Электронный конспект лекций (МОСДОП)2

Схемы инструментальных магазинов

Автоматизация смены режущих инструментов

Одна из особенностей автоматизированного оборудования – автоматическая смена инструмента. Она осуществляется с помощью устройств, передающих инструмент из магазина-нако- пителя в шпиндель станка и обратно.

Из всех конструкций устройств автоматической смены инструмента наиболее простой является конструкция с инструментальным магазином, установленным на шпиндельной головке. В этом случае отсутствует инструментальный автооператор, и используются магазины дискового или револьверного типа.

На рисунке ниже показана схема работы устройства многоцелевого станка для автоматической смены инструмента с дисковым магазином на 15 инструментов. Смена инструмента и транспортирование его из магазина в посадочное гнездо шпинделя осуществляются осевым перемещением шпинделя. Инструменты устанавливаются в магазине в соответствии с последовательностью обработки детали.

Перед установкой очередного инструмента шпиндель находится в верхнем положении над магазином соосно с закрепленным в нем посредством фиксаторов блоком инструмента. При опускании шпинделя вниз конус втулки входит в гнездо шпинделя и автоматически закрепляется. В рабочем положении шпиндель проходит через отверстие магазина. После выполнения очередного перехода шпиндель поднимается в верхнее положение и инструмент входит в отверстие магазина (позиция I). При дальнейшем перемещении шпинделя втулка с инструментом раскрепляется и удерживается в магазине фиксаторами (позиция II). После того как шпиндель поднимется в крайнее верхнее положение, магазин поворачивается в положение, при котором гнездо со следующим инструментом устанавливается соосно со шпинделем (позиция III). Шпиндель опускается вниз, захватывая инструмент из магазина, закрепляет его и перемещается к обрабатываемой заготовке для выполнения очередного перехода.

Магазин 1 револьверного типа (б) устанавливается на шпиндельной бабке таким образом, что один из инструментов 3 магазина будет соосным со шпинделем 2 станка. Шпиндель станка, передвигаясь вдоль оси, захватывает инструмент из магазина и перемещает его в зону резания. При обратном ходе шпинделя инструмент отсоединяется от него и закрепляется в магазине. После этого магазин поворачивается по заданной программе в требуемую позицию так, что оче-

редной инструмент располагается соосно со шпинделем станка. В магазинах такого типа устанавливается 12... 16 инструментов.

Устройства для смены инструмента осевым перемещением шпинделя Чтобы разместить инструментальный магазин вне рабочей зоны станка, его поднимают над

шпиндельной бабкой или выносят в сторону от нее, а иногда устанавливают на отдельную стойку. Во всех этих случаях оси инструментов в магазине и шпинделе не совпадают, но могут быть параллельными между собой. Такое размещение требует дополнительного движения, необходимого для совмещения осей сменяемого инструмента и шпинделя. При горизонтальной оси шпинделя (рисунок) магазин 1 размещают на вертикальных направляющих стойки над шпиндельной бабкой 2.

Смена инструмента при параллельном расположении шпинделя и магазина Дисковый магазин 1 опускается и свободным гнездом-вырезом захватывает оправку сменя-

емого инструмента, которая перед этим автоматически раскрепляется. Вслед за этим ползун магазина перемещается вдоль оси шпинделя 3, и оправка с инструментом остается в гнезде магазина. Затем магазин поворачивается для поиска следующего инструмента. После совмещения нового инструмента со шпинделем следует ход вперед ползуна магазина, и инструментальная оправка закрепляется в отверстии шпинделя. Магазин поднимается за пределы рабочей зоны, шпиндель быстро подводится к заготовке. При вертикальном шпинделе в ряде конструкций станков предусмотрен быстрый подвод шпиндельной бабки 2 из рабочей позиции до совмещения осей шпинделя 3 и отверстия в магазине 1. Остальные движения аналогичны рассмотрен-

ным выше.

Во многих случаях потребная емкость магазина составляет 20...60 инструментов, а иногда более 100. В этом случае станок комплектуется инструментальным автооператором.

Существуют две принципиальные схемы работы автооператоров: 1)с вращательным и двумя поступательными перемещениями;

2)с вращательным и поступательным перемещением.

Впервой схеме (рисунок, а) автооператор 1 совершает ход снизу вверх, захватывает оправку инструмента, находящегося в гнезде, и вытаскивает ее, перемещаясь вдоль оси инструмента. Инструмент, находящийся в шпинделе, запирается захватом при перемещении корпуса (каретки) автооператора вниз. Затем автооператор ходом вдоль оси шпинделя вытаскивает отработавший инструмент. Поворотом автооператора вокруг своей оси на 180° к шпинделю подводится сменяемый инструмент. Ходом вдоль оси инструмент «заталкивается» в шпиндель, где автоматически закрепляется. После этого каретка автооператора передвигается вверх, перемещая отработавший инструмент в магазин 2.

Во второй схеме (рисунок, б) автооператор 1 совершает только одно поступательное перемещение. При смене инструмента он, поворачиваясь вокруг горизонтальной оси, одновременно захватывает инструменты из магазина 2 и шпинделя, а затем ходом вдоль оси вытаскивает их, поворотом на 180° меняет местами и вставляет в магазин и шпиндель. Цикл смены заканчивается поворотом автооператора в горизонтальное (нейтральное) положение, при котором он не мешает повороту магазина и вертикальному перемещению шпиндельной бабки.

Схемы работы автооператоров На рисунке ниже показана последовательность работы такого автооператора. Блок инстру-

мента 4 установлен в шпинделе станка, а блок 1 – в гнезде магазина. Поворотный двухзахватный оператор 2 снабжен двумя вырезами с подпружиненными плунжерами (держателями) 3. Автооператор может вращаться вокруг своей оси и перемещаться вдоль нее. При смене инструмента автооператор поворачивается по часовой стрелке на 90°. При этом держатели А и В входят в канавки оправок инструментов, установленных в шпинделе и магазине соответственно. После того как зажимной механизм шпинделя освободит оправку, автооператор, перемещаясь в осевом направлении, выводит оправки из гнезд шпинделя и магазина и затем поворачивается на 180°. При этом отработавший инструмент устанавливается соосно с гнездом магазина, а новый инструмент – соосно с гнездом шпинделя. При перемещении оператора в осевом направлении инструменты с оправками устанавливаются в гнезда шпинделя и магазина. После закрепления оправок оператор поворачивается в исходное положение. Такие автооператоры широко применяются в автоматических устройствах для смены инструмента с дисковыми инструментальными магазинами, расположенными на шпиндельной бабке, цепными магазинами, а также для загрузки инструмента в шпиндель станка из гнезда промежуточных транспортных устройств – перегружателей инструментов.

Схема работы двухзахватного автооператора При использовании автооператоров оси инструментов и шпинделя могут быть параллельны

и расположены по горизонтали (рисунок, а) или вертикали (рисунок, б), а также размещаться перпендикулярно друг к другу (рисунок, в, г).

Взаимное расположение автооператора и шпинделя станка:

1 – шпиндельная бабка; 2 – шпиндель; 3 – автооператор; 4 – магазин Устройства автоматической смены инструмента (магазииы автооператоры, револьверные

головки) 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, иметь необходимую вместимость магазина или револьверной головки.

Револьверные головки Револьверная головка наиболее простое устройство смены инструмента: установку и зажим

инструмента осуществляют вручную, В рабочей позиции один из шпинделей приводится во вращение от главного привода станка. Револьверные головки устанавливают на токарные, сверлильные, фрезерные, многоцелевые станки с ЧПУ; в головке закрепляют от 4 до 12 инструментов. Увеличение числа позиций в револьверной головке снижает величину рабочего хода. Недостатком револьверных головок является невысокая жесткость, как следствие, пониженная точность обработки.

Раздел 3. Многооперационные деревообрабатывающие машины с ЧПУ. Устройства, обеспечивающие технику безопасности.

Тема: Многооперационные машины консольной и портальной компоновки.

Различают станки с ЧПУ однооперационные и многооперационные (так называемые обрабатывающие центры). Однооперационные станки с ЧПУ были рассмотрены выше в соответствующих разделах, посвященных станкам общего назначения. Под многооперационным обрабатывающим центром понимают станок, в котором за одну установку заготовки без перенастройки станка осуществляются различные технологические операции ее обработки, например, пиление, фрезерование, сверление и т. п., с целью достижения максимальной готовности детали. Форма детали и процессы, требуемые для ее обработки, определяют конструкцию и комплектацию станка.

Обрабатывающие центры консольной компоновки широко используются в мебельной промышленности и домостроении для обработки щитовых деталей, элементов мебели из массивной древесины и др.

Важным параметром, определяющим область применения обрабатывающего центра и его технологические возможности, является количество (от двух до пяти) одновременно управляемых координат взаимного перемещения стола (детали) и обрабатывающего агрегата (суппорта).

Приведенный на рисунке обрабатывающий центр RОVЕR (фирма «Биессе») имеет трехкоординатное перемещение суппорта с набором инструмента над столом с закрепленной на нем заготовкой. Возможна ее обработка с пяти сторон. Станок имеет шесть независимых кинематических цепей для осуществления следующих движений: позиционирования и подачи суппортов по осям X, Y, Z, позиционирование магазина инструментов, вращение вертикального фрезерного шпинделя и вращение шпинделей сверлильно-фрезерной группы.

Обрабатывающий центр включает станину 2; набор поперечных балок 5 с системой закрепления детали на столе 4 (вакуумной или механической); консольную стойку 3, перемещающуюся по направляющим 10 от привода 11 по оси X; каретки 8, которая от привода 9 перемещается по оси Y операционного блока 7, оснащенного инструментом 1 для различных видов обработки (резания, облицовывания кромок и др.) и осуществляющего движение по оси 2 от привода 6; пульта управления (стойка ЧПУ); устройств безопасности и защитных ограждений.

Многооперационный обрабатывающий центр консольной компоновки Центр имеет консольную компоновку, при которой операционный блок передвигается по

направляющим, зафиксированным позади рабочего стола размерами 600-1 250 мм в ширину и 2 500-3 200 мм в длину. Такая компоновка упрощает загрузку заготовки и ее снятие со стола. В то же время она не позволяет увеличить ширину стола, поскольку жесткость консольной конструкции инструментальной головки уменьшается из-за увеличивающегося плеча при подходе головки к переднему краю стола.

Продольное перемещение и позиционирование по оси X консольной стойки происходит на линейных опорах качения по упрочненным направляющим с помощью зубчато-реечного косозубого механизма, обеспечивающего высокую скорость подачи без вибраций. Механизм подачи состоит из неподвижной косозубой рейки, по которой перекатываются две шестерни, приводимые во вращение шаговым электродвигателем через понижающие зубчатые передачи.

Вконсольной части стойки находится механизм перемещения каретки по оси Y. Поперечная подача осуществляется передачей винт-гайка с реверсивным винтом 9, обеспечивая точное и быстрое позиционирование режущего инструмента. Перемещение каретки происходит по линейным направляющим качения. Шариковая гайка, связанная с кареткой, имеет предварительный натяг, который обеспечивает безлюфто-вую передачу, а, следовательно, точное перемещение суппорта по направляющим с линейными опорами качения. Привод винта осуществляется от электродвигателя посредством понижающей ременной передачи через зубчатый ремень.

Установленный электродвигатель обладает возможностью бесступенчатого регулирования частоты вращения вала в очень широком диапазоне. Позиционирование осуществляется на скорости до 100м/мин, а движение подачи до 5 м/мин. Электронная система управления двигателем обеспечивает точный отсчет оборотов двигателя, вследствие чего обеспечивается позиционирование с точностью 0,2 мм, эта величина соответствует повороту вала двигателя на половину градуса. Направляющие качения суппортов обладают коэффициентом полезного действия, близким к единице.

Внижней части каретки имеются направляющие, по которым по оси Z на линейных подшипниках перемещается операционный блок. Подача и обратный ход происходят от передачи винт-гайка механизма, аналогичного тому, что применен для поперечной подачи, от электродвигателя по шариковым направляющим. Поскольку масса операционного блока достаточно большая, имеется пневмоцилиндр разгрузки, сила на штоке которого компенсирует часть веса блока.

Изменение частоты вращения асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, установленных на обрабатывающем центре, производится от электроприводов переменного тока с

транзисторным или тиристорным преобразователем частоты.

На операционном блоке смонтированы рабочие инструменты (головки) с инструментом различного назначения: цилиндрические и концевые фрезы, сверла, дисковые пилы, абразивные диски, а на последних моделях обрабатывающих центров и агрегаты для облицовывания кромок щитов.

Имеется также агрегат для сверления в горизонтальной плоскости, пильная головка и фрезерный агрегат с электродвигателем подачи. Последний имеет собственный пневматический механизм подачи и перемещение происходит по направляющим на линейных опорах качения. На конусной оправке шпинделя крепится различный инструмент. На рисунке показана конструкция главных шпинделей станка.

Конструкция шпинделей:

а – фрезерного; б- сверлилыю-фрезерного с угловой насадкой; 1 – водяное охлаждение, 2 –приводной вал, 3 – коническое крепление инструмента HSK, 4 – устройство поворота

режущей головки, 5 - ножевая головка, 6 – концевая фреза Часть инструмента находится в суппорте постоянно, но бывают случаи, когда его недоста-

точно для выполнения заданных операций. Тогда эти работы производятся за счет устанавливаемых в главный шпиндель станка дополнительных агрегатов из инструментального магазина. Система автоматической смены инструмента состоит из магазина, служащего для создания запаса инструментов, достаточного для обработки партии заготовок, устройства автоматической смены инструмента, передающего инструмент из магазина в шпиндель станка и обратно. Эти агрегаты автоматически подаются к главному шпинделю станка и фиксируются в нем с помощью конусного крепления. Соединительный узел гарантирует высокоточное и прочное соединение с усилием проворачивания не менее 1 200 Н.

Используется несколько основных видов магазинов: тарельчатый, располагаемый обычно на самом суппорте; линейный, располагаемый вдоль станины станка и иногда имеющий возможность перемещения за суппортом для сокращения времени замены инструмента. В некоторых тяжелых моделях фрезерных обрабатывающих центров используются магазины цепного типа, обеспечивающие установку максимального количества (11-18) дополнительных агрегатов. В ряде станков смена инструментов может выполняться только в определенном положении шпиндельной бабки, у других магазин перемещается вместе с ней, что значительно снижает время переустановки инструмента.

Замена инструмента в многооперационных деревообрабатывающих центрах с ЧПУ инициируется командой или группой команд в тексте запущенной на текущий момент на станке управляющей программы, либо при работе «с преднабором» командами с консоли станка. Замена инструмента занимает 4-7 сек.

Имеется так называемый «разумный» инструмент, который содержит всю техническую информацию, необходимую для его использования в обрабатывающем центре, в одном чипе. Это диаметр, направление и допустимая частота вращения и т. д. Вся информация заносится в чип во время изготовления инструмента. Она автоматически запоминается и перерабатывается обрабатывающим центром до начала работы. Таким образом, центр может самостоятельно определить, какие инструменты в каком порядке расположены в магазине, и иметь непрерывный доступ к текущей информации об инструменте.

На обрабатывающих центрах имеется система защиты оператора во время работы управляющей программы. Перед столом станка установлены фотодатчики. Если оператор входит в зону действия датчиков, работа приводов останавливается. Рабочий может осмотреть рабочую зону, и если это нужно, прервать работу центра, тем самым предотвратив брак или даже аварийную ситуацию, такую как зарезание элементов приспособлений стола и т. д. Выйдя из зоны, оператор санкционирует продолжение выполнения управляющей программы. Кроме фотодатчиков для этой цели используются также специальные чувствительные коврики. На большинстве центров под станиной, на уровне ног оператора, протянут шнур аварийной остановки. Прикасание к этому шнуру приводит к немедленному останову станка. Такое же действие оказывают и кнопки аварийного останова станка. Практически все изготовители оборудования в настоящее время защищают суппорты кожухом. На уровне заготовки они располагают «щеточный кожух» для предотвращения попадания в окружающую среду стружечных отходов, тем самым изолируя с пяти сторон обрабатываемую область. Также этот кожух служит для очищения детали от стружки во время обработки, дополнительной зашитой оператора от различных аварийных ситуаций - поломка инструмента и т. п.

Управление всеми взаимными перемещениями стола и суппорта, изменением скорости подачи, скорости вращения инструмента, его заменой из магазина и т. п. производится электронной системой от встроенного компьютера обрабатывающего центра. Система ЧПУ базируется на персональном компьютере и использует возможности многозадачной операционной системы в реальном масштабе времени, что позволяет контролировать несколько процессов одновременно, например, программирование рабочих операций в процессе эксплуатации машины.

Графический интерфейс позволяет легко использовать функции, доступные с помощью функциональных изображений. ЧПУ контроль показывает также на дисплее все движения инструментов и автоматически указывает на экране происходящие ошибки, давая возможность обратиться к соответствующей странице руководства по эксплуатации через систему помощи. Как правило, имеется пакет программ для обработки наиболее часто встречающихся деталей. В тех случаях, когда надо обработать новое оригинальное изделие, программное обеспечение, заложенное в компьютер обрабатывающего центра, позволяет разработать новую управляющую программу обработки.

Для увеличения удобства обслуживания оборудования с ЧПУ производители станков включают в аппаратное обеспечение стойки модем, Веб-камеру и микрофон. Такой станок постоянно подключен к Интернету и рабочий посредством видеоконференции в любой момент времени может связаться с горячей линией сервис-центра производителя оборудования, задать интересующие вопросы, получить должную поддержку по проблемам использования данного оборудования. Оператор линии технической поддержки может решить многие проблемы, связанные с аппаратным или программным обеспечением, с помощью непосредственного удаленного воздействия на программное обеспечение стойки ЧПУ.

ОБРАБАТЫВАЮЩИЕ ЦЕНТРЫ ПОРТАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ Компоновка обрабатывающих центров с подвижным столом (столами) и стационарным

порталом расширяет их технологические возможности и повышает производительность. В пятикоординатных центрах движение по оси X отрабатывает стол, а все остальные - инструментальная головка. Схема такого центра приведена на рисунке.

Схема многооперационного обрабатывающего центра портальной компоновки Сварная конструкция портала 5 имеет по обе стороны продольные направляющие, по кото-

рым вдоль оси Y перемещаются инструментальные суппорты. Их может быть несколько, причем различного назначения. На рисунке, например, показаны две головки 6 и 9 с набором сверлильного, фрезерного и пильного инструмента и одна кромкооблицовочная головка 2 на противоположной стороне. Конструкция инструментальных головок аналогична рассмотренной выше для станка консольной компоновки. Имеются группы сверл и фрез, а также шпиндель для съемного инструмента. Однако, отсутствие консоли увеличивает жесткость головки и, следовательно, повышает точность обработки и улучшает динамические характеристики.

На противоположной стороне портала расположена головка, в которой закрепляется агрегат, позволяющий выполнять все операции облицовывания прямоугольных и круглых щитов с точной стыковкой. Облицовочный узел может быть сменным или относится к основному оснащению центра. С его помощью можно осуществлять облицовку на 360 градусов с точным стыковочным зазором.

Сбоку на портале крепится магазин 1 выдачи кромок. Головка подходит к нему, захватывает конец кромки и начинает движение к облицовываемой детали. Пленка разматывается с рулона и при достижении нужной длины обрезается ножом. Головка подходит к детали и начинает процесс облицовывания, поворачиваясь при этом на любой угол до 360 градусов. Происходит приклеивание, снятие продольных и поперечных свесов, сглаживание кромок. При облицовывании круглых деталей стыковка кромки происходит настолько точно, что не требуется дополнительная обрезка кромки. Работа может вестись как с прямым нанесением клея, так и с предварительно проклееными кромками. В первом случае головка дополняется устройством для нанесения клея, а во втором - нагревателем для активации клея. Имеются магазины выдачи облицовочного материала сопровождающей рабочей головкой.

Конструкция основных узлов обрабатывающих центров портальной компоновки аналогична той, что имеется в центрах консольной компоновки и которая подробно рассмотрена в предыдущем разделе. Так перемещение головок осуществляется от двигателя через зубчатореечную передачу с регулируемым натягом. Каждая головка имеет свой инструментальный магазин 7 и 10. Два рабочих стола 3 и 8 перемещаются по направляющим качения 4 по оси X поперек движения головок. Крепление заготовок на столах - с помощью вакуум системы. Привод механизмов подачи столов аналогичен приводу головок.

Преимущества обрабатывающих центров портальной компоновки обеспечивается тем, что пока облицовываются кромки одной заготовки, происходит смена фрезерного инструмента, что экономит время на подготовку, одновременная замена заготовок и продолжение обработки сводит к минимуму затраты на смену инструмента и т. д.

Тема: Станки кромко-облицовочной группы.

Оборудование для облицовывания кромок щитов по сложности и степени автоматизации можно разделить на три группы: простейшие станки с ручной и механизированной подачей; односторонние механизированные и полуавтоматические станки и автоматические линии.

Автоматическая линия облицовывания кромок состоит из загрузчика, станка для облицо-

вывания продольных кромок, разворотного устройства, станка для облицовывания поперечных кромок разгрузчика-накопителя. Станки для облицовывания имеют идентичную конструкцию, поэтому ограничимся рассмотрением одного из них.

На общем основании (рисунок) смонтированы неподвижная и подвижная 5 балки, на которых располагаются обрабатывающие суппорты и конвейер механизма подачи 3. Правая подвижная балка имеет настроечное перемещение поперек направления подачи, что дает возможность обрабатывать щиты различной ширины. Перемещение балки 5 происходит по направляющим основания с помощью ходовых винтов и гайки. Вращение на винты передается от электродвигателя 4 через цепные передачи. Более тонкая настройка осуществляется вручную с помощью маховика.

Механизм подачи состоят из подающего 3 и прижимного 1 конвейеров, расположенных на подвижной и неподвижной балках. На неподвижной стойке установлена базирующая линейка. Конвейер подачи состоит из двух шарнирно-роликовых цепей, к звеньям которых прикреплены пластинки с прокладками из резины, на которые укладывают щиты. Цепи скользят по направляющим. Приводной туер конвейера получает движение от электродвигателя 2 через планетарный вариатор, червячный редуктор и муфту проскальзывания. Скорость подачи может регулироваться в диапазоне 6...35 м/мин.

Прижимной конвейер состоит из двух ремней 1, скользящих по роликам. Вращение на ведущие звездочки передаются через цепные передачи от привода подающего конвейера, что обеспечивает синхронность их перемещения.