Токарный одношпиндельный вертикальный полуавтомат

    ВВЕДЕНИЕ

    Машиностроение  является основой научно-технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства. Непрерывное  совершенствование и развитие машиностроения связано с прогрессом станкостроения, поскольку металлорежущие станки вместе с некоторыми другими видами технологических машин обеспечивают изготовление любых новых видов оборудования.

    Особое  развитие в последние десятилетия  получило числовое программное управление станками. Микропроцессорные устройства управления превращают станок в станочный  модуль, сочетающий гибкость и универсальность  с высоким уровнем автоматизации. Станочный модуль способен обеспечивать обработку заготовок широкой  номенклатуры в автономном режиме на основе малолюдной или даже безлюдной  технологии. Таким образом, современное  станочное оборудование является базой для развития гибкого автоматизированного производства, резко повышающего производительность труда в условиях средне- и мелкосерийного производства.

    Использование гибких производственных систем, состоящих  из набора станков, манипуляторов, средств  контроля, объединенных общим управлением  от ЭВМ, дает возможность и в многономенклатурном  крупносерийном производстве стимулировать  научно-технический прогресс, быстрый  и с минимальными затратами переход  к новым, более совершенным образцам выпускаемой продукции. Переход  от использования набора станков  и других технологических машин  к машинным системам в виде гибких производственных систем технологического оборудования помимо повышения производительности труда коренным образом изменяет весь характер машиностроительного  производства. Создаются условия  постепенного перехода к трудосберегающему производству при наивысшей степени автоматизации.

    Совершенствование современных станков должно обеспечивать повышение скоростей рабочих  и вспомогательных движений при  соответствующем повышении мощности привода главного движения. Исключительное значение приобретает повышение  надежности станков за счет насыщения их средствами контроля и измерения, а также введения в станки систем диагностирования

    Повышение скоростей рабочих и вспомогательных  движений связано с дальнейшим совершенствованием привода станков, шпиндельных узлов, тяговых устройств и направляющих прямолинейного движения. Применение композиционных материалов для режущих  инструментов позволяет уже сейчас реализовать скорость резания до 1,5—2 км/мин, а скорость подачи довести до 20—30 м/мин. Дальнейшее повышение скоростей потребует поиска новых конструкций, использующих иные физические принципы и обеспечивающих высокую работоспособность ответственных станочных узлов.

    Применение  станочных модулей возможно только при полной автоматизации всех вспомогательных  операций за счет широкого использования  манипуляторов и промышленных роботов. Это относится к операциям, связанным  со сменой заготовок, режущих инструментов, технологической оснастки, с операциями измерения заготовки, инструмента, с операциями дробления и удаления стружки из рабочей зоны станка.

    Оснащение станков гибкого автоматизированного  производства различными контрольными и измерительными устройствами является необходимым условием их надежной работы, особенно в автономном и автоматизированном режиме. В современных станках  используют широкий набор средств  измерения, иногда очень точных, таких, например, как лазерные интерферометры, для сбора текущей информации о состоянии станка, инструмента, вспомогательных устройств и для получения достоверных данных о исправной работе.

    Изготовление  большинства деталей машин, работающих в любой отрасли промышленности невозможно без применения металлообрабатывающих  станков.

    Современные металлорежущие станки обеспечивают исключительно  высокую точность обработанных деталей. Ответственные поверхности наиболее важных деталей машин и приборов обрабатывают на станках с ЧПУ  с погрешностью в доли микрометров.

    Особое  развитие в последние годы получило числовое программное управление. ЧПУ  превращают станок в станочный модуль, сочетающий гибкость и универсальность  с высоким уровнем автоматизации. Станочный модуль способен обеспечить обработку заготовок широкой  номенклатуры в автономном режиме на основе малолюдной технологии.

    Опыт  использования станков с ЧПУ  показал, что эффективность их применения возрастает при повышении точности, усложнении условий обработки, при  многоинструментальной многооперационной обработке заготовок за 1 установ.

    Современное серийное производство немыслимо без  оборудования с ЧПУ. Выпуск станков  с ЧПУ непрерывно растет, быстрыми темпами развивается и видоизменяется само числовое программное управление, что позволяет расширить технологические  возможности оснащенного им оборудования, повысить точность обработки, сократить  время отработки управляющих  программ.

    Применение  ЧПУ не только изменило характер организации  производства в металлообрабатывающих  цехах, но и коренным образом повлияло на конструкцию самих станков. Изменился  принцип построения кинематических схем и компоновок станков с ЧПУ. Разветвленные кинематические связи  уступили место элементарно простым  связям с автономными приводами  по каждой координат перемещения.

    Совершенствование современных станков должно обеспечивать повышение скоростей рабочих  и вспомогательных движений при  соответствующем повышении мощности привода главного движения. Исключительное значение приобретает повышение  надежности станков за счет насыщения  их средствами контроля и измерения, а также введения в станки систем диагностирования.

    Повышение скоростей рабочих и вспомогательных  движений связано с дальнейшим совершенствованием привода станков, шпиндельных узлов, тяговых устройств и направляющих прямолинейного движения. Дальнейшее повышение скоростей потребует  поиска новых конструкций, использующих иные физические принципы. Примерами  таких конструкций могут послужить  широко применяемые за рубежом и  внедряемые в отечественном станкостроении «мотор-шпиндели» и линейные двигатели.

    Современный станок органически соединил технологическую  машину для размерной обработки  с управляющей вычислительной машиной  на основе микропроцессора. Поэтому  специалист-станкостроитель должен хорошо понимать принципы числового  программного управления станками владеть  навыками подготовки и контроля управляющих  программ. Он должен знать устройство и возможности микропроцессорных  средств управления, основные их характеристики и возможности применительно  к станочному оборудованию. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1 Компоновка, кинематика  и техническая  характеристика

    токарного одношпиндельного вертикального полуавтомата 1А734Ф3 с ЧПУ 

    1.1 Компоновка токарного одношпиндельного вертикального полуавтомата 1А734Ф3 с ЧПУ

    Основные  узлы станка. На основании  (рисунок 1.1) закреплена массивная шпиндельная бабка с вертикальным шпинделем изделия и его приводом (главного движения). Инструменты закрепляют в двух четырехпозиционных револьверных головках , которые расположены на суппортах. Движения вертикальной подачи совершают каретки суппортов по стойке, установленной на шпиндельной бабке. Движения горизонтальной подачи сообщаются ползунам по кареткам. Привод вертикальной подачи размещен на стойке, а горизонтальной — на суппорте.

    

    Рисунок 1.1- Компоновка токарного одношпиндельного вертикального полуавтомата 1А734Ф3 с ЧПУ

    Движения  вертикальной подачи станка совершают каретки суппортов по стойке, установленной на шпиндельной бабке. Движения горизонтальной подачи сообщаются ползунам по кареткам. Привод вертикальной подачи размещен на стойке, а горизонтальной — на суппорте. Поворот на 90° каждой револьверной головки производится от гидроцилиндра через реечную передачу

    1.2 Кинематическая схема токарного одношпиндельного вертикального полуавтомата 1А734Ф3 с ЧПУ.

    Основные  узлы и движения. На основании закреплена массивная шпиндельная бабка с вертикальным шпинделем изделия и его приводом (главного движения). Инструменты закрепляют в двух четырехпозиционных револьверных головках , которые расположены на суппортах . Движения вертикальной подачи совершают каретки суппортов по стойке , установленной на шпиндельной бабке. Движения горизонтальной подачи сообщаются ползунам по кареткам. Привод вертикальной подачи размещен на стойке, а горизонтальной — на суппорте.

    Кинематическая  структура. Главное движение сообщается шпинделю от электродвигателя M₅ постоянного тока, который имеет двухзонное регулирование. Диапазон регулирования привода дополнительно расширен применением блока колес , который переключается гидроцилиндром.

    Фотоэлектрический датчик , связанный со шпинделем беззазорной передачей,служит для контроля скорости вращения шпинделя, а также для связи движения вертикальной подачи с вращением шпинделя при нарезании резьбы. Зажим и разжим заготовки в патроне осуществляются гидравлической системой.

         Движения подач производятся от высокомоментных электродвигателей постоянного тока

    

    Рисунок 1.2 -  Кинематическая схема токарного одношпиндельного вертикального полуавтомата 1А734Ф3 с ЧПУ

 

    Поворот на 90° каждой револьверной головки производится от гидроцилиндра через реечную передачу

    Два устройства для отвода стружки (на рисунке 1.2 показано одно) состоят из сдвоенных шнеков, приводимых в движение от мотор-редуктора .

    На  станке возможно автоматическое изменение  частоты вращения шпинделя при обработке  торцовых поверхностей, чтобы поддержать постоянство скорости резания. Система  управления согласует главное движение и движение продольной (вертикальной) подачи при нарезании резьбы и  ведет поиск заданной позиции  головки.

    Кинематические  цепи, расчетные перемещения, уравнения балансов токарного одношпиндельного вертикального полуавтомата 1А734Ф3 с ЧПУ

    Цепь  главного движения

    Кинематическая  цепь: электродвигатель – коробка  скоростей – шпиндель.

    Конечные  звенья: электродвигатель постоянного  тока М5, шпиндель станка.

    Расчетные перемещения: n об/мин электродвигателя соответствует n об/мин шпинделя

    Уравнение кинематического баланса: 

    где , об/мин – частота вращения шпинделя станка

    – частота вращения регулируемого  электродвигателя постоянного тока М5, об/мин; , ;

    , , ,,, - числа зубьев колес; ; , ,

    ,,  

    Возможные частоты вращения шпинделя: 19,9 – 1434,4 об/мин.

    Цепь  вертикальной подачи шпиндельной бабки

    Кинематическая  цепь: электродвигатель – присоединительная  муфта– передача винт-гайка качения – каретка.

    Конечные  звенья: электродвигатель постоянного  тока М2, каретка.

    Расчетные перемещения: об/мин электродвигателя соответствует S_м , мм/мин - перемещение каретки.

    Уравнение кинематического баланса: 

    где - вертикальное перемещение каретки, мм/мин.

    – частота вращения регулируемого  электродвигателя постоянного тока М2, об/мин;      ;

     - шаг ходового  винта 1, мм;  

    Возможная вертикальная подача каретки: 10 – 7100мм/мин.

    Цепь  горизонтальной подачи суппорта

    Кинематическая  цепь: электродвигатель – зубчатая передача- передача винт-гайка качения – суппорт станка.

    Конечные  звенья: электродвигатель постоянного тока М1, суппорт.

    Расчетные перемещения: об/мин электродвигателя соответствует S_м , мм/мин - перемещение суппорта.

    Уравнение кинематического  баланса: