Федеральноеагентство по образованию РФ
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
Пермскийгосударственный технический университет
Аэрокосмическийфакультет
Кафедра«Технология, конструирование и автоматизация в
специальноммашиностроении»
РЕФЕРАТ
на тему
«Особенноститехнических решений оборудования с ЧПУ CNC и особенности выполнения на нихтехнологических процессов»
по курсу «Технологическиепроцессы в машиностроении»
Пермь, 2009
Содержание
Введение
Общие сведения
Функциональные составляющие ЧПУ
Конструктивныеособенности станков с ЧПУ
Виды станков с ЧПУ
Заключение
Список литературы
Введение
Появление в 50-х годах ХХвека станков с ЧПУ было обусловлено необходимостью повышения производительноститруда (при одновременном обеспечение стабильного качества) на производствах смассовым и крупносерийным выпуском продукции, т.к. продолжение использованиячеловека в качестве основного элемента системы управления станком сталосдерживать рост производительности оборудования. Последующий полувековой опытприменения станков с ЧПУ не только подтвердил правильность исходных идей, но исущественно дополнил и продолжает дополнять многочисленные преимущества этихстанков по сравнению со станками с ручным управлением или механическимиполуавтоматами и автоматами. Современное машиностроительное производствонемыслимо без максимально широкого использования станков, оборудования, а также обрабатывающих центров с ЧПУ.
станок числовое программное управление
Общие сведения
Станок с ЧПУ (числовоепрограммное управление) — оборудование, выполняющее различные технологическиеоперации по заданной программе. Помимо металлорежущих (например, фрезерные илитокарные), существует оборудование для резки листовых заготовок, для обработкидавлением.
Станки с ЧПУ являютсясложными технологическими комплексами, включающими непосредственно станок иустройство ЧПУ, построенное часто с применением мини-ЭВМ, которые должны бытьорганически взаимосвязаны с учетом их особенностей и возможностей. Числовоепрограммное управление означает компьютеризованную систему управления,считывающую инструкции специализированного языка программирования (например,G-код) и управляющую приводами метало- дерево- и пластмасообрабатывающихстанков и станочной оснасткой. Интерпретатор системы ЧПУ производит переводпрограммы из входного языка в команды управления главным приводом, приводамиподач, контроллерами управления узлов станка (включить/выключить охлаждение,например). Для определения необходимой траекторию движения рабочего органа вцелом (инструмента/заготовки) в соответствии с управляющей программой (УП)используется интерполятор, рассчитывающий положение промежуточных точектраектории по заданным в программе конечным.
Аббревиатура ЧПУсоответствует двум англоязычным NC и CNC, отражающим эволюцию развития системуправления оборудованием. Системы типа NC (см. NC) предусматривалииспользование жестко заданных схем управления обработкой, задание программы спомощью штекеров или переключателей, хранение программ на внешних носителях,таких, как магнитные ленты, перфорированные бумажные ленты. Каких-либоустройств оперативного хранения данных, управляющих микропроцессоров непредусматривалось. Системы ЧПУ, описываемые как CNC, основаны намикропроцессоре с оперативной памятью, с операционной системой, приводыуправляются собственными микроконтроллерами. Программа для оборудования с ЧПУможет быть загружена с внешних носителей, например, дискет или с обычных илиспециализированных флеш-накопителей. Помимо этого, современное оборудованиеподключается к заводским сетям связи.
Основной языкпрограммирования ЧПУ описан документом ISO 6983 Международного комитета постандартам. В отдельных случаях, например, системы управления гравировальнымистанками, язык управления принципиально отличается от стандарта. Для простыхзадач, например, раскрой плоских заготовок, система ЧПУ в качестве входнойинформации может использовать текстовый файл в формате обмена данными, напримерDXF или HP-GL.
Преимущества станков сЧПУ:
· повышаетсяпроизводительность труда в 3—4 раза;
· повышаетсяточность обработки, сократить брак, объем пригоночных работ при сборке;
· сокращаетсяколичество технологической оснастки;
· сокращение числаконтрольных операций, число контролеров и контрольных инструментов иприспособлений;
· сокращаетсядлительность производственного цикла обработки деталей и машин;
· повышается гибкостьи мобильность оборудования;
· использованиемногостаночного обслуживания оборудования;
Вместе с тем станки с ЧПУимеют:
· более высокуюстоимость;
· требуютдополнительных затрат на подготовку управляющих программ (УП);
· удорожаетсяобслуживание и ремонт оборудования.
Системы ЧПУ можноклассифицировать по различным признакам.
В зависимости от способауправления исполнительным органом различают:
· позиционные
· контурные
· универсальныесистемы.
При позиционномуправлении инструмент последовательно обходит ряд точек — позиций. Требуетсявысокая точность позиционирования, а траектория перемещения инструмента изодной позиции в другую не имеет существенного значения — это холостоеперемещение. При контурном управлении инструмент движется без остановок, иобработка совершается во время движения. Все погрешности отработки траекториипереносятся на деталь.
В зависимости от наличияобратной связи системы управления могут быть:
· замкнутыми
· закрытыми
· разомкнутыми
· открытыми.
В зависимости от способаотсчета перемещения различают системы управления с абсолютным и относительнымотсчетом. В первом случае отсчет ведется относительно начала системы координат:x1, y1, x2, y2 и т. д., во втором случае задаются приращения: Δx1,Δy1, Δx2, Δy2 и т. д.
В зависимости от чиселуправляемых координат различают одно-, двух-, трех- четырех — пятикоординатныесистемы управления. Из них какое-то число координат управляется одновременно(параллельно), а какое-то — последовательно.
В зависимости отэлементной базы и уровня использования ЭВМ различают системы первого, второго,третьего поколения. Устройства ЧПУ первого поколения не имели встроенногоинтерполятора. Программа, записанная на перфоленту при помощи вынесенногоинтерполятора, переписывалась на магнитную ленту, которую использовали дляуправления станком. На магнитную ленту трудно записать большое числотехнологических команд. Это ограничивает технологические возможности системы.Устройства ЧПУ второго поколения имеют встроенный интерполятор и управляются отперфоленты. Для подготовки перфоленты используется ЭВМ. Устройства ЧПУ третьегопоколения (системы CNC) имеют встроенный микропроцессор.
Это позволяет:
· вместоаппаратного обеспечения функций системы управления использовать программноеобеспечение;
· реализовать болеегибкий процесс программирования (ввод программы с клавиатуры, подготовкапрограммы при изготовлении первой детали);
· использоватьдисплей и режим диалога;
· использовать какпрограммоноситель не только перфоленту, но и компакт-кассеты, диски с памятью идр.;
· значительнорасширить функции системы управления:
· реализоватьтиповые диагностические программы,
· организоватьпоиск неисправностей,
· осуществитьоптимизацию технологических процессов,
· коррекциюпараметров,
· оперативноепланирование,
· информированиеоператора о состоянии системы,
· даватьрекомендации оператору о необходимых действиях для поддержанияработоспособности и т. д.
Функциональныесоставляющие ЧПУ
Для того, что бы сделатьиз обычного станка станок с ЧПУ необходимо внедрить определенные компоненты вего структуру. Недостаточно просто подсоединить станок к компьютеру, что бы онработал по программе — необходимо модернизировать механическую и электронную«начинку» станка. Условно СЧПУ (Систему числового программного обеспечения)можно разделить на три подсистемы:
· подсистемауправления
· подсистема приводов
· подсистемаобратной связи
Подсистема управления –является центральной частью всей СЧПУ. С одной стороны она читает управляющуюпрограмму и отдает команды различным агрегатам станка на выполнение тех илииных операций. С другой стороны взаимодействует с человеком, позволяя операторуконтролировать процесс обработки. Сердцем подсистемы является контроллер(процессор) который отвечает за управление всеми электронными составляющимистанка. Система управления может быть как закрытой, так и открытой. Закрытыесистемы имеют собственные алгоритмы и циклы работы. Закрытые системы нельзяизменять. Открытые системы все больше и больше внедряются в производство т.к. операторимеет полный доступ ко всем алгоритмам и циклам работы, и позволяют изменятьпрограмму обработки.
Подсистема приводов –система двигателей и передач, обеспечивающая выполнение команд подсистемуправления.
Подсистема обратной связипризвана обеспечивать подсистему управления информацией о текущем состояниистанка и обрабатываемой детали с помощью различных датчиков.
/>
Рис.1. Подсистема обратной связи.
Конструктивныеособенности станков с ЧПУ
Станкис ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокойнадежности работы. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечиватьсовмещение различных видов обработки (точение-фрезерование,фрезерование-шлифование), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей (чтоособенно важно при использовании промышленных роботов), автоматическое илидистанционное управление сменой инструмента и т.д.
Повышениеточности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостьюстанка, превышающей жесткость обычного станка того же назначения, для чегопроизводят сокращение длины его кинематических цепей: применяют автономныеприводы, по возможности сокращают число механических передач. Приводы станков сЧПУ должны также обеспечивать высокое быстродействие. Повышению точностиспособствует и устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач,снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышениевиброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиковобратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечитьравномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например,способствует предварительный разогрев станка и его гидросистемы. Температурнуюпогрешность станка можно также уменьшить, вводя коррекцию в привод подач отсигналов датчиков температур.
Базовыедетали (станины, колонны, салазки).Столы, например, конструируют коробчатойформы с продольными и поперечными ребрами. Базовые детали изготавливают литымиили сварными. Наметилась тенденция выполнять такие детали из полимерного бетонаили синтетического гранита, что в еще большей степени повышает жесткость ивиброустойчивость станка.
Направляющиестанков с ЧПУ имеют высокую износостойкость и малую силу трения, что позволяетснизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений, уменьшитьрассогласование в следящей системе.
Направляющиескольжения станины и суппорта для уменьшения коэффициента трения создают в видепары скольжения «сталь (или высококачественный чугун) — пластиковоепокрытие (фторопласт и др.)»
Направляющиекачения имеют высокую долговечность, характеризуются небольшим трением, причемкоэффициент трения практически не зависит от скорости движения. В качестве телкачения используют ролики. Предварительный натяг повышает жесткостьнаправляющих в 2...3 раза, для создания натяга используют регулирующиеустройства.
Приводыи преобразователи для станков с ЧПУ. В связи с развитием микропроцессорнойтехники применяют преобразователи для приводов подачи и главного движения сполным микропроцессорным управлением -цифровые приводы представляют собойэлектродвигатели, работающие на постоянном или переменном токе. Конструктивнопреобразователи частоты, сервоприводы и устройства главного пуска и реверсаявляются отдельными электронными блоками управления.
Приводподачи для станков с ЧПУ.В качестве привода используют двигатели,представляющие собой управляемые от цифровых преобразователей синхронные илиасинхронные машины. Бесколлекторные синхронные (вентильные) двигатели длястанков с ЧПУ изготавливают с постоянным магнитом на основе редкоземельныхэлементов и оснащают датчиками обратной связи и тормозами. Асинхронныедвигатели применяют реже, чем синхронные. Привод движения подач характеризуетсяминимально возможными зазорами, малым временем разгона и торможения, небольшимисилами трения, уменьшенным нагревом элементов привода, большим диапазономрегулирования. Обеспечение этих характеристик возможно благодаря применениюшариковых и гидростатических винтовых передач, направляющих качения игидростатических направляющих, беззазорных редукторов с короткимикинематическими цепями и т.д.
Приводамиглавного движения для станков с ЧПУ обычно являются двигатели переменного тока длябольших мощностей и постоянного тока для малых мощностей. В качестве приводовслужат трехфазные четырехполосные асинхронные двигатели, воспринимающие большиеперегрузки и работающие при наличии в воздухе металлической пыли, стружки,масла и т.д. Поэтому в их конструкции предусмотрен внешний вентилятор. Вдвигатель встраивают различные датчики, например датчик положения шпинделя, чтонеобходимо для ориентации или обеспечения независимой координаты.
Преобразователичастоты для управления асинхронными двигателями имеют диапазон регулирования до250. Преобразователи представляют собой электронные устройства, построенные набазе микропроцессорной техники. Программирование и параметрирование их работыосуществляются от встроенных программаторов с цифровым или графическимдисплеем. Оптимизация управления достигается автоматически после введенияпараметров электродвигателя. В математическом обеспечении заложена возможностьнастройки привода и пуск его в эксплуатацию.
Шпинделистанков с ЧПУ выполняет точными, жесткими, с повышенной износостойкостью шеек,посадочных и базирующих поверхностей. Конструкция шпинделя значительноусложняется из-за встроенных в него устройств автоматического режима и зажима инструмента,датчиков при адаптивном управлении и автоматической диагностике.
Опорышпинделя должны обеспечить точность шпинделя в течение длительного времени впеременных условиях работы, повышенную жесткость, небольшие температурные деформации.Точность вращения шпинделя обеспечивается, прежде всего, высокой точностьюизготовления подшипников. Наиболее часто в опорах шпинделей применяютподшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опоробычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают числотел качения. Подшипники скольжения в опорах шпинделей применяют реже и толькопри наличии устройств с периодическим (ручным) или автоматическимрегулированием зазора в осевом или радиальном направлении. В прецизионных станкахприменяют аэростатические подшипники, в которых между шейкой вала иповерхностью подшипника находится сжатый воздух, благодаря этому снижаетсяизнос и нагрев подшипника, повышается точность вращения и т.п.
Приводпозиционирования (т.е. перемещение рабочего органа станка в требуемую позициюсогласно программе) должен иметь высокую жесткость и обеспечивать плавностьперемещения при малых скоростях, большую скорость вспомогательных перемещенийрабочих органов (до 10 м/мин и более).
Вспомогательныемеханизмы станков с ЧПУ включают в себя устройства смены инструмента, уборкистружки, систему смазывания, зажимные приспособления, загрузочные устройства ит.д. Эта группа механизмов в станках с ЧПУ значительно отличается отаналогических механизмов, используемых в обычных универсальных станках.Например, в результате повышения производительности станков с ЧПУ произошлорезкое увеличение количества сходящей стружки в единицу времени, а отсюдавозникла необходимость создания специальных устройств для отвода стружки. Длясокращения потерь времени при загрузке применяют приспособления, позволяющиеодновременно устанавливать заготовку и снимать деталь вовремя обработки другойзаготовки.
Устройстваавтоматической смены инструмента (магазины, автооператоры, револьверныеголовки) 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,имеют необходимую вместимость магазина или револьверные головки.
Револьвернаяголовка-это наиболее простое устройство смены инструмента: установку и зажиминструмента осуществляют вручную. В рабочей позиции один из шпинделейприводится во вращение от главного привода станка. Револьверные головкиустанавливают на токарные, сверлильные, фрезерные, многоцелевые станки с ЧПУ; вголовке закрепляют от 4 до 12 инструментов.
Виды станков с ЧПУ
Токарные станки с ЧПУ.
Токарные станки с ЧПУпредназначены для наружной и внутренней обработки сложных заготовок деталей телвращения. Они составляют самую значительную группу по номенклатуре в паркестанков с ЧПУ. На токарных станках с ЧПУ выполняют традиционный комплекстехнологических операций: точение, отрезку, сверление, нарезание резьбы и др.
В основе классификациитокарных станков с ЧПУ лежат следующие признаки:
· расположение осишпинделя (горизонтальные и вертикальные станки);
· число используемыхв работе инструментов (одно- и многоинструментальные станки);
· способы ихзакрепления (на суппорте, в револьверной головке, в магазине инструментов);
· вид выполняемыхработ (центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные, прутковыестанки);
· степеньавтоматизации (полуавтоматы и автоматы).
Центровые станки с ЧПУслужат для обработки заготовок деталей типа валов с прямолинейным икриволинейным контурами. На этих станках можно нарезать резьбу резцом попрограмме. Патронные станки с ЧПУ предназначены для обточки, сверления,развертывания, зенкерования, цекования, нарезания резьбы метчиками в осевыхотверстиях деталей типа фланцев, зубчатых колес, крышек, шкивов и др.; возможнонарезание резцом внутренней и наружной резьбы по программе. Патронно-центровыестанки с ЧПУ служат для наружной и внутренней обработки разнообразных сложныхзаготовок деталей тел вращения и обладают технологическими возможностямитокарных центровых и патронных станков. Карусельные станки с ЧПУ применяют дляобработки заготовок сложных корпусов.
Токарные станки с ЧПУ(рис. 2) оснащают револьверными головками и магазином инструментов.Револьверные головки бывают четырех-, шести- и двенадцатипозиционные, причем накаждой позиции можно устанавливать по два инструмента для наружной и внутреннейобработки заготовки. Ось вращения головки может располагаться параллельно осишпинделя, перпендикулярно к ней или наклонно.
/>
При установке на станкедвух револьверных головок в одной из них (1) закрепляют инструменты длянаружной обработки, в другой (2) для внутренней (Рис. 2). Такие головки могут располагатьсясоосно одна относительно другой или иметь разное расположение осей.Индексирование револьверных головок производится, как правило, путем применениязакаленных и шлифованных плоскозубчатых торцевых муфт, которые обеспечиваютвысокую точность и жесткость индексирования головки. В пазы револьверныхголовок устанавливают сменные взаимозаменяемые инструментальные блоки, которыенастраивают на размер вне станка, на специальных приборах, что значительноповышает производительность и точность обработки. Резцовые блоки в револьвернойголовке базируют или на призме, или цилиндрическим хвостиком 6 (Рис. 3).
/>
Резец закрепляют винтамичерез прижимную планку 3. Для установки резца по высоте центров служитподкладка 2. Два регулировочных винта 5, расположенных под углом 45° один кдругому, позволяют при наладке вывести вершину резца на заданные координаты.Подача СОЖ в зону резания осуществляется через канал в корпусе 1,заканчивающийся соплом 4, позволяющим регулировать направление подачи СОЖ. Магазиныинструментов (вместимостью 8...20 инструментов) применяют редко, так какпрактически для токарной обработки одной заготовки требуется не более 10инструментов. Использование большого числа инструментов целесообразно в случаяхточения труднообрабатываемых материалов, когда инструменты имеют малый периодстойкости. Расширение технологических возможностей токарных станков возможноблагодаря стиранию грани между токарными и фрезерными станками, добавлениявнецентрового сверления, фрезерования контура (т.е. программируется поворотшпинделя); в некоторых случаях возможно резьбонарезание несоосных элементовзаготовок.
Фрезерные станки с ЧПУ
Фрезерные станки с ЧПУпредназначены для обработки плоских и пространственных поверхностей заготовоксложной формы. Конструкции фрезерных станков с ЧПУ аналогичны конструкциямтрадиционных фрезерных станков, отличие от последних заключается вавтоматизации перемещений по УП при формообразовании. В основе классификациифрезерных станков с ЧПУ лежат следующие признаки:
· расположениешпинделя (горизонтальное вертикальное);
· числокоординатных перемещений стола или фрезерной бабки;
· числоиспользуемых инструментов (одно- и много- инструментальные);
· способ установкиинструментов в шпиндель станка (вручную или автоматически).
По компоновке фрезерныестанки с ЧПУ делят на четыре группы:
· вертикально-фрезерныес крестовым столом;
· консольно-фрезерные;
· продольно-фрезерные;
· широкоуниверсальныеинструментальные.
В вертикально-фрезерныхстанках с крестовым столом (Рис. 4, а) стол перемещается в продольном (ось X) ипоперечном (ось Y) горизонтальном направлениях, а фрезерная бабка ввертикальном направлении (ось Z). В консольно-фрезерных станках (Рис. 4, б)стол перемещается по трем координатным осям (X,Y и Z), а бабка неподвижна. Впродольно-фрезерных станках с подвижной поперечиной (Рис. 4, в) стол перемещаетсяпо оси X, шпиндельная бабка по оси Y, а поперечина по оси Z. Впродольно-фрезерных станках с неподвижной поперечиной (Рис. 4, г) стол перемещается по оси X, а шпиндельная бабка по осям Y и Z. В широкоуниверсальныхинструментальных фрезерных станках (Рис. 4, д) стол перемещается по осям X и Y,а шпиндельная бабка по оси Z.
/>
При прямоугольномуправлении (условное обозначение в модели станка-Ф2) стол станка совершаетдвижение в направлении, параллельном одной из координатных осей, что делаетневозможной обработку сложных поверхностей. Станки с прямоугольным управлениемприменяют для фрезерования плоскостей, скосов, уступов, пазов, разновысокихбобышек и других аналогичных поверхностей. При контурном управлении (условноеобозначение в модели станка — Ф3 и Ф4) траектория перемещения стола болеесложная. Станки с контурным управлением используют для фрезерования различныхкулачков, штампов, пресс-форм и других аналогичных поверхностей. Числоуправляемых координат, как правило, равно трем, а в некоторых случаях — четыреми пяти. при контурном управлении движение формообразования производится неменее чем по двум координатным осям одновременно. В отдельных случаях нафрезерных станках при обработке заготовок простой формы в условиях средне- икрупносерийного производства также применяют системы ЧПУ. Во фрезерных станкахс ЧПУ в качестве привода главного движения используют асинхронные двигатели (вэтих случаях имеется коробка скоростей) или электродвигатели постоянного тока. Нанебольших фрезерных станках с прямоугольным ЧПУ применяют один приводнойэлектродвигатель постоянного тока и коробку передач с автоматическипереключаемыми электромагнитными муфтами, а на тяжелых станках с контурнымуправлением каждое управляемое координатное перемещение осуществляется отавтономного электропривода постоянного тока. Приводы движения подач фрезерныхстанков с ЧПУ имеют короткие кинематические цепи, передающие движение отдвигателя непосредственно исполнительному органу. Компоновкавертикально-фрезерного консольного станка с ЧПУ (Рис. 5) мало отличается от компоновкитрадиционного станка без ЧПУ. На станине 8 монтируют узлы и механизмы станка.Станина спереди имеет направляющие, закрытые кожухом 9, по которым перемещаетсяконсоль 1. На горизонтальных направляющих смонтированы салазки 2, по продольнымнаправляющим которых передвигается стол 3. На привалочной плоскости станинызакреплена фрезерная бабка 6, по вертикальным направляющим которой перемещаетсяползун 7 со шпинделем 5. В соответствии с требованиями безопасности трудаползун имеет защитный щиток 4. Сзади станка расположен шкаф 10 сэлектрооборудованием и УЧПУ.
/>
Сверлильные станки с ЧПУ
Вертикально-сверлильныестанки с ЧПУ в отличие от аналогичных станков с ручным управлением оснащеныкрестовыми столами, автоматически перемещающими заготовку по осям X и Y, врезультате чего отпадает необходимость в кондукторах или в ее предварительной разметке.Радиально-сверлильные станки с ЧПУ имеют подвижную по оси X колонну, подвижныйпо оси Y рукав со шпиндельной бабкой, в которой смонтирован сверлильныйшпиндель, перемещающийся по оси Z. Помимо этого рукав при наладке можетперемещаться в вертикальном направлении. Автоматизированные перемещения рабочихорганов сверлильных станков по осям X и Y обеспечивают выполнение обработкиотверстий и фрезерования. Сверлильные станки оснащают позиционными УЧПУ,позволяющими автоматически установить рабочие органы в позицию, заданную программой.Режущий инструмент на сверлильных станках с УЧПУ закрепляют непосредственно вконическом отверстии шпинделя или с помощью промежуточных втулок и оправок. Общийвид вертикально-сверлильного станка модели 2Р135Ф2-1, оснащенного ЧПУ, показанна рис. 8. На основании 1 смонтирована колонна 10, по прямоугольнымвертикальным направляющим которой перемещается суппорт 4, несущий револьвернуюголовку 3. На колонне 10 смонтированы коробки скоростей 5 и редуктор подач 6.Салазки 2 крестового стола перемещаются по горизонтальным направляющимоснования 1, а верхняя часть 11 стола по направляющим салазок. С правой стороныстанка расположены шкафы 8 с электрооборудованием и УЧПУ 9. Станок имеетподвесной пульт 7 управления.
/>
Шлифовальные станки с ЧПУ
Системами ЧПУ оснащают плоскошлифовальные,кругло- и бесцентрово-шлифовальные и другие станки. При создании шлифовальныхстанков с ЧПУ возникают технические трудности, которые объясняются следующими причинами.Процесс шлифования характеризуется, с одной стороны, необходимостью получениявысокой точности и качества поверхности при минимальном рассеянии размеров, сдругой стороны, — особенностью, заключающейся в быстрой потере размернойточности шлифовального круга вследствие его интенсивного изнашивания в процессеработы. В этом случае в станке необходимы механизмы автоматической компенсацииизнашивания шлифовального круга. ЧПУ должно компенсировать деформации системыСИД, температурные погрешности, различия припусков на заготовках, погрешностистанка при перемещении по координатам и т.д. Измерительные системы должны иметьвысокую разрешающую способность, обеспечивающую жесткие допуски на точностьпозиционирования. Например, в круглошлифовальных станках такие приборыобеспечивают непрерывное измерение диаметра заготовки в процессе обработки сотносительной погрешностью не более 2×10-5 мм. Контроль продольного перемещения стола осуществляется с погрешностью не более 0,1 мм. Для шлифовальных станков используют системы типа CNC с управлением по трем-четыремкоординатам, но в станках, работающих несколькими кругами, возможно управлениепо пяти-шести и даже по восьми координатам. Взаимосвязь между оператором исистемой ЧПУ (CNC) шлифовального станка в большинстве случаев осуществляется вдиалоговом режиме с помощью дисплея. В системе управления применяютсявстроенные диагностические системы, повышающие надежность станков. Наиболеераспространены круглошлифовальные станки с ЧПУ, дающие максимальный эффект приобработке с одной установки многоступенчатых деталей типа шпинделей, валовэлектродвигателей, редукторов, турбин и т.д. Производительность повышается восновном в результате снижения вспомогательного времени на установку заготовкии съем готовой детали, на переустановку для обработки следующей шейки вала, наизмерение и т.д. При обработке многоступенчатых валов на круглошлифовальномстанке с ЧПУ достигается экономия времени в 1,5-2 раза по сравнению с ручнымуправлением. Бесцентровые круглошлифовальные станки эффективно применяют приобработке деталей малого и большого диаметров без ограничения длины, либотонкостенных деталей, а также деталей, имеющих сложные наружные профили(поршень, кулак и т.д.). В условиях массового производства эти станкихарактеризуются высокой производительностью и точностью обработки. Вмелкосерийном и индивидуальном производстве применение таких станков ограниченоиз-за трудоемкости переналадки. Расширение областей применения бесцентровыхкруглошлифовальных станков сдерживают два фактора: большие затраты времени направку кругов и сложность наладки станка, что требует значительных затратвремени и высокой квалификации персонала. Это объясняется тем, что вконструкции этих станков существуют шлифовальный и ведущий круги; устройстваправки, обеспечивающие придание соответствующей формы поверхностямшлифовального и ведущего кругов; возможность установки положения опорного ножа;механизмы компенсационных подач шлифовального круга на обрабатываемую деталь ина правку, а также ведущего круга на деталь и правку; установка положениязагрузочного и разгрузочного устройств. Применение СЧПУ позволило управлятьмногокоординатным функционированием бесцентровых круглошлифовальных станков. Всистеме управления станком используют программные модули, которые рассчитываюттраектории инструмента (круга, алмаза), его коррекцию и взаимодействие счеловеком. Для обработки деталей с различными геометрическими формами (конус,шар и др.) создается программное обеспечение: диспетчер режимов, интерполятор имодуль управления приводами. При обработке и правке число сочетаемыхуправляемых координат может доходить до 19, в том числе по две-три координатыотдельно для правки шлифовального и ведущего кругов. В условиях серийногопроизводства применение СЧПУ обеспечивает гибкое построение цикла шлифования иправки, что позволяет быстро переналаживать станки на обработку других изделий.Наличие многокоординатной системы ЧПУ обеспечивает большую универсальностьстанка, малые величины подачи кругов, что позволяет эффективно управлятьпроцессами шлифования и правки. СЧПУ бесцентровых круглошлифовальных станковстроится по агрегатному принципу (например на станках японских фирм). На станкевозможна установка любого из четырех вариантов управления станком от СЧПУ:
· одна управляемаякоординатно-поперечная подача шлифовального круга;
· две управляемыекоординатно-поперечных подачи шлифовального круга и правящего алмаза в целях ихсинхронизации;
· три управляемыекоординатно-поперечных подачи шлифовального круга, а также поперечная ипродольная подача алмаза при его правке;
· пять управляемыхкоординатно-поперечных подач шлифовального круга, а также поперечная ипродольная подача алмазов при правке шлифовального и ведущего кругов.
Использование СЧПУ дляуправления бесцентровыми круглошлифовальными станками позволяет существенноупростить конструкцию ряда механических узлов: устройств, приводов продольногоперемещения устройств правки, механизмов тонкой подачи шлифовального и ведущегокругов, контрольных и контрольно-наладочных устройств и др.
Многоцелевые станки с ЧПУ
Благодаря оснащениюмногоцелевых станков (МС) устройствами ЧПУ и автоматической смены инструментасущественно сокращается вспомогательное время при обработке и повышаетсямобильность переналадки. Сокращение вспомогательного времени достигаетсяблагодаря автоматическим установке инструмента (заготовки) по координатам,выполнению всех элементов цикла, смене инструментов, кантованию и сменезаготовки, изменению режимов резания, выполнению контрольных операций, а такжебольшим скоростям вспомогательных перемещений. По назначению МС делятся на двегруппы: для обработки заготовок корпусных и плоских деталей и для обработкизаготовок деталей тел вращения. В первом случае для обработки используют МСсверлильно-, фрезерно-, расточной группы, а во втором токарной и шлифовальнойгрупп. Рассмотрим МС первой группы, как наиболее часто используемые. МС имеютследующие характерные особенности: наличие инструментального магазина,обеспечивающего оснащенность большим числом режущих инструментов для высокойконцентрации операций (черновых, получистовых и чистовых), в том числе точения,растачивания, фрезерования, сверления, зенкерования, развертывания, нарезания резьбы,контроля качества обработки и др.; высокая точность выполнения чистовыхопераций (6...7-й квалитеты). Для систем управления МС характерны сигнализация,цифровая индикация положения узлов станка, различные формы адаптивногоуправления. МС-это в основном одношпиндельные станки с револьверными ишпиндельными головками. Многоцелевые станки (обрабатывающие центры) дляобработки заготовок корпусных деталей. МС для обработки заготовок корпусныхдеталей подразделяют на горизонтальные (Рис. 7) и вертикальные.
/>
Обработка заготовок на МСпо сравнению с их обработкой на фрезерных, сверлильных и других станках с ЧПУимеет ряд особенностей. Установка и крепление заготовки должны обеспечивать ееобработку со всех сторон за одну установку (свободный доступ инструментов кобрабатываемым поверхностям), так как только в этом случае возможнамногосторонняя обработка без переустановки. Обработка на МС не требует, какправило, специальной оснастки, так как крепление заготовки осуществляется спомощью упоров и прихватов. МС снабжены магазином инструментов, помещенных нашпиндельной головке, рядом со станком или в другом месте. Для фрезерованияплоскостей используют фрезы небольшого диаметра и обработку производятстрочками. Консольный инструмент, применяемый для обработки неглубокихотверстий, имеет повышенную жесткость и, следовательно, обеспечивает заданнуюточность обработки. Отверстия, лежащие на одной оси, но расположенные впараллельных стенках заготовки, растачивают с двух сторон, поворачивая дляэтого стол с заготовкой. Если заготовки корпусных деталей имеют группыодинаковых поверхностей и отверстий, то для упрощения составлениятехнологического процесса и программы их изготовления, а также повышенияпроизводительности обработки (в результате сокращения вспомогательного времени)в память УЧПУ станка вводят постоянные циклы наиболее часто повторяющихсядвижений (при сверлении, фрезеровании). В этом случае программируется толькоцикл обработки первого отверстия (поверхности), а для остальных задаются лишькоординаты (X и Y) их расположения. В качестве примера на рис. 8 показанынекоторые постоянные технологические циклы, включенные в программноеобеспечение и используемые при обработке на станке модели ИР320ПМФ4.
/>
Устройство дляавтоматической смены приспособления-спутника (ПС) на станке модели ИР500МФ4показано на рис. 9. ПС 11 устанавливают на платформу 7 (вместимостью два ПС),на которой смонтированы гидроцилиндры 10 и 13. Штоки гидроцилиндров имеютТ-образные захваты 14 и 6. При установке на платформу (перемещение по стрелкеБ) ПС вырезом 12 входит в зацепление с захватом 14 штока. На платформе ПСбазируется на роликах 9 и центрируется (по боковым сторонам) роликам 8(исходное положение ПС в позиции ожидания). Перемещение штока гидроцилиндра 10обуславливает качение (по роликам) спутника. При движении штока гидроцилиндра13 захват 6 перемещается (по направляющей штанге) и катит ПС по роликам 9 и 8(в направлении стрелки А) на поворотный стол станка, где спутник автоматическиопускается на фиксаторы. В результате захват 6 выходит из зацепления с ПС истол станка (с закрепленным на нем спутником) на быстром ходу перемещается взону обработки. Заготовку закрепляют на спутнике во время обработки предыдущейзаготовки (когда ПС находится в позиции ожидания) или заранее, вне станка. Послетого как заготовка будет обработана, стол станка автоматически (на быстромходу) передвигается вправо к устройству для смены спутника и останавливается втаком положении, при котором фигурный паз ПС оказывается под захватом 6.Гидроцилиндр поворотного стола расфиксирует спутник, после чего ПС входит взацепление с захватом 6, а масло поступает в штоковую полость гидроцилиндра 13,шток смещается в крайнее правое положение и перемещает спутник с заготовкой наплатформу 7, где уже находится ПС с новой заготовкой. Чтобы поменять спутникместами, платформа поворачивается на 180° (на стойке 15) зубчатым колесом 3,сопряженным с рейкой 4, приводимой в движение гидроцилиндрами 5 и 16.
Платформу 7 точновыверяют относительно поворотного стола станка с помощью регулировочных винтов2 и 17, ввернутых в выступы базовой плиты 1, неподвижно закрепленной нафундаменте.
/>
Заключение
Существующие темпыразвития современного производства не могли быть достигнуты без применениясистем ЧПУ. Технология обработки на станках с ЧПУ предназначена упроститьспособы получения деталей при механической обработке в условиях серийного имассового производства. Системы с ЧПУ в большинстве случаев позволяютобеспечить лучшую точность, скорость и повторяемость при механической обработкематериалов, нивелировать некоторые механические погрешности позиционирования настанке, тем самым улучшая качество производимой продукции.
Список литературы
1. Ловыгин А.А.Васильев А.В. Кривцов С.Ю. «Современный станок с ЧПУ и CAD/CAMсистема» Эльф ИПР 2006г.
2. www.elektronik-chel.ru
3. www.gig-ant.com
4. Схиртладзе А.Г.,Ярушин С.Г «Технологические процессы в машиностроении» ПГТУ Пермь 2006.