Автоматическая смена инструмента на Гф2171С5

Введение 

     Для автоматизации производства необходимо применение автоматических устройств. Применение устройств автоматической смены инструмента на станках с числовым программным управлением является одним из основных средств увеличения производительности работы оборудования, данный механизм позволяет продолжительное время выполнять технологические операции без вмешательства человека и является одним из основных условий автоматизации.

     Для современной техники характерны значительное усложнение задач управления и рост объемов обрабатываемой и передаваемой информации, определяющее принципиальный качественный скачек автоматизации – широкое применение средств вычислительной техники.

     На станках фрезерной группы смена инструмента осуществляется в течении продолжительного времени , порядка 30 – 60 секунд, что сказывается на производстве работы поскольку чистота смены инструмента составляет от 10 – 20 циклов в час.

       В общем случае устройство автоматической смены инструмента состоит из следующих компонентов: инструментального магазина, инструментального манипулятора предназначенного для захвата инструмента из магазина и передачи его в шпиндель и обратно.

       К основным требованиям, предъявляемым к инструментальным магазинам, относят:

- достаточная вместимость;

- высокая точность позиционирования инструмента в рабочем органе станка;

- легкость и удобство загрузки магазинов;

- минимальное время, затрачиваемое на смену инструмента;

- высокая надежность;

- наименьшее число координат при смене инструмента.      

       Инструментальные магазины – накопители инструментов, могут быть подразделены на две основные группы. К первой группе относятся магазины, в которых инструменты, необходимые для обработки определенной заготовки, устанавливаются в требуемой последовательности. Инструменты как правило, закрепляются в гнездах магазина и не меняются в течение всего времени обработки партии заготовок. Магазин является рабочим органом ,  воспринимающим усилие резания , и представляет собой многоинструментальную шпиндельную головку. Последовательная смена инструмента осуществляется поворотом револьверной головки. Магазины второй группы предназначены только для хранения инструментов. Такие магазины подразделяются на магазины дискового, барабанного, цепного и секционного типов. 

       Вместимость инструментальных магазинов весьма различна (от 6 до 160 шт. и более). Наименьшую вместимость имеют револьверные головки, а наибольшую барабанные и цепные магазины. Конструктивные исполнения устройств АСИ зависят от типов станков, рабочей зоны расположения шпинделя и необходимого числа и типа инструментов.  
 
 
 

             
 
 
 
 
 
 
 
 

                  1 Обзор механизма автоматической смены инструмента. 

Применяются три  типа устройств АСИ: для смены  шпиндельного узла; для смены инструмента в шпинделе станка   и   комбинированные.

   Устройства для смены шпиндельного узла подразделяются на устройства с револьверными головками и с дисковыми магазинами. В револьверных головках инструменты устанавливаются в требуемой последовательности обработки заготовки. Автоматическая смена инструмента осуществляется расфиксацией, поворотом и фиксацией револьверной головки.

Инструменты, как  правило, закрепляются в гнездах магазина и не меняются в течение всего времени обработки партии заготовок. Магазин является рабочим органом станка, воспринимающим  силы   резания. При применении револьверных головок необходимость наличия инструментальных и транспортных манипуляторов, а также промежуточных накопителей отсутствует. Преимуществом таких устройств АСИ являются простота конструкции, минимальное время, необходимое для смены инструментов   (1—3 с), отсутствие автоматической смены инструмента в шпинделе станка. Недостатки: небольшое число инструментов; ограниченность рабочей зоны (поскольку подача инструмента осуществляется перемещением револьверной головки); невысокая жесткость инструментальных шпинделей.

По положениям осей револьверных головок, эти устройства подразделяются на: головки с горизонтальной и вертикальной осями вращения. Наиболее широкое применение получили револьверные головки с горизонтальной осью вращения (на многоцелевых станках с вертикальным шпинделем).

    Револьверные головки устанавливаются на вертикально перемещающейся каретке, в крайнем верхнем положении которой осуществляется поворот головки при смене инструмента. Магазины шпиндельных гильз, являющиеся накопителями инструментальных шпинделей, предназначены только для хранения инструмента и не являются рабочими органам станка. Та кие магазины применяются с горизонтальной, вертикальной или наклонной осью поворота. Шпиндели поочередно присоединяются к приводу, обеспечивающему вращение и подачу шпинделя. При смене инструмента шпиндель отсоединяется от привода. Магазин поворачивается в положение, при котором очередной шпиндель устанавливается соосно со шпинделем привода и присоединяется к последнему. Преимуществом устройств

АСИ с магазином шпиндельных гильз перед устройствами с револьверными инструментальными шпиндельными головками является увеличение числа инструментов, большая жесткость шпинделя, меньшие ограничения зоны обработки, поскольку подача инструментов осуществляется перемещением гильзы шпинделя. По сравнению с устройствами АСИ со сменой инструмента в шпинделе станка, АСИ с магазином шпиндельных гильз имеют меньшую жесткость шпинделя из-за необходимости увеличения вылета инструмента, меньшую вместимость магазинов, необходимость при смене инструмента отвода заготовки на значительное расстояние от шпинделя. На инструмент, находящийся в магазине, возможно попадание стружки и пыли.

   Устройства для смены инструмента в шпинделе станка с манипулятором могут быть полуавтоматическими и автоматическими. Полуавтоматические устройства состоят из магазинов-накопителей инструмента и манипулятора для автоматической установки инструмента в шпиндель станка и обратно. Установка инструмента из магазина в манипулятор и разгрузка инструмента осуществляются рабочим во время работы станка, что обеспечивает возможность многостаночного обслуживания. В автоматических устройствах манипулятор автоматически забирает инструмент из магазина-накопителя или транспортного манипулятора и помещает инструмент в шпиндель станка.

Магазины устройств  АСИ с манипулятором подразделяются на дисковые, барабанные и цепные. Дисковые магазины применяются с горизонтальной, вертикальной и наклонной осями вращения. В магазинах с горизонтальной осью вращения инструменты устанавливают горизонтально. В магазинах с вертикальной осью вращения инструменты могут быть установлены вертикально, горизонтально или под углом (корончатые). В магазинах с наклонной осью поворота инструменты устанавливают параллельно оси поворота или под углом (корончатые).

Барабанные магазины выполняются многоярусными (в виде этажерок) с вертикальной осью вращения с горизонтально установленными инструментами.

Цепные магазины выполняются вертикальными, горизонтальными или наклонными   различной   конфигурации.

Наибольшей вместимостью обладают барабанные и цепные магазины.

Магазины-накопители инструментов могут быть установлены на стойке (колонне) станка, сверху или сбоку, вне станка или на шпиндельной бабке. Расположение магазина на шпиндельной бабке не требует дополнительных перемещений  манипулятора, шпиндельной бабки или магазина для обеспечения необходимого взаимного положения магазина и шпинделя при смене инструмента. Смена инструмента осуществляется при любом положении шпинделя. Однако масса магазина и инструментов будет оказывать влияние на точность обработки заготовок, так как силы инерции, возникающие в момент пуска и торможения магазина при поиске инструмента, воздействуют на систему СПИД станка и микро-геометрию обрабатываемой поверхности. Кроме того, степень заполнения магазина инструментами и его различная масса обусловливают различные нагрузки на бабку станка, что приводит к смещению оси шпинделя, а также влияет на стабильность позиционирования.

При установке  магазина вне шпиндельной бабки смена инструмента осуществляется при перемещении шпиндельной бабки по окончании очередного перехода в позиции смены инструмента, что увеличивает время между переходами, а также снижает точность обработки на величину повторяемой точности позиционирования шпиндельной бабки. В последнее время появились конструкции станков с магазинами, установленными на колонне станка, обеспечивающие смену инструмента при любом положении

шпинделя. Это достигается синхронным перемещением (отслеживанием)

манипулятора  со  шпиндельной  бабкой.

Инструментальные  манипуляторы, предназначенные для  смены инструмента в шпинделе станка, по числу захватов подразделяются на одно-, двух- и многозахватные. Наиболее широкое применение получили двух-захватные манипуляторы.

Агрегатированные устройства АСИ. С целью увеличения эффективности устройства АСИ, повышения их надежности и снижения стоимости применяют устройства АСИ, выполненные в виде законченных унифицированных автономных узлов (модулей), которые не зависят от компоновки конкретного станка и могут поставляться как самостоятельные узлы к различным моделям станков с ЧПУ. Они могут устанавливаться на станине или колонне станка или на отдельном фундаменте. Применение таких устройств позволяет максимально унифицировать конструкции многоинструментальных станков с ЧПУ.

Установка магазинов агрегатированных автономных устройств АСИ вне станка на отдельном фундаменте обеспечивает большую вместимость магазина, удобство его обслуживания и исключает, благодаря отсутствию связи со станком, влияние переменного веса комплекта инструмента и вибрации при перемещении магазина для поиска инструмента во время работы станка, а также влияние тепла на точность обработки. Значительное расстояние магазина от рабочей зоны станка обеспечивает предохранение инструментов от попадания стружки, эмульсии,   чугунной   пыли   и т. д.

Комбинированные устройства АСИ. Такие устройства обеспечивают смену шпиндельного узла и инструмента в шпиндельном узле. В их состав входят: револьверная головка, поворот которой на 180° обеспечивает смену всего шпиндельного узла; установленный на инструментальной бабке магазин с манипулятором, предназначенным для смены инструмента в одном из шпинделей револьверной головки во время обработки заготовки инструментом, установленным в другом шпинделе. Смена инструмента осуществляется в любом его положении относительно стола станка.

             2 Технические характеристики вертикально-фрезерного

                                       станка модели  ГФ2171С5 

      Размеры рабочей поверхности стола, мм:

длина ..................1600

ширина................. 400

      Наибольшее перемещение стола, не менее, мм:

продольное (ось  Х)..... 1000

поперечное (ось  У) .... 400

вертикальное (установочное) ......... 240

Наибольшее перемещение  ползуна, не менее, мм (ось Z)....... 250

Скорость быстрого перемещения осей X,Y,Z, мм/мин....... 6000

Конец шпинделя с конусностью ..... 7:24 50

Количество частот вращения шпинделя ........ 18

Пределы частот вращения шпинделя, об/мин ....... 40-2000

Наибольший крутящий момент на шпинделе, кНм ...... 0,615

Мощность двигателя  главного движения, кВт ..... 7,5

Пределы подач  стола, ползуна, мм/мин....... 3...3800

      Допустимое усилие подачи, Н:

оси X,Y.............. 15690

оси Z ............... 9800

Количество управляемых  координат: 3 

      Расстояние от торца шпинделя до стола, мм:

наименьшее..... 250

наибольшее..... 490

Количество инструментальных гнезд в магазине....... 12

Тип устройства ЧПУ..... 2С42-65

Габаритные размеры  станка с электро-, гидрооборудованием, мм, не более:  

3680×4170×3150 

            3 Функциональная схема комплекса станка мод. ГФ2171С5   

                                                     с УЧПУ 2С42-65 

 

         3.1 Назначение элементов функциональной схемы комплекс

  станка УЧПУ мод. ГФ2171 С5                                           

      Пульт управления – предназначен для выбора режима работы САУ ввода технологической программы системных параметров, станочных параметров, корректоров на инструмент, нулей деталей и редактирование выше перечисленных информаций .

      УЧПУ - предназначено для управления комплексом станка УЧПУ, обеспечивает выполнение заданной технологической программы, осуществляет управление электроприводам.

       Блок электроавтоматики – предназначен для коммутации управляющих сигналов поступающих от устройства в форму необходимую для управления электроавтоматикой станка.

      Станок – предназначен для реализации алгоритма по изготовлению детали.

      Блок отображения символьной информации (БОСИ) -  предназначен для визуального отображения информации, хранящийся в памяти системы, отображения геометрической информации о фактическом положении исполнительных элементов оборудования в относительной и абсолютной системе координат. Отображение информации о контроле выполненного действия каким-либо механизмом, а также активность управляющего сигнала передающегося через блок электроавтоматики.

       Насос СОЖ – предназначен для подачи охолождающей жидкости к режущему инструменту.

       Механизм автоматической смены инструмента (МАСИ) - служит для автоматической индикации режущих и вспомогательных инструментов.

       Привод главного движения – предназначен для управления приводом вращения шпинделя.

      Датчик обратной связи оси вращения – предназначен для отслеживания вращения шпинделя.

      Устройство ввода информации ФСУ – предназначено для ввода информации в УЧПУ с перфоленты.

      Привод X – осуществляет  продольное перемещение по оси X

      Датчик обратной связи по X – предназначен для передачи информации в систему и отслеживания о фактическом положении по линейным осям, и скорость вращения оси.

       Привод У – осуществляет  продольное перемещение по оси У

       Датчик обратной связи по У – предназначен для передачи информации в систему и отслеживания о фактическом положении по линейным осям, и скорость вращения оси.   

       Привод Z – осуществляет  продольное перемещение по оси Z

       Датчик обратной связи по Z – предназначен для передачи информации в систему и отслеживания о фактическом положении по линейным осям, и скорость вращения оси.

 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                            4 Характеристика устройства «2С42-65» 

       Данное устройство управления применяется с фрезерной группой станков мод. ГФ2171С5, также данными системами комплектуются лазерные установки.

Данное устройство по виду обработки информации является контурно позиционным, со свободным алгоритмом программирования.

Устройство выполнено  на базе микро ЭВМ МС12.01 и МС12.02 Отличаются быстродействием.

       Конструктивно устройство может быть выполнено в трех вариантах:

1) состоит из приборного блока; фотосчитывающего устройства (ФСУ); пульт управления; пульт коррекции; блок отображения символьной информации ( монитор).

2) аналогичен первому, содержит в себе кассетный накопитель на магнитной ленте.

3) оснащается выносным пультом управления, что обеспечивает удобство работы.

       Технические характеристики:

Количество управляемых  координат: 8

Количество цифроаналоговых  преобразователей для управления постоянными  и переменными преобразователями 8, аналоговый сигнал, который формируется данными блоками, может принимать диапазон от -10 до +10 В;

Максимальный  объем оперативно запоминающего  устройства 48 Кбайт, где 40 предназначено для хранения УП, данный вид памяти является энерго зависимым и 8Кбайт относится для хранения постоянных величин (корректор, нули станка, величины люфта и накопленной погрешности, постоянных величин), Данный вид памяти является энерго независимой. Информация сохраняется в течении 120 часов;

Устройство в зависимости от исполнения имеет постоянно перепрограммированное запоминающее устройство, которое предназначено для хранения программ обеспечения, имеет объем памяти 48или 64 Кбайт;

На мониторе может отображаться одновременно 512 символов;

 Дискретность перемещения для линейных осей 1мкм или 10мкм, для оси вращения (поворотный стол) 0,001° или 0,01° ;

Количество корректоров 99;

 Максимальная величина ускорения перемещения 15 метров в минуту.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         
 
 
 
 
 
 
 
 

                                5 Обзор первичных преобразователей 

    

         5.1 Назначение бесконтактных выключателей              

        Одним из главных элементов в любой системе автоматики являются электрические датчики. Назначение датчика – преобразование контролируемой или регулируемой величины в величину другого рода, удобную для дальнейшего использования. В большинстве случаев датчики преобразуют неэлектрическую величину в электрическую. В некоторых случаях с помощью датчиков производиться преобразование одних электрических величин в другие.

         К электрическим датчикам независимо от типа и устройства предъявляются следующие основные требования: надёжность в работе; достаточная чувствительность; минимальные габаритные размеры и вес; необходимый диапазон измерения параметров; отсутствие обратного воздействия датчика на измеряемый процесс; работа в заданных условиях окружающей среды.

         Существует восемь видов электрических датчиков: электроконтактные; потенциометрические; тензометрические; индуктивные; емкостные; пьезоэлектрические; терморезисторы; термоэлектрические. 

         
 
 
 
 
 
 

        5.2 Обзор применяемых бесконтактных выключателей в комплексе станок УЧПУ.  

       На данном рассматриваемом оборудовании используются датчики индуктивного действия.

        Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменение индуктивности или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником в следствии изменения магнитного сопротивления магнитной цепи датчика, в которую входит сердечник. С помощью индуктивных датчиков можно контролировать механические перемещения, силы, температуру, свойства магнитных материалов, определять наличия дефектов, контролировать диаметр стальной проволоки, толщину немагнитных покрытий на стали и другие.

        Индуктивные датчики отличает ряд достоинств: простота и прочность конструкции, надежность в работе, отсутствие скользящих контактов, и большая величина мощности на выходи, высокая чувствительность. 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                5.3 Расчет параметров бесконтактного выключателя. 

         Преобразователи положения предназначены для преобразования информации о местонахождении объектов, перемещающихся относительно чувствительного элемента преобразователя, в дискретный (бинарный) сигнал.

Преобразователи положения индуктивные  щелевые

типов ПИЩ-6-1, ПИЩ-6-3

Структура условного  обозначения ПИЩ-6-Х:

ПИЩ – преобразователь индуктивный щелевой;

Х – ширина щели, мм;

Х – исполнение.

         Технические характеристики:

Напряжение питания   12В

Допустимое отклонение питающего напряжения     -15...+10%

Напряжение питания  цепи нагрузки не более    30В

Максимальный  рабочий ток в цепи нагрузки    80…100мА

Номинальное значение выходного нагрузочного сопротивления  при активной

нагрузке и напряжении в цепи нагрузки   12В, 330Ом

Потребляемая  мощность не более   0.37…0.1Вт

Максимальная  частота срабатывания при активной нагрузке не менее 1000Гц

Минимальные размеры  воздействующего элемента (алюминиевой  пластины): 20х12х0.5мм

Ширина щели  6.0мм

Нестабильность  точки срабатывания не более   0.1мм

Смещение точки срабатывания:

- от колебания  температуры на каждые 10°С, не  более 0.3мм

- от колебания  напряжения питания от 12 до 10.2В,  не более 0.6…0.4мм

- от колебания  напряжения питания от 12 до 13.2В,  не более 0.4мм

Степень защиты IP65

Масса не более 0.075кг

        Габаритные и установочные размеры

        Параметры преобразователя положения: 

- Номинальное  расстояние срабатывания Sn=2,5

- Реальное расстояние  срабатывания Sr;    2,25<Sr<2,75

- Используемое  расстояние срабатывания Su;   2,025<Su<3,025

- Гарантированный  интервал срабатывания Sa;    0<Sa<2,02

- Точность повторения  R;   R<0,25

-Деференциальный  ход H;   H<0,55  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Преобразователи положения индуктивные

ВБИ-М18-76У-1251-Л, ВБИ-М18-76У-1252-Л 

  Утапливаемое исполнение

     

       Технические характеристики:

Диапазон номинальных напряжений питания 12-24В

Диапазон рабочих напряжений питания 10-30В

Номинальный ток 200 mA

Максимальная масса изделия 0.14кг

      

         Параметры преобразователя положения:

- Номинальное  расстояние срабатывания    Sn=5

- Реальное расстояние  срабатывания Sr;    4,5<Sr<5,5;

   Sr=5

- Используемое  расстояние срабатывания Su;   4,5<Su<5,5

- Гарантированный  интервал срабатывания Sa;    0<Sa<4,05

- Точность повторения  R;   R<0,5

-Деференциальный  ход H;  H<1  
 
 
 
 
 

                         

                           Преобразователи положения индуктивные

ВБИ-М30-89У-1251-Л, ВБИ-М30-89У-1252-Л

 Не утапливаемое исполнение

         Технические характеристики:

Диапазон номинальных напряжений питания 12-24В

Диапазон рабочих напряжений питания 10-30В

Номинальный ток 200 mA

Максимальная масса изделия 0.15кг

      

        Параметры преобразователя положения:

- Номинальное  расстояние срабатывания   Sn=15

- Реальное расстояние  срабатывания Sr;   13,5<Sr<16,5

   Sr=15

- Используемое  расстояние срабатывания Su; 13,5<Su<16,5

- Гарантированный  интервал срабатывания Sa;   0<Sa<12,15

- Точность повторения  R;   R<1,5

-Деференциальный  ход H;   H<3