Станки с числовым программным управлением (ЧПУ)

При работе станка с ЧПУ происходит взаимодействие большого числа механических, гидравлических, пневматических и электронных устройств и элементов, от правильного и надежного функционирования которых в значительной степени зависит точность выполнения заданной программы управления обработкой деталей. При этом важно не только обеспечить безотказное функционирование станка с ЧПУ с точки зрения выхода из строя его отдельных механизмов и блоков, но и обеспечить в течение установленного периода эксплуатации выполнение обусловленных его назначением технологических операций с показателями качества и производительностью, установленными нормативно-технической документацией, обеспечить заданную технологическую надежность.

 

Рис. 4. Структурная  схема технологической системы  при применении станка с ЧПУ

Изменение точности станка с ЧПУ в процессе эксплуатации, происходящее под действием различных вредных процессов и внешних воздействий, обусловливается появлением допустимых и недопустимых повреждении как в самом станке, так и в устройстве ЧПУ.

При изготовлении деталей  со сложными пространственными профилями  в единичном и мелкосерийном  производстве использование станков  с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это  оборудование целесообразно применять  и в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ. В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства.

По технологическому назначению и функциональным возможностям системы ЧПУ подразделяют на четыре группы:

• позиционные, в которых задают только координаты конечных точек положения исполнительных органов после выполнения ими определенных элементов рабочего цикла;
• контурные или непрерывные, управляющие движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории;
• универсальные (комбинированные), в которых осуществляется программирование как перемещений при позиционировании, так и движения исполнительных органов по траектории, а также смены инструментов и загрузки-выгрузки заготовок;
• многоконтурные системы, обеспечивающие одновременное или последовательное управление функционированием ряда узлов и механизмов станка.

Примером применения систем ЧПУ первой группы являются сверлильные, расточные и координатно-расточные станки. Примером второй группы служат системы ЧПУ различных токарных, фрезерных и круглошлифовальных станков. К третьей группе относятся системы ЧПУ различных многоцелевых токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков. К четвертой группе относятся бесцентровые круглошлифовальные станки, в которых от систем ЧПУ управляют различными механизмами: правки, подачи бабок и т.д.

Принципиальная особенность  станка с ЧПУ - это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80...90 % трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

• производительность станка повышается в 1,5... 2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением; 
• сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата;
• снижается потребность в квалифицированных рабочих-станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда;
• детали, изготовленные по одной программе, являются взаимозаменяемыми, что сокращает время пригоночных работ в процессе сборки;
• сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря предварительной подготовке программ, более простой и универсальной технологической оснастке; 
• снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.

Системы ЧПУ практически  вытесняют другие типы систем управления. Основное отличие и преимущество станков с программным управлением заключаются в простоте переналадки, что дает возможность создавать экономически выгодные системы автоматизации для мелкосерийного и единичного производства.

По виду управления станки с программным управлением делят  на станки с системами циклового  программного управления и станки с системами числового программного управления. В основном распространены станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Применение станков с ЧПУ - одно из наиболее прогрессивных направлений автоматизации металлообработки на промышленных предприятиях, повышающее производительность в 3-6 раз и более. Дальнейшее развитие станков с ЧПУ привело к созданию многоцелевых станков.

48.  Многоцелевые  (многооперационные) станки (МС).

Определение, типы, назначение.

Многоцелевые (многооперационные) станки (МС) предназначены для комплексной обработки деталей различными видами инструментов, с программным управлением и автоматической сменой инструментов (АСИ). МС используют главным образом для обработки корпусных деталей, плит, кронштейнов и других деталей, имеющих большое число отверстий, требующих обработки с различных сторон.

Многоцелевые станки отличаются особо высокой концентрацией обработки. На них производят черновую, получистовую и чистовую обработку сложных корпусных заготовок, содержащих десятки обрабатываемых поверхностей, выполняют самые разнообразные технологические переходы: фрезерование плоскостей, уступов, канавок, окон, колодцев; сверление, зенкерование, развертывание, растачивание гладких и ступенчатых отверстий; растачивание отверстий инструмента с тонким регулированием на размер; обработку наружных и внутренних поверхностей и др. Помимо МС, выполняющих указанные операции и созданных на базе компоновок сверлильных, горизонтально-расточных и фрезерных станков, распространены компоновки МС на базе токарных станков.

Комплект необходимых  инструментов может находиться непосредственно в магазинах, в шпинделях, расположенных на одной или нескольких револьверных головках или в магазинах. Некоторые МС снабжены револьверной головкой и магазином. В МС с револьверными головками с числом инструментов до 8-12, смена инструмента осуществляется поворотом револьверной головки, содержащей шпиндельные узлы с инструментом, в рабочую позицию, на которой шпиндель приводится во вращение.

Лучшие МС обеспечивают удобный и относительно быстрый ввод коррекции на длину и радиус инструментов; повышение эффективности использования ПУ; сокращение сроков освоения новых изделий; сокращение межоперационных заделов. Следует признать исключительно удачным определение станков МС как станков     интегрального     класса.

Повышение производительности достигается как за счет специализации станков, так и за счет концентрации операций на одном станке. На обычных агрегатных станках осуществляется параллельная концентрация операций. Следующей стадией развития является последовательная концентрация операций, т. е. интеграция операций с наибольшей автоматизацией вспомогательных функций в результате главным образом программного управления и мероприятий по ускорению переналадки. Последнее создает условия для эффективного использования МС в мелкосерийном производстве с партией в отдельных случаях 5-10 шт.

Благодаря оснащению многоцелевых станков (МС) устройствами ЧПУ и автоматической смены инструмента существенно сокращается вспомогательное время при обработке и повышается мобильность переналадки. Сокращение вспомогательного времени достигается благодаря автоматическим установке инструмента (заготовки) по координатам, выполнению всех элементов цикла, смене инструментов, кантованию и смене заготовки, изменению режимов резания, выполнению контрольных операций, а также большим скоростям вспомогательных перемещений.

Еще одна важная особенность  большинства многоцелевых станков - наличие стола или делительного приспособления с периодическим или непрерывным (по программе) делением. Это обязательное условие для обработки заготовки с нескольких сторон без переустановки. Станки новых конструкций оснащают дополнительными столами  и устройствами для  автоматической смены заготовок. Заготовки предварительно закрепляют на приспособлении-спутнике, вместе с ним они попадают с дополнительного стола на основной. Установку заготовки в спутник, снятие обработанной детали производят во время работы станка таким образом, что вспомогательное время, затрачиваемое на загрузку станка, сводится к минимуму.

Многоцелевые станки имеют контурную систему управления, позволяющую обрабатывать разнообразные  криволинейные поверхности, фрезеровать  отверстия. Они отличаются широким  диапазоном бесступенчатого регулирования частоты вращения шпинделя (заготовки) и подач, высокими (до 12 м/мин) скоростями быстрых (вспомогательных) ходов, особо высокой жесткостью и надежностью.

По назначению МС делятся на две группы: для обработки заготовок корпусных и плоских деталей и для обработки заготовок деталей типа тел вращения. В первом случае для обработки используют МС сверлильно-фрезерно-расточной группы, а во втором - токарной и шлифовальной групп. Рассмотрим МС первой группы, как наиболее часто используемые.

Многоцелевые станки для обработки корпусных деталей делятся на 2 группы, характеризуемые расположением оси шпинделя относительно рабочей поверхности стола: с перпендикулярным (вертикальным) расположением шпинделя к поверхности стола; с параллельным (горизонтальным) расположением шпинделя к зеркалу стола (рис. 5). Вертикальный шпиндель станков первой группы обеспечивает доступ инструментов к одной стороне заготовки. Такие станки выгодно применять для обработки деталей, у которых объем обработки с одной стороны превышает объемы обработки с других сторон. Станки с горизонтальным расположением шпинделя чаще всего снабжают поворотным столом, который создает условия для обработки детали с разных сторон.

В конструкции современных  МС наблюдается тенденция к переходу от дискретности задания перемещений в 0,01 мм к дискретности в 0,001 мм и от чувствительности (наименьшего отрабатываемого перемещения) в 0,005 мм к чувствительности 0,001- 0,002 мм. Дискретность и чувствительность станка в 0,001 мм удовлетворяют по точности отсчета размеров любым потребностям современного машиностроения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Компоновки многоцелевых станков

Обработка заготовок на МС по сравнению с их обработкой на фрезерных, сверлильных и других станках с ЧПУ имеет ряд особенностей. Установка и крепление заготовки должны обеспечивать ее обработку со всех сторон за один установ (свободный доступ инструментов к обрабатываемым поверхностям), так как только в этом случае возможна многосторонняя обработка без переустановки.

Рис.6. Многоцелевой станок

Обработка на МС не требует, как правило, специальной оснастки, так как крепление заготовки осуществляется с помощью упоров и прихватов. МС снабжены магазином инструментов, помещенных на шпиндельной головке, рядом со станком или в другом месте. Для фрезерования плоскостей используют фрезы небольшого диаметра и обработку производят строчками. Консольный инструмент, применяемый для обработки неглубоких отверстий, имеет повышенную жесткость и, следовательно, обеспечивает заданную точность обработки. Отверстия, лежащие на одной оси, но расположенные в параллельных стенках заготовки, растачивают с двух сторон, поворачивая для этого стол с заготовкой.

Принцип построения станка с программным управлением и  автоматической сменой инструментов можно  рассмотреть на примере станка, изображенного на рис. 6. По внешнему виду (рис. 6,б)  он  напоминает  расточный  станок с колонной 5 и выдвижным шпинделем. Но в отличие от обычного станка на шпиндельной бабке установлен  крупный  магазин 6 с  набором инструментов.  Каждый инструмент вставлен в гнездо магазина так, что его ось параллельна оси магазина (барабана). Инструмент меняется специальной механической рукой. Цикл действий механической   руки   представлен на  рис. 6, в.   В   исходном положении рычаг 10 руки расположен вертикально и не мешает работе инструмента, закрепленного в шпинделе 9, и периодическому повороту магазина 11. При смене инструмента корпус 8 механической руки поворачивается на 90° вокруг вертикальной оси  влево;  одновременно  поворачивается  также  на 90°  гнездо магазина с очередным инструментом. Рычаг руки поворачивается в горизонтальное положение, схваты рук 12 и 13 зажимают инструменты, находящиеся в шпинделе и в гнезде барабана. После раскрепления  инструмента в шпинделе рычаг  руки  смещается вдоль своей оси, вытаскивает оба инструмента (из шпинделя и из гнезда магазина), поворачивается на 180° и, двигаясь вдоль своей оси, меняет инструменты местами: устанавливает новый инструмент в шпиндель, а отработавший - в освободившееся гнездо магазина. Схваты отпускают инструменты, рычаг руки поворачивается в вертикальное положение, а вся рука на 90⁹ вправо, т. е. в исходное положение. Одновременно поворачивается вправо к гнездо со сменным инструментом.