Механизация и автоматизация технологических процессов

Механической обработкой

Наиболее перспективным направлением автоматизации производства в машиностроении и других отраслях промышленности является создание комплексно-автоматизированных гибких технологических систем.

Станки с программным управлением отличаются высокой производительностью, присущей специальным станкам, и гибкостью (прежде всего простота переналадки), характерной для универсального оборудования. Эти станки возможно применять практически в любых условиях производства. Металлорежущие станки снабжаются цикловым (ЦПУ) или числовым (ЧПУ) видами программного управления.

Станки с ЦПУ используются, например, при обработке ступенчатых валов. Они имеют позиционную систему с панелями упоров, включающих или отключающих подачу суппорта. Программа задается расстановкой специальных стержней - штекеров в гнездах панели, которая дает возможность запрограммировать до 120 различных переходов. При работе используется специальная программная карта, которая исключает использование рабочим чертежей, а также освобождает его от расчетов. Станки с ЦПУ простые и дешевые, но переналадка станков достаточно трудоемка.

Системы с ЧПУ значительно расширяют технологические возможности станков, так как они производят перемещение рабочих органов станка по одной, двум или трем координатам. Кроме того, на носителе программы может быть зафиксировано практически неограниченное число команд по последовательности и величинам перемещений подвижных элементов рабочих органов станка. По технологическому назначению различают контурное и позиционное управление. При непрерывном, контурном управлении создается координация относительного расположения инструмента и заготовки как по пути, так и по скорости перемещения в любой момент времени. Это необходимо при обработке деталей со сложным профилем на токарных и фрезерных станках. Координатное, позиционное управление обеспечивает относительное перемещение инструмента и заготовки и используется на сверлильных, координатно-расточных и подобных станках с целью вывода инструмента в заданную позицию перед началом обработки поверхности с точным положением оси.

Рис. 87. Структура системы ЧПУ

Систему ЧПУ станка 7 считают классической системой управления (рис. 87). В ее состав входят: источники информации по объему управления (измерительные датчики параметров технологического процесса 9 и сигнальные датчики фиксированных положений рабочих органов станка 10); исполнительные устройства (блок управления двигателями подач 4, двигателя приводов подач и привода главного движения 5, измерительные преобразователи перемещений рабочих органов станка 6); вычислительно-управляющее устройство (устройство числового программного управления УЧПУ 2); внешние согласующие устройства УЧПУ с источниками информации и исполнительными устройствами (нормирующие и согласующие блоки измерительных каналов 8); внешние устройства обмена информацией УЧПУ-оператор, УЧПУ-ЭВМ (или локальная сеть ЭВМ) высших рангов (аппаратура связи с ЭВМ высшего ранга, периферийные устройства ввода-вывода данных 1); вспомогательные блоки и устройства 11 и 3.

а

б

Рис. 88. Накопители для инструментов: а - револьверная головка; б - дисковый и цепной магазины

Обрабатывающие центры. Обработка различных корпусных и других деталей сложной формы состоит из ряда последовательных операций, чаще всего: фрезерования, растачивания отверстий, нарезание резьбы и др. Выполнение каждой такой операции связано с установкой, закреплением, раскреплением и снятием заготовок, их транспортировкой от станка к станку, а следовательно, уменьшением точности детали, с затратой значительного времени и средств. Стремление к объединению этих различных операций в одну, выполняемую при неизменном закреплении заготовки привело к созданию высокоавтоматизированных станков с ЧПУ, оснащенных устройством (накопителем) для размещения и автоматической смены инструмента. Такие станки названы обрабатывающими центрами (многооперационными, многофункциональными, многоцелевыми станками) используют накопители трех видов: револьверные головки, дисковые и цепные магазины (рис. 88).

В револьверной головке можно разместить небольшое число инструмента (от 6 до 12), поэтому ее используют преимущественно в станках токарного и фрезерного типа, выполняющих ограниченное число операций.

Магазины обладают большей емкостью. В них можно разместить до 100 инструментов и более. Их используют в многооперационных фрезерно-расточных и сверлильно-расточных станках. Для автоматической смены инструментов обычно используют автооператоры.

Компоновка обрабатывающих центров может быть различной. Так, на рис. 89, а показана компоновка по типу бесконсольного горизонтально-фрезерного или горизонтально-расточного станка. При такой компоновке облегчается наблюдение за обработкой заготовки, можно использовать поворотный стол и вести обработку с четырех сторон. Станки предназначены для обработки корпусных деталей. Компоновка по типу вертикально-фрезерных станков (рис. 89, б) также может быть использована с поворотным столом. Используются такие станки для обработки рычагов, вилок и других деталей.

Рис. 89. Компоновка обрабатывающих центров

а

в

1

2

3

4

5

б

На рис. 89, в показан обрабатывающий центр с горизонтальной осью шпинделя и с магазином 1, представляющий собой конический барабан с гнездами для размещения инструмента. Смена инструментов 2 осуществляется двухзахватным автооператором 3. Поворачиваясь против часовой стрелки, он одновременно захватывает инструменты, закрепленные в шпинделе 5 и в магазине. После этого оператор, перемещаясь вдоль оси поворота, выводит инструменты из гнезд, а после поворота на 180° вновь вводит их в гнезда, осуществляя таким образом их смену. При повороте оператора инструменты поддерживаются подпружиненными плунжерами 4.

Производительность обработки на обрабатывающих центрах в 4…10 раз превосходит производительность обработки на универсальных станках. Значительно повышается также точность обработки.