Конструктивные особенности станков с ЧПУ. Устройства смены инструментов.

Одна из важных особенностей станков с числовым программным управлением – это наличие системы автоматической смены инструмента. В соответствии с конструктивными особенностями и назначением станка инструмент может располагаться в револьверной головке или инструментальном магазине. В револьверной головке инструмент может быть неподвижным, как, например, в токарном или токарно-револьверном станке. Ось поворота револьверной головки может располагаться параллельно или перпендикулярно оси шпинделя.

Требования к устройствам АСИ:

1. Быстродействие – максимальное совмещение времени на смену инструмента с работой станка

2. Высокая надежность. Отказ АСИ приводит к необходимости ручной смены инструмента

3. Минимальное количество движений в общем цикле смены инструмента. В число этих движений нежелательно включать перемещение шпиндельной бабки в позицию смены инструмента, так как при этом нарушается позиционирование шпинделя по отношению к заготовке

4. Смену инструмента желательно выполнять при любом положении шпиндельной бабки

5. Универсальность – возможность использования для различных станков или различные АСИ для одного станка

6. Простота и безопасность обслуживания

Классификация АСИ

1. По числу и видам сменяемых инструментов

1.1 для одиночных инструментов

1.2 для инструментальных головок и плансуппортов

2. По составу устройств

2.1 без автооператора

2.2 с автооператором

2.3 с позицией ожидания

2.4 с промежуточным носителем и автооператором

2.5 со сменными револьверными головками

3. По относительному расположению инструмента в магазине и шпинделе

3.1 с соосным положением

3.2 с параллельным положением

3.3 с угловым положением

Устройства смены инструмента без автооператора

Устройства смены инструмента без автооператора изготавливают с соосным расположением оси инструмента в магазине и шпинделе и с параллельным.

Достаточно простое и надёжное устройство смены инструмента получается при соосном расположении инструментов в магазине и шпинделе станка. Магазин располагается на шпиндельном узле таким образом, что ось инструментального гнезда, находящегося в нижнем положении, совпадает с осью шпинделя.

При параллельном расположении оси инструмента в магазине и шпинделе добавляется движение шпиндельной бабки, необходимое для совмещения осей. Это еще больше увеличивает время вспомогательных ходов не совмещенное с машинным.

Устройства смены инструмента с автооператором

Чтобы разместить инструментальный магазин подальше от рабочей зоны станка, его размещают над шпиндельной бабкой или выносят в сторону, размещая на станине станка или на отдельной стойке. В этом случае оси инструмента в магазине и шпинделе не совпадают, но могут быть параллельными. Смена инструмента выполняется автооператором.

Автооператор оснащается двумя захватами, один из которых вынимает инструмент из шпинделя, а другой устанавливает новый инструмент.

Устройства автоматической смены с позицией ожидания

В настоящее время обрабатывающие центры требуют большого количества инструментов, поэтому они оснащаются достаточно ёмкими цепными магазинами с устройством смены инструмента с позицией ожидания и дополнительным автооператором. В конструкции такого устройства предусматривается специальная позиция ожидания, в которой находится подготовленный для замены инструмент. Вынутый из шпинделя инструмент возвращается в то гнездо, из которого он вынимался. Поэтому вынутый инструмент во время рабочего перехода некоторое время может так же находиться в позиции ожидания, пока идёт поиск нужной ячейки, закодированной в соответствии с программной картой.

Преимущество такой системы: максимальное совмещение времени на смену инструмента с рабочим временем. Поворот магазина, перенос инструмента из магазина в позицию ожидания, возврат отработавшего инструмента в магазин происходит во время обработки заготовки.

Устройства автоматической смены с револьверными головками

Револьверные головки, используемые на многооперационных станках токарной группы, передают вращение на инструмент. Принудительное вращение получает только инструмент, находящийся в рабочей позиции.

Всего на станке может быть установлено 2-3 револьверные головки в сочетании с инструментальным магазином. При этом смена инструмента производится в нерабочих позициях револьверной головки во время обработки заготовки. Несовмещенное время – только время поворота головки.

В современных станках с ЧПУ время смены инструмента составляет 3-6 с, время «от стружки до стружки» - 9-18 с.

Алгритмы управления станками с ЧПУ.

Управление станками с чпу

Станки с ЧПУ могут работать в нескольких режимах, из которых основными являются автоматический, полуавтоматический, ручной ввод (преднабор) и ручной.

Автоматический режим

В автоматическом режиме управляющая программа, введенная от программоносителя, отрабатывается станком безостановочно до одной из вспомогательных команд останова M00, М01, М02, М03.

В полуавтоматическом режиме после отработки каждого кадра управляющей программы происходит останов рабочих органов, движение подачи возобновляется только после нажатия кнопки «Пуск».

Режим ручного ввода

Режим ручного ввода заключается в наборе на пульте управления информации и последующей ее отработки при нажатии кнопки «Пуск». Вводить информацию можно по всем адресам, но объем ввода не должен превышать объема одного кадра, т. е. можно иметь не более одной команды по каждому из адресов, за исключением некоторых, не противоречащих друг другу команд по адресам G (подготовительные функции) и М (вспомогательные функции), которых может быть по две-три.

В ручном режиме можно включать все механизмы станка и осуществлять перемещения рабочих органов. Современные станки с ЧПУ имеют обычно два-три пульта, оснащенных органами управления и сигнализации.

Для осуществления работы в ручном режиме предусмотрены чаще всего следующие органы управления: кнопки включения и останова шпинделя, зажима-отжима инструмента, смены инструментов; переключатели выбора инструментов, частот вращения шпинделя, выбора направления перемещения рабочих органов вдоль координатных осей, имеющие три позиции: +, - и 0 («+» соответствует перемещению вдоль осей в положительном направлении, «-» - в обратном); кнопка возврата рабочих органов в ноль станка, переключатели и кнопки дискретных перемещений.

Многоцелевые станки

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 высокомоментных малоинерционных 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.

Компоновка многоцелевых станков. Различают станки вертикальной и горизонтальной компоновки.

Вертикальные многоцелевые станки 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 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. Наиболее совершенны для многоцелевых станков системы типа CNC, построенные по принципу ЭВМ, которые наиболее полно отражают перечисленные выше требования.

8. Этапы модернизации универсального металлорежущего оборудования.
Мы можем выявить следующие тенденции модернизации: Во-первых, на главный план выходят технологии, которые оснащены новейшим инструментом и основаны на обработке материалов при высоких скоростях. Во-вторых, стали появляться новые и весьма эффективные системы приводов, управление которых базируется на ЭВМ; В-третьих, постепенно расширяется применение различных нетрадиционных технологий – лазерных, электрофизических и так далее. В-четвертых, технологическое оборудование вынуждено приспосабливается к требованиям обработки различных материалов при ощутимом повышении качества и производительности, и снижении затрат эксплуатацию станков.

Этапы проведения работ при модернизации старых станков:

1. Ознакомление с техническим заданием (ТЗ) на модернизацию станка.

2. Разбор станка, промывка, очистка и составление дефектной ведомости.

3. Разработка проекта ремонта и модернизации станка.

4. Выпуск всей конструкторской и технологической документации на ремонт и модернизацию оборудования.

5. Проведение ремонта станка.

6. Проведение модернизации станка.

7. Испытания станка на соответствие паспортным данным и ТЗ.

8. Приемка нового станка, передача оборудования заказчику.