Станки с программным управлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

При серийном изготовлении деталей типа валов, дисков, фланцев, гильз, втулок и т.п. в настоящее время широко используют роботизированные комплексы - РТК, РТЛ и РТУ для токарных, многооперационных (токарно-фрезерно-сверлильных и расточных), а также финишных (кругло- и торцешлифовальных) методов механообработки.

Дополнительное обеспечение роботизированных комплексов средствами для автоматизированной переналадки при изготовлении широкой номенклатуры изделий типа тел вращения дает возможность встраивать эти комплексы в ГПС с различной организационной структурой (ГАЛ, ГАУ и ГАЦ).

Роботизированные комплексы для механообработки заготовок типа тел вращения могут иметь различные компоновочные схемы в зависимости от выполняемых ими технологических задач.

Наибольшее применение в машиностроении получили РТК, состоящие из автоматизированных станков (токарных, круглошлифовальных, многоцелевых и др.), оснащенных накопительными устройствами для заготовок и деталей, системой программного управления и обслуживаемых с помощью ПР. В первую очередь такие РТК предназначаются для серийного изготовления деталей мелких и средних размеров с небольшим временем обработки. Комплексы могут оснащаться как встроенным в станок, так и внешними ПР напольного или портального типа.

ПР в составе комплекса выполняет загрузку станка заготовками из магазина-накопителя, снятие обработанных деталей и укладку их в тот же магазин, а также следующие операции: захват заготовки из тары, находящейся в позиции загрузки на роликовом конвейере; установку заготовки в патрон первого шпинделя; установку заготовки после обработки ее с одной стороны на позицию переориентации; установку повернутой на 180° заготовки во второй шпиндель; перенесение обработанной детали к конвейеру-накопителю и установку ее в тару.

Кроме индивидуальных РТК, в механообрабатывающем производстве в настоящее время используют групповые роботизированные комплексы (участки и линии), обеспечивающие полную токарную обработку деталей с двух сторон, а в ряде случаев подготовку баз под последующую обработку (например, фрезерование торцев и зацентровку валов) и финишную (например, шлифовальную) обработку. В состав РТУ и РТК включают несколько станков одного или различных типов, которые взаимно дополняют или заменяют друг друга.

1. Гибкий производственный модуль на базе многоцелевых станков мод. ИР500ПМФ4

ГПМ ИР500ПМФ4, общий вид которого показан на рисунке 1 (см. приложение А), оснащен устройствами автоматической смены инструментов и столов спутников с заготовками, а также 6- или 8-местными круговыми накопителями столов-спутников, которые обеспечивают автоматическую работу комплекса в течение одной смены. Загрузка и разгрузка накопителя кодированными стоками-спутниками с заготовками или с обработанными на станке деталями может осуществляться как в направлении продольной, Так и поперечных осей станка. Автоматическая передача стола-спутника с накопителя на стол станка и обратно выполняется с помощью двухпозиционного загрузочного поворотно-выдвижного устройства, которое устанавливают на оси X стола. Обработка заготовки на станке производится на поворотном столе (движение В) подачей стойки (ось Z), шпиндельной бабки (ось У) и стола (ось X).

1.1 Конструкция шпиндельного устройства станка ИР500ПМФ4

В конструкцию шпиндельного устройства станка ИР500ПМФ4, вид в разрезе которого показан на рисунке 1 (см. приложение Б), входят: шпиндель (поз. 1), приводимый во вращение электродвигателем (поз. 2) постоянного тока через двухступенчатую коробку скоростей. Вращение на шпиндель передается либо через зубчатые пары второго диапазона (поз. 3), (поз. 4) и (поз. 4), (поз. 5), либо через зубчатые пары первого диапазона (поз. 3), (поз. 4) и (поз. 6), (поз. 7). В диапазонах от 21 до 194 мин^-1 и от 623 до 935 мин^-1 на шпинделе обеспечивается постоянный крутящий момент, а в диапазонах от 195 до 622 мин^-1 и от 936 до 3000 мин^-1 - постоянная мощность. Переключение диапазонов частот вращения шпинделя осуществляется гидроцилиндром, шток (поз. 8) которого жестко связан с вилкой (поз. 9). Контроль переключения выполняют путевые выключатели (поз. 10), на которые воздействуют подвижные пластины (поз. 11).

Литой корпус (поз. 12), в котором монтируется механизм привода главного движения, крепится на шпиндельную коробку (поз. 13). Крутящий момент с зубчатого колеса (поз. 14) имеющего бочкообразные зубья, передается на шпиндель (поз. 1) через зубчатую полумуфту (поз. 15) с внутренними зубьями. Зубчатое колесо (поз. 16) служит для присоединения механизма угловой ориентации шпинделя при автоматической смене инструмента.

Шпиндельное устройство монтируется в корпусе (поз. 17), который фланцем крепится на переднем торце шпиндельной коробки (поз. 13). Внутри шпинделя расположен механизм зажима инструмента. Зажим инструментальной оправки в шпинделе усилием пакета тарельчатых пружин (поз. 18), а отжим - гидроцилиндром.

1.2 Конструкция механизма разжима инструмента и угловой ориентации шпинделя

Механизм ориентация шпиндели в исходном угловом положении состоит из фотоэлектрического импульсного датчика (поз. 5), соединенного с валом (поз. 6), приводя главного движения с помощью зубчатой передачи. Двойные (разрезные) зубчатые колеса (поз. 7) и (поз. 8) позволяют компенсировать боковой зазор в зацеплении с колесом (поз. 9). Позиционирование шпинделя в исходном положении осуществляется по управляющей команде от устройства ЧПУ.

1.3 Конструкция типового устройства замены инструмента в магазине ГПМ типа «Модуль ИР500ПМФ4»

Барабан (поз. 1) с гнездами (поз. 2) для стандартных оправок (поз. 3) режущих инструментов, которые фиксируются на них стопором (поз. 4), установлен на подшипниках скольжения с антифрикционными накладками (поз. 5) в корпусе (поз. 6). В расточке корпуса (поз. 6) закреплена ось (поз. 7), на переднем конце которой имеется стандартный хвостовик для возможности зажима в шпинделе (поз. 8) станка. На заднем конце оси (поз. 7) закреплены хвостовик (поз. 9) и штифты (поз. 10), с помощью которых корпус (поз. 6) вместе с барабаном (поз. 1) устанавливается и фиксируется в определенном положении в обойме (поз. 11), жестко закрепленной на стойке (поз. 12). Стойка, в свою очередь, устанавливается и крепится на сменном столе-спутнике, который автоматически передается из накопителя на стол станка и обратно.

При замене инструментов шпиндель (поз. 8) опускается на уровень барабана (поз. 1), захватывает его за хвостовик на оси (поз. 7), зажимает и фиксирует относительно своего переднего торца с помощью штифтов (поз. 13). После этого отводом шпинделя назад корпус (поз. 6) выдвигается из обоймы (поз. 11) на стойке (поз. 12). При движении шпинделя вверх в позицию смены инструмента барабан (поз. 1) поднимается вместе с ним, оставаясь в начальном угловом положении за счет фиксатора (поз. 14). Подпружиненный упор (поз. 15), установленный в кронштейне (поз. 16) на передней стенке стойки станка, поворачивается относительно своей оси и не препятствует движению барабана.

Замена инструмента в магазине станка мод. ИР50ОПМФ4 производится манипуляторам (поз. 17), который устанавливает в магазин новый инструмент, находящийся в верхнем гнезде барабана (поз. 1). Для смены позиции барабана шпиндель опускается вниз. При этом упор (поз. 15) воздействует на храповое колесо (поз. 18), прикрепленное к торцу барабана, и поворачивает его на одну позицию. Цикл смены инструмента в магазине после этого повторяется. Снятые из магазина инструменты вместе с барабаном, который вновь устанавливается в обойме (поз. 11) стойки, транспортируются вместе со столом-спутником на участок подготовки инструмента.

Механизм поворота состоит из гильзы (поз. 6), установленной в корпусе на радиальных подшипниках. Зубчатый венец (поз. 7) зацепляется с рейкой (поз. 8), которая жестко соединена со штоком (поз. 9) гидроцилиндра (поз. 10) поворота руки. На переднем конце гильзы имеются две шпонки (поз. 11), которые входят в пазы стакана (поз. 12) и поворачивают его на 180^о. В двух противоположных пазах стакана закреплены вилки, на осях которых устанавливаются губки (поз. 13) для захвата инструментальных оправок (поз. 14). Поворот оправки вокруг своей оси при движении манипулятора ограничивается шпонками (поз. 15).

Поворот стакана (поз. 12) происходит только в выдвинутом положении. При этом губки (поз. 13) заходят на шпонки (поз. 11), что предотвращает выпадение оправок от действия центробежных сил. Выдвижение вперед осуществляется гидроцилиндром (поз. 16), который смонтирован внутри гильзы (поз. 6). Передний конец штока (поз. 17) связан со стаканом (поз. 12) через радиальный подшипник, смонтированный в корпусе (поз. 18). Вертикальное перемещение корпуса (поз. 5) осуществляется гидроцилиндром (поз. 19), установленным на верхнем торце магазина. Шток (поз. 20) гидроцилиндра (поз. 19) связан с корпусом манипулятора через плиту (поз. 21).

Все гидроцилиндры приводов манипулятора оснащены демпферными втулками (поз. 22) со скосами на конце, которые обеспечивают торможение в крайних положениях поршня. Интенсивность торможения регулируется дросселями (поз. 23), установленными на обоих концах гидроцилиндров. Обратные клапаны (поз. 24), встроенные в гидроцилиндры, обеспечивают наибольшую скорость перемещения штока при обратном ходе. Контроль крайних положений механизмов манипулятора в автоматическом режиме, задаваемом устройствам ЧПУ, осуществляют бесконтактные путевые выключатели (поз. 25), (поз. 26) и другие.

Гидросистема станка осуществляет следующие функции: уравновешивание шпиндельной коробки специальным гидроцилиндром; переключение механических ступеней привода главного движения; разжим 245 инструмента в шпинделе, угловую ориентацию шпинделя; смену инструментов манипулятором; фиксацию инструментального магазина; разжим-зажим поворотного стола и столов-спутников; автоматическую смену столов-спутников. Управление электромагнитами гидрозолотников осуществляется устройством ЧПУ. Пневматическая система станка предназначена для обдува воздухом конуса шпинделя и инструмента при его автоматической смене, а также базовых поверхностей поворотного стола и столов-спутников при их автоматической установке. Работа пневмосистемы осуществляется автоматически с управлением от устройства ЧПУ, переключающего воздухораспределители.

2. Пневматический привод

Пневматический привод - совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством пневматической энергии. Обязательными элементами пневмопривода являются компрессор (генератор пневматической энергии) и пневмодвигатель.

Пневмопривод, подобно гидроприводу, представляет собой своего рода «пневматическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т.д.).

Основное назначение пневмопривода, как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

В общих чертах, передача энергии в пневмоприводе происходит следующим образом:

1. Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал компрессора, который сообщает энергию рабочему газу.

2. Рабочий газ после специальной подготовки по пневмолиниям через регулирующую аппаратуру поступает в пневмодвигатель, где пневматическая энергия преобразуется в механическую.

3. После этого рабочий газ выбрасывается в окружающую среду, в отличие от гидропривода, в котором рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в гидробак, либо непосредственно к насосу.

В зависимости от характера движения выходного звена пневмодвигателя (вала пневмомотора или штока пневмоцилиндра), и соответственно, характера движения рабочего органа пневмопривод может быть вращательным или поступательным. Пневмоприводы с поступательным движением получили наибольшее распространение в технике.

2.1 Пневмоприводы с поступательным движением

По характеру воздействия на рабочий орган пневмоприводы с поступательным движением бывают:

· двухпозиционные, перемещающие рабочий орган между двумя крайними положениями;

· многопозиционные, перемещающие рабочий орган в различные положения.

По принципу действия пневматические приводы с поступательным движением бывают:

· одностороннего действия, возврат привода в исходное положение осуществляется механической пружиной;

· двухстороннего действия, перемещающие рабочий орган привода осуществляется сжатым воздухом.

По конструктивному исполнению пневмоприводы с поступательным движением делятся на:

· поршневые, представляющие собой цилиндр, в котором под воздействием сжатого воздуха либо пружины перемещается поршень (возможны два варианта исполнения: в односторонних поршневых пневмоприводах рабочий ход осуществляется за счёт сжатого воздуха, а холостой за счёт пружины; в двухсторонних - и рабочий, и холостой ходы осуществляются за счёт сжатого воздуха);

· мембранные, представляющие собой герметичную камеру, разделённую мембраной на две полости; в данном случае цилиндр соединён с жёстким центром мембраны, на всю площадь которой и производит действие сжатый воздух (также, как и поршневые, выполняются в двух видах - одно-либо двухстороннем).

· сильфонные применяются реже. Практически всегда одностороннего действия: усилие возврата может создаваться как упругостью самого сильфон, так и с использованием дополнительной пружины.

В особых случаях (когда требуется повышенное быстродействие) применяют специальный тип пневмоприводов - вибрационный пневмопривод релейного типа.

Одно из применений пневматических приводов является использование их в качестве силовых приводов на пневматических тренажерах.

2.2 Типовая схема пневмопривода

Принцип действия пневматической машины (рисунок 1): воздух в пневмосистему поступает через воздухозаборник (поз. 1). Фильтр (поз. 2) осуществляет очистку воздуха в целях предупреждения повреждения элементов привода и уменьшения их износа. Компрессор (поз. 3) осуществляет сжатие воздуха. Поскольку сжатый в компрессоре воздух имеет высокую температуру, то перед подачей воздуха потребителям (как правило, пневмодвигателям) воздух охлаждают в теплообменнике (в холодильнике) (поз. 4). Чтобы предотвратить обледениение пневмодвигателей вследствие расширения в них воздуха, а также для уменьшения корозии деталей, в пневмосистеме устанавливают влагоотделитель (поз. 5). Воздухосборник (поз. 6) служит для создания запаса сжатого воздуха, а также для сглаживания пульсаций давления в пневмосистеме. Эти пульсации обусловлены принципом работы объёмных компрессоров (например, поршневых), подающих воздух в систему порциями. В маслораспылителе (поз. 9) в сжатый воздух добавляется смазка, благодаря чему уменьшается трение между подвижными деталями пневмопривода и предотвращает их заклинивание. В пневмоприводе обязательно устанавливается редукционный клапан (поз. 10), обеспечивающий подачу к пневмодвигателям сжатого воздуха при постоянном давлении. Распределитель (поз. 12) управляет движением выходных звеньев пневмодвигателя. В пневмодвигателе (пневмомоторе или пневмоцилиндре) (поз. 13) энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию. Так же присутствуют дроссели (поз.) и (поз. 11) и предохранительный клапан (поз. 7).

Рисунок 1 - Типовая схема пневмопривода

2.3 Достоинства пневмопривода

· в отличие от гидропривода - отсутствие необходимости возвращать рабочее тело (воздух) назад к компрессору;

· меньший вес рабочего тела по сравнению с гидроприводом (актуально для ракетостроения);

· меньший вес исполнительных устройств по сравнению с электрическими;

· возможность упростить систему за счет использования в качестве источника энергии баллона со сжатым газом, такие системы иногда используют вместо пиропатронов, есть системы, где давление в баллоне достигает 500 МПа;

· простота и экономичность, обусловленные дешевизной рабочего газа;

· быстрота срабатывания и большие частоты вращения пневмомоторов (до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту);

· пожаробезопасность и нейтральность рабочей среды, обеспечивающая возможность применения пневмопривода в шахтах и на химических производствах;

· в сравнении с гидроприводом - способность передавать пневматическую энергию на большие расстояния (до нескольких километров), что позволяет использовать пневмопривод в качестве магистрального в шахтах и на рудниках;

· в отличие от гидропривода, пневмопривод менее чувствителен к изменению температуры окружающей среды вследствие меньшей зависимости КПД от утечек рабочей среды (рабочего газа), поэтому изменение зазоров между деталями пневмооборудования и вязкости рабочей среды не оказывают серьёзного влияния на рабочие параметры пневмопривода; это делает пневмопривод удобным для использования в горячих цехах металлургических предприятий.

2.4 Недостатки пневмопривода

· нагревание и охлаждение рабочего газа в процессе сжатия в компрессорах и расширения в пневмомоторах; этот недостаток обусловлен законами термодинамики, и приводит к следующим проблемам: возможность обмерзания пневмосистем; конденсация водяных паров из рабочего газа, и в связи с этим необходимость его осушения;

· высокая стоимость пневматической энергии по сравнению с электрической (примерно в 3-4 раза), что важно, например, при использовании пневмопривода в шахтах;

· ещё более низкий КПД, чем у гидропривода;

· низкие точность срабатывания и плавность хода;

· возможность взрывного разрыва трубопроводов или производственного травматизма, из-за чего в промышленном пневмоприводе применяются небольшие давления рабочего газа (обычно давление в пневмосистемах не превышает 1 МПа, хотя известны пневмосистемы с рабочим давлением до 7 МПа - например, на атомных электростанциях), и, как следствие, усилия на рабочих органах значительно мемньшие в сравнении с гидроприводом). Там, где такой проблемы нет (на ракетах и самолетах) или размеры систем небольшие, давления могут достигать 20 МПа и даже выше.

· для регулирования величины поворота штока привода необходимо использование дорогостоящих устройств - позиционеров.

шпиндельный станок программный пневмопривод

Заключение

Практика применения станков с программным управлением показывает их экономическую эффективность, особенно на станках фрезерной и координатно-расточной группы, при обработке деталей сложного профиля.

Основное распространение получают системы, где программа кодируется десятичным или же двоично-десятичным кодом.

Широкая популярность станков с ЧПУ объясняется их значительными преимуществами по сравнению с традиционным оборудованием, такими как:

* высокая точность обработки

* неизменно хорошее качество изделий,

* практически полное отсутствие брака и, значит, минимум затрат на контроль,

* короткое время обработки,

* короткий подготовительно-заключительный период,

* минимум необходимого оборудования. Конструкционные признаки

При проведении конструктивных расчетов отдельных компонентов станков на первый план выдвигаются следующие задачи:

* повышение производительности,

* повышение точности обработки,

* снижение стоимости изготовления станка.

Список источников

1 «Роботизированные технологические комплексы и гибкие производственные системы в машиностроении»; Альбом схем и чертежей; Под редакцией Ю.М. Соломенцева, Москва «Машиностроение» 1989

2 «Введение в мехатронику»; А.К. Тугенгольд, И.В. Богуславский, Е.А. Лукьянов, В.В. Мартынов, В.А. Череватенко, Д.А. Носенков. Под редакцией А.К. Тугенгольда, Ростов-на-Дону, «Издательский центр ДГТУ» 2010

3 «Интеллектуальное управление»; А.К. Тугенгольд, Е.А. Лукьянов. Под редакцией А.К. Тугенгольда, Ростов-на-Дону, «Издательский центр ДГТУ» 2004

6 «Управляющие системы и автоматика для мехатроники»; Коллектив авторов под руководством Д. Шмида; Москва, «Техносфера» 2007

Размещено на Allbest.ru