Станочные модули | Гибкие станочные системы

Движения механизмов смены инструментов. Инструментальные магазины револьверные головки, автооператоры, кантователи совершают вращательное движение. Каретки, промежуточные носители, автооператоры при выводе и вводе инструмента в гнездо перемещаются поступательно. Цикл любого движения включает разгон, движение с постоянной скоростью, торможение. Разгон и торможение сопровождаются динамическими нагрузками, ударами, колебаниями в механизмах, составляют до 40 % общего времени и в основном определяют долговечность механизмов.

Узлы, входящие в состав механизмов автоматической смены инструмен­тов, приводятся в движение от общего двигателя или от индивидуальных при­водов (электрических, гидравлических, пневматических). В первом случае кинематические цепи состоят из многочисленных механических передач и пре­образователей движения, имеют низкую жесткость. Во втором случае цепи короткие, но система управления усложняется.

Режимы поступательного движения механизмов. Оптимальный по крите­рию быстродействия треугольный закон (рис. 13.20, а) используют редко, так как вследствие мгновенного изменения знака ускорения при переходе к торможению имеют место перераспределение зазоров в механизмах и вызванные им удары. Часто используют закон изменения скорости, близкий к трапецеидальному (рис. 13.20, б), которому соответствуют плавные изме­нения ускорения. При этом продолжительность отдельного движения

где s — перемещение исполнительного органа; а_р— ускорение исполнительно­го органа при разгоне; его ускорение при торможении; отношение времени движения с установившейся скоростью к продолжительности I отдельного движения.

Оптимальная скорость установившегося движения зависит от пути пере­мещения исполнительного органа:

где к = 0,5…0,6.

При малых ходах высокие скорости нецелесообразны, так как не дают заметного выигрыша времени, но приводят к резкому повышению мощнос­ти привода.

Узел подходит к упору надежно, но без сильного удара в том случае, когда его скорость находится в интервале от 0,02…0,04 до 0,2 м/с. Минималь­ная скорость узла вычисляется с учетом возможных отклонений приведенной массы систем на , номинальной скорости подхода к упору на силы сопротивления на

Наибольшая скорость узла при подходе к упору не должна вызывать сильного удара между ними. Для автооператоров загрузочных устройств рекомендуется

Для предотвращения колебаний в механизмах при переходных процессах (разгоне, торможении) и малых ходах (0,15…03 м) ускорение не должно превышать 5…6 м/с², при больших ходах (0,7…0,8м) допускаемое ускорение может быть повышено до 10… 12 м/с².

Номинальное время торможения узла при равнозамедленном движении

где Р — действующая на узел сила.

Режимы вращательного движения механизмов. Инструментальные мага­зины совершают вращательное движение со ступенчато изменяющейся ско­ростью (рис. 13.20, в). Время поворота на i позиций слагается из времен разгона, равномерного вращения с угловой скоростью , торможения и по­зиционирования с угловой скоростью

Для движения с одинаковым ускорением е при разгоне и торможении ра­циональным является отношение При обычно используе­мых ускорениях рациональная угловая скорость равномерного движения

Минимальная угловая скорость вращательного движения узла определяет­ся с учетом возможных отклонений момента сопротивления на приведенного момента инерции / на А/ и номинальной скорости подхода к упору на

С учетом того что инструментальный магазин поворачивается на разное число позиций, приведенное время движения при разгоне и торможении с одинаковым ускорением

(13.8)

где п — общее число позиций в магазине; р_г— вероятность поворота на i позиций; Т.— время поворота на i позиций; ускорение при разгоне и торможении; f(p, n) — функция, характеризующая закон распределения ходов пои повороте на разное число позиций (для симметричных распределений угловая скорость равномерного вращения при повороте) ; угловая скорость при позиционировании) ; угол поворота при движении со скоростью угол поворота на одну позицию).

В зависимости (13.8) первое слагаемое определяет время равномерного движения, второе — время переходных процессов и фиксации.

Конструкции механизмов. Способ зажима инструмента на станке с ЧПУ зависит от типа станка, конструкции шпиндельного узла, базирующих и за­жимных элементов инструмента.

Для автоматизированного зажима фрезерной или расточной оправки 1 (рис. 13.21, а) с коническим хвостовиком, устанавливаемой в шпинделе 16, который вместе с гильзой 15 может перемещаться в осевом направлении, служит устройство с цанговым захватом. Оправка затягивается в шпиндель с помощью пакета тарельчатых пружин 5, которые воздействуют на нее через гайку 7, стержень б, четырехлепестковую цангу 4 и винт 14. Самопроизволь­ному раскрытию цанги препятствует втулка 2.

Для освобождения инструмента служат гидроцилиндры, перемещающиеся в осевом направлении вместе со шпиндельной гильзой. Их корпус 10 удержи­вается от вращения шпонкой 9. Инструментальная оправка освобождается сле­дующим образом. Масло подается в правый гидроцилиндр, по осевому каналу в его штоке проходит в левый цилиндр и действует на его поршень. При этом шток 11 перемещается влево, сжимает пакет тарельчатых пружин 5 и вместе со штоком правого гидроцилиндра передвигает цангу влево. Надвигаясь на коническую втулку 13, удерживаемую пружиной 3, цанга раскрывается. При дальнейшем движении цанга упирается в винт и выталкивает оправку из шпинделя. При отсутствии оправки в шпинделе чашка 12 пружинами 5 дово­дится до упора 8.

Если шпиндель установлен непосредственно в корпусе станка, для зажима инструмента может быть применено устройство, показанное на рис. 13.21,6. Оправка / 7 затягивается в шпиндель 18 с помощью пакета тарельчатых пру­жин 25, стержня 24 и шарикового захвата 19, а освобождается, когда шток гидроцилиндра 22, перемещаясь влево, действует на стержень 24. Для обеспе­чения надежной работы шарикового захвата корпус гидроцилиндра 22 может передвигаться вправо, сжимая пружину 21, до того момента, пока гайка 23 не упрется в гайку 20. Усилие зажима замыкается на шпинделе и не передает­ся на его упорные подшипники. От выпадания шариков при отсутствии в шпинделе оправки предохраняет шток 26. Шариковое захватное устройство создает небольшое усилие зажима.

В координатно-расточных станках применяют захват с гребенчатой цангой 27 (рис. 13.21, в), в горизонтально-расточных —с составной цангой 29 (рис 13.21,г), которая освобождает винт 28 при перемещении ее влево вместе со стержнем 301В станках типа “обрабатывающий центр” необходимо обеспечить большое усилие зажима, механизмы оснащают захватом с сухарями 32 (рис. 13.21, д), установленными в отверстиях тяги 33. Когда инструментальная оправка затянута в шпиндель, сухари фиксируются втулкой 31; для освобождения оправки гидроцилиндр сжимает пакет тарельчатых пружин, тяга 33 передвигается влево, и сухари оказываются против расточки во втулке 31. Для создания большого усилия зажима применяют также захват с качающимися собачками 35 (рис. 13.21, е), направляемыми обоймами 34.

Расчет механизмов. При применении автоматических устройств для за­жима режущих инструментов необходимо знать усилия запрессовки и выпрессовки, а также максимальное давление в соединении. При расчетах исходят из того, что имеющие место погрешности углов уклона деталей соединения, на­ходясь в полях допусков конических инструментальных поверхностей, ока­зывают существенное влияние на все рабочие характеристики соединения. Порядок расчета следующий.

В соответствии со степенью точности деталей конического соединения по СТ СЭВ 178—75 определяют максимально возможную разность их углов укло­на.

Находят максимально возможное осевое усилие Р₃, действующее на инструмент в процессе резания и представляющее собой фактическое усилие запрессовки.

Учитывают, что при запрессовке инструмента в результате деформирова­ния деталей возможны две схемы их взаимного положения: 1) расчетная дли­на контакта / соединения меньше определяемой по чертежу номинальной длины контакта /_н; 2) расчетная длина контакта / больше номиналь­ной /_н.

Зная утлы и уклон отверстия в шпинделе и хвостовика инстру­мента, вычисляют угол уклона конического соединения:

где μ — коэффициент Пуассона; r — большой радиус соединения; радиус наружной поверхности шпинделя.

Приняв возможный в производственных условиях коэффициент трения при запрессовке (поверхности обезжирены), определяют условное осевое усилие, при котором контакт имеется по всей поверхности соединения:

где Е— модуль упругости материала шпинделя:

Если сила Р_оменьше максимально возможного усилия на инструменте в процессе резания, то и максимальное давление в соединении

где

При этом нормальная сила, действующая на внутреннюю поверхность шпинделя,

Если же сила Р_обольше усилия Р₃на инструменте в процессе резания, то и максимальное давление в соединении определяют из уравнения

При этом нормальная сила, действующая на внутреннюю поверхность шпинделя,

Усилие выпрессовки

Коэффициенты трения при выпрессовке принимают в зависимости от состояния поверхностей и разности углов уклона деталей соединения:

Смена заготовок с помощью промышленных роботов. Промышленные ро­боты используются не только для загрузки станков заготовками и съема обра­ботанных деталей, но и для смены изношенных режущих инструментов, меж­станочного транспортирования заготовок, загрузки накопителей готовыми де­талями, сметания стружки с поверхности стола станка и т.п.

По степени специализации функций роботы делятся на универсальные, спе­циализированные и специальные. Универсальные роботы способны произво­дить несколько операций на различном по технологическому назначению обо­рудовании. Специализированные роботы предназначены для выполнения опeрации какого-либо одного вида с определенным типом деталей. Сверхлегкие роботы имеют грузоподъемность до 1 кг, легкие — 1…10 кг, роботы средней грузоподъемности служат для перемещения объектов массой 10…200 кг, тя­желые – для манипулирования объектами массой 200…1000 кг.

Напольные роботы с выдвижной горизонтальной рукой обычно работают в цилиндрической системе координат, оснащены электрическими или пневмати­ческими приводами и цикловым управлением. Их грузоподъемность состав­ляет 0,05…20 кг. Напольные роботы с выдвижной рукой и подвижной карет­кой работают в цилиндрической системе координат, имеют грузоподъемность от 1 до 1000 кг. Напольные роботы с качающейся выдвижной рукой функцио­нируют в полярной сферической системе координат. Напольные роботы с мно­гозвенной рукой имеют электромеханические или электрогидравлические сле­дящие приводы отдельных звеньев руки, длины которых не изменяются; та­кие роботы отличаются компактностью. Портальные роботы с рукой, уста­новленной на подвижной каретке, позволяют сэкономить производственную площадь и организовать удобное обслуживание оборудования. Транспортные роботы для перемещения деталей, уложенных в тару, перемещаются по моно­рельсу. Специальные роботы встраиваются в металлорежущие станки.

На станках, работающих совместно с промышленными роботами, должны быть обеспечены автоматический зажим деталей, автоматическое срабатывание защитных экранов (щитков), обмыв или обдув базовых поверхностей смен­ных устройств, контроль правильности закрепления заготовок и приспособ­лений.

Для захватывания и удержания предмета производства или технологи­ческой оснастки промышленный робот оснащают захватным устройством. Оно является составной частью захватной системы, в которую входят также при­вод, передаточный механизм и сенсорные измерительные преобразователи. К захватным устройствам предъявляются следующие основные требования: небольшая масса, что необходимо для снижения инерционных нагрузок при раз­гоне и торможении; небольшие габариты, расширяющие возможность исполь­зовать промышленный робот при малой зоне обслуживания технологического оборудования; надежное удержание предмета манипулирования путем созда­ния достаточной силы захвата, которая в необходимых случаях должна регу­лироваться; приспосабливаемость к форме предмета манипулирования (спо­собность компенсировать отклонения размеров и положения детали, а также изменение ее размеров в результате обработки) ; высокая точность; быстросменность.

Захватные устройства бывают простыми (имеют только губки с захваты­вающим движением), с приспособлениями для выполнения дополнительных операций (измерения, клеймения и др.), адаптивными (оснащены преобразо­вателями усилия зажима, контроля базирования заготовки и т д.). Захватные устройства делят на однозахватные и многозахватные. Промышленный робот с Двухзахватным устройством во время обработки одной заготовки берет Другую и переносит ее к рабочей зоне станка. По окончании обработки свобод­ным захватом снимает обработанную деталь и устанавливает заготовку, удер­живаемую другим захватом. Этот робот производит смену заготовок значи­тельно быстрее по сравнению с однозахватным.

В качестве основных параметров захватных устройств принимают грузоподъемность и наибольший размер захватываемой поверхности, который дол­жен выбираться из ряда: 1, 4, 12, 32, 63, 100, 125, 160, 200, 250, 320,400, 500 мм.

Замыкание захватного устройства с поверхностями детали может быть геометрическим или силовым. В первом случае внешние силы действуют на поверхности детали как нормальные, во втором — передаются на деталь как силы трения.

Чтобы создать двухточечный контакт между поверхностями захватывае­мой детали и губками, последние снабжаются шарнирами: простым или шаро­вым на одной из губок или простым на обеих губках. Конструкция захватного устройства в значительной степени определяется габаритами, массой и конфи­гурацией объекта манипулирования.

Требуемое усилие зажима манипулируемой детали можно определить по зависимости

где т — масса детали; к₁— коэффициент запаса: коэффициент, зависящий от ускорения а схвата: (обычно коэффициент (табл. 13.5), зависящий от отношения усилия за­жима к весу детали ( коэффициент трения между губками захватного устройства и поверхностью детали).

В зависимости от способа взаимодействия с объектом манипулирования захватные устройства делятся на механические, вакуумные и магнитные.

Механические захватные устройствабывают неуправ­ляемые и управляемые. Неуправляемые устройства в виде пинцета (рис. 13.22, а, 6) или клещей (рис. 13.22, в, г) удерживают деталь благодаря упру­гости зажимных элементов (разрезного упругого валика, разрезной упругой втулки, пружины) и освобождают ее при действии дополнительных устройств. Они применяются в массовом производстве небольших изделий. Губки управ­ляемых захватных устройств приводятся в движение пневматическими, гид­равлическими или электрическими приводами. Пневматические приводы при­меняют в захватных устройствах для деталей массой до 5 кг. К пневматичес­кому цилиндру энергия подводится просто, усилие зажима регулируется лег­ко, но такой привод имеет значительные габариты. С помощью более компакт­ного и легко регулируемого гидравлического привода можно получить значи­тельно большие усилия зажима. Такие приводы применяют в захватных устройствах для деталей массой более 20 кг. Электрическими приводами с ма­логабаритными двигателями постоянного тока оснащают захватные устройства для деталей массой от 5 до 20 кг. Движение на жесткие, регулируе­мые или гибкие (пружинные) губки передаются зубчато-реечными, рычажно-стержневыми, кулисно-стержневыми, клиновыми, кулачковыми и другими механизмами.

Примеры рычажно-стержневых механизмов приведены в табл. 13 6. Если Р₁ — усилие на губках, Р₂— усилие, создаваемое гидро- или пневмоцилиндром, s ₁и s ₂ — соответственно перемещение губою и штока цилиндра, tj — КПД механизма, из условия равенства работ

следует

Здесь соответственно кинематическое и силовое передаточное отношение механизма.

Среди рычажно-стержневых механизмов следует отметить захватное устройство с ломающимися рычагами (в табл. 13.6 последнее). Вблизи мерт­вой точки ломающегося рычага оно развивает большое усилие зажима, имеет малые габариты, но допускает небольшое изменение захватываемых диамет­ров. Этот недостаток можно устранить применением сменных или регулируе­мых губок.

Захватные устройства с кулисно-стержневым механизмом (табл. 13.7) предназначены для манипулирования тяжелыми деталями.

Устройства с зубчатыми передачами (табл. 13.8) имеют небольшие габари­ты, допуская при этом большое раскрытие губок.

Вакуумные захватные устройства основаны на принципе присасывания схвата к поверхности детали и обычно используются для захва­тывания детали только по одной поверхности, манипулирования изделиями из стекла, керамики, громоздкими плоскими деталями из стали

Захватывание детали осуществляется одной большой осесимметричной присоской (рис. 13.23, а) или несколькими микроприсосками диаметром от 2 до 8 мм, распо­ложенными в шахматном порядке и позволяющими манипулировать деталя­ми с криволинейными поверхностями (рис. 13.23, б), со сквозными от­верстиями (рис. 13.23, в).

Для компенсации разновысотности поверхности захватываемой детали, улучшения прилегания присоски к ее поверхности захватное устройство снаб­жают пружиной, которая прижимает присоску к детали перед окончанием пе­ремещения руки робота.

Расчетная сила притяжения присоской

где S — площадь проекции присоски на плоскость детали, ограниченная вну­тренним контуром, м²; р_аи р_в — соответственно атмосферное и остаточное давление в камере присоски, Па; коэффициент, учитывающий уменьшение площади присоски вследствие ее деформирования:

При перемещении руки робота в вертикальном и горизонтальном направ­лениях требуемая сила притяжения присоской (рис. 13.24)

где N, Т— соответственно нормальная и касательная составляющие внешних сил, Н; коэффициент снижения грузоподъемности захватного устройства, зависящий от давления в контакте между присоской и деталью, влияющего на герметичность стыка; коэффициент трения между поверхностями детали и присоски; к — коэффициент запаса (можно принять к = 2). Для круглой присоски

где b – ширина уплотнительного борта, мм; d – диаметр присоски, м; необходимое давление в контакте присоски с поверхностью детали, завися­щее от материала уплотнения, качества поверхности детали (для деталей с гладкой поверхностью, например из стекла, q =. 30 000…90 000 Па, с грубой поверхностью, например с окалиной, q = 300 000 Па) ; р₀ —давление возду­ха в полости присоски.

Магнитное захватное устройство обычно оснащают электромагнитом, иногда постоянным магнитом или одновременно обоими магнитами. Захватные устройства с электромагнитами срабатывают быстро, могут быть легко приспособлены к деталям сложной формы (рис. 13.25). Для этого соединяют в блок несколько электромагнитов или используют лег­ко деформируемые оболочки, заполненные ферромагнитным порошком. По­стоянные магниты создают значительную силу притяжения, не требуют пита­ния, но от установленной и закрепленной детали их надо отрывать.

Смена заготовок с помощью столов-спутников. На столы-спутники уста­навливают зажимные приспособления и закрепляемые в них заготовки. Эта операция выполняется вне станков. Затем столы-спутники переносятся на многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточный станок или на гибкий производственный модуль.

В столах-спутниках по ОСТ 2 Н62-5—85 предусматриваются рабочая по­верхность 2 (рис. 13.26) для установки и закрепления заготовок и приспо­соблений, установочные поверхности базирующих планок 1, необходимых для базирования обрабатываемых деталей, крепежные отверстия 10 или Т-образные пазы для крепления обрабатываемой детали или приспособлений, центрирующее отверстие 9 для ориентации приспособлений на столе-спутнике. Предусматриваются; также базовые плоскости 4 для базирования стола-спут­ника на станке, базовые отверстия 6 для ориентации его на станке с помощью фиксирующих штырей, зажимные поверхности 3, 5 для контакта зажимных устройств станка со столом-спутником, направляющие поверхности 7, служа­щие для ориентации и направления стола-спутника в устройстве автомати­ческой смены и в накопителе. Для выверки столов-спутников и приспособ­лений на них служит поверочное отверстие 8.

Столы-спутники с отношением ширины к длине 1:1 и 1:1,25 изготовляют­ся для горизонтальных, а с отношением 1:1,6 и 1:2 — для вертикальных много­целевых станков и гибких производственных модулей (табл. 13.9—13.12).

Компоновки некоторых станков со столами-спутниками приведены на рис. 13.27.

Заготовка закрепляется на одном из двух столов-спутников 1, когда он находится на вспомогательной платформе 3 или 4, а на рабочей позиции станка происходит обработка. Смена заготовки производится путем сдвига стола- спутника на стол 2 станка и перемещения стола-спутника с обработанной де­талью со станка на вспомогательную платформу.

В станках, имеющих компоновки согласно рис. 13.27, а, б, позиции загрузки и разгрузки расположены близко друг от друга, что удобно для их обслу­живания. В станке с компоновкой по рис. 13.27, в применено двухпозиционное поворотное устройство 3.

Конструкция такого устройства показана на рис. 13.28. На позицию ожидания платформы 7 помещают стол-спутник 11 и закрепляют на нем за­готовку, в то время как предыдущая деталь обрабатывается на станке, будучи закрепленной на таком же столе-спутнике. Заготовка может быть установлена на столе-спутнике и вне станка.

Горизонтальными гранями направляющих стол-спутник базируется по ро­ликам 9, вертикальными — по роликам 8. Его Т-образный паз 12 входит в за­цепление с захватом 14, соединенным со штоком гидроцилиндра 10.

По окончании обработки предыдущей детали шток гидроцилиндра 13 пе­ремещается влево, захват 6 устанавливается над Т-образным пазом стола-спут­ника, закрепленного на столе станка. После расфиксации и небольшого верти­кального перемещения этого стола-спутника захват входит в его паз и переме­щает на платформу 7. Таким образом, на платформе некоторое время нахо­дятся два стола-спутника: один с обработанной деталью, другой — с заготов­кой. Затем рейка 4, перемещаемая гидроцилиндрами 5 и 16, поворачивает зуб­чатое колесо 3, а вместе с ним стойку 15 и платформу 7.

В результате поворота платформы на 180 стол-спутник 11 оказывается на позиции смены. Шток гидроцилиндра 10, занявшего место гидроцилиндра 13, при перемещении влево сдвигает стол-спутник 11 на стол станка. Там стол-спутник опускается на фиксаторы, захват 14 выходит из зацепления с его Т-образным пазом. На этом цикл смены стола-спутника заканчивается.

Для согласования положений стола-спутника и стола станка служат регу­лировочные винты 12 и 17, с помощью которых устройство можно смещать относительно базовой плиты 1.

СВОЙСТВА АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ

Агрегатный станок компонуется в основном из унифицированных узлов, имеющих индивидуальные приводы и связанных между собой электрической системой управления. Основными унифицированными узлами являются сило­вые головки, силовые столы, шпиндельные узлы, поворотные делительные столы, станции гидропривода, базовые узлы, станции смазывания и др. Последовательность движений узлов обеспечивается имеющимися на них упорами и конечными переключателями. Благодаря стандартным присоединительным размерам достигается необходимая точность взаимного положения узлов. Уни­фицированные узлы изготовляются нескольких габаритов, что дает возмож­ность создавать агрегатные станки оптимальных размеров соответственно га­баритам обрабатываемой детали. Для обработки мелких деталей в приборо­строении существуют малогабаритные агрегатные станки.

Агрегатные станки имеют высокую производительность, обеспечиваемую большой концентрацией операций и оптимальными режимами резания. На аг­регатных станках обрабатываются детали стабильного качества.

Благодаря широкому применению унифицированных узлов и деталей сни­жается объем конструкторских работ, появляется возможность автоматизиро­ванного проектирования инструментальных наладок, шпиндельных коробок, электрических и гидравлических систем станков, использования типовых форм технической документации, заготовок чертежей, аппликаций. Трудоемкость изготовления агрегатных станков относительно невысокая вследствие того, что детали унифицированных узлов можно обрабатывать по технологии серийного производства. Благодаря высокому качеству унифицированных узлов, возможности оценки показателей надежности и производительности станков на стадии проектирования, применению прогрессивных методов ре­монта агрегатные станки отличаются высокими эксплуатационными свойства­ми.

СИЛОВЫЕ ГОЛОВКИ

Силовые головки являются унифицированными узлами агрегатных стан­ков. Они сообщают режущим инструментам главное (вращательное) движе­ние, подачу и быстрое движение подвода и отвода. По технологическому на­значению их подразделяют на сверлильные, расточные, резьбонарезные, фре­зерные. Головки большинства конструкций позволяют выполнять ряд опера­ций.

Привод главного движения силовых головок для обработки мелких дета­лей часто оснащают пневматическим двигателем. Головки с гидравлическим двигателем можно быстро переналаживать на другой режим. В большинстве случаев в главном приводе устанавливают электрический асинхронный двига­тель. Микроголовки имеют главный привод мощностью 0,1…0,4 кВт, головки малой мощности — 0,4..3 кВт, большой мощности — 15..30 кВт.

Силовая головка может иметь подвижный корпус, выдвигаемую пиноль или подвижный корпус с пинолью. Привод подачи может быть размещен в са­мой головке или вне ее. Головки первого типа называют самодействующими, второго — несамодействующими. Несамодействуюшие головки малых габари­тов применяют в станках для обработки мелких деталей. Силовые головки ос­нащают электромеханическим, гидравлическим, пневматическим, пневмогидравлическим приводами. Тяговым устройством электромеханического приво­да могут быть винтовая передача, механизмы с цилиндрическим или плоским кулачком (рис. 14.1). Плоскокулачковые головки обычно предназначены для выполнения легких работ с короткими циклами: ход в интервале 35…75 мм, длительность цикла — 5…3O с, мощность главного привода — 0,4..3 кВт. На основе электромеханического винтового и гидравлического приводов создают силовые головки с большим усилием подачи для обработки со значительной концентрацией операций. Мощность электродвигателя их главного привода достигает 30 кВт, усилие подачи — 100 000 Н. Существенным недостатком гид­равлического и пневмогидравлического приводов является нестабильность подачи при изменении температуры масла. Приводом подачи реализуются раз­личные циклы перемещений режущих инструментов. Основные и присоедини­тельные размеры силовых головок регламентируются государственными стан­дартами (табл. 14.1—14.4).

Малогабаритная силовая головка (рис. 14.2) развивает усилие подачи до 2000 Н. Ее шпиндель 6 приводится во вращение электродвигателем 1. От што­ка 5, являющегося пинолью головки, он получает осевое движение по циклу быстрый подвод — рабочая подача — быстрый отвод. Опорами пиноли служат направляющие втулки 4 я 7. Гайка 3 предназначена для регулирования глубины обрабатываемых отверстий. В конце хода в нее упирается кулачко­вый блок 2. Движениями головки управляет ее гидравлическая панель.

На агрегатных станках с силовыми головками наиболее эффективно вы­полняются сверлильно-резьбонарезные и легкие фрезерные операции. В то же время из-за недостаточной жесткости шпинделей они непригодны для тяжелых фрезерных и расточных операций. Поэтому на основе силовых головок обыч­но компонуют малые агрегатные станки.

СИЛОВЫЕ СТОЛЫ

Силовой стол состоит из подвижной плиты, называемой столом, непод­вижных салазок и привода. На столе устанавливают инструментальную бабку или приспособление с обрабатываемой заготовкой. Цикл работы стола вклю­чает быстрый подвод, одну или две рабочие подачи, выдержку на жестком упоре (при необходимости), быстрый отвод. Циклом работы управляют перестав­ные упоры и бесконтактные путевые переключатели. Силовой стол может быть установлен на станке в горизонтальном, вертикальном и наклонном по­ложениях. При вертикальной и наклонной установках подвижная часть стола вместе с инструментальной бабкой и инструментальной наладкой уравновеши­вается противовесом.

Основным параметром силовых столов является ширина салазок В. С ней связаны максимальное усилие подачи Р, допускаемое приводом, скорость быстрых движений v _б, скорости рабочей подачи S_min и S_max (рис. 143)

Основные размеры силовых столов стандартизованы (табл. 14.5). Техничес­кие характеристики столов серии УЕ приведены в табл. 14 £. Силовые столы оснащают электромеханическими или гидравлическими приводами. Электро­механический привод создают на базе асинхронного двигателя и редуктора, обеспечивающего рабочую подачу и быстрые движения, или высокомоментного двигателя постоянного тока с бесступенчатым регулированием частоты вращения. В состав редуктора могут входить зубчатые передачи, переключае­мые электромагнитными муфтами, ременные передачи, механический вариа­тор.

В качестве тягового механизма в электромеханическом приводе приме­няют винтовую передачу скольжения или качения. Передача качения имеет вы­сокую долговечность и обеспечивает стабильность подачи, а значит, и повышен­ную стойкость режущих инструментов. В гидравлических силовых столах тя­говым механизмом служит гидроцилиндр.

Силовые столы имеют чугунные направляющие скольжения, выполненные за одно с салазками или в виде стальных закаленных накладных планок, при­крепленных к салазкам. Направляющие могут быть трех исполнений: две плоские, одна плоская и одна треугольная, две треугольные. Направляющими двух последних типов снабжают столы повышенной точности. Смазывание направляющих производится от централизованной смазочной системы с по­мощью питателей. Передняя часть направляющих закрывается телескопичес­ким кожухом или защищается скребками. Задняя часть закрывается телеско­пическим кожухом.

В качестве примера рассмотрим электромеханический силовой стол (рис. 14.4). Быстрые движения столу 5 сообщает асинхронный электродвигатель 3 в то время, когда электромагнитная муфта 4 выключена. Рабочую подачу стол получает от асинхронного электродвигателя 1 через ряд зубчатых передач, в том числе пару сменных колес а и b/

Примечания: 1. Таблица распространяется на силовые столы прямолинейного Движения с механическими или гидравлическими приводами.

2.Допускается изготовление силовых столов с большими или меньшими, чем указано в таблице, ходами s по ряду Ra 10 ГОСТ 6636-69. При этом L = L ₁ s 50 мм.

3.Номинальные расстояния между осями первого и всех последующих отверстий d под крепежные винты должны быть кратны 50.

Максимальное усилие подачи на­страивается фрикционной муфтой 2, которая предохраняет привод от пере­грузки и позволяет производить обработку на жестком упоре. При примене­нии в приводе двухскоростного двигателя в цикле могут быть две рабочие по­дачи. Элементы конструкции силового стола приведены на рис. 14.5 и 14.6. По направляющим литой чугунной плиты 3 перемещается стол 2. Повышенная точность узла обеспечивается благодаря тому, что одна из направляющих треугольная. В приводе использована винтовая передача скольжения. Осевое усилие воспринимается упорным шариковым подшипником 1. Предусмотрена работа стола на жестком упоре 4. Управление циклом работы стола осущест­вляется- бесконтактными путевыми переключателями 2 (рис, 14.6),установленными на направляющей плите, и упорами 1 в виде пластин, закрепленных на столе.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ БАБКИ

Инструментальные бабки применяются в комплекте с силовыми столами. Они сообщают инструментам вращательное движение.

Расточные бабки производят растачивание отверстий жестким шпинделем, т.е. без направления по кондукторной втулке. Основные размеры бабок стандартизованы (табл. 14.7). Унифицированные бабки предназначены для растачивания отверстий с наибольшим диаметром от 100 до 400 мм, вы­пускаются семи габаритов, допускают наибольшее осевое усилие от 1,6 до 2,5 кН

Расточная бабка состоит из шпиндельного узла (см. рис. 6.10) и привода. К переднему концу шпинделя крепится расточная бортштанга. Привод расточ­ных бабок выполняется в виде ременного редуктора со сменными шкивами (рис. 14.7, а, для станков, предназначенных для обработки с высокой часто­той вращения шпинделя) или в виде зубчатого редуктора с парой сменных колес (рис. 14.7,5).

Фрезерные бабки производят черновое и чистовое фрезерование торцовыми, дисковыми и концевыми фрезами. Основные размеры бабок стан­дартизированы (табл. 14.8). Унифицированные бабки выпускаются шести га­баритов с двигателем мощностью от 2,2 до 30 кВт. На них можно установить фрезы диаметром от 80…100 до 355…630 мм. Частота вращения шпинделя наименьшего габарита принята равной 710…1400 об/мин, наибольшего – 28… 400 об/мин.

Фрезерные бабки бывают без отскока и с отскоком пиноли. Бабки второ­го типа применяют, когда в цикле работы станка требуется отводить фрезу от обработанной поверхности. Конструкция такой бабки приведена на рис. 14.8. Нижней плоскостью корпус 1 бабки устанавливается на силовом столе, к правой плоскости корпуса привинчивается зубчатый или ременный редуктор привода вращения шпинделя. В отверстие корпуса помещена пиноль 2, в которой на подшипниках качения установлен шпиндель 3. На пиноли закреплена серьга 4, связывающая ее с механизмом наладки перемещения.

Примечание. Остальные размеры – по ГОСТ 21037-75.

Отскок пиноли происходит, когда с помощью гидроцилиндра 10 переме­щаются вправо ползун 9 и винт 7. Подвод пиноли осуществляется при переме­щении штока цилиндра влево. Для смены фрез без подналадки предназначен сменный калибр 8. Гидроцилиндр 11 и сухарь 12 служат для зажима пиноли. Положения ее контролируются конечными выключателями 5 и 6. Во фрезер­ных бабках без отскока пиноли вместо гидроцилиндров применяют винты с ручным приводом.

Сверлильные бабки предназначены для сверления одиночных от­верстий большого диаметра. Они изготовляются трех габаритов с осевым уси­лием от 10 до 20 кН для обработки отверстий наибольшего диаметра 25,32или 40 мм. Бабка состоит из шпиндельного узла и привода.

Подрезно – расточные бабки служат для подрезания торцовых поверхностей и протачивания канавок в отверстиях. Унифицированные бабки изготовляют пяти габаритов с планшайбой, имеющей диаметр 250, 320, 400 500 или 630 мм. Наибольшее усилие подачи на каретке составляет от 1250 до 8000 Н.

В состав подрезно-расточной бабки входят расточная бабка с приводом главного движения 7 (рис. 14.9); закрепленная на торце шпинделя 9 план­шайба 10; перемещающаяся по ней каретка 12; привод поперечной подачи с гидроцилиндром 2. Движение от привода передается каретке-с помощью тяги 8 и реечно-зубчатых передач. Для устранения зазоров в приводе зубья колеса 11 входят в зацепление с двумя рейками 23 и 24 , одна из которых с помощью винтов 22 может смещаться относительно другой. Для обеспечения точного переднего положения каретки служат винт 14 и упор 13. Подшипники 15 дали возможность соединить невращающуюся 3 и вращающуюся 8 части тя­ги. Исходное положение штока гидроцилиндра, а значит, и каретки опреде­ляется упором 27 и гайкой 1, конечное — упором 16 и гайкой 1. Контроль крайних положений штока осуществляется конечными переключателями 4 я 21, с которыми взаимодействуют упоры 19 и 20. Они получают движение от штифта 5 через рычаг 6 и валик 18.

Поворотный делительный стол является унифицированным узлом агре­гатного станка. Он предназначен для периодического переноса обрабатывае­мых деталей в приспособлениях с одной позиции на другую и точной фикса­ции их относительно режущих инструментов. Узел состоит из корпуса, план­шайбы, механизмов поворота и фиксации. Основные размеры поворотно-де­лительных столов определены государственным стандартом (табл. 14.9). По типу привода поворота столы делят на электромеханические, гидравлические, пневматические. В основе гидравлического привода может быть гидроцилиндр или аксиально-поршневой гидродвигатель.

Гидравлические поворотные делительные столы серии УН (рис. 14.10) изготовляют трех габаритов (табл. 14.10).

На корпус 1 стола установлена планшайба 3, на которую помещают при­способления и обрабатываемые детали. Планшайба вращается вокруг верти­кальной оси б на прецизионном двухрядном коническом подшипнике 7 с ко­роткими цилиндрическими роликами. Центральное отверстие в оси 6 служит для размещения труб, подводящих масло к приспособлениям. Стружка и смазочно-охлаждающая жидкость собираются в емкости 2, из которой с помощью прикрепленного к планшайбе скребка 9 удаляются в отдельный стружкосборник.

При пуске стола штоки втягиваются в гидроцилиндры 10 и три прихвата 8, поворачиваясь на своих осях, освобождают планшайбу. Одновременно мас­ло под давлением поступает на направляющие, приподнимает планшайбу на 0,02 мм, благодаря чему снижаются необходимый для поворота момент и из­нос направляющих. Реле давления, контролирующее гидроразгрузку, дает ко­манду на поворот планшайбы.

Цикл деления включает в себя поворот планшайбы на соседнюю позицию с небольшим перебегом и возврат ее в эту позицию с малой скоростью и, сле­довательно, с повышенной точностью. Вращение планшайбы производится аксиально-поршневым гидродвигателем 14, который с помощью упругой муфты 12 связан с червяком 11. От червячного колеса 17 через зубчатые колеса 4 и 5 движение передается планшайбе. С помощью зубчатых колес 15 и 13 после сжатия пружины 16 планшайбу можно повернуть вручную.

Число делительных упоров 18, запрессованных в планшайбу, равно числу позиций стола. При подходе к соседней позиции делительный упор опускает фиксатор 20, внутри которого находится стержень 19. Последний перемещает вниз плунжер 26 путевого дросселя, находящегося на выходе гидродвигателя. Благодаря наклонным пазам на нижнем конце плунжера поток масла через дроссель плавно уменьшается и скорость вращения стола снижается. Когда нижние пазы оказываются почти полностью перекрытыми, открываются верх­ние пазы. После полного перекрытия нижних пазов масло проходит только че­рез верхние. В этот момент плунжер автоматически опускается в нижнее поло­жение, происходит торможение планшайбы.

Реверс и фиксация планшайбы происходят следующим образом. При пе­ремещении вниз винт 24 включает конечный переключатель 23, что является подготовкой к реверсу планшайбы. Когда она перебегает заданную позицию, фиксатор под действием пружины 21 поднимается и конечный переключатель 23 выключается, подавая при этом команду на реверс планшайбы. Масло на­чинает поступать в отверстие 25 дросселя, поднимает его плунжер и проходит в гидродвигатель. В конце реверса планшайбы делительный упор 18 вступает в контакт со стержнем 19 и, преодолевая усилие пружины, поворачивает его и рычаг 27. Последний действует на конечный переключатель 22. Подается сиг­нал на реле времени, обеспечивающее сначала стабилизацию усилия прижима Делительного упора к фиксатору, а затем отключение гидроразгрузки и зажим планшайбы.

ШПИНДЕЛЬНЫЕ КОРОБКИ

Шпиндельная коробка является специальным узлом агрегатного станка. С ее помощью производят обработку ряда отверстий с параллельными осями. В шпинделях коробки устанавливают одинаковые или разные инструменты. Каждый шпиндель получает вращение в нужную сторону с заданной частотой. На каждый инструмент передается требуемый крутящий момент.

Шпиндельная коробка почти полностью состоит из унифицированных эле­ментов. Валы и шпиндели расположены в чугунном литом корпусе, в состав которого входят собственно корпус, задняя плита и крышка (рис. 14.11). Задняя плита крепится к упорному угольнику. Крышка служит резервуаром для масла при вертикальном положении коробки. Применяют шпиндельные коробки 24 типоразмеров (табл. 14.11). Промежуточные валы диаметром 20…50 мм помещаются на подшипниках с установочными кольцами (рис. 14.12, а, б, в), диаметром 60 и 75 мм — без установочных колец (рис. 14.12, г, д) .Шпиндели (рис. 14.13) монтируются на радиальных подшипниках, которые для повышения жесткости узла разнесены в пределах толщины стенки корпуса. Удлинители с режущими инструментами крепятся в шпинделе сто­порными винтами. Зубчатые колеса в коробке размещены в четырех рядах (см. рис. 14.12). Два ряда ( / и II) расположены в корпусе, один (0)— в полости передней крышки, один {III) — в полости, образованной задней пли­той. (На рис. 14.12, а, 14.12, д, 14.13 показаны варианты расположения зубча­тых колес.)

Проектирование шпиндельных коробок автоматизировано. На первом эта­пе конструктор вручную разрабатывает ее кинематическую схему, а затем за­носит в бланк исходной информации данные о размерах шпинделей, о нагруз­ках на них, модули и числа зубьев колес, координаты осей валов и др. Инфор­мация вводится в ЭВМ. Вычислительная машина выполняет кинематический и силовой расчеты, проверяет пространственную совместимость деталей и узлов. В результате проектирования она выдает таблицы сборок валов и шпин­делей, спецификации, таблицы расточек и подрезок в корпусных деталях и другую документацию, необходимую для вычерчивания шпиндельной короб­ки и изготовления ее корпусных деталей. Корпусные детали обрабатываются в полуавтоматическом режиме на многоцелевых станках с ЧПУ

Основным документом на проектирование агрегатного станка является техническое задание. В него включают чертеж обрабатываемой детали, на ко­тором выделяют поверхности, подлежащие обработке на станке; годовую про­грамму выпуска деталей; вид смазочно-охлаждающей жидкости.

Выделяют базовые поверхности детали с расчетом, что при их использо­вании будет гарантирована заданная точность обработки. Выбор базовых по­верхностей связан также с компоновкой станка, на котором предполагается ее обрабатывать.

На станках компоновок первого типа (рис. 14.14,д) обрабатываемые за­готовки остаются неподвижными в течение всего цикла обработки. Станки не имеют устройства для их периодического транспортирования. Заготовка 4 закрепляется в приспособлении 5, установленном на средней станине 10. На боковых станинах 9 помещают силовые столы 8. На них с помощью упор­ных угольников 7 закрепляют шпиндельные коробки 6 или устанавливают сверлильную, расточную или фрезерную бабку. На боковую подставку 11 по­мещают вертикальную стойку 1 с силовым столом 2 и шпиндельным узлом 3. Станки обеспечивают относительно высокую точность детали, так как при од­ной установке можно обрабатывать ее сочно связанные поверхности.

Станки компоновок второго типа имеют транспортное устройство для об­рабатываемых деталей в виде поворотного делительного стола (рис. 14.14,6).

В приспособлении 13, помещенном на столе 14, закрепляют несколько заготовок, распо­ложенных по окружности. Обработка загото­вок сверху производится инструментами, ус­тановленными/в одной шпиндельной коробке 12, перекрывающей все позиции стола, или с помощью нескольких отдельных силовых узлов. Боковые поверхности детали обраба­тываются инструментами, установленными на силовых узлах, помещенных на горизон­тальных боковых станинах. Производитель­ность обработки может быть повышена при совмещении времени установки и съема дета­лей с временем обработки.

Станки компоновок третьего типа (рис. 14.14, в) имеют транспортное устройство для обрабатываемых заготовок в виде делитель­ного барабана 77с горизонтальной осью вра­щения. На его гранях находятся приспособления для закрепления заготовок. На гори­зонтальных силовых узлах 15 и 19, установленных с одной или с двух сторон, помещают шпиндельные коробки 16 и 18, перекрывающие все позиции бараба­на. На таких станках часто обрабатывают детали с двух противоположных сто­рон (корпусные, трубы, валы). С помощью небольших подвесных головок об­рабатывают и другие поверхности.

Станки компоновок четвертого типа имеют многопозиционный линейно перемещающийся стол. Обрабатываются крупногабаритные детали или много одинаковых элементов, обработка которых должна быть распределена между двумя-тремя позициями станка.

Выбрав компоновку станка, определяют расчетное время цикла:

где Ф — номинальный годовой фонд времени работы станка; заданная го­довая программа выпуска деталей; коэффициент технического исполь­зования станка; в зависимости от его сложности принимается равным 0,85…0,9.

Циклограмму станка оформляют в виде таблицы. Слева перечисляют эле­менты цикла станка и его механизмы. На горизонтальной оси откладывают продолжительность каждого элемента цикла. Все движения делят на активные и совмещенные. Продолжительность активных движений в сумме составляет время цикла. Совмещенные движения происходят одновременно с активными. По циклограмме находят время, приходящееся на все активные вспомо­гательные движения (на установку и съем заготовки, подвод и отвод сило­вых узлов, перемещения транспортного устройства и т.д.). Затем определяют основное технологическое время t_о.т равное времени рабочих ходов силовых узлов:

t_о.т =t_ц –t_в

Выбирают методы обработки поверхностей и назначают режимы резания. При этом стойкость режущих инструментов должна зависеть от числа инстру­ментов в наладке. Распределяют инструменты по силовым узлам и согласно выбранным режимам резания определяют расчетное основное технологическое время Если оказалось, что меньше допускаемого то, снижая расчетную скорость резания, увеличивают до . Если , то предусматривают выполнение так называемых лимитирующих переходов по частям на нескольких последующих позициях станка или заменяют инструмен­ты на более производительные. Для каждого инструмента определяют осевое усилие, крутящий момент, мощность резания.

После расчета режимов резания и распределения переходов по силовым узлам разрабатывают схемы обработки. Режущие инструменты изображают в положении, соответствующем окончанию обработки. Вместе с инструмен­том на схеме показывают шпиндель 1 (рис. 14.15), удлинитель 2 (оправку, борштангу, патрон и т.п.), кондукторную втулку 3 и обрабатываемый эле­мент детали 4. Наносят размеры обрабатываемой поверхности детали, инстру­ментальной наладки, в том числе необходимые для настройки инструмента вне станка.

Согласно чертежу обрабатываемой детали и схемам обработки, проекти­руют специальные режущие и вспомогательные инструменты, приспособле­ние, шпиндельные коробки, другие оригинальные узлы. С учетом габаритов обрабатываемой детали, силовых факторов процесса резания и схем обработ­ки по каталогам подбирают унифицированные узлы. Разрабатывают общие виды агрегатного станка.