Устройства автоматической смены инструмента (АСИ)
Устройства автоматической смены инструмента (АСИ) применяются в автоматизированных станках и в станках с ЧПУ и служит для автоматической смены инструмента при обработке детали, в соответствии с технологическим процессом.
АСИ управляются единой системой управления и состоят из:
1. накопителей инструментов (многопозиционные резцедержатели, револьверные головки, инструментальные магазины);
2. автооператоров (манипуляторы) с захватными устройствами для смены инструмента в шпинделе станка;
3. транспортирующие и зажимные устройства.
АСИ во многом определяют работоспособность станков и к ним предъявляются следующие требования:
- обеспечивать минимальное время смены инструмента,
- иметь необходимое количество инструментов для обработки сложных деталей,
- должны быть простыми по конструкции,
- безопасными в работе,
- обладать высокой надежностью,
- обеспечивать высокую точность позиционирования инструмента в шпинделе станка.
АСИ многооперационных станков делятся на четыре группы:
1. с инструментом, постоянно закрепленным в шпиндельных узлах;
2. с инструментом в гнездах револьверной головки;
3. со сменой инструмента в шпинделе станка;
4. комбинированные.
В устройствах АСИ с инструментом постоянно закрепленным в шпиндельных узлах каждый из шпинделей в рабочей позиции получает вращение от главного привода.
Шпиндели установлены в револьверной головке и их смена осуществляется путем поворота револьверной головки. Смена инструмента происходит за 2...3 с.
Основными недостатками таких устройств АСИ являются:
- ограничено количество применяемого инструмента (7…8 шт.);
- не обеспечивается жесткость конструкции;
- точность обработки определяется точностью фиксации различных шпиндельных узлов;
- большая масса и габариты АСИ;
- высокая стоимость.
Устройства для смены инструмента в шпинделе станка имеют инструментальный магазин и устройство переноса инструмента (автооператор) из магазина в шпиндель и наоборот.
При этом инструмент устанавливается в специальных оправках с коническим хвостиком, и имеющим конусность 7:24.
Для сокращения номенклатуры оправок применяют унифицированные инструментальные комплекты вспомогательного инструмента (рис. 35).
Рис.35. Схема построения инструментального комплекта для многоцелевых станков: а- инструментальная оправка с коническим хвостовиком; б- общая схема комплекта.
Комплект состоит из различных оправок 2, устанавливаемых в шпиндель станка 1, переходных втулок или оправок 5, патронов 4, что позволяет закреплять различный режущий инструмент 3.
Инструментальные магазины могут быть, в зависимости от расположения оси шпинделя, с горизонтальной или вертикальной осями вращения.
При использовании более 30…40 инструментов используют цепные магазины, а при небольшом количестве применяют дисковые. Для увеличения емкости АСИ применяют магазины, состоящие из нескольких секций. При расположении магазина вне рабочей зоны, инструмент меняется с помощью автооператора, конструкция которого определяется видом магазина и его расположением.
Управление автооператором осуществляется устройством ЧПУ по командам, обеспечивающим определенный цикл.
Например: Фрезерный станок с ЧПУ мод.ЛФ260.
1. Цикл работы автооператора включает следующие движения:
2. Выдвижение захватов.
3. Захват оправок, одновременно, в шпинделе и в магазине.
4. Опускание автооператора, с оправками, вниз.
5. Задвижение захватов.
6. Поворот захватов на 1800.
7. Выдвижение захватов.
8. Подъем автооператора вверх и установка одного инструмента в шпиндель, другого в магазин.
9. Задвижение захватов.
10. Поворот захватов на 1800 в исходное положение.
Смена инструмента в данных АСИ осуществляется только в одном определенном положении шпиндельной бабки, что снижает точность обработки и увеличивает время смены инструмента.
Такого недостатка лишены АСИ, имеющие перемещающиеся автооператоры и отслеживающие положение шпиндельной бабки.
В настоящее время разработана модульная система АСИ, состоящая из унифицированных узлов. Такой принцип построения АСИ позволяет применять их на многих многоцелевых станках.
Автоматический поиск инструмента в магазине осуществляется 3-мя методами:
1. установкой инструментальных отправок в магазине строго в определенной последовательности;
2. кодированием инструментальных блоков;
3. кодированием гнезда магазина.
В настоящее время находит применение система с магнитным кодовым носителем, вмонтированным в отправку, и бесконтактным датчиком считывания кода.
При кодировании оправки отработавший инструмент возвращается в гнездо перегружаемой оправки в шпиндель, что позволяет сокращать время смены инструмента. Однако при этом усложняется конструкция оправок и поиск нужного инструмента.
АСИ комбинированного типа используют в небольших многооперационных станках.
Одним из видов кодирования инструментальных оправок является оправка с набором кодирующих колес (рис. 36,а).
 |  б) |
| Рис. 36. Инструментальная оправка с набором кодирующих колец (а) и таблица кодирования номеров инструмента (б). |
Инструмент кодируют с помощью набора колец - упоров, расположенных на хвостовике инструментальной оправки в соответствующей комбинации.
Комбинация колец (рис. 36,б) соответствует номеру инструмента, который указан на хвостовике. Хвостовики выполнены съемными (на резьбе), что позволяет устанавливать их на любую оправку с инструментом, определяемым технологическим процессом обработки детали.
Примером такого кодирования оправок является фрезерно-сверлильный станок с ЧПУ мод. ЛФ-260 с инструментальным магазином на 15-ть инструментов (рис.36).
Поиск нужного инструмента в магазине осуществляется воздействием колец на микровыключатели при вращении инструментального магазина. При наличии нужной комбинации колец на хвостовике оправки устройство ЧПУ обеспечивает остановку магазина в момент ее подхода в позицию перегрузки (смены).
В токарных станках с ЧПУ в качестве устройства АСИ применяют револьверные головки (РГ), позволяющие установку 5...10 инструментов (рис.37.а,б). Инструмент в РГ устанавливается в специальных державках (рис. 38) и смена инструмента осуществляется поворотом дискового магазина РГ, по команде от устройства ЧПУ. Иногда широкоуниверсальные станки оснащаются 2-мя револьверными головками.
Рис.37. Револьверные головки: а - пятипозиционная, б - шестипозиционная.
Рис.38. Типовые резцовые блоки крепления цилиндрическим хвостовиком с реечным зацеплением.
Накопительные устройства
Как правило транспортные устройства в ГПС работают в комплексе с накопительными устройствами, которые обеспечивают ритмичность автоматизированного производства.
Накопительные системы могут быть:
1. межцеховые,
2. цеховые,
3. локальные.
Рассмотрим устройства некоторых накопителей, наиболее часто применяемых в ГПС. Кассетные магазины предназначены для хранения, главным образом, крупных деталей (гильз, поршней, колец и пр.), перемещаемых на торцах. Особенностью такого магазина (рис. 48.) является наличие съемной кассеты 2, что позволяет (для увеличения общей вместимости магазина) складировать кассеты с деталями вне магазина и выдавать из этого запаса детали 1 через магазин. Магазин, работая в режиме выдачи, автоматически выгружает детали 1 из кассеты 2, а в режиме приема - загружает детали с конвейера 3 в кассету 2.
При обработке различных деталей средних размеров типа вал в ГПС для межоперационного накопления применяют накопители в виде поддонов 2, собранных в штабеля 8, 9 (рис. 48).
Особенностью накопления заготовок 3 и обработанных деталей 1 в поддонах является возможность тесного складирования, что предопределяет получение наибольшей вместимости по сравнению с вместимостью других конструкций накопителей. Работа ГПС с использованием системы поддонов для накопления, с управлением ЧПУ, происходит в следующей последовательности: в зависимости от вида обработки выбирается требуемый штабель 9 поддонов с заготовками. С помощью выдвижного (подъемного) стола 10 самоходной тележки 11 штабель 9 устанавливают на приемную позицию, которая находится в зоне обслуживания портальным автооператором (штабелеукладчиком) 7. Рука 4 автооператора забирает крайнюю по порядку заготовку 3, а на ее место рука 5 устанавливает обработанную деталь 1. После этого автооператор 6 перемещается к станку для снятия рукой 5 обработанной детали и загрузки станка рукой 4 новой заготовки. Для улучшения использования многоцелевых станков с ЧПУ их оснащают магазинами-накопителями и загрузочными устройствами для возможности их использования в третью смену в режиме "безлюдной" технологии.
Рис.48.Система накопителей заготовок в поддонах.
В настоящее время все большее применение находят гибкие производственные модули (ГПМ) с накопителем в виде тактовых столов для обработки деталей типа тел вращения (рис. 49.).
Рис.49. Схема работы транспортно-накопительной системы токарного ГПМ.
Тактовый стол 1 (рис. 49) перемещает заготовки 3 по команде системы управления в позицию 5, из которой они переносятся на станок 7 транспортно-загрузочным устройством ПР 6. Заготовки 3 и обработанные детали 4 могут устанавливаться непосредственно на тактовом столе на кодированных спутниках 2 для загрузки-выгрузки в любом заданном по программе порядке. Смена заготовки и ее переворот для зажима в патроне осуществляется тем же ПР 6, который переносит заготовку из накопителя 1 в станок 7.
Примеры автоматизированных транспортно-накопительных систем в производстве. На рис. 50 показана схема гибкого автоматизированного участка (ГАУ) для изготовления деталей и сборки гидравлических обратных клапанов, включающих механический и сборочный участки. В механический участок входят многоцелевой 3 и токарный 1 станки, ПР 2 с шестью степенями подвижности, оснащенный сменными захватными устройствами для загрузки заготовок и выгрузки готовых деталей. Кроме того, ПР настраивает на размер кулачки в патроне токарного станка и после обработки заготовки с двух сторон (без промежуточного складирования) устанавливает ее на стандартное многоместное транспортное приспособление-спутник.
Рис.50. Гибкий автоматизированный участок.
После обработки на многоцелевом станке детали очищают от стружки и устанавливают на приспособление-спутник. Затем приспособление-спутник с обработанными деталями поступает в многоярусный склад 6. Обслуживание склада осуществляется штабелером 5. Сборка клапана производится портальным ПР 7 на двух позициях 8 и 9. Комплектующие детали устанавливают на приспособление-спутник вместе с деталями, прошедшими механическую обработку. ПР захватывает предварительно ориентированные винты и гайки, завинчивает их, окончательно соединяя два узла клапана, и устанавливает клапан на приспособление-спутник. Между механическим и сборочным участками курсирует тележка 4 с индуктивным управлением, она перемещается по трассе 10.
Всей системой управляют несколько микроЭВМ, связанных с общей ЭВМ цеха.
В ГАУ применяют как конвейерные системы, так и автономно управляемые тележки. При увеличении серийности производства стремятся использовать конвейерные системы, а при уменьшении - автономные тележки.
22. Шпиндельные узлы станков, требования к ним и критерии расчета.
Ответ: Шпиндельные узлы являются наиболее ответственными механизмами станков. От совершенства конструкции, а также от качества изготовления и сборки шпиндельного узла во многом зависит точность обработки.
В последние годы в практике станкостроения наметилась тенденция к созданию жестких конструкций шпинделей относительно небольшой длины. Повышение жесткости шпинделей достигается за счет увеличения диаметра или площади поперечного сечения, применения дополнительных опор, повышения жесткости опор качения за счет создания предварительного натяга и т.д.
Для приводов вращения скоростных и точных станков шпиндели выполняют разгруженными от действия изгибающего момента шкивы приводных ремней или шестерен. Весьма важным является выбор типа последней передачи на шпиндель.
Межопорное расстояние для шпинделей станков нормальной точности принимают равным 4…5 диаметрам шпинделя в передней опоре.
Жесткость j шпинделей легких и средних станков нормальной точности, условно рассматриваемых в виде балки на шарнирных опорах с силой по середине, должна быть не менее 50 н/мкм. Для станков повышенной точности принимают j³50 н/мкм.
Приводные шестерни шпинделей должны выполняться по 6…7 степени точности, иметь плотные посадки и располагаться непосредственно у опор.