точности П и В.

Системы ЧПУ многоцелевых станков, работающие с многоцелевыми станками, имеют ряд особенностей: большой объем программы, большое число управляемых по программе координат (до 7-8), обеспечение высокой точности перемещений рабочих органов (у большинства многоцелевых станков точность позиционирования в пределах 0,005-0,01 мм), широкий диапазон регулирования скоростей приводов главного движения и подач, возможность работы станка в различных режимах, высокие требования к надежности. Системы должны работать как в автономном режиме, так и от ЭВМ верхнего уровня.

Системы обеспечивают направление и величину рабочих перемещений, выдают команды на выполнение вспомогательных функций: автоматический поиск инструмента и его смену после обработки, установку шпинделя в определенное положение при смене инструмента, изменение режимов обработки, включение и отключение системы СОЖ в зону обработки, реверс шпинделя при выполнении резьбонарезных операций, фиксацию механизмов после их позиционирования, осуществление автоматических циклов обработки; включение, выключение и индексирование поворотных столов и т. д. Станки работают совместно с позиционными, контурными и чаще всего универсальными системами ЧПУ, как правило, замкнутыми с датчиками обратной связи. Наиболее совершенны для многоцелевых станков системы типа CNC, построенные по принципу ЭВМ, которые наиболее полно отражают перечисленные выше требования.

 

2 КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ.

Приводы главного движения многоцелевых станков должны обеспечить регулирование скоростей в широком диапазоне (Rn = 50-:-100, а иногда и до 200), учитывая большое число разнохарактерных обработок, выполняемых на многоцелевых станках. Максимальная частота вращения достигает nmax = 3000-:-4000 мин-1. Большей частью в приводах главного движения используют двигатели постоянного тока с тиристорным управлением с двумя-тремя механическими ступенями, а иногда и без них. Для малых и средних типоразмеров станков применяют приводы с асинхронными электродвигателями и коробками скоростей (иногда дополнительно устанавливают вариатор). Реже используют гидродвигатели малых габаритов и с большим диапазоном регулирования.

Привод подач многоцелевых станков. Подача подвижных рабочих органов чаще всего осуществляется от электродвигателей постоянного тока с бесступенчатым регулированием подач в диапазоне до 10 000 и более. Скорости быстрых перемещений рабочих органов в зависимости от размеров станка достигают 10-20 м/мин, но для точного позиционирования необходимы и малые подачи. Обычно регулируемый электродвигатель через редуктор соединяется с парой винт - гайка качения. В станках крупных размеров вместо редуктора применяют двухступенчатые коробки скоростей с электромагнитными муфтами. Высокомоментные электродвигатели могут устанавливаться на ходовом винте или соединяться с ним через зубчатый ремень.

В приводах подач многоцелевых станков применяют и гидроприводы, обеспечивающие высокую плавность перемещения рабочего органа и диапазон регулирования скорости в пределах 1 : 15000.

 

3 Механизмы автоматической смены инструмента многоцелевых станков с ЧПУ. 

 Механизмы автоматической смены инструмента должны обеспечить стабильное точное, жесткое и надежное положение инструмента, а также минимальное время его смены. По конструктивному и компоновочному исполнению их делят на три группы:

1) с заменой всего шпиндельного  устройства (револьверные шпиндельные  головки, магазины шпиндельных гильз);

2) со сменой инструмента  в одном шпинделе (инструментальные  магазины);

3) комбинированные (магазин в сочетании с револьверной головкой или автоматическая и ручная смена).

Револьверные шпиндельные головки наиболее просты и компактны. Головки размещаются обычно на шпиндельной бабке станка. Время смены инструментов 1-3 с.

Магазины шпиндельных гильз  бывают барабанного и линейного типа. Гильзы  поочередно занимают рабочее положение , при этом шпиндель  соединяется с приводом главного движения, а гильза шпинделя с приводом подач. В магазине устанавливается 15-20 гильз, в которых можно монтировать шпиндели разной конструкции для легких и тяжелых работ. Главный привод обеспечивает необходимую частоту вращения различных инструментов . Недостаток такого способа смены инструмента - громоздкость и высокая стоимость конструкции; преимущество - достаточная жесткость шпиндельного устройства и надежность его закрепления.

Наиболее распространены многоцелевые станки со сменой инструмента в одном шпинделе. Механизм смены инструмента в этом случае в общем виде состоит из инструментального магазина, автооператора для переноса инструментов от магазина в шпиндель и обратно и транспортного устройства для передачи инструмента из магазина к автооператору.

Магазины могут быть установлены на шпиндельной головке, на колонне, на столе и за пределами станка. При расположении магазина на столе станка уменьшается полезная площадь стола, увеличиваются затраты времени на смену инструмента, поэтому такой способ установки магазина не получил распространения.

Значительно упрощается загрузка и транспортирование инструмента из магазина в шпиндель при установке магазина  на шпиндельную головку  . Револьверный магазин, вращаясь, подводит необходимый инструмент до совпадения его оси с осью шпинделя. Гильза шпинделя  захватывает оправку с инструментом , выносит ее из магазина  и, продвигаясь дальше, осуществляет рабочий цикл. При обратном ходе оправка остается в магазине, а шпиндель уходит вверх, чтобы не мешать повороту револьверного магазина. Автооператор здесь не нужен. По сравнению с револьверными головками такие магазины имеют более мощный шпиндель и больший рабочий ход инструмента, но вместимость револьверных магазинов ограничена.

Этих недостатков лишены магазины, расположенные на колонне станка или вне его. Но при таком исполнении усложняется все устройство смены, появляется необходимость в автооператорах, транспортных средствах для подвода инструмента, увеличивается время его смены. Вместимость магазинов, удаленных от рабочей зоны, составляет 12-120 инструментов. Необходимая вместимость магазина определяется из анализа технологического процесса деталей, которые будут обрабатываться на данном многоцелевом станке: вместимость магазина зависит также от размеров инструментов (прежде всего от их диаметра), которые могут быть помещены в магазине. Оптимальной считают вместимость магазина в 30 инструментов.

Многоцелевые станки оснащают еще большим числом инструментов путем применения сменных магазинов, устройств для кассетной замены инструментов в магазине, дополнительных стеллажей с инструментами вне станка - смена инструмента при этом осуществляется портальным роботом.

Уменьшают время смены инструмента комбинированные устройства смены, состоящие из магазина и револьверной головки. Например, при наличии двухшпиндельной поворотной головки во время работы одного шпинделя происходит смена инструмента из магазина в другом ее шпинделе с помощью автооператора.