ТОКАРНЫЕ МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СТАНКИ
Как показывает технологический анализ, более 70% деталейтипа тел вращения кроме токарной обработки требуют проведения дополнительныхопераций. К ним относятся (рис.1): обработка отверстий (сверление,зенкерование, развертывание, расточка, нарезка резьбы), оси которых расположеныпараллельно, перпендикулярно или под углом к оси детали; фрезерование под разнымиуглами лысок, пазов (в том числе шпоночных); объемная фрезерная обработка(фрезерование профильных канавок, полостей переменной глубины, профильныхкулачков).
Создание многоцелевых токарных станков, обеспечивающихполную комплексную обработку деталей типа тел вращения на одном станке за однуустановку, позволяет существенно повысить точность и производительностьобработки, сократить производственный цикл, обеспечить повышение общего уровняавтоматизации технологических процессов, а также быструю переналадку припереходе на обработку другой детали.
/>
Рис.1. Примеры дополнительной обработки деталей типа телвращения.
Токарные многоцелевые станки изготавливаются на базеаналогичных токарных станков с ЧПУ, а дополнительные операции обеспечиваются засчет оснащения шпинделя станка приводом его углового позиционирования (приводполярной координаты С) с соответствующим блоком управления и приводом вращенияинструмента (сверл, разверток, метчиков и т.п.).
Многооперационный станок токарного типа приведен на рисунке2. Заготовку крепят в патроне 4, установленном на шпинделе станка. На суппорте1, совершающем продольное и поперечное перемещения, смонтирован корпус 2,несущий револьверную головку 3 в которой устанавливают инструменты,обеспечивающие обработку, характерную для токарных станков (обтачиваниерастачивание, сверление, зенкерование, нарезание резьбы). Для обработкидлинномерных заготовок в центрах предусмотрена задняя бабка 8. Однако, вотличие от токарных станков, на корпусе 2 установлены дополнительныйинструментальный шпиндель 7 и магазин 5 с инструментами, а шпиндельная бабкастанка имеет вертикальное перемещение и фиксированный поворот шпинделя назаданный угол.
/>
Рис.2. Многооперационный станок токарного вида.
/>
Рис 3. Схема фиксации шпиндельного узла.
/>
Рис.4. Схема однодвигательного привода шпинделя.
Это позволяет изменять положение заготовки относительноинструментального шпинделя и фрезеровать шпоночные канавки, пазы и уступы наваликах, а также обрабатывать отверстия, оси которых перпендикулярны осивращения шпинделя станка. Смена инструментов в инструментальном шпинделеосуществляется автооператором 6. Для удаления стружки служат скребковыйконвейер 10 и тележка 9.
Привод полярной координаты в зависимости от условий обработкидолжен обеспечивать либо позиционное управление (механизм деления) сдискретностью 1… 20, либо непрерывное управление с дискретностью примерно0,001° и вращение с частотой 0,2...0,25 1/мин. Первый режим используется приобработке внецентровых отверстий, продольных или поперечных плоскостей,фрезеровании лысок, шпоночных пазов и т.д. В этом случае шпиндельповорачивается на определенный угол и жестко фиксируется для возможностипоследующей обработки.
Второй режим используется для контурной обработкиповерхностей кулачков, фасонных пазов и других сложных поверхностей. В этомслучае привод обеспечивает также и возможность дискретного поворота на заданныйугол. На рис.3 представлена принципиальная схема привода, обеспечивающего какрежим обычной токарной обработки, так и режимы внецентрового сверления, точенияи фрезерования. При втором режиме шпиндель индексируется обычно с дискретностью1...2,5° (точность ± 0,01°, повторяемость ± 0,005°). Фиксация требуемогоположения шпинделя 1 осуществляется с помощью специального, расположенногоконсольно зубчатого колеса 2 и зубчатого сектора (секторов) 3 (см. рис.3),перемещаемого от гидроцилиндра 4. Угловое положение шпинделя контролируетсялибо круговым датчиком, встроенным в электродвигатель 5, связанным со шпинделемременной передачей либо датчиком резьбонарезания станка. Рассмотренный приводобеспечивает режима контурной обработки.
Непрерывный привод полярной координаты принципиально можетбыть выполнен по однодвигательной или двухдвигательной схемам.
На рис.4 дана принципиальная схема однодвигательного приводашпинделя 1, обеспечивающего кроме главного движения и режим контурной обработкив сочетании с линейными координатами.
Положение шпинделя контролируется роторным датчиком 5обратной связи (датчиком резьбонарезания). Связь двигателя 3 со шпинделемосуществляется через зубчатую 2 и ременную 4 передачи. Электромагнитный тормоз6 работает в двух режимах: подтормаживания — для выборки в одну сторону зазоровв кинематических элементах привода при контурной обработке и в режиме фиксациив заданном положении — при позиционировании шпинделя.
Двухдвигательные приводы шпинделя применяются обычно встанках среднего и крупного размеров. В этом случае более мощный двигательиспользуется для традиционных токарных операций, а меньший — для угловогопривода шпинделя в следящем режиме (контурное фрезерование, позиционирование).Привод обеспечивает высокую надежность и точность, но более сложен.Включение-отключение привода полярной координаты может осуществляться либо посредствомэлектромагнитных или зубчатых муфт, работающих по командам ЧПУ, либо сцеплением- расцеплением кинематических пар, обеспечивающих связь дополнительногодвигателя со шпинделем станка.
/>
Рис.5.
Двухдвигательный привод шпинделя со скользящей шестерней.
/>
Рис.6. Конструкция привода полярной координаты с поворотнымредуктором.
Нa рис.5 представлендвухдвигательный привод вращения шпинделя 7. Привод полярной координатыосуществляется от регулируемого двигателя 2 с датчиком 1 углового положенияротора через зубчатые колеса 3-4 и 5-6. Вращение шпинделя со скоростямиглавного движения обеспечивается регулируемым двигателем 8 через ременнуюпередачу 9. Шпиндель оснащен тормозным устройством 10 и датчиком угловогоположения 11. Включение-отключение привода полярной координаты производится спомощью колеса 5, перемещаемого по команде ЧПУ в осевом направлении. Наличиедатчиков 1 и 11 позволяет контролировать угловое положение колес 5 и 6, чтоисключает возможность «утыкания» их зубьев при включении приводаполярной координаты. Фиксация шпинделя в режиме позиционирования обеспечиваетсяс помощью тормоза 10; он же, работая в режиме «подтормаживания»осуществляет выборку зазоров в цепи привода координаты С.
Конструктивное оформление привода с поворотом редуктораполярной координаты приведено на Рис.6. Корпус редуктора 3 поворачивается спомощью гидроцилиндра 14 относительно рычага 4, жестко связанного с осью 5, зафиксированнойна кронштейне 6, закрепленном на корпусе шпиндельной бабки 1. При этом колесо11 зацепляется с колесом 10, расположенным на шпинделе. Для возможности ихзацепления контролируются угловое положение шпинделя с помощью датчикарезбонарезания и угловое положение вала редуктора датчиком 7. При отключениигидропривода пружина 15 обеспечивает гарантированное отключение приводаполярной координаты, расцепляя колеса 10 и 11. Включенное и отключенноеположения контролируются конечными выключателями. Медленное следящее вращениешпинделя осуществляется от регулируемого двигателя постоянного тока,закрепленного на плите 2 (Рис.6, а), связанной с корпусом редуктора 3.Двигатель соединяется зубчато-ременной передачей (i =1/2) с редуктором, на входном валу которого с помощью беззазорного соединениязафиксирован шкив 13 (Рис.6, б).
/>
Рис.6. (Продолжение)
В Рис.1.35 (окончание)
Б-Б
/>
В Рис.6. (окончание)
/>
Рис 7. Шпиндельная головка для инструмента: параллельногооси шпинделя (а); перпендикулярного оси шпинделя (б)
Далее вращение передается через косозубую передачу, выборзазора в которой происходит относительным осевым смещением колес 8 и 9 спомощью тарельчатых пружин 12. Радиальное усилие сопряжения шестерен 10 — 11обеспечивается давлением масла в гидроцилиндре 14.
Привод вращающегося инструмента. Для 95% деталей,обрабатываемых на многоцелевых станках, достаточно 5-6 вращающихся инструментовв одной наладке. Для их установки в инструментальном диске используютсяспециальные шпиндельные головки обычно с цанговым зажимом (рис.7). Взависимости от расположения оси инструмента используется простая (рис.7, а) илиугловая (рис.7, б) головка. Вращение на инструмент передается с помощьюторцовых кулачковых муфт 1 через соответствующие зубчатые передачи.Центрирование и фиксация головок осуществляется с помощью цилиндрическогохвостовика 2, на котором выполняется плоская лыска с рифлениями 3. В качествепривода вращения инструмента используются, как правило, индивидуальныерегулируемые двигатели.
Различают два основных способа передачи вращения наинструмент: привод со всеми вращающимися инструментами и привод с вращениемтолько инструмента, находящегося в рабочей позиции. В первом случае (рис.8)вращение от индивидуального двигателя 1 через ременную передачу 2 передается нацентральный вал 3, а затем от центральной шестерни 5 — на сателлитные колеса 4,связанные с кулачковыми муфтами 6. При фиксации инструментального диска при егоосевом смещении с этими муфтами зацепляются соответствующие муфты шпиндельныхголовок. Револьверные головки, работающие по такому принципу, имеют ограниченияпо количеству вращающихся инструментов. Кроме того, на неработающие вращающиесяинструменты может наматываться стружка, что представляет опасность дляобслуживающего персонала.
/> />
Рис 8. Револьверная головка с вращением всех инструментов.
При вращении только одного рабочего инструмента для еговключения используются либо управляемые муфты, установленные в соответствующейпозиции, либо включение обеспечивается конструкцией инструментального диска. Нарис.9 приведена конструкция револьверной головки многоцелевого токарного станкас приводом вращающегося инструмента, выполненного по последней схеме. Головкаотличается отсутствием осевого смещения инструментального диска при егорасфиксации, что исключает возможность засасывания в головку стружки и СОЖ.
Двенадцатипозиционная головка имеет возможность вращения вобе стороны, при этом время позиционирования составляет от 1 секунды (поворотна 30°, то есть переход в соседнюю позицию) до 3 секунд (поворот на 180°). Поточностным характеристикам головка удовлетворяет общим требованиям:стабильность (повторяемость) позиционирования ±2"; точностьпозиционирования (деления) ±6".
При отключенном тормозе 24 вращение от двигателя 29 череззубчатые колеса 28, 27 и 26 передается на червяк 25, а от него — на червячноеколесо 16. Через шпонку 9 вращается втулка 8 с шаровыми опорами 13, которыесмещаются в угловом направлении относительно шаровых опор 12, связанных сфиксирующей муфтой 4. Расстояние между торцами опор при неподвижной муфте 4уменьшается, разжимаются тарельчатые пружины 15 до упора торца втулки 17 ввыступ шпинделя 10 головки. Одновременно под действием пружин 2, установленныхв диске 3, муфта 4 выходит из зацепления с торцовыми полумуфтами 19 и 20.Происходит расфиксация револьверной головки без осевого смещенияинструментального диска; при этом контроль расфиксации осуществляетсябесконтактным датчиком 34 за счет осевого смещения втулки 11 при взаимодействииторцовой поверхности шпонки 9 и торцового кулачка на детали 11. При дальнейшемвращении двигателя шпонка 9 с помощью паза 6 вращает муфту 4 и через неешпиндель 10 с инструментальным диском.
Достижение требуемой позиции контролируется датчиком угловыхперемещений 33. Предварительная фиксация для ориентации зубьев на деталях 4,19и 20 осуществляется с помощью фиксатора 30, который перемещается через рычаг 31с помощью электромагнита 32. При отключенном электромагните фиксатор с помощьюдвух пружин выходит из фиксирующего паза в муфте 4. Предварительный фиксатор 30расположен в штоке 35, который установлен в двух упругих элементах 36,демпфирующих ударные нагрузки, возникающие при остановке инструментальногодиска; его положение контролируется датчиком 7.
При достижении заданной позиции (по сигналам датчика 33)двигатель реверсируется и при зафиксированной (невращающейся) муфте 4 шаровыеопоры 12 и 13 смещаются друг относительно друга. Расстояние между центрамишаровых опор увеличивается, происходит осевое смещение муфты 4, ее зубья входятв зацепление с торцовыми зубьями полумуфт 19 и 20, затем сжимаются тарельчатыепружины. Контроль фиксации осуществляется при смещении втулки 11 относительнодатчика 34. Срабатывает тормоз 24, отключаются двигатель 29 и электромагнит 32.
Вращение инструмента в рабочей позиции осуществляетсяцентральным приводом от двигателя 14. При этом в соответствующей позицииголовки рычаг 22 поворачивается толкателем 21, контактирующим с подпружиненнымупором 18. Включается кулачковая муфта 1 и через муфту 23 вращение передаетсяна инструмент. Для управления циклом позиционирования (рис.10) из головкипоступают сигналы вырабатываемые: преобразователем угловых перемещений 6;датчиком контроля предварительной фиксации 4 (индексации); датчиком контроляфиксации (по часовой стрелке) 5; датчиком контроля фиксации (против часовойстрелки) 7; электродвигателем 1; тормозом 2; электромагнитом фиксатора 3.
На циклограмме представлены два перехода: в левой части — изпозиции 1 в позицию 2; в правой — из 2 позиции в 12. Последовательностьпрохождения управляющих сигналов следующая: тормоз 2 растормаживается, при этомна обмотку тормоза подается напряжение, по истечении времени Т1, необходимогодля растормаживания; двигатель 1 начинает вращаться в направлении, которое имеетнаименьший угол поворота для достижения рабочего положения от текущего.Завершается выключение датчика контроля фиксации 5; в случае индексации головкииз 1 позиции в последующую 2 позицию происходит ожидание падения стробирующегосигнала 1-й позиции до «0»-го уровня, и преобразователь угловыхперемещений 6 дает сигнал на включение электромагнита 3. В случае индексацииголовки из 2-й в 12-ю позицию происходит ожидание считывания преобразователемугловых перемещений 1-й позиции, а так как следующая за ней 12 позиция являетсяиндексируемой, идет ожидание падения стробирующего сигнала 1-й позиции до«0»-го уровня и только после этого срабатывает электромагнит 3. Такимобразом, включение электромагнита 3 происходит до достижения выбранной позициипри падении стробирующего сигнала предшествующей позиции до «0»-гоуровня.
/> />
Рис.9. Револьверная головка многоцелевого станка
/>
Максимально допустимый промежуток времени между считываниемстробирующего сигнала и фактическим включением электромагнита 3 должен быть неболее значения R1, указанного в таблице. Вращениеголовки происходит до тех пор, пока предварительный фиксатор, приводимый вдействие электромагнитом, попадет в фиксирующий паз муфты. Этот моментрегистрируется пропаданием сигнала от датчика контроля индексации 4, которыйостанавливает двигатель 1. По истечении времени Т2 двигатель должен начатьвращаться в противоположном направлении. Наличие кодового сигнала выбраннойпозиции, поступающего от преобразователя угловых перемещений 6, и сигнала отдатчика роля индексации 4 свидетельствует о правильной предварительной фиксацииголовки. Отсутствие одного из сигналов означает ошибку позиционирования. Припоступлении сигнала от датчика 5 происходит фиксация револьверной головки. Этосигнал используется одновременно для остановки двигателя 1 и для срабатываниятормоза 2, при этом снимается напряжение с обмотки тормоза.
Максимальное время рассогласования от момента поступлениясигнала с датчика 5 до момента фактического останова двигателя может быть неболее значения R2, приведенного в таблице. Послезавершения останова двигателя может даваться сигнал на пуск станка. Поистечении времени Т3, после поступления сигнала от датчика 5 электромагнит 3отключается, при этом предварительный фиксатор выходит из фиксирующего паза,что контролируется появлением сигнала от датчика 4. На этом цикл индексациизавершается, и головка готова к следующему циклу. /> />
Наличие в головке нескольких вращающихся осевых и радиальных инструментов сбольшим вылетом ограничивает технологические возможности станка, затрудняетпрограммирование, которое должно исключить возможность столкновения инструментас патроном или обрабатываемой заготовкой. Необходимость размещенияинструментальных оправок с фиксирующими и приводными элементами, приводоввращения инструментов приводит к значительному увеличению габаритовревольверных головок и усложняет их конструкцию.
Применение одноинструментальных шпиндельных головок снезависимым приводом со сменой инструментов из магазина манипуляторами по типусверлильно-фрезерных многоцелевых станков обеспечивает существенное расширениетехнологических возможностей станка, большую жесткость и точность установкиинструментов. Однако повышается стоимость станка, усложняется его управление.
/>
Рис.10. Циклограмма работы револьверной головки.
/>
Рис.11. Схема направления движения инструмента и заготовки