Лекция на тему: Изучение конструкции станков с ЧПУ

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ СТАНКОВ С ЧПУ.

Содержание

1. Общие сведение о конструкций станков с ЧПУ

2. Фрезерный станок мод. 6Т12Ф20-1

3. Станок 16Б16Т1 УЧПУ

4. Кинематическая схема станка мод. 16К20Т102

5. Токарный патронно-центровой станок мод.1725РФЗ

6. Цикловое программное управление.

Автоматизация технологического процесса механической обработки имеет место в условиях крупносерийного и массового производств, где применяются станки-автоматы, заменившие универсальные и специализированные станки. Автоматы управляются при помощи механических устройств, которые в условиях мелкосерийного и единичного производства нерентабельны, ввиду их сложной переналадки. Возникла необходимость в средствах автоматизации, которые позволяли бы производить частную переналадку станков при обработке деталей малых партий или отдельных деталей. Эта задача решается применением станков с электронными системами управления, которые называют станками с программным управлением.

Общие сведение о конструкций станков с ЧПУ

Станки с ЧПУ представляют собой органическое сочетание технологической машины для размерной обработки с управ­ляющей вычислительной машиной.

Первые конструкции таких станков строились по тра­диционным компоновкам и даже на базе существующего оборудования. Несколько видоизменялась электроавтоматика станка, появлялось устройство ЧПУ, а в конструкции из­менялась в основном коробка подач. Вместо нее устана­вливались шаговые приводы с гидроусилителями. Опыт эк­сплуатации таких станков показал необходимость констру­ирования станков специально для задач числового программно­го управления.

Назначение станка, условия производства и характеристики изготовляемых деталей выдвигают определенные требования к конструкции станков с ЧПУ. Необходимая точность об­работки достигается на современных станках за счет примене­ния в конструкциях беззазорных передач, жестких конструкций шпинделей, направляющих качения («танкеток») со стальными шлифованными направляющими, специальных приводов подач и главного движения, датчиков обратной связи, датчиков состояния и т. д. Повышенная производительность получается за счет повышения режимов резания, применения специальных устройств автоматической смены инструментов и заготовок, проведения измерений в процессе обработки или после об­работки непосредственно на станке, используя специальные измерительные устройства, использования инструментов, пред­варительно настроенных вне станка, применения многошпин­дельных головок и т. д. Удобство в обслуживании станка достигается за счет оперативного управления станком, циф­ровой индикации положения рабочих органов станка в каждый момент времени, использования автоматических заградитель­ных устройств, отвода стружки из зоны обработки и т. д.

Конструкции станков с ЧПУ и их разновидности определя­ются видом производства, типом обрабатываемых деталей, точностью изготовления и др. Для автоматизации единичного и мелкосерийного производства, когда осуществляются пере­наладки оборудования после каждого изделия или неоднок­ратно в течение смены, широко используются станки с от­носительно малой степенью автоматизации: универсальные станки с устройствами цифровой индикации и управления (УЦИУ), а также станки с оперативной системой числового программного управления, например вертикально-фрезерные станки с оперативным управлением мод. 6Т12Ф20-1 и 6Т13Ф20-1 (рис.1). На этих станках, снабженных поворотным круглым столом, делительной головкой и другими приспособ­лениями, можно обрабатывать детали сложной конфигурации, имеющие вертикальные и горизонтальные плоскости, пазы, уступы и т. п., осуществлять несложные сверлильные и рас­точные работы.

Для управления станком применяется УЦИУ «Люмо-61», работающие с датчиками измерения - фотоимпульсными из­мерительными преобразователями с дискретностью 10 мкм. При программировании у станка в запоминающее устройство

Рис.1 Фрезерный станок мод. 6Т12Ф20-1: 1-станок; 2 - «Люмо-61»; 3-шкаф электроавтоматики

УЦИУ можно ввести до 100 программных кадров, причем ввод программы может осуществляться по чертежу или в режиме «Автозапись», т. е. при обработке первой детали. Программирование осуществляется по трем координатам, а об­работка в позиционном режиме по одной. На станке возможна работа в трех режимах: ручном, покадровой обработки и ав­томатическом. Привод главного движения - ступенчатый, с 18 частотами вращения шпинделя от 31,5 до 1600 об/мин, привода подач - бесступенчатые с электродвигателями постоянного тока (S_пр и S_пп- 5...2000 мм/мин, Sверт -1,7...667 мм/мин).

Токарные станки с оперативной системой управления вы­пускаются двух типоразмеров и нескольких модификаций - мод. 16Б16Т1 (16Б16Т1.01) и мод. 16К20Т1 (16К20Т1.01 и 16К20Т1.02). Станки предназначены для серийного, мелко­серийного и единичного производства для всех видов токарной обработки. Общий вид станка мод. 16Б16Т1 показан на рис.2. Станки имеют оперативную систему числового программного управления с пультом «Электроника НЦ-31». УЧПУ «Электроника НЦ-31» обеспечивает оперативный ввод УП, редактирование с клавиатуры пульта непосредственно на рабочем месте и управление станком. Ввод программы может производиться также с кассеты внешней памяти.

Устройство ЧПУ обеспечивает контурное управление по двум координатам одновременно (следящими приводами):

Рис. 2 .общий вид станка 16Б16Т1

с линейной и круговой интерполяцией. В память УЧПУ введены стандартные рабочие циклы: точение конусов, об­работка любых дуг окружностей, нарезание резьбы, продольное и поперечное точение с разделением величины припуска и т. д. Такие циклы упрощают работу оператора и уменьшают время ввода программы в память устройства.

На станке 16Б16Т1 УЧПУ располагается сзади станка (справа) на стойке с панелью управления на уровне лица оператора, а на станке 16К20Т1 оно вмонтировано на суппорте станка. В этих моделях станков используется бесступенчатое регулирование продольных и поперечных подач от высокомоментиых двигателей М2 и МЗ (рис. 3) постоянного тока с фотоимпульсными датчиками обратной связи 'Д. На станках мод. 16К20Т1 в качестве привода главного движения используется двигатель постоянного тока с тиристорным преобразователем бесступенчатого регулиро­вания в двух диапазонах. Инструменты закрепляются в автомати­ческом шестипозиционном резцедержателе. На станках мод. 16Б16Т1 используются двухскоростные реверсируемые асинхрон­ные электродвигатели в сочетании с автоматической коробкой скоростей и механическим перебором, которая обеспечивает программированное переключение 12 ступеней частот вращения шпинделя в каждом из двух диапазонов. Инструменты на этих станках закрепляются в двух однопозиционных быстросменных резцедержателях (заднем и переднем).

Для среднесерийного производства, в котором станки могут неоднократно переналаживаться (например, до 20 раз в течение недели), находят широкое применение станки с ЧПУ с уни­версальной системой управления (т. е. с подготовкой УП у станка или с помощью ЭВМ). Станки, как правило, имеют

Рис.3. Кинематическая схема станка мод. 16К20Т102

устройства автоматической смены инструмента и возможность встраиваться в роботизированные станочные комплексы. К та­ким станкам относятся патрошю-центровые токарные станки мод. 1725РФЗ, 1730РФЗ, 1740РФЗ и РТ724ФЗ, которые имеют

Рис. 4. Токарный патронно-центровой станок мод.1725РФЗ:

1-шпиндель; 2 - инструментальный магазин; 3 - привод попереч­ной подачи; 4 - привод поворота магазина; 5 - привод продольной подачи; 6 - шнековый транспортер; 7-кронштейн люнета; 8 - де­таль; 9-привод главного движения; 10-пульт УЧПУ; II-защит­ная дверца

похожую компоновку (рис. 4). Станки предназначены для выполнения всех видов токарной обработки деталей сложной конфигурации в патроне или в центрах.

В отличие от токарных станков обычной компоновки с горизонтальными направляющими на этих станках использу­ются наклонные направляющие, которые обеспечивают удобный доступ к инструментам: облегчается установка заготовки и создаются хорошие условия схода и уборки стружки. Высокая жесткость конструкции, большая мощность (25...30 кВт) главно­го привода и высокая частота вращения шпинделя (до 2500 мин"¹) позволяют производить черновую и чистовую обработку заготовки за один установ различными инструментами. На станках используются приводы главного движения и подач бесступенчатого регулирования с двигателями постоянного тока.

Автоматическая смена инструмента осуществляется с по­мощью двенадцатипозиционной инструментальной головки. Для обработки нежестких деталей предусмотрен кронштейн, на котором устанавливают быстросменный автоматический люнет. Задняя бабка и кронштейн люнета оборудованы автоматическим приводом, что позволяет после обработки детали в центрах, зажав правый конец детали люнетом и отведя заднюю бабку, осуществлять обработку отверстия.

Для удаления стружки имеется шнековый транспортер. Устройства ЧПУ на поворотном кронштейне программиру­емого типа НЦ 80-31 или 2С42 обеспечивают получение изделий заданных размеров и конфигурации по двум коор­динатам, а также выполнение технологических команд: выбор частоты и направления вращения шпинделя, подачи суппорта; смену инструмента; подвод и зажим люнета; включение ускоренных перемещений; включение перемещения задней баб­ки, подача СОЖ и т. д. Имеется возможность оперативного управления станком. Защита оператора УЧПУ и окружающей среды от СОЖ обеспечивается специальными защитными дверцами со смотровыми стеклами.

На токарных станках такого типа при работе в условиях среднесерийного и серийного производства очень важно иметь возможность вовремя оценить износ инструмента. Для этой цели в подшипники шпинделя встраиваются специальные датчики, позволяющие на дисплее УЧПУ регистрировать усилие при резании. При достижении износа предельной величины (эта величина, вводится в память УЧПУ) происходит автоматическая смена инструмента.

Основные тенденции в области создания станков для обработки тел вращения: повышение мощности станков до 30 кВт и выше; увеличение частоты вращения шпинделя до 8000 мин"¹; повышение степени автоматизации загрузочно-разгрузочных работ; применение осевого инструмента для выполнения фрезерования.

Цикловое программное управление.

Для управления станков в серийном производстве применя­ется еще один вид управления-цикловой, который условно относят к числовому программному управлению. В этом

случае частично или полностью программируется цикл работы станка (режим обработки, смена инструмента), а перемещения рабочих органов не программируются, они обеспечиваются посредством предварительно настраиваемых путевых выключа­телей, упоров, барабанов. Программа работы этих станков задается посредством штекерных панелей, панелей переключа­телей. Иногда программа вводится от устройства управления или от программируемого командоаппарата (см. § 23.4). При обозначении модели станка с цикловым управлением в конце ставится индекс Ц, например 1А34Ц, 6А12Ц.

механизмов и устройств. Схема такого комплекса в общем виде показана на

В программируемых устройствах ЧПУ (типа СNС) функции расшифровки данных, ввода в память, запо­минания в буферной памяти, сравнивания, вычисления, ин­терполирования и другие передаются ЭВМ, которую вводят в УЧПУ (эти функции ранее выполнялись аппаратным путем).

Программируемые УЧПУ можно разделить на два вида. В устройствах первого вида алгоритмы управления задаются в основном при изготовлении. В таких устройствах управление осуществляется без изменения аппаратной части, посредством программно-математического обеспечения. В устройствах вто­рого вида управляющие алгоритмы программируются. Мик­ропроцессор с введенной в него программой может как угодно изменять содержание памяти для осуществления функций управления. Появляется возможность использования таких устройств для управления различными станками, промышлен­ными роботами и измерительными системами. Один из показателей программируемых УЧПУ - объем памяти, которая определяется количеством информации, запоминаемой в ней, и выражается в тысячах единиц двоичной информации (Кбит) или тысячах байтов (Кбайт).

В устройствах ЧПУ типа СМС имеется как минимум одна микроЭВМ. Это - вычислительная система, выполненная на основе микропроцессорных больших интегральных схем (БИС) и содержащая кроме микропроцессора (МП) несколько БИС памяти (ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ), тактовый генератор и схему связи со станком. Центральным узлом обработки данных является микропроцессор (программируемая БИС), который состоит из арифметическо-логического устройства и устройства управле­ния. Программа работы МП представляет собой последова­тельность команд, записанных в ПЗУ. Его главное назначе­ние- обработка информации, полученной от станка, промыш­ленного робота, измерительных устройств, терминалов, устройств считывания с перфолент, телетайпов и т. д. и упра­вление системой на основании этой информации. Микропроцес­соры соединяются в УЧПУ системой шин (шина адресная, шина данных и управляющих шин).

Оператор может вступать в диалог с УЧПУ с помощью специальных внешних устройств: пульта управления, пишущей машинки и т. п. Внутренние циклы управления закладываются в запоминающее устройство в виде ПМО. Примеры серийно выпускаемых программируемых устройств ЧПУ, построенных на базе универсальной микроЭВМ «Электроника 60 М»: 2С85, 2С42, 2Р22. Выпускаются также устройства на базе специализи­рованной микроЭВМ «Электроника НЦ-31» и универсальной вычислительной системы «Электроника НЦ 80-31». Программи­руемое УЧПУ (рис.2) предназначено для управления многоинструментными и координатно-расточными станками с программированием по восьми координатам при одновремен­ном управлении по трем. Программирование может осуществ­ляться или в абсолютных значениях координат (при позициони­ровании), или в приращениях (при контурной обработке). УЧПУ работает со следящими приводами и с датчиками обратной связи типа вращающегося трансформатора или индуктосина. Данное устройство имеет функционально-модуль­ный принцип построения, т. е. все функциональные блоки устройства выполнены в виде модулей (законченных устройств).

МикроЭВМ типа «Электроника-60 М» обеспечивает ал­горитмы управления ввода - вывода информации, вычисления траекторий и скоростей перемещения рабочих органов, выдачей управляющие команд и т. д. Под общим управлением от ЭВМ устройство обеспечивает позиционирование рабочих ор­ганов в заданное положение, контурную обработку деталей, цифровую индикацию и выдачу технологических команд, позволяет вводить коррекции в программу на радиус и длину инструментов, скорость главного движения и движе­ния подачи, осуществляет редактирование программы управ­ления. Устройство может работать в разных режимах, осу­ществлять управление типовыми технологическими циклами, защиту от перегрузок и коротких замыканий, обеспечивать адаптивное управление по двум каналам, осуществлять запись управляющей программы в оперативное запоминающее устрой­ство и хранение системно-технических и функциональных программ (алгоритмов управления) в постоянно запоминающем устройстве. Принцип работы устройства. Информация с пер­фоленты считывается фотосчитывающим устройством, поступа­ет в оперативное запоминающее устройство центрального процессора и запоминается в нем. Центральный процессор осуществляет весь процесс обработки информации (включая и интерполяцию) с учетом данных коррекции программы и сигналов обратной связи по пути и выдает ее в электронные блоки, в том числе и в блок управления приводами. Последний формирует напряжение управления приводами. Считывание информации в ФСУ проводится в стартстопном режиме с управлением от центрального процессора. Блок преобразова­ния кодов обеспечивает преобразования информации, записан­ной в двоично-десятичном коде, в двоичный код и наоборот. Откорректированные перфоленты и их дубликаты получают с помощью перфоратора, причем все необходимые допол­нительные данные могут быть зафиксированы электронной пишущей машинкой. С помощью пульта коррекции можно изменить скорость главного движения на 40... 140%, а скорость подачи от 0 до 120% от запрограммированной.

Прерывание программы через заданные интервалы времени, отсчет временных интервалов, а также связь с внешними прерывающими устройствами осуществляются через таймер. Каждый канал управления приводом состоит из двух цифро-аналоговых преобразователей: один преобразует код ошибки по перемещению, другой осуществляет преобразования с учетом скоростной компенсации. Все преобразования, суммирование и выдача суммарного сигнала на электропривод станка осу­ществляются в напряжении соответствующей полярности и ве­личины. Блок адаптивного контроля задает оптимальный закон управления приводом подач. Аналоговый сигнал, полученный от датчиков крутящего момента, преобразовывается в цифро­вую форму и подается в блок управления приводами. Вся информация при вводе программы и при ее редактировании отражается на экране дисплея.

На практике наряду с микропроцессорными УЧПУ (типа 2С42-65 и др.) используются и мультипроцессорные, в которых применяется несколько микропроцессоров, обеспечивающих параллельную обработку информации и распределенное упра­вление.

Информационно-методическое обеспечение

1. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф,, Третьяков А.В. и др,- Технология металлов и материаловедение, М.: Металлургия, 1987.

2. Гуляев А.П. Материаловедение. М. : Металлургия, 1977.

3. Казаков Н.Ф., Осокин А.М., Шишова А.И. Технология металлов и других конструкционных материалов.

4. Никифовов В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. М.: Высшая школа, 1989.

5. Оборудование и материалы для мясоконсервного и вспомогательных производств. Справочник.-М.: Пищевая промышленность, 1976.

6. Дальский А.М., Арутюнова И.А., Барсукова А.В. и др.-М.: Технология конструкционных материалов, 1985.

7. Конструкционные материалы и покрытия в продовольственном машиностроении. Справочник.- М.: Машиностроение,1984.