Л3. Станки для лучевой обработки.

Лучевые способы, основанные на съеме материала при воздействии на него концентрированных лучей с высокой плотностью энергии, применяют для обработки токопроводящих и нетокопроводящих материалов. Как и при электроэрозионной обработке, съем металла осуществляется при преобразовании энергии непосредственно в зоне обработки в тепло. Эти способы не требуют применения специального инструмента, обеспечивающего подведение энергии к месту обработки. В настоящее время для размерного съема материала применяется в основном лазерная (светолучевая), электронно-лучевая и плазменная обработка.

Светолучевой станок 4222Ф2 с ЧПУ предназначен для обработки отверстий в диапазоне 0,02-0,2 мм в заготовках из труднообрабатываемых материалов. На станке можно обрабатывать систему отверстий, выполнять отверстия различных профилей в заготовках (например, для микроэлектроники), профилировать многогранный инструмент из эльбора и т. д. Станок оснащен системой ЧПУ типа CNC, управляющей перемещением стола с шаговым приводом, работой луча лазера, а также работой приспособлений, которые могут быть необходимы в технологическом процессе.

Рисунок 5 - Светолучевой станок 4222Ф2 с ЧПУ

Модель 4222Ф2

Класс точности станка по ГОСТ 8-82, (Н,П,В,А,С) Н

Длина рабочей поверхности стола, мм 630

Габариты станка Длинна Ширина Высота (мм) 650_1080_1205

Масса 1000

Мощность двигателя кВт 0.245

Пределы частоты вращения шпинделя Min/Max об/мин 10/2000

Число инструментов в магазине 6

М2. Многоцелевые станки для обработки корпусных деталей.

Многоцелевым станком называется станок с ЧПУ, обеспечивающий комплексную обработку сложных деталей с разных сторон без их перебазирования и, как правило, имеющий автоматическую смену инструмента. Эти станки выпускают для обработки корпусных заготовок и типа тел вращения.

Производительность многоцелевых станков в 3-8 раз выше, чем универсальных станков. Это происходит за счет резкого сокращения вспомогательного времени и тем самым увеличения доли машинного времени до 60-75 % в общем цикле обработки.

Вспомогательное время уменьшается благодаря автоматической смене инструмента, высокой скорости позиционирования рабочих органов станка на вспомогательных ходах (до 15 м/мин), сокращению времени пуска-останова и реверсирования при применении высокомоментных малоинерционных двигателей постоянного тока, наладке инструмента на размер вне станка, исключению контрольных операций и т. д. В современных станках время переналадки еще более уменьшается вследствие применения сменных инструментальных магазинов с заранее налаженным на размер режущим инструментом.

Для сокращения времени загрузки заготовок и съема готовых деталей используются устройства для автоматической смены приспособлений - спутников, маятниковые столы, несколько поворотных столов, работающих поочередно, и др.

В отличии от других станков с ЧПУ с автоматической сменой инструмента многоцелевые станки имеют особо высокую концентрацию обработки. На них производят черновую, получистовую и чистовую обработку сложных корпусных заготовок, содержащих десятки обрабатываемых поверхностей, выполняют самые разнообразные технологические переходы: фрезерование плоскостей, уступов, канавок, окон, колодцев; сверление, зенкерование, развертывание, растачивание гладких и ступенчатых отверстий; растачивание отверстий инструмента с тонким регулированием на размер; нарезание наружных и внутренних резьб, обработку наружных и внутренних поверхностей и др.

Чтобы осуществить всё многообразие операций, на станке должен быть большой запас металлорежущих инструментов. У станков с ЧПУ и автоматической сменой инструмента запас инструментов создается обычно в револьверных головках. Среди них фрезерные и сверлильные станки, предназначенные для изготовления главным образом таких корпусных и плоских деталей, для обработки которых достаточно иметь пять-десять различных инструментов. Многоцелевые станки имеют инструментальные магазины с запасом в 15-30, а при необходимости в 50-100 и более инструментов.

Еще одна важная особенность большинства многоцелевых станков - наличие стола-спутника или делительного приспособления с периодическим или непрерывным (по программе) делением. Это обязательное условие для обработки заготовки с нескольких сторон без переустановки. Станки новых конструкций оснащают дополнительными столами и устройствами для автоматической смены заготовок. Заготовки предварительно закрепляют на приспособлении-спутнике, и вместе с ним они попадают с дополнительного стола на основной. Установку заготовки в спутник и снятие обработанной детали производят во время работы станка. Таким образом, вспомогательное время, затрачиваемое на загрузку станка, сводится к минимуму.

Многоцелевые станки имеют чаще всего контурную систему управления, позволяющую обрабатывать разнообразные криволинейные поверхности, фрезеровать отверстия. Они отличаются широким диапазоном бесступенчатого регулирования частоты вращения шпинделя (заготовки) и подач, высокими (до 8-12 м/мин) скоростями быстрых (вспомогательных) ходов, особо высокой жесткостью и надежностью.

Многоцелевые станки для обработки корпусных деталей можно разделить на две группы, характеризуемые расположением оси шпинделя относительно рабочей поверхности стола: с перпендикулярным (вертикальным) расположением шпинделя к поверхности стола; с параллельным (горизонтальным) расположением шпинделя относительно зеркала стола. Вертикальный шпиндель станков первой группы обеспечивает доступ инструментов к одной стороне заготовки. Такие станки выгодно применять для обработки деталей, у которых объем обработки с одной стороны превышает объемы обработки с других сторон. Можно успешно обрабатывать на них за одну операцию несколько сторон, используя переналаживаемые многопозиционные приспособления. Станки с горизонтальным расположением шпинделя чаще всего снабжают поворотным столом, который создает условия для обработки детали с разных сторон.

В конструкции современных МЦ наблюдается тенденция к переходу от дискретности задания перемещений в 0,01 мм к дискретности в 0,001 мм и от чувствительности (наименьшего отрабатываемого перемещения) в 0,005 мм к чувствительности 0,001 - 0,002 мм. Дискретность и чувствительность станка в 0,001 мм удовлетворяют по точности отсчета размеров любым потребностям современного машиностроения.

Принцип построения станка с программным управлением и автоматической сменой инструментов можно рассмотреть на примере станка. По внешнему виду он напоминает расточный станок с колонной и выдвижным шпинделем. Но в отличие от обычного станка на шпиндельной бабке установлен крупный магазин с набором инструментов. Каждый инструмент вставлен в гнездо магазина так, что его ось параллельна оси магазина (барабана). Инструмент меняется специальной механической рукой. В исходном положении рычаг руки расположен вертикально и не мешает работе инструмента, закрепленного в шпинделе, и периодическому повороту магазина. При смене инструмента корпус механической руки поворачивается на 90° вокруг вертикальной оси влево; одновременно поворачивается также на 90° гнездо магазина с очередным инструментом. Рычаг руки поворачивается в горизонтальное положение, схваты рук и зажимают инструменты, находящиеся в шпинделе и в гнезде барабана. После раскрепления инструмента в шпинделе рычаг руки смещается вдоль своей оси, вытаскивает оба инструмента (из шпинделя и из гнезда магазина), поворачивается на 180° и, двигаясь вдоль своей оси, меняет инструменты местами: устанавливает новый инструмент в шпиндель, а отработавший - в освободившееся гнездо магазина. Схваты отпускают инструменты, рычаг руки поворачивается в вертикальное положение, а вся рука на 90° вправо, т. е. в исходное положение. Одновременно поворачивается вправо в гнездо со сменным инструментом.

В магазине можно разместить до 30 различных инструментов, создавая их запас для группы деталей. При этом не обязательно, чтобы инструменты размещались в гнездах магазина в таком порядке, в каком они будут использованы. Выбор нужного инструмента производится так же, как и смена, автоматически по программе. Каждый инструмент предварительно вставляется в специальную оправку с десятью кольцами. Кольца имеют разный диаметр и образуют своеобразный код инструмента. При повороте магазина оправка проходит мимо десятипозиционного переключателя (датчика), замыкая своими кольцами его контакты. В тот момент, когда комбинация колец (код инструмента) совпадает с кодом, записанным на перфоленте, вращение магазина прекращается и нужный инструмент готов к подаче в шпиндель. Поиск нужного инструмента происходит при выполнении очередного перехода и поэтому не влияет на общее время обработки.

Обрабатываемая заготовка закрепляется на плите приспособления, которая может перемещаться по направляющим среднего и боковых и столов. При обработке заготовка находится на среднем столе, который может периодически поворачиваться на заданный угол в соответствии с программой. В зависимости от принятой технологии в каждом положении (позиции) стола выполняется или полная обработка всех поверхностей (плоскостей, отверстий и т. д.), или вначале фрезеруются поверхности, а затем обрабатываются отверстия.

Так как вся обработка детали ведется автоматически по программе, то за это время оператор устанавливает в приспособление левого стола станка другую заготовку. По окончании обработки плита с приспособлением и обработанной заготовкой передвигается на правый свободный стол, а ее место занимает другая плита с уже закрепленной заготовкой. На станке можно обрабатывать сложные детали.

Многоцелевой станок с магазином большой емкости предназначен для обработки корпусных деталей. Обрабатываемую заготовку закрепляют в приспособлении, установленном на поворотном столе, что позволяет при необходимости вести обработку с двух-четырех сторон без переустановки. Режущий инструмент закрепляют в шпинделе. Для создания запаса инструментов имеется цепной магазин. В гнездах цепи помещается до 60 инструментов. Для перемещения инструмента из магазина в шпиндель и обратно служит механическая рука с двумя захватами. Подготовка к смене инструмента производится во время работы станка. Схват руки выдвигается из корпуса и захватывает оправку с инструментом. При перемещении корпуса вдоль оси оправка с инструментом вытаскивается из гнезда магазина. По окончании очередного перехода свободный схват механической руки подводится к шпинделю соответствующим поворотом и осевым перемещением корпуса руки.

Для перемещения механической руки и ее схватов служат гидроприводы. Все инструменты устанавливаются непосредственно или с помощью переходных втулок в одинаковые конусные оправки 6 и настраиваются на размер вне станка. Оправки пронумерованы, что облегчает расстановку инструментов по гнездам магазина в соответствии с программой обработки.

На станке выполняют операции сверления, зенкерования( развертывания, резьбонарезания, фрезерования и т. п. Привод шпинделя станка осуществляется регулируемым электродвигателем через коробку скоростей. Для движений подачи и быстрых перемещений служат электрогидравлические приводы, что позволяет получать подачи по осям X, У и Z.

Для сокращения простоев станка, связанных по сменой обрабатываемых заготовок и подготовкой к обработке новой партии, предусмотрены две загрузочно-разгрузочные позиции, базовые плиты и унифицированные детали установочно-зажимных приспособлений.

Рисунок 6 – Пример многоцелевого станка

Вертикальные многоцелевые станки предназначены для обработки крупных заготовок или заготовок, обрабатываемых с одной стороны. При использовании многопозиционных и поворотных приспособлений можно вести обработку заготовок с нескольких сторон. Этому способствуют и автоматически сменяемые головки с различным расположением шпинделей. Станки выполняют по типу вертикальных консольно и бесконсольно-фрезерных и продольно-фрезерных станков; одностоечных и двухстоечных координатно-расточных станков. В этой группе чаще всего используют крестовый стол, а вертикально перемещается шпиндельная бабка. Вертикальную компоновку имеют станки 243ВМФ2, 6560МФ3, 2254ВМФ4 и др.

Горизонтальные многоцелевые станки предназначены для обработки заготовок с двух-четырех, а иногда и пяти сторон, в последнем случае шпиндельные головки имеют поворот вокруг вертикальной и горизонтальной оси. Станки изготовляют по типу горизонтальных консольно-фрезерных и горизонтально-расточных. Наиболее распространены станки, имеющие крестовый поворотный стол и вертикально перемещающуюся шпиндельную бабку. Применяют компоновки с неподвижной стойкой и крестовым столом, перемещающимся в двух взаимно перпендикулярных направлениях; с продольно-подвижной стойкой и столом, имеющим поперечное перемещение; с поперечно-подвижной стойкой и продольно-подвижным столом и др. Горизонтальную компоновку имеют станки 6305Ф4, 6904ВФ4, ИР500МФ4 и др.

Точностные характеристики станков обеспечивают предварительную и финишную обработку. Станки выпускают классов точности П и В.

Системы ЧПУ многоцелевых станков, работающие с многоцелевыми станками, имеют ряд особенностей: большой объем программы, большое число управляемых по программе координат (до 7-8), обеспечение высокой точности перемещений рабочих органов (у большинства многоцелевых станков точность позиционирования в пределах 0,005-0,01 мм), широкий диапазон регулирования скоростей приводов главного движения и подач, возможность работы станка в различных режимах, высокие требования к надежности. Системы должны

работать как в автономном режиме, так и от ЭВМ верхнего уровня.

Системы обеспечивают направление и величину рабочих перемещений, выдают команды на выполнение вспомогательных функций: автоматический поиск инструмента и его смену после обработки, установку шпинделя в определенное положение при смене инструмента, изменение режимов обработки, включение и отключение системы СОЖ в зону обработки, реверс шпинделя при выполнении резьбонарезных операций, фиксацию механизмов после их позиционирования, осуществление автоматических циклов обработки; включение, выключение и индексирование поворотных столов и т. д. Станки работают совместно с позиционными, контурными и чаще всего универсальными системами ЧПУ, как правило, замкнутыми с датчиками обратной связи. Наиболее совершенны для многоцелевых станков системы типа CNC, построенные по принципу ЭВМ, которые наиболее полно отражают перечисленные выше требования.