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 высокомоментныхмалоинерционных 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. 93. Схемы смены обрабатываемых деталей

Прямоугольный стол станка со сдвоенными поворотными столами 1 и 2 показан на рис. 93, 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. 93, 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 (см. рис. 96, 102) 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. Вертикальную компоновку имеют станки 243ВМФ2, 6560МФ3, 2254ВМФ4 и др.

Горизонтальные многоцелевые станки (см. рис. 106, 109, 111) 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. Горизонтальную компоновку имеют станки 6305Ф4, 6904ВФ4, ИР500МФ4 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.

 

Кодирование инструментов многоцелевых станков. Если для обработки детали требуется немного инструментов и каждый его вид применяется только один раз, то инструментодержатели помещают в магазине или в револьверной головке в порядке, необходимом для технологического процесса, и при каждой смене инструмента магазин перемещается на один шаг. В других случаях применяют один из методов кодирования: кодирование инструмента или кодирование гнезда магазина.

При кодировании инструмента на его оправке 1 (рис. 98) в определенной комбинации устанавливают сменные кодовые кольца 3 (2 - распорные кольца). Кодовые кольца во время движения магазина нажимают на конечные выключатели 4; при возникновении нужной комбинации сигналов магазин остановится в требуемой позиции. При таком методе инструмент можно располагать в любых гнездах магазина, отпадает возможность ошибки при его загрузке, но усложняется конструкция оправок, увеличивается масса магазина, что ухудшает его динамику; велико время поиска инструмента.

Механизмы автоматической смены инструмента многоцелевых станков с ЧПУ. Магазины шпиндельных гильз. Револьверные шпиндельные головки. Схемы инструментальных магазинов.

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 (рис. 95) бывают барабанного и линейного типа. Гильзы 1 поочередно занимают рабочее положение 4, при этом шпиндель 2 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 3. 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 2 на шпиндельную головку 1 (рис. 96, а). Револьверный магазин, вращаясь, подводит необходимый инструмент до совпадения его оси с осью шпинделя (рис. 96, б). Гильза шпинделя 2 захватывает оправку с инструментом 3, выносит ее из магазина 1 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.

Магазины 1 выполняют дисковыми (рис. 97, а, б), барабанными (рис. 97, в), цепными (рис. 97, г), планетарными (рис. 97, ж).

Инструмент 2 в таких магазинах может располагаться параллельно, радиально или наклонно к оси вращения магазина. При выборе типа механизма смены инструмента учитывают следующее. При малом числе инструментов (до 8 шт.) и невысокой точности обработки можно применять револьверную головку, при большей точности обработки необходимо использовать револьверный магазин. При требуемом числе инструментов 30-40 шт. применяют дисковые или барабанные магазины, при увеличении инструментов до 100 шт. и больше чаще всего устанавливают цепной магазин.

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.

Автоматические линии

Классификация автоматических линий. Оборудование автоматических линий. Виды автоматических линий. Автоматизированные участки и производства.