Многооперационные станки.

В последнее время у нас и за рубежом приступили к изготовлению металлорежущих станков с автоматической сменой инструментов при программном управлении, получившим название многооперационные станки (обрабатывающие центры). Эти станки предназначены для обработки корпусных деталей с отверстиями, а также деталей типа рычагов, плит, кронштейнов и т.п. Фрезерно-сверлильно-расточные станки с автоматической сменой инструментов изготовляются как с небольшим числом инструментов, помещенных в гнездах револьверных головок, так и с очень большим числом инструментов (свыше 100), находящихся в специальных магазинах различной конструкции. Появились станки токарной группы («Торнинг-центры»), у которых вместо обычных револьверных головок применяются магазины с большим числом инструментов. Важнейшими предпосылками появления станков с автоматической сменой инструментов послужило общее повышение требований к мобильности, переналаживаемости производственного оборудования в машиностроении и настоятельная необходимость автоматизации мелкосерийного производства. Станки с автоматической сменой инструментов представляют собой не просто усовершенствование конструкций станков и систем программного управления, а являются одним из общих перспективных направлений развития металлорежущего оборудования. Несмотря на усложнение конструкций и удорожание станков, их применение оказывается рентабельным благодаря повышению производительности, в основном путем резкого сокращения вспомогательного времени и улучшения организации труда, повышений точности обработки, прежде всего из-за сокращения числа перебазирований обрабатываемой детали, высокой степени автоматизации с возможностью быстрой переналадки на другую деталь.

Конструктивные особенности многооперационных станков. Это в основном одношпиндельные станки или станки с револьверными головками, шпиндели которых работают поочередно. Некоторые фирмы изготовляют станки и с двумя шпинделями, из которых один предназначается для тяжелых, а другой - для легких работ. Шпиндель может реверсироваться и автоматически фиксироваться в определенном угловом положении. Реверс используется при резьбонарезании метчиками, а угловая фиксация - при некоторых расчетных операциях и при автоматической смене инструментов. Автоматическая смена инструментов осуществляется посредством индексирования револьверной шпиндельной головки или автоматической разгрузки и загрузки шпинделя оправками с инструментами из магазина с помощью автооператоров. Станки оборудуются позиционными или непрерывными (контурными) системами программного управления всеми перемещениями узлов станка, сменой инструментов и заготовок, поворотами стола с обрабатываемой деталью, автоматическим изменением частоты вращения шпинделя и скоростью подачи. Общие схемы построения фрезерно-сверлильно-расточных станков разнообразны. Первые компоновки этих станков повторяют схемы построения обычных универсальных станков, причем многие из них изготовляются на базе серийных станков. В настоящее время многооперационные станки выполняются с компоновками по типу вертикально-сверлильных, горизонтально- и вертикально-фрезерных консольных и бесконсольных, координатно-расточных, продольно-фрезерных и портальных станков.

Наряду с разнообразием компоновок станков наблюдается разнообразие устройств автоматической смены инструментов и заготовок. Эти устройства оказывают существенное влияние на развитие компоновок станков, выдвигая ряд требований. Например, для обеспечения рациональной автоматической смены инструментов желательно, чтобы в компоновках выполнялись следующие условия: минимум координатных перемещений при смене инструментов, сохранение постоянства координат оси шпинделя при смене инструментов, расположение неработающих инструментов вне рабочей зоны станка и др.

Решающее влияние на компоновку станка в ряде случаев может оказать выбор способа смены заготовки, например, когда применяются два поворотных стола или сменные поворотные столы.

Индексация поворотных столов выполняется прецизионной, чтобы обеспечить соосность отверстий, растачиваемых с двух противоположных сторон обрабатываемой детали, а также перпендикулярность и параллельность обработанных плоскостей. Обычно индексирующиеся поворотные столы имеют четыре или восемь позиций, но иногда это число достигает 72.

Наиболее характерным признаком станков является наличие устройств для автоматической смены инструментов в процессе обработки деталей. Рациональным способом автоматической смены инструментов является применение магазина оправок с инструментами, число которых может превышать 100. Эти устройства отличаются наличием или отсутствием автооператора, расположением магазинов на станке и конструкцией самих магазинов. Автооператор имеет два захвата - для отработавшего и нового инструментов. Автоматическая смена инструмента совершается в определенной последовательности. Во время работы станка магазин индексируется в положение, в котором последующий инструмент поступает в позицию разгрузки-загрузки. По окончании работ предыдущего инструмента шпиндель 2 возвращается в положение разгрузки-загрузки.

Автооператор поворачивается из своего исходного положения и двумя захватами одновременно захватывает предыдущий и последующий инструменты. Механизм зажима освобождает оправку шпинделя. Автооператор перемещается в осевом направлении, извлекая предыдущий инструмент из шпинделя, а последующий - из магазина. Автооператор поворачивается на 180º, меняя местами предыдущий и последующий инструменты, и перемещается в осевом направлении, посылая последующий инструмент в шпиндель, а предыдущий - в гнездо магазина. Механизм зажима закрепляет новую оправку в шпинделе. Автооператор, поворачиваясь, приходит в исходное положение. Весь цикл смены инструментов занимает 5 - 6 с. Оправки с инструментами от магазина, расположенного вне бабки, к шпинделю и обратно переносятся автооператорами. Увеличение числа передающих механизмов и их усложнение не приводят к увеличению времени на смену инструментов, так как она совершается во время работы станка. Для дальнейшего сокращения времени смены инструмента применяются шпиндельные головки с двумя шпинделями - рабочим и предзагрузочным. Пока один шпиндель находится в работе, другой разгружается от отработавшего инструмента и загружается новым с помощью автооператора, скорость работы которого в этом случае может быть небольшой. По окончании работы инструмента шпиндельная головка поворачивается на 180º индексирующим механизмом и вводит в действие второй шпиндель с новым инструментом. Смена инструмента может совершаться в течение 1 - 2 с.

В многооперационных станках число используемых в работе инструментов достигает нескольких десятков. В связи с этим решается задача такого кодирования инструмента в магазине, которое допускало бы автоматическое распознавание номеров и выбор каждого последующего инструмента по сигналам программного управления. Если при применении магазина инструменты располагают по порядку их использования, то кодирования не требуется. При обмене инструментами между шпинделем и гнездом магазина порядковая нумерация не нарушается, однако инструменты в магазине постепенно смещаются на один шаг. Повторное использование инструментов возможно путем ручной их перестановки в свободные гнезда, что усложняет обслуживание и увеличивает опасность ошибок при перестановке инструментов. Поэтому располагать инструменты в магазине в порядке их очередности можно только для операции, где общее число их невелико. Кодирование инструментов позволяет избежать этих ограничений. Автоматический поиск инструмента допускает любое расположение инструментов в магазине независимо от их очередности.

Существует несколько способов кодирования инструментов - кодирование места под инструмент, применение специальных ключей, несущих код инструмента, и непосредственное кодирование оправок с инструментами. Рассмотрим сущность непосредственного кодирования оправок с инструментами.

В этом случае между конусным хвостовиком оправки и инструментом помещаются кодовые кольца. Кодирование оправок заключается в определенном расположении колец, отличающихся диаметрами.

Закодированная оправка с инструментом помещается в гнездо магазина и при его повороте воздействует кольцами на конечные выключатели, число которых должно быть равно общему числу колец. Релейная схема определяет совпадение заданного кода с сочетаниями включенных и невыключенных конечных выключателей и таким образом выбирает нужный инструмент.

Метод кодирования непосредственно оправок с инструментами имеет следующие достоинства: допускается любая последовательность загрузки магазина инструментами; нет необходимости в поиске соответствующего места для предыдущего инструмента при возвращении его в магазин; магазин поворачивается только один раз для смены инструмента, что упрощает цикл управления устройством. Отечественное станкостроение серийно выпускает многооперационные станки с программным управлением.

Продольно-фрезерный станок 6305Ф4 с горизонтальным шпинделем, числовым программным управлением и инструментальным магазином. Станок предназначен для многооперационной обработки корпусных деталей. На нем можно производить следующие операции: фрезерование плоскостей и сложных криволинейных поверхностей, расфрезерование круглых отверстий взамен чернового растачивания, сверление и растачивание отверстий. Станок имеет дисковый магазин емкостью в 24 инструмента. Любой выбранный по программе инструмент может быть автоматически установлен в шпинделе. В станке используется контурная система обработки с пятью управляемыми координатами. В качестве программоносителя применяется восьмидорожечная перфолента с системой кодирования ISO. Станок быстро переналаживается и может быть использован в серийном и мелкосерийном производстве.

Точность обработки на станке:

взаимная перпендикулярность двух боковых поверхностей на длине 500 мм - 0,05 мм, перпендикулярность боковой поверхности к основанию на длине 500 мм - 0,05 мм, соосность отверстий, расточенных с двух противоположных сторон на длине 500 мм - 0,05 мм. Чистота обработки 6^го класса.

Горизонтальный сверлильно-фрезерно-расточный станок 2А622Ф4 с числовым программным управлением и автоматической сменой инструмента. Станок предназначен для четырехсторонней обработки консольным инструментом крупных корпусных деталей (массой до 3т). Станок может выполнять по программе с автоматической сменой инструмента следующие операции: сверление, растачивание, развертывание отверстий, нарезание резьбы метчиками, фрезерование по прямоугольным контурам.

Магазин цепного типа, вмещающий до 100 инструментов, позволяет обрабатывать сложные детали за одну установку. Инструмент меняется не более чем за 10 с. Главный привод и приводы перемещения подвижных узлов осуществляются от электродвигателей постоянного тока с тиристорным управлением. На станке используется управляющее устройство «Размер-2», обеспечивающее перемещение по пяти координатам (по двум из них - одновременно): вертикальное перемещение бабки, продольное и поперечное перемещения стола, поворот стола, продольное перемещение выдвижного шпинделя. Программируются также скорость вращения шпинделя, скорость перемещения подвижных узлов, автоматическая смена инструментов. Задание программы и ее обработка производятся в абсолютной системе. В качестве датчиков точного перемещения использованы развернутые сельсины. Программа записывается на восьмидорожечной перфоленте в системе 180.

Точность обработки на станке:

точность установки координат на всей длине перемещения 0,04 мм; цена отсчета линейных координат по цифровой индикации 0,01 мм, угловых - 0,01 рад. Чистота обработки 6^го класса.

Нижнегородский завод фрезерных cтанков выпускает горизонтальный фрезерно-сверлильно-расточной станок с крестовым поворотным столом ГЦ-08. Станок предназначен для многооперационной обработки корпусных деталей. На нем можно производить следующие операции: фрезерование, контурное фрезерование, сверление и растачивание отверстий, нарезание резьбы. Станок имеет магазин цепного типа емкостью в 30 инструментов. Любой выбранный по программе инструмент может быть автоматически установлен в шпинделе.

Многооперационные станки являются новым этапом развития программного управления. Они позволяют эффективно осуществлять программу большого объема. Если на отдельных простых операциях фрезерования, сверления, резьбонарезания и т. д. возможности станков программного управления не используются и применение их часто является нерациональным, то интеграция простых операций в одну общую совокупную программу обработки делает применение станков программного управления рациональным и экономически эффективным. Возможность быстрой переналадки станка на новую деталь делает многооперационные станки особо эффективными в условиях мелкосерийного производства.