Металлорежущие станки. 2

Содержание

1.  Типы станков  с ЧПУ токарной группы. Назначение, системы управления…..2

6.  Автоматические  системы управления. Определения,  типы, применяемость....5

21. Конструктивные  и кинематические особенности  станков с ЧПУ. Механизмы   беззазорного зацепления…………………………………………………………………..9

48. Многоцелевые (многооперационные) станки (МС). Определение, типы, назначение………………………………………………………………………………….15

61.  Разработать  управляющую программу обработки детали на станке с ЧПУ...21

Список использованной литературы…………………………………………………...23

1.Типы станков с ЧПУ токарной группы. Назначение, системы управления.

Металлорежущие станки с числовым программным управлением (ЧПУ) представляют собой разнообразную  и совершенную группу машин, в  которой широко используют средства автоматики и электроники, электрические, механические, гидравлические, пневматические и другие устройства. В зависимости от основных операций обработки станки с ЧПУ объединены в различные технологические группы.

Токарные станки с ЧПУ являются наиболее многочисленной группой в парке станков с ЧПУ. Предназначены главным образом для обработки наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезания резьбы и обработки торцовых поверхностей деталей типа тел вращения с помощью разнообразных резцов, сверл, зенкеров, разверток, метчиков и плашек. Они составляют самую значительную группу по номенклатуре в парке станков с ЧПУ. Применение дополнительных специальных устройств (для шлифования, фрезерования, сверления радиальных отверстий) значительно расширяет технологические возможности станков данной группы.

Токарные станки могут  иметь горизонтальную или вертикальную компоновку в зависимости от расположения шпинделя. Основные параметры токарных станков - наибольший диаметр заготовки, обрабатываемой над станиной, и наибольшее расстояние между центрами. Важным параметром станка является также наибольший диаметр заготовки, обрабатываемой над поперечными салазками суппорта.

В основе классификации  токарных станков с ЧПУ лежат следующие признаки:

• расположение оси шпинделя (горизонтальные и вертикальные станки);
• число используемых в работе инструментов (одно- и многоинструментальные станки);
• способы их закрепления (на суппорте, в револьверной головке, в магазине инструментов);
• вид выполняемых работ (центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные, прутковые станки);
• степень автоматизации (полуавтоматы и автоматы).

В основном токарные станки имеют горизонтально расположенную ось шпинделя. Исключение составляют двухсуппортные станки и карусельные станки для обработки крупных деталей. По расположению направляющих суппорта токарные станки с ЧПУ выпускают с горизонтальным, вертикальным или наклонным расположением (рис. 1). Станки с вертикальными и наклонными направляющими оригинальны в своем исполнении и имеют следующие преимущества: удобство обслуживания, облегчение схода и удаления стружки, расположение ходового винта станка между направляющими, что способствует повышению точности перемещения суппорта.

Рис. 1. Токарно-револьверный станок с ЧПУ с наклонным расположением  суппортов: 
1 - электродвигатель; 2 - шпиндельная бабка; 3,7- верхний и нижний суппорты соответственно; 4, 6 - револьверные головки; 5 - задняя бабка.

Токарные станки с  ЧПУ (рис. 2) оснащают револьверными головками или магазином инструментов. Револьверные головки бывают четырех-, шести- и двенадцатипозиционные, на каждой позиции можно устанавливать по два инструмента для наружной и внутренней обработки заготовки. Ось вращения головки может располагаться параллельно оси шпинделя, перпендикулярно к ней или наклонно. При установке на станке двух револьверных головок в одной из них закрепляют инструменты для наружной обработки, в другой - для внутренней. Такие головки могут располагаться соосно одна относительно другой или иметь разное расположение осей. Токарные станки имеют две управляемые координаты: Z - вдоль оси шпинделя; X- перпендикулярно этой оси. Перемещение по оси Z осуществляется кареткой станка, вдоль оси X - поперечными салазками суппорта. На поперечных салазках установлены либо резцедержатель (при смене инструмента из магазина), либо револьверная поворотная инструментальная головка. Одновременная работа двух револьверных головок обеспечивается их расположением: одной - на верхнем суппорте, а другой - на нижнем суппорте. Одна головка имеет ось поворота, совпадающую по направлению с осью и используемую для обработки наружных поверхностей. Другая головка 3 имеет ось поворота, перпендикулярную плоскости  XZ и инструменты, закрепленные в ней, предназначены для обработки внутренних поверхностей. Располагают головки по разные стороны от оси шпинделя с некоторым сдвигом относительно друг друга: головка 2 установлена на поперечные салазки 4 ближе к переднему торцу шпинделя 1, а головка 3 удалена от него, размещение способствует лучшему доступу инструментов к обрабатываемой заготовке. Такая компоновка дает возможность применять большое число режущих инструментов при изготовлении сложных деталей. Обе револьверные головки имеют оси вращения, параллельные оси шпинделя станка.На станках с двумя головками в работе могут   участвовать   10-16   режущих   инструментов.

Индексирование револьверных головок производится, как правило, путем применения закаленных и шлифованных плоскозубчатых торцовых муфт, которые обеспечивают высокую точность и жесткость индексирования головки. В пазы револьверных головок устанавливают сменные взаимозаменяемые инструментальные блоки, которые настраивают на размер вне станка, на специальных приборах, что значительно повышает производительность и точность обработки.

Рис. 2. Токарный станок с ЧПУ с двумя револьверными головками

Цикл обработки на станке полностью автоматизирован. От электродвигателя вращение на шпиндельную бабку передается через ременную передачу. Наличие раздельного привода повышает точность обработки. Направляющие станины для перемещения кареток, несущих револьверные головки, имеют прямоугольное сечение. Пульт управления системы ЧПУ для ручного ввода программы и дисплей.

Магазины инструментов (вместимостью 8...20 инструментов) применяют  редко, так как практически для  токарной обработки одной заготовки  требуется не более 10 инструментов. Использование большего числа инструментов целесообразно в случаях точения труднообрабатываемых материалов, когда инструменты имеют малый период стойкости.

По виду выполняемых  работ токарные станки делятся на: центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные, прутковые.

Центровые станки с ЧПУ  служат для обработки заготовок деталей типа валов с прямолинейным и криволинейным контурами. На этих станках можно нарезать резьбу резцом по программе.

Патронные станки с ЧПУ  предназначены для обточки, сверления, развертывания, зенкерования, нарезания  резьбы метчиками в осевых отверстиях деталей типа фланцев, зубчатых колес, крышек, шкивов и др.; возможно нарезание резцом внутренней и наружной резьбы по программе.

Патронно-центровые станки с ЧПУ служат для наружной и  внутренней обработки разнообразных  сложных заготовок деталей типа тел вращения и обладают технологическими возможностями токарных центровых и патронных станков.

Карусельные станки с  ЧПУ применяют для обработки  заготовок сложных корпусов.

6.  Автоматические  системы управления. Определения,  типы, применяемость.

Автоматическая система  управления машин технологического назначения (заготовительных, металлорежущих, сборочных, контрольно-измерительных и др.) представляют собой комплекс механизмов и устройств, предназначенный для сообщения рабочим органам (РО) определенных действий, необходимых для выполнения заданного технологического процесса без участия человека.

В общем виде любая  САУ включает в себя задающее устройство (ЗУ), воспринимающее устройство (ВУ), преобразующе-передающее устройство (ППУ), силовой привод (СПр), устройство сравнения (УСр) и устройство обратной связи (УОС). Два последних устройства могут отсутствовать.

Под задающим устройством понимают управляющую программу и устройство, осуществляющее ее ввод в зону действия воспринимающего устройства.

Управляющая программа  содержит всю необходимую информацию для работы данной машины: команды по управлению циклом всей машины, характером движения (закон движения) отдельных рабочих органов, режимами работы и т. д. Задающая информация, зафиксированная тем или иным способом, является управляющей программой, а материальный носитель, на котором она зафиксирована, - программоносителем.

Управляющая программа  может быть зафиксирована с помощью упоров, копиров и других механических аналогов; на различных коммутаторах (штекерных матрицах, панелях с декадными переключателями и т. д.) и на быстросменных носителях (перфолентах, перфокартах, магнитных лентах,  дисках).

Воспринимающие устройства служат для восприятия (считывания) задающей информации. От формы представления этой информации во многом зависит тип ВУ и принцип их действия. Так, при числовой форме меняют считывающие устройства контактного (с подпружиненными щтифтами) и    бесконтактного   типа   (например,  фотоэлектрические). В ППУ считанная информация превращается в вид,  удобный для управления силовым приводом. В наиболее сложных системах таких преобразований может быть несколько, и на одной из ступеней в качестве преобразователя могут быть использованы устройства вычислительной техники - например, в системах числового программного управления (ЧПУ). Наоборот, в простых системах, имеющих только механические связи, где информация задана в виде физического аналога закона движения, такие преобразования отсутствуют или сводятся в основном к простому изменению направления движения.

В силовом приводе сигнал управления усиливается по мощности и преобразуется в движение рабочих органов.

Информация о фактическом  движении рабочего органа (скорости, положении РО), а в некоторых системах и о состоянии внешней среды представляется устройствами обратной связи. Они не только собирают эту информацию, но и преобразуют ее в соответствующую форму для сравнения с задающей информацией. Для сравнения этих видов информации применяют устройство сравнения. Тип устройства сравнения и форма информации, поступающей на него, определяется типом системы автоматического управления.

Системы управления должны обеспечивать работу оборудования (или отдельных РО) с определённой точностью и производительностью.

Точность работы СУ оценивается по наибольшему вероятностному отклонению фактически полученного параметра (положения РО, траектории его движения) от заданного, которое зависит от статических и динамических характеристик системы.

Требования по производительности систем управления сводятся к обеспечению ими заданных скоростных и силовых характеристик, а также мобильности, надежности, универсальности, полноты автоматизации и оптимизации управления.

Скоростная характеристика определяется максимальной и рабочей  скоростями, диапазоном или рядом скоростей, а также тем, с какой точностью они поддерживаются при изменении нагрузки.

Силовая характеристика определяется усилием, крутящим моментом или мощностью на заданной скорости или в заданном диапазоне.

Мобильность системы управления определяется быстротой ее переналадки на работу по новой программе (по новым условиям). Мобильность зависит от трудоемкости задания (расчета) программы, ее изготовления и установки. Чем выше трудоемкость, тем ниже мобильность системы.

Требования по надежности сводятся к обеспечению безотказной работы системы в заданных условиях эксплуатации в течение определенного времени с сохранением при этом ее первоначальных технических показателей.

Универсальность системы управления определяется тем, для какого круга разнообразных задач по управлению применима данная система: чем больше задач она позволяет решить, тем выше ее универсальность.

Под полнотой автоматизации  и оптимизации управления работой  оборудования понимают комплекс действий, выполняемых без участия человека по управлению приводами (пуск, реверс, последовательность и длительность включения), позиционированию рабочих органов в одну или несколько точек (или установка параметра рабочей среды: температуры, давления и т. д.); последовательному позиционированию РО во множество точек; управлению скоростью движения РО (или изменением параметра среды) по определенному закону; изменению режимов работы, по смене инструмента; контролю фактического состояния РО (положения, скорости движения и т. д.), отдельных механизмов системы управления; индикации контролируемых параметров (на цифровом табло, дисплее, печатающем устройстве); возможностью их коррекции; сбору и учету дополнительный информации об условиях, в которых выполняется технологический процесс; возможностью автоматизации расчета, изготовления и смены программы управления; возможностью управления от ЭВМ (автоматический расчет, выдача и замена задающей информации, диагностика работы оборудования и т, д.).

В основу классификации системы автоматического управления (рис. 3) положен информационный признак - вид   информации  по  координате (задающей и с устройства обратной связи) и количество одновременно управляемых координат. По виду задающей информации системы управления делятся на СУ с нечисловым (путевые, временные, кулачковые и   копировальные), с частично числовым (цикловые программные) и числовым (ЧПУ) программным управлением и комбинированные. Задающая информация в системах с нечисловым управлением представлена в виде физического аналога, в системах ЧПУ - в виде комбинации  чисел, а в цикловых - частично аналогом, частично в виде чисел.

Путевые и временные  системы автоматического управления самые простые из всех перечисленных, но вместе с тем обеспечивают наименьшую автоматизацию управления. В них  нет управления скоростью движения, поэтому информация об изменении скорости отсутствует, программирование обработки на станках с путевыми СУ сводится к составлению схемы расположения упоров,  по которым затем производится наладка – их размерная установка на панели или непосредственно на станке или настройкой реле времени, а информация о цикле - непереналаживаемой релейной схемой автоматики. Временные системы управления, как самостоятельные, применяют сравнительно  редко.

Рис. 3.  Классификация   систем   управления   автоматическими   станками

Путевые системы автоматического  управления конструктивно просты, удобны в эксплуатации, имеют не высокую  стоимость, но обладают низкой универсальностью и мобильностью. Область их рационального  применения – специальное оборудование для крупносерийного и массового производства.

В кулачковых и копировальных системах управления задающая информация  (о пути, скорости и цикле) задается соответственно кулачками распределительного механизма и копирами или шаблонами, цикловые  команды  в копировальных СУ выдают непереналаживаемые схемы релейной автоматики.

Кулачковые и копировальные  системы сложнее, чем путевые  и временные. В них информация получает более сложные преобразования, особенно в копировальных СУ с немеханическими связями между отдельными устройствами системы. Они позволяют реализовать более сложные законы движения и поэтому имеют большие технологические возможности.

В целом переналадка системы управления с нечисловым управлением заключается в изготовлении и точной установке различных упоров, реле, кулачков, копиров, настройке кинематической цепи привода распределительного вала и других механизмов и требует высококвалифицированного труда, применительно к металлообрабатывающим автоматам и полуавтоматам.

В системах циклового  программного управления команды цикла задаются в виде чисел, а команды пути - упорами. Можно считать, что это СУ с частично числовым программным управлением. Часть системы в них, управляющая циклом, выполнена в виде набора релейных схем, последовательность включения которых в процессе работы станка осуществляется автоматически, а наладка - вручную. Наладка цикловых  команд при  использовании  коммутаторов сводится  к  установке штекеров в определенные гнезда матрицы или к установке переключателей,  кнопок в требуемые положения, а при использовании быстросменных программоносителей - к установке их в считывающее устройство.

Эти системы имеют  несколько большие возможности  управления циклом, чем системы нечислового управления.

В системах ЧПУ информация о движении, цикловых и технологических командах выражена в числовом виде и записана на быстросменном носителе. Такая форма выражение задающей информации позволяет автоматизировать расчет и изготовление управляющей программы с помощью ЭВМ.

Системы ЧПУ - наиболее сложные из всех, но вместе с этим они обеспечивают наибольшую полноту автоматизации и оптимизации управления. Выполнение технологического процесса здесь возможно на расчетных и оптимальных режимах. Система ЧПУ позволяет автоматически контролировать параметры процесса с помощью средств обычного и активного контроля, осуществляет индикацию параметров на цифровом табло, дисплее, обеспечивает возможность коррекции, автоматической смены инструмента, управления от ЭВМ и т. д.

В комбинированных системах управления могут использоваться различные виды управления: путевое и временное, от копиров и цикловое программное, различные виды числового программного управления.

По признаку «обратная  связь» СУ делятся на разомкнутые (без обратной связи) и замкнутые (с обратной связью или обратными связями).

В разомкнутых СУ, где  используется только один поток информации (задающая), значения величин, определяющих фактическое состояние управляемого объекта, не контролируются. Для качественного управления такие системы требуют более точного изготовления их элементов и более тщательного соблюдения всех условий, в которых выполняется данный технологический процесс (постоянство нагрузок, температуры и т. д.), что вызывает определенные трудности и снижает их технологические возможности.

В наиболее распространенных замкнутых системах управления, кроме потока задающей информации, используется одни или несколько потоков информационной обратной связи, характеризующих фактические значения контролируемых величин. Здесь управление ведется с учетом результатов требуемого и фактического значений параметров состояния объекта управления, что повышает качество управления и увеличивает технологические возможности СУ.

По количеству координат, по которым осуществляется одновременное управление движением рабочего органа, СУ делит на системы с одно-, двух- и многокоординатным управлением. С увеличением количества управляемых координат возможности СУ расширяются.

Многие современные автоматические системы решают более сложные задачи оптимизации технологического процесса, например обеспечение максимального КПД регулируемого объекта, слежение за заданием с минимальной ошибкой и т.п. При этом управляющий орган содержит вычислительное устройство, в котором определяется необходимое воздействие на систему для того, чтобы привести объект к оптимальному режиму работы.

21. Основные конструктивные отличия станков с ЧПУ от универсальных

Конструктивные особенности станков с ЧПУ. Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокой надежности работы. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечить совмещение различных видов обработки (точение - фрезерование, фрезерование - шлифование), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей (особенно важно при использовании промышленных роботов), автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента и т.д.

Повышение точности обработки  достигается высокой точностью  изготовления и жесткостью станка с ЧПУ, превышающей жесткость обычного станка того же назначения, для чего производят сокращение длины его кинематических цепей: применяют автономные приводы, по возможности сокращают число механических передач. Приводы станков с ЧПУ должны также обеспечивать высокое быстродействие.

Повышению точности способствует и устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение виброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и его гидросистемы. Температурную погрешность станка можно также уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур.

Базовые детали (станины, колонны, основания) выполняют более  жесткими за счет введения дополнительных ребер жесткости. Повышенную жесткость  имеют и подвижные несущие  элементы (суппорты, столы, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными ребрами. Базовые детали изготовляют литыми или сварными. Наметилась тенденция выполнять такие детали из полимерного бетона или синтетического гранита, что в еще большей степени повышает жесткость и виброустойчивость станка.

Направляющие станков  с ЧПУ имеют высокую износостойкость  и малую силу трения, что позволяет  снизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений, уменьшить  рассогласование в следящей системе.

Направляющие качения  имеют высокую долговечность, характеризуются  небольшим трением, причем коэффициент  трения практически не зависит от скорости движения. В качестве тел  качения используют ролики. Предварительный  натяг повышает жесткость направляющих в 2...3 раза, для создания натяга используют регулирующие устройства.

В связи с развитием  микропроцессорной техники применяются  преобразователи для приводов подачи и главного движения с полным микропроцессорным  управлением - цифровые преобразователи или цифровые приводы. Цифровые приводы представляют собой электродвигатели, работающие на постоянном или переменном токе. Конструктивно преобразователи частоты, сервоприводы и устройства главного пуска и реверса являются отдельными электронными блоками управления.

В качестве привода подачи для станков с ЧПУ используют двигатели, представляющие собой управляемые от цифровых преобразователей синхронные или асинхронные машины. Бесколлекторные синхронные (вентильные) двигатели для станков с ЧПУ изготовляют с постоянным магнитом на основе редкоземельных элементов и оснащают датчиками обратной связи и тормозами. Асинхронные двигатели применяют реже, чем синхронные. Привод движения подач характеризуется минимально возможными зазорами, малым временем разгона и торможения, небольшими силами трения, уменьшенным нагревом элементов привода, большим диапазоном регулирования. Обеспечение этих характеристик возможно благодаря применению шариковых и гидростатических винтовых передач, направляющих качения и гидростатических направляющих, беззазорных редукторов с короткими кинематическими цепями и т.д.

Приводами главного движения для станков с ЧПУ обычно являются двигатели переменного тока - для  больших мощностей и постоянного  тока - для малых мощностей. В качестве приводов служат трехфазные четырехполюсные асинхронные двигатели, воспринимающие большие перегрузки и работающие при наличии в воздухе металлической пыли, стружки, масла и т.д. Поэтому в их конструкции предусмотрен внешний вентилятор. В двигатель встраивают различные датчики, например датчик положения шпинделя, что необходимо для ориентации или обеспечения независимой координаты. 

Шпиндели станков с  ЧПУ выполняют точными, жесткими, с повышенной износостойкостью шеек, посадочных и базирующих поверхностей. Конструкция шпинделя значительно усложняется из-за встроенных в него устройств автоматического разжима и зажима инструмента, датчиков при адаптивном управлении и автоматической диагностике. Опоры шпинделей должны обеспечить точность шпинделя в течение длительного времени в переменных условиях работы, повышенную жесткость, небольшие температурные деформации. Точность вращения шпинделя обеспечивается прежде всего высокой точностью изготовления подшипников.

Наиболее часто в  опорах шпинделей применяют подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опор обычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают число тел качения. Подшипники скольжения в опорах шпинделей применяют реже и только при наличии устройств с периодическим (ручным) или автоматическим регулированием зазора в осевом или радиальном направлении. В прецизионных станках применяют аэростатические подшипники, в которых между шейкой вала и поверхностью подшипника находится сжатый воздух, благодаря этому снижается износ и нагрев подшипника, повышается точность вращения и т.п.

Привод позиционирования (т.е. перемещения рабочего органа станка в требуемую позицию согласно программе) должен иметь высокую  жесткость и обеспечивать плавность  перемещения при малых скоростях, большую скорость вспомогательных перемещений рабочих органов (до 10 м/мин и более).

Вспомогательные механизмы  станков с ЧПУ включают в себя устройства смены инструмента, уборки стружки, систему смазывания, зажимные приспособления, загрузочные устройства и т.д. Эта группа механизмов в станках с ЧПУ значительно отличается от аналогичных механизмов, используемых в обычных универсальных станках. Например, в результате повышения производительности станков с ЧПУ произошло резкое увеличение количества сходящей стружки в единицу времени, а отсюда возникла необходимость создания специальных устройств для отвода стружки. Для сокращения потерь времени при загрузке применяют приспособления, позволяющие одновременно устанавливать заготовку и снимать деталь во время обработки другой заготовки.

Устройства автоматической смены инструмента (магазины, автооператоры, револьверные головки) должны обеспечивать минимальные затраты времени  на смену инструмента, высокую надежность в работе, стабильность положения инструмента, т.е. постоянство размера вылета и положения оси при повторных сменах инструмента, иметь необходимую вместимость магазина или револьверной головки.

Револьверная головка - это наиболее простое устройство смены инструмента: установку и зажим инструмента осуществляют вручную. В рабочей позиции один из шпинделей приводится во вращение от главного привода станка. Револьверные головки устанавливают на токарные, сверлильные, фрезерные, многоцелевые станки с ЧПУ; в головке закрепляют от 4 до 12 инструментов.

Полная автономность и упрощение кинематических цепей приводов подач, когда связь между перемещениями по нескольким координатам одновременно осуществляется только через программу управления, позволяет осуществлять в станках с ЧПУ сложное во времени и точное по положению взаимодействие большого числа рабочих и вспомогательных механизмов. Возможность увеличения числа одновременно управляемых координат при применении cистем ЧПУ, позволило создать принципиально новые компоновки станков с получением широких технологических возможностей при автоматическом управлении.