Токарные станки с программным управлением

Работа оценена на отлично. ...

1. Общие сведения, классификация и состав станков с ПУ
2. Перспективы применения станков с ПУ в металлообрабатывающем производстве
3. Основные технические характеристики станка.
4. Краткая историческая справка о станках с ПУ
5. Компоновка станков с программным управлением
6. Описание систем числового программного управления токарными станками
7. Особенности приводов главного движения и подачи в станках с ЧПУ
8. Применение систем цифровой индикации перемещений в токарных станках.
9. Наладка токарного станка с ПУ
10. Список литературы.

Программное управление металлорежущими станками дает возможность в наиболее полной форме сочетать комплексную автоматизацию мелкосерийного производства с высокой точностью обработки. Токарные станки с программным управлением предназначены для высокопроизводительной обработки де¬талей в мелкосерийном и даже в единичном производстве. Токарные станки, оснащенные системой программного управления, являются полуавтоматами или автоматами. На наиболее совершенных из них можно обрабатывать тела вращения с прямолинейной, ступенчатой и фасонной формой образующей, а также нарезать резьбу.
В станках с программированием только цикла (ЦПУ) выход инструмента в заданном положении осуществляется с помощью кулачков, упоров и других средств. В станках с числовым программным управлением на общем программоносит еле программируется и цикл и формообразование. Дальнейшее развитие токарных станков с ЧПУ привело к созданию токарных «обрабатывающих центров».
(...

Такие системы могли изменять в автоматическом цикле не только подачи, но и частоту вращения шпинделя, давать технологические команды на автоматическую смену инструмента, подачу СОЖ, зажим детали и т. д. Высокая стоимость этих систем сделала нерентабельным применение их на универсальных станках с малой степенью автоматизации. Поэтому были созданы модели станков, имеющие устройства автоматической смены инструмента, автоматические коробки скоростей (АКС) и т. д. Одновременно широко велась разработка методов автоматического программирования и необходимого математического обеспечения. В этот же период выяснилось, что моральное старение устройств ЧПУ наступает в 2-2,5 раза быстрее, чем станков. Поэтому этапы развития ЧПУ достаточно условны, и каждый последующий этап развития содержит некоторые.элементы предыдущего этапа и развивается параллельно.Третий этап развития станков с ПУ характеризуется качественным изменением системы ЧПУ. Для управления станками используют малые ЭВМ (мини-ЭВМ). Это дает возможность выпускать станки с очень высоким уровнем автоматизации, усложненной конструкции с широкими технологическими возможностями - многоцелевые станки. Станки с ЧПУ компонуют в автоматизированные участки с управлением от ЭВМ. При широком использовании промышленных роботов на этих участках становится возможной «безлюдная» технология.КОМПОНОВКА СТАНКОВ С ПРОГРАММНЫМУПРАВЛЕНИЕМПри создании токарных станков с программным управлениеммогут использоваться два направления: 1) компоновки на базетокарных станков общего назначения и 2) создание специальныхконструкций станков с оригинальными компоновками.К первой группе относятся некоторые станки с цикловымпрограммам управлением (ЦПУ), имеющие относительно не-большое количество дополнительных устройств, чаще, всего пультсо штеккерными панелями или систему переключателей, с помощьюкоторых набирается программа. Системой упоров рас-положенных на специальных многопазовых панелях, или другимиспособами осуществляется путевое управление органами станка.Как правило, эти станки выпускаются с гидрокопировальнымиустройствами с автоматическим изменением режимов обработкии автоматической сменой инструмента в результате поворота многопозиционных головок.К первой группе станков относится также значительное коли-чество токарных станков с числовым программнымВ этих станках шпиндельная бабка, пробка скоростей, а такжеглавные корпусные детали (станина, основание, тумбы, кареткаи др.) заимствуются с базового станка полностью или с незна-чительными изменениями и дополнительной обработкой. Меняются преимущественно приводы подач с ходовыми винтами ипоперечные салазки с резцедержателем, электрооборудование игидрооборудование. Иногда изменяются зажимные устройства,задняя бабка, коробка скоростей и ограждение. Дополнительностанки оснащаются системой программного управления, устройством для настройки инструментов вне станка, насосной установкой (гидростанцией) для питания гидроприводов. Характерным представителем токарных станков с числовымпрограммам управлением, созданных на базе станков общегоназначения, является станок 1К62ПУ. Этот станок создан на базе универсального токарно-винторезного станка 1К62 с расстоянием между центрами 1000 мм. Привод главного движения заимствован с базового станка за исключением фрикционной муфты,вменено торможение шпинделя, вместо ленточного тормоза установлена тормозная электромагнитная муфта.В качестве приводов подач используются шаговые двигатели Шд-4 с гидроусилителями крутящих моментов. Исполнительным звеном являются шариковые винтовые пары. На станке имеется два резцедержателя, передний имеет быстросменные блоки позволяющие устанавливать и настраивать инструмент вне станка, задний предназначен для установки вспомогательного инструмента (канавочных, фасочных и других резцов).Подобные станки более просты и дешевы по сравнению со станками специальных конструкций. Однако невысокая степень автоматизации (отсутствие автоматического изменения скоростейРис. 1. Станок 16К20ФЗрезания, автоматической смены инструмента, механизированныхзажимных устройств и т. д.) не позволяет полностью использовать все возможности систем ЧПУ и не дает полного эффекта от ихприменения. В настоящее время станки с числовым программнымуправлением, изготовляемые на базе универсальных станков,оснащаются автоматическими коробками скоростей, многопозиционными резцедержателями и другими устройствами, расширя-ющими их технологические возможности. Примерами являютсястанки 16К20ФЗ (рис. 1) и ШбЗФЗ. Тем не менее все более ясностремление к созданию токарных станков с оригинальными ком-поновками, с высокой степенью автоматизации для обеспеченияиспользования всех возможностей систем ЧПУ и получения наи-большего экономического эффекта от их применения. Примене-ние оригинальных компоновок позволяет в большинстве случаевповысить жесткость станка, улучшить защиту направляющих,винтовых передач и датчиков, улучшить отвод стружки из зонырезания и из станка, облегчить доступ в рабочую зону длясмены детали и инструмента и повысить безопасность работы.Широкое распространение при создании станков получилпринцип агрегатирования, который позволяет путем комбинацииунифицированных узлов на одной базе создавать различныеисполнения станков: патронные, центровые, с одной или не-сколькими каретками, с револьверными головками или с мага-зином.Для упомянутых станков с ЧПУ для обработки деталей диамет-ром до 630 мм наиболее распространена компоновка с горизонтальной осью шпинделя и вертикальным или наклонным расположением зеркала направляющих станины. В станках с вертикальным или наклонным расположением зеркала направляющих лучшеотвод стружки, хорошо размещается большее количество суппор-тов. Они отличаются большей жесткостью и занимают меньшуюплощадь пола. Достоинством станков со строго вертикальным рас-положением направляющих станины является несколько большаятехнологичность изготовления по сравнению со станками, име-ющими наклонное расположение, лучший доступ в зону обра-ботки и удобство разгрузки направляющих станины от сил тя-жести, возможность создания компактных конструкций, занимаю-щих небольшую площадь.Одним из достоинств станков с наклонным расположением на-правляющих является хорошая базировка суппорта по верхнемугребню станины, обеспечиваемая постоянной и определенной силойприжима суппорта к обеим направляющим плоскостям под дей-ствием собственного веса суппорта. Другим преимуществом яв-ляется постоянство трения в направляющих поперечного суппорта.Это объясняется тем, что нормальное давление вполне определеннои равно проекции силы тяжести поперечного суппорта на нормальк плоскости направляющих. Все эти достоинства проявляютсяв отдельных случаях при использовании направляющих скольжения, а зачастую могут и не проявляться.Для повышения производительности путем концентрациибольшого количества переходов на одном станке, устранения пере-рывов процесса обработки для ручной смены и "переналадки ин-струментов на станках с программным управлением устанавли-вают поворотные резцедержатели, револьверные головки, не-сколько кареток и специальные магазины с комплектом подготов-ленных для автоматической установки, настроенных на размеррежущих инструментов. Более полная обработка деталей на одномстанке с одной установки дает возможность достигнуть и лучшихпоказателей по точности. Компоновка станков с программнымуправлением в связи с этим может существенно меняться.Наибольшее распространение получила автоматическая сменаинструмента путем поворота многопозиционной револьвернойголовки. В некоторых станках на одних поперечных салазкахкаретки устанавливаются две револьверные головки. Существен-ный эффект достигается при установке револьверных головок нараздельные каретки и обеспечении многокоординатной обработки.В этом случае становится возможной обработка одновременно наружной и внутренней поверхностей деталей, что повышает производительность труда.Применение инструментального магазина становится целе-сообразным для обработки сложных деталей, а также в автомати-зированных производствах. В известных конструкциях магазиновчисло инструментов достигает 16 и более. В станках находят рас-пространение барабанные, цепные, линейные и другие магазины,время автоматической смены инструмента в станках с револьвер-ной головкой меньше, чем в станках с магазином. Тем не менее,совершенствование конструкции станков с магазином и увеличениескоростей быстрых ходов приводит к тому, что время смены ин-струмента в станках с магазином существенно уменьшается и ста-новится соизмеримым с временем смены инструмента в револьвер-ных головках. Одна модель станка с магазином может заменить несколько модификаций станка с револьверными головками. Для управления сменой инструмента из магазина используются те же системы ЧПУ, которые применяются для станков с револьверными головками.На конструкцию и компоновку станков с программным управ-лением оказывают влияние применяемая система ЧПУ, устройстводля автоматической смены деталей, устройство для автомати-ческой смены инструментов, устройство для удаления стружки,насосная установка, объемные кожухи, закрывающие рабочуюзону станка, защитные устройства для направляющих, винтовыхпередач, датчиков и др. До недавнего времени автоматической смене заготовок уделялось недостаточно внимания. Вместе с тем в ряде случаев автоматическая смена заготовки может дать существенный эффект.На рис.2 представлен токарный «обрабатывающий центр»«Milwauke-Matic-12»фирмы «Kearney and Trecker» (США). Однойиз его особенностей является автоматическая смена заготовкивместе с патроном. Станок работает следующим образом. Шпин-дельная бабка 2 передает вращение шпинделю 5 в пределах 40—1200 об/мин и одновременно исполняет функции каретки, обеспе-чивая продольное перемещение по станине 1 с рабочими подачамидо 5500 мм/мин и ускоренным ходом 6750 мм/мин. Кроме тогоосуществляется медленное вращение и позиционирование шпин-деля по координате «вращение» в пределах 360:, что необходимопри фрезеровании и сверлении. Двухпозиционная инструментальная головка 10, расположенная на поперечных салазках 9 имеет вращающийся шпиндель в с гнездом для установки инструмента и с частотой вращения 100—1600 об/мин. Автоматическая сменаинструмента осуществляется с помощью руки 7 и лучевого пово-ротного магазина 12 на 20 инструментов, установленного за стой-кой 13 с направляющими для салазок инструментальной головки,в течение 8 сек.Поиск инструмента осуществляется с помощью кодированныхколец. Смена заготовки на станке происходит вместе с патрономс помощью руки 4 и станции установки и крепления детали 3,имеющей два положения: горизонтальное исходное положениеРис. 2. Токарный «обрабатывающий центр» фирмы “Kearney and Trecker”для смены патрона и вертикальное — для снятия обработаннойдетали и закрепления новой заготовки. Станок имеет транспор-тер 11 для уборки стружки. К станкам с программным управлениемпредъявляются повышенные требования по точности, жесткости,уровню механизации, концентрации операций, сокращению вспо-могательного и подготовительно-заключительного времени. Станкис ЧПУ являются дорогими машинами. Поэтому целесообразнаинтенсивная загрузка станка с ЧПУ, использование повышенных режимов резания.Слабым звеном в работе таких станков является режущийинструмент, который на повышенных режимах обработки быстропритупляется, а иногда и выкрашивается. Поскольку обработкачасто ведется с охлаждением, то заметить момент выкрашиваниярезца трудно. Если движение подачи продолжается, то обрабаты-ваемая деталь начинает стирать резцедержавку, а затем и оправку,что приводит к резким перегрузкам, браку и даже авариям.В связи с этим в токарные станки с ЧПУ необходимо встраи-вать предохранительные устройства как в главный привод, такн в привод подач. Поскольку предохранительное устройстводолжно работать в очень широком диапазоне режимов и нагрузок,оно должно быть достаточно чувствительным. Кроме того, для со-хранения постоянства точности по контуру обрабатываемой деталии сохранения постоянства сил упругого отжатия, а следовательно,и точности желательно автоматически изменять величину подачи.Все эти задачи решаются в станках с адаптивным управлением.В этих станках в качестве контролируемого параметра берутсякрутящий момент на шпинделе, силы резания, воспринимаемыережущими инструментами, температура режущего инструментаи т. д. В системе адаптивного управления обеспечивается непре-рывное измерение этих параметров, оценка их значения и автома-тическое регулирование режимов резания в зависимости от изме-нения припуска, износа резца, прохода необрабатываемых уча-стков на быстром ходу. Помимо предохранения станка и инстру-мента от перегрузок, система адаптивного управления позволяетсокращать машинное время, повышать точность обработки.ОПИСАНИЕ СИСТЕМ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГОУПРАВЛЕНИЯ ТОКАРНЫМИ СТАНКАМИСистема числового программного управления включает в себяв укрупненных комплексах пульт (управляющее устройство),приводы подачи и датчики путевого контроля. При более детализи-рованном разделении по функциональным признакам управля-ющие устройства можно представить следующим перечнем бло-ков: ввода информации, интерполяции, управления, буфернойпамяти, позиционирования, индикации, питания и панели ручногоуправления. Все большее распространение получают блоки с микроэлектронными интегральными схемами.В токарных станках наибольшее распространение получилидвухкоординатные контурные системы. Эти системы используются для обработки конусов и фасонных поверхностей. Примером пульта, используемого для подобной системы, является пульт УМС-2, разработанный в ЭНИМСе. Этот пульт используетсятакже для записи программ.Большее число управляемых координат, чем две, требуетсяв обрабатывающих центрах и в станках с независимыми суппор-тами. Отсчет координат может производиться в приращенияхили в абсолютных значениях. Программоносителем чаще яв-ляется перфолента, реже — магнитная лента. В СССР исполь-зуются оба программоносителя. Наиболее совершенные двух-координатные контурные системы обеспечивают выполнение всехкоманд, связанных с рабочими и ускоренными перемещениями суппорта, выбор люфта при реверсе и коррекцию ошибок ходового винта, а также контроль правильности положения инструмента после поворота резцедержателя и выхода инструментав исходное положение.При составлении программ задаются величины последователь-ных проходов, частота вращения шпинделя, скорость подачи, но-мер инструмента и коррекции, технологические команды. С пультаможно вмешиваться в ход обработки: изменять величину подачи,останавливать движение подачи, отводить резец от детали наопределенную величину с помощью предварительного наборакоординат и возвращать его на прежнее место, изменять коррекцию инструмента, смещать исходное положение суппорта и т. д.В станках с программным управлением, в том числе в токар-ных, шаговый привод применяется широко. Имеются две моди-фикации шагового привода: электрогидравлический и электриче-ский. Электрогидравлический шаговый привод обладает более высокими характеристиками, чем электрический. Частота вра-щения электрогидравлического силового привода достигает3200 об/мин, выходной момент 4 кгс-м и мощность свыше 7 квт.При этом удельная мощность электрогидравлического шаговогопривода, приходящаяся на единицу его веса, составляет около0,15 квт/кг, а электрического — около 0,01 квт/кг.