Металорізальні верстати та системи

Основні характеристики верстата

Найбільший діаметр оброблюваної заготовки, мм:

над станиною 400

над супортом 220

Найбільша довжина оброблюваної заготовки, мм 1000

Кількість інструментів 6

Кількість частот обертання шпинделя 12 (за програмою 9)

Межі частот обертання шпинделя, хв-1 35... 1600

Регулювання подач безступінчасте

Межі подач, мм/хв:

поздовжніх 3... 1200

поперечних 3... 500

Швидкість допоміжних (установочних) переміщень, м/хв:

поздовжніх 4,8

поперечних 2,4

Дискретність переміщень, мм:

поздовжніх 0,01

поперечних 0,005

Аналіз кінематичної схеми верстата

Ланцюг головного руху.

Кінцеві ланки: Електродвигун М1 > шпиндель VI.

Рухи кінцевих ланок ланцюга: обертання вала електродвигуна М1 і шпинделя VI.

Розрахункові рухи: пM1>пшп Цей ланцюг типу М-Р регулюється за допомогою автоматичної коробки швидкостей 1 і механізму перебору шпиндельної бабки 9.

Рівняння кінематичного балансу ланцюга:

Частота обертання шпинделя. хв-1:

де:V - швидкість різання. м/хв; D - діаметр заготовки. мм.

Автоматична коробка швидкостей має шість електромагнітних муфт 2-7, вмиканням яких в різних комбінаціях можна отримати на вихідному валу III коробки дев'ять різних частот обертання.

Наявність у шпиндельній бабці блока зубчастих коліс Z=43 і Z=60, що перемикається вручну, дає змогу отримати на шпинделі дванадцять різних частот обертання в діапазоні 35..560 хв-1 і 100... 1600 хв-1(шість частот обертання одного діапазону співпадають з шістьма частотами обертання другого діапазону). У кожному діапазоні дістаємо дев'ять частот обертання шпинделя, які перемикаються автоматично за програмою.

Поздовжня подача супорта.

Кінцеві ланки ланцюга: Кроковий електродвигун > повздовжній супорт.

Розрахункові переміщення: 1,5о повороту вала крокового електродвигуна > 0,01мм. переміщення поздовжнього супорта.

Поздовжня подача супорта забезпечується від дискретного електрогідравлічного привода (кроковий електродвигун М2 - гідропідсилювач 18) через передачу 30/125 і ходовий гвинт з кроком р=10 мм гвинтової пари кочення. Кут повороту вала крокового двигуна за кожний імпульс із системи керування становить 1,5°. Цьому буде відповідати дискретність, тобто поздовжнє переміщення супорта за один імпульс:

При максимальній частоті імпульсів 8000 Гц, тобто 8000 імп./с, швидкість установочного поздовжнього руху супорта:

Vпоз =0,01 8000 = 80 мм/с = 4,8 м/хв.

Поперечна подача супорта.

Кінцеві ланки: Кроковий електродвигун > поперечний супорт.

Розрахункові переміщення: 1,5о повороту вала крокового електродвигуна > 0,005 мм. переміщення поперечного супорта.

Поперечна подача полозок з поворотним різцетримачем забезпечується аналогічно від дискретного електрогідравлічного привода через зубчасті колеса 24/100 і ходовий гвинт з кроком р=5 мм гвинтової пари кочення.

Дискретність поперечних переміщень:

Швидкість установочного поперечного руху полозок:

Vпоп =0,005 8000 = 40 мм/с = 2,4 м/хв.

Гідропідсилювачі обертальних моментів приводів поздовжнього і поперечного переміщення супорта і полозок працюють відповідно до подачі електричних команд до крокових електродвигунів, вали яких муфтами жорстко з'єднані з валами

гідропідсилювачів. При подачі на кроковий електродвигун будь-якої кількості електричних імпульсів відбувається поворот вала і зміщення дроселюючого гідророзподільника на відповідну величину. Олива під тиском через щілини дроселюючого гідропідсилювача і розподільний диск на поршні ротора повертають вихідний вал пропорційно величині відкриття щілини. Електричні сигнали малої потужності, які надходять до крокового електродвигуна, багатократно підсилюються і перетворюються в синхронне обертання вихідного вала гідропідсилювача з обертальним моментом, необхідним для переміщення робочих органів. При цьому кут повороту вихідного вала гідропідсилювача залежить від кількості поданих імпульсів, а швидкість - від частоти їх проходження.

Кроковий двигун М (рис.5.2) відпрацьовує імпульси, які надходять з системи, обертатися гвинт 2, який загвинчений в гайку З, жорстко з'єднану з ротором гідромотора 4. При нерухомому гідромоторі поворот гвинта пересуне з'єднаний з ним запорно-регулюючий елемент 9, наприклад, вправо від середнього положення, в результаті чого в магістралі 8, що іде від гідророзподілювача до гідромотора, тиск збільшиться, а в магістралі 7 - зменшиться, і створений перепад тиску забезпечить обертальний момент на гідромоторі.

Рис. 5.2. Гідропривод з кроковим електродвигуном і гідропідсилювачем моментів осьового типу

Повертаючись, ротор гідромотора поверне гайку 3, яка через гвинт 2, поверне запорно-регулюючий елемент в середнє положення. При безперервній подачі імпульсів на кроковий електродвигун вал гідромотора буде обертатися зі швидкістю, пропорційною частоті імпульсів, а запорно-регулюючий елемент буде зміщений із середнього положення на величину, яка забезпечує пропускання витрати оливи, необхідної для обертання вала гідромотора. Далі рух через беззазорний редуктор 5 передається на гвинт-гайку кочення 6.

В конструкції верстата передбачена можливість встановлення високомоментних двигунів як приводних двигунів поздовжнього і поперечного переміщень з одночасним встановленням на ходових гвинтах давачів зворотного зв'язку або лінійних, встановлених вздовж координати. У цьому випадку верстат буде обладнаний системою ЧПК замкненого типу.

Шестипозиційний різцетримач 10 (див. рис. 5.1.) з горизонтальною віссю обертання, розташований на поперечних полозках 14, повертається від електродвигуна М4 через зубчасту передачу 20/62, черв'ячну пару 1/38 і кулачкову муфту 12. Різцетримач 10 призначений для встановлення в ньому шести різців-вставок і повороту його в задану позицію. У робочому положенні різцетримач 10 фіксується від повороту плоскозубчастою муфтою 16. З початку повороту черв'ячного колеса Z=38, завдяки гвинтовій формі зубців муфти 12 її ліва півмуфта відходить від зубців правої півмуфти. Під дією пружини 15 вал X з різцетримачем зсувається вліво, муфта 16 розмикається, потім різцетримач повертається в потрібну позицію. За командою електричного давача положення 13 електродвигун М4 реверсується, при цьому фіксатор 11 запобігає зворотному повертанню різцетримача 10, вала X і правої напівмуфти 12. Завдяки гвинтовій формі зубців муфти вал X і різцетримач пересуваються вправо і муфта 16 зчіплюється. Від кінцевого вимикача затиску подається сигнал на вимикання електродвигуна М4 і початок робочого циклу обробки.

Однозубчаста конструкція муфти 17 забезпечує розгін електродвигуна М4, при цьому використовується сила інерції для зняття натягу в муфті 12 при розтисканні.

Пристрій для нарізування різьби. При нарізуванні різьби необхідне узгодження величини поздовжньої подачі, тобто частоти обертання ходового гвинта, з частотою обертання шпинделя. Оскільки привод поздовжньої подачі на токарному верстаті з ЧПК є незалежним, має свій кроковий електродвигун, то таке узгодження можливе тільки в тому випадку, якщо під час нарізування різьби обертання вала електродвигуна забезпечується від електричних імпульсів, що надсилаються апаратом, безпосередньо з'єднаним з обертанням шпинделя. Апарат узгодження 8 (типу ВЕ-51) по командах програми діє в одному з трьох можливих діапазонів кількості імпульсів на один оберт шпинделя і залежно від запрограмованого кроку різьби (тобто потрібної кількості імпульсів за 1 оберт шпинделя) надсилає керуючі імпульси кроковому двигуну.

Обертання давача 8 нарізування різьби забезпечується від шпинделя через беззазорну зубчасту передачу 60/60. Дозволяюча здатність давача - 1000 імпульсів за 1 оберт шпинделя і один нульовий імпульс для задання вихідного положення шпинделя для вводу в нитку при нарізуванні різьби за декілька проходів.

Тенденції розвитку токарних верстатів з ЧПК

У гострій конкурентній боротьбі відбувається скорочення термінів експлуатації виробів (тобто період від моделі до модифікації). Для виробництва це означає неухильне зростання різноманітностей варіантів і деталей -- партії стають дрібніші, а час реагування - коротший.

У зв'язку зі зменшенням величини партій виробів, збільшенням гнучкості та скороченням термінів виконання замовлень переосмислюється уся верстатобудівна промисловість, а також створюється нова виробнича стратегія щодо комплексної обробки. Межі між токарною і фрезерувальною обробкою розпливаються. Значною тенденцією у теперішній час є інтеграція фрезерувальної обробки у технологічну токарну комірку. Для цього в токарний багатоцільовий верстат вмонтовується фрезерна поворотна головка.

У сфері комплексної обробки прогресивним буде верстат з двома револьверними головками -- верхньою і нижньою, які можуть переміщатися незалежно одна від одної і одночасно проводити обробку. Часто токарні багатоцільові верстати оснащуються іншим захватним шпинделем, який розташований напроти головного. Прикладом може бути розроблений Бердичівським верстатобудівним заводом на базі токарно-револьверного верстата 1В340ФЗ0 багатоцільовий верстат. Двостороння обробка може відбуватися з простим перезакріпленням в межах верстата. З'являється можливість завершення обробки деталі з боку відрізування при одночасному початку обробки наступної деталі. Для раціональної токарної обробки валів можна використовувати багатоцільовий верстат, на якому можливе фрезерування торців і центрування, а також комплексна попередня обробка обох кінців. Поряд з обробкою центрових отворів передбачена можливість обробляти отвори не по центру, а також виконувати фрезерувальні роботи.

Завантаження заготовками токарних верстатів портальними роботами значно підвищує витрати на периферійне обладнання. У зв'язку з цим розвивається більш економічна концепція двошпиндельних верстатів. Такі верстати доцільні при обробці деталей з короткими технологічними циклами, коли основне значення має лише допоміжний час. Верстат має два головних шпинделі. В той час, як на одному з них відбувається обробка, на іншому - розвантаження і завантаження. Верстат має одну здвоєну ступінчасту револьверну головку з кареткою "перескоку". В передній зоні встановлені інструменти для внутрішньої обробки, в задній - інструменти для зовнішньої обробки. Працює постійно одна з позицій, а ціла здвоєна револьверна головка почергово обробляє одну з двох заготовок. Так. спрощується система маніпулювання заготовкою при завантаженні.

Останнім часом намітилась тенденція заміни процесу шліфування точною токарною обробкою. Особливо вона ефективна при обробці посадочних поверхонь загартованих валів або коліс. Сьогодні досягається якість поверхні до Rа=0,5 мкм. Необхідною умовою для цього є жорстка конструкція верстата і надійні демпфуючі властивості. Тому для станин таких верстатів використовується виключно полімербетом або мінераліт, які забезпечують 6- і 8-кратне демпфування в порівнянні з вилитою станиною з сірого чавуну, крім того гарантується підвищення стійкості інструменту до 30%.

При точінні на токарних верстатах з ЧПК традиційних компонувань неможливо вести обробку одночасно більш ніж двома інструментами, оскільки є лише два незалежних супорти (рис.5.3, а) з револьверними головками, одна - для зовнішньої коробки, а друга -- для внутрішньої.

Сучасні токарно-центрові верстати дають змогу обточувати вали одночасно з двох сторін (рис.5.3,б,в), а при закріпленні за середню частину - і з торців.

При розміщенні шпиндельної бабки між центрами (рис.5.3,в) і при її переміщенні можлива обробка довгомірних деталей з високою точністю і концентрацією операцій (чотирисупортна обробка).

Рис. 5.3. Схеми концентрації операцій на токарних верстатах з ЧПК

Підвищення концентрації інструментів можливе на верстатах принципово нового компонування (рис.5.3,г), у яких 3...5 супорті мають поздовжні напрямні, і працюють за принципом розподілу припуску між різцями як по глибині, так і по довжині обробки.

Література

1. Волчкевич Л.И. и др. Автоматы и автоматические линии. Основы проектирования. Ч. І: Учеб. пособие для втузов/ Под ред. Г.А. Шаумана. - М.: Высш. шк., 1976. - 230 с., ил.

2. ГОСТ 7895-56. Станки токарные. Нормальной точности и жесткости.

3. Металорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов / Под ред. В.Э. Пуша. - М.: Машиностроение, 1981. - 479 с., ил.

4. Бочков В.Н., Сілін Р.І. Обладнання автоматизованого виробництва. Навчальний посібник / За ред. Сіліна Р.І. - Львів: Видавництво Державного університету „Львівська політехніка”, 2000. - 380 с.

5. Петрик М.И., Шишков В.А. Таблицы для подбора зубчатых колес. - М.: Машиностроение, 1973. - 528с.

Размещено на Allbest.ru