Агрегатные станки

1.3 Шпиндельные  коробки и насадки

Шпиндельные коробки и  насадки представляют собой силовые  узлы, в которых размещены шпиндели, промежуточные валы и редукторные  колеса, передающие вращение к шпинделям  от приводного вала силовой головки. Конструкция шпиндельных коробок  зависит от количества и взаимного  расположения отверстий или поверхностей обрабатываемых деталей. Основные размеры  корпусов (ширина, высота и длина) и  детали, из которых монтируются данные узлы, нормализованы.

На рис. 7,а показана схема  передачи движения от веющего вала 1 к шпинделю 3. При таком расположении оси промежуточного вала 2 сила Q, равнодействующая сил P и R, которая воспринимается опорами, зависит от угла ?:

?, ? ....................... 55 75 90 120 180

Q .......................... 0 0,4P 0,7P 1,25P 2P

При расположении осей валов  в одной плоскости (? = 180?) нагрузка на опоры будет наибольшей (Q = 2Р). Однако такое расположение колес  является оптимальным. Если вал 1 будет  ведущим, а валы 2 и 3 ведомыми, например рабочими шпинделями (рис. 7,б), то силы, действующие на опоры вала 1, уравновешиваются. При передаче вращения от одного колеса на несколько колес их целесообразно  располагать равномерно относительно приводного колеса (рис. 7,в). Примером может служить развертка пятишпиндельной коробки, показанной на рис. 7,г. Это относится к передачам между приводным валом 1 и валами 2 и 5, валом 2 и шпинделями 3 и 4 и др. Нередко расположение шпинделей и промежуточных валов требует таких расстояний между центрами зубчатых колес, которые не обеспечивают необходимого радиального зазора и применения колес с нормальным зацеплением. Е этих случаях используют известные методы корригирования зубчатых колес. Возвращаясь к рис. 7, следует заметить, что подобное может иметь место с ведущими колесами валов 2 и 5, так как их необходимо вписывать в межцентровое расстояние валов 3-4 и 6-8.

При разработке кинематических схем многошпиндельных коробок не рекомендуется  использовать шпиндели в качестве валов, приводящих во вращение группу других шпинделей. Как исключение, это допускается  при проектировании легких приводов вращения.

В силовых головках с выдвижной  пинолью применяют шпиндельные коробки, называемые насадками. Одна из конструкций шестишпиндельной насадки показана на рис. 8. Корпус насадки состоит из трех деталей: фланца 3, корпуса 4 и крышки 5. Фланец установлен на пиноли 7 силовой головки, а державка 1 с двумя направляющими скалками 2 крепится к ее корпусу. Шпиндель 6 головки имеет на передней конце конус, па котором насажено ведущее зубчатое колесо, вращающее все шпиндели насадки. В настоящее время расчет координатных осей отверстий, силовой расчет всех элементов Шпиндельной коробки, проверку взаимного расположения деталей в узле и др. производят с помощью ЭВМ.

1.4 Переналадка  агрегатных станков

Применение агрегатных станков  в серийном производстве осложняется  необходимостью их частой переналадки. С целью сокращения времени обработки  используют схемы переналаживаемых агрегатных станков.

Обрабатываемая деталь на таких станках неподвижна, а специальные  механизмы силовых узлов осуществляют последовательную автоматическую смену  инструмента и необходимую перестановку узлов станка.

На рис. 9 показана компоновка такого агрегатного станка, позволяющего производить до 50 переналадок в  месяц. Он имеет две силовые головки 1 и 2: головка 1 барабанного типа предназначена  для сверлильно-резьбовых операций, головка 2 с жестким шпинделем  и вынесенным инструментальным магазином 3 служит в основном для расточных  и фрезерных операций. Последовательная смена инструментов, поворот и  координатные перемещения обрабатываемой детали осуществляются автоматически, с применением ЧПУ.

Основными направлениями  развития этого оборудования являются автоматическая смена режущего инструмента, поступающего из магазина на рабочую  позицию; автоматическое позиционирование детали; программное управление всеми  рабочими и установочными движениями станка и изменением режимов обработки  при смене инструмента. В таких  станках находят применение активный контроль качества деталей, приборы, сигнализирующие  о поломке или отсутствии инструмента, самодействующие головки с управлением  по силе подачи и др.

2. Область применения  и эффективность агрегатных станков

2.1 Область применения  агрегатных станков

Агрегатные станки предназначены  для обработки сложных и ответственных  деталей в условиях серийного  и массового производства. Наибольшие технологические возможности станков  обеспечиваются в том случае, когда  обрабатываемая деталь в процессе резания  неподвижна, а главное движение и  движение подачи сообщаются режущим инструментам. Этим достигается наибольшая концентрация операции: можно производить обработку деталей одновременно с нескольких сторон многими режущими инструментами при автоматическом управлении рабочим циклом.

Наибольшее распространение  получили агрегатные станки сверлильно-расточной и некоторых других групп. Они позволяют производить сверление, зенкерование, развертывание и растачивание отверстий, резьбонарезание и резьбонакатывание внутренних и наружных поверхностей, подрезание торцов, фрезерование и другие операции. Компоновка станков весьма разнообразна. Она зависит от формы, размеров и точности изготовляемых деталей, расположения на них обрабатываемых поверхностей и принятого технологического процесса.

2.2 Эффективность  агрегатных станков

Для сравнительной оценки технического уровня станков и комплектов станочного оборудования, а также  для выбора станков в соответствии с решением конкретной производственной задачи используют набор показателей, характеризующих качество как отдельных станков, так и набора станочного оборудования - такие, как эффективность, производительность, надежность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность и т.д.

Эффективность - комплексный (интегральный) показатель, который  наиболее полно отражает главное  назначение станочного оборудования - повышать производительность труда  и соответственно снижать затраты  труда при обработке деталей. Эффективность станков, шт./руб.,

А=N/? с, (1),

где N - годовой выпуск деталей; ? с - сумма годовых затрат на их изготовление.

При проектировании или подборе  станочного оборудования всегда следует  стремиться к максимальной эффективности, а показатель (1) при этом следует  рассматривать как целевую функцию

А = N/? с ? max. (2)

Если задана годовая программа  выпуска, то условие (2) приводится к  минимуму приведенных затрат ? с ? min. (3)

Сравнение эффективности  двух вариантов станочного оборудования при заданной программе выпуска  ведут по разности приведенных затрат 

Р = (?с)1-(?с)2 (4),

где индекс "2" относится  к более совершенному варианту станочного оборудования при сравнении с  базовым (индекс "1").

3. Технологические  возможности агрегатных станков  на примере агрегатно-модульной  конструкции типа 3388

Агрегатный модуль - это  функционально и конструктивно  независимая сборочная единица, которую можно использовать индивидуально  и в сочетании с другими  модулями с целью создания промышленного  робота с требуемой компоновочной  схемой, характеристиками и технологическими возможностями. Модули могут механическими, информационными и управляющими. Механические можули представляют собой отдельные конструктивные блоки манипулятора вместе с комплектными приводами и коммуникациями (электрическими, гидравлическими), обеспечивающие одну или несколько степеней подвижности. Информационными модулями являются комплекты измерительных и преобразовательных устройств, а управляющими - блоки систем управления роботом.

Специализированные исполнения создают на основе базовой конструкции  промышленного робота, обычно универсального типа.

В качестве примера рассмотрим однотипные промышленные роботы для обслуживания технологичесого оборудования, которые получены модификацией базовой констукции робота "Пирин" (рис. 10), предназначенного для загрузки и разгрузки заготовок и деталей на токарном станке с ЧПУ.

Модификации базовой модели отличаются числом рук манипулятора, их расположением и грузоподъемностью (рис. 11). 

Техническая характеристика промышленных роботов агрегатно-модульной  конструкции типа 3388

Грузоподъемность, кг: 

исполнение 1 5

исполнение 2 3х2

исполнение 3 3х2

Число степеней подвижности 4 (или 4х2)

Перемещение руки в осевом направлении, мм:

исполнения 1 и 2 0 - 600

исполнение 3 0 - 280

Вертикальное перемещение, мм: 50 - 100

Углы поворота руки, ? 0 - 120

Наибольший угол поворота кисти руки, ? 130

Наибольшая скорость осевого  перемещения руки, м/с 0,7

Наибольшая скорость поворота руки, ? 90

Наибольшая сила зажима губок  схвата, Н 300

Время зажима губок схвата, с 0,2

Точность позиционирования, мм ?0,2

Масса манипулятора, кг: 

исполнение 1 525

исполнение 2 567

исполнение 3 555

Дополнительно в комплектацию каждого исполнения манипулятора входят сменные схваты, позволяющие расширить  область применения данной гаммы  промышленных роботов.

Большое разнообразие модификаций  промышленных роботов может быть получено при агрегатно-модульном  их построении по конструктивно-компоновочному принципу. При разработке агрегатных промышленных роботов с различными компоновочными схемами необходимо создать следующие типовые конструктивные модули: несущую систему (неподвижное основание, колонну, портал или консоль); механизмы, обеспечивающие степени подвижности манипулятора (поворота, подъема, выдвижения руки, вращения кисти); сменные захватные устройства; дополнительные механизмы, обеспечивающие промежуточное накопление и ориентирование заготовок, деталей, смену схватов и другие вспомогательные функции робототехнического комплекса.

Пример агрегатно-модульного конструирования промышленных роботов  различного назначения приведен в таблице 1. Используя 9 конструктивных модулей, можно создать 12 моделей автоматических манипуляторов с разной компоновочной  схемой и техническими характеристиками, начиная от простого поворотного  автооператора (схема 1) и кончая универсальным  промышленным роботом с шестью степенями  подвижности и сложной криволинейной  системой координат (схема 12). Каждая из моделей может быть выполнена как в стационарном, так и передвижном исполнениях с установкой манипулятора на тележке, которая перемещается по рельсовому пути.

4. Прогрессивные  направления развития станкостроения

4.1 Современные  технологии в станкостроении

Особое развитие в последнее  время получило числовое программное  управление станками. Микропроцессорные  устройства управления превращают станок в станочный модуль, сочетающий гибкость и универсальность с высоким  уровнем автоматизации. Станочный  модуль способен обеспечивать обработку  заготовок широкой номенклатуры в автономном режиме на основе малолюдной или даже безлюдной технологии. Таким  образом, современное станочное  оборудование является базой для  развития гибкого автоматизированного  производства, резко повышающего  производительность труда в условиях средне- и мелкосерийного производства. 

Использование гибких производственных систем, состоящих из набора станков, манипуляторов, средств контроля, объединенных общим управлением от ЭВМ, дает возможность и в многономенклатурном крупносерийном производстве стимулировать научно-технический прогресс, быстрый и с минимальными затратами переход к новым, более совершенным образцам выпускаемой продукции. Переход от использования набора станков и других технологических машин к машинным системам в виде гибких производственных систем технологического оборудования помимо повышения производительности труда коренным образом изменяет весь характер машиностроительного производства. Создаются условия постепенного перехода к трудосберегающему производству при наивысшей степени автоматизации.

Повышение скоростей рабочих  и вспомогательных движений связано  с дальнейшим совершенствованием привода  станков, шпиндельных узлов, тяговых  устройств и направляющих прямолинейного движения. Применение композиционных материалов для режущих инструментов позволяет реализовать скорость резания до 1,5 - 2 км/мин, а скорость подачи довести до 20 - 30 м/мин. Дальнейшее повышение скоростей потребует  поиска новых конструкций, использующих иные физические принципы и обеспечивающих высокую работоспособность ответственных  станочных узлов.

Применение станочных  модулей возможно только при полной автоматизации всех вспомогательных  операций за счет широкого использования  манипуляторов и промышленных роботов. Это относится к операциям, связанным  со сменой заготовок, режущих инструментов, технологической оснастки, с операциями измерения заготовки, инструмента, с операциями дробления и удаления стружки из рабочей зоны станка.

В современных станках  используют широкий набор средств  измерения, иногда очень точных, таких, например, как лазерные интерферометры, для сбора текущей информации о состоянии станка, инструмента, вспомогательных устройств и  для получения достоверных данных о исправной работе.

Современные металлорежущие станки обеспечивают исключительно  высокую точность обработанных деталей. Ответственные поверхности наиболее важных деталей машин и приборов обрабатывают на станках с погрешностью в долях микрометров, а шероховатость  поверхности при алмазном точении  не превышает сотых долей миллиметра. Требования к точности в машиностроении постоянно растут, и это, в свою очередь, ставит новые задачи перед  прецизионным станкостроением.

Современный станок соединил технологическую машину для размерной  обработки с компьютером. Поэтому  устройство микропроцессорных средств  управления является важной составляющей станочного оборудования.