ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОМПОНОВОК СТАНКОВ, ВХОДЯЩИХ В ГПМ

Горизонтальные ГПМ.

Горизонтальный ГПМ, предназначенный для обработки корпусных деталей, показаны на рисунке 3. Стойка 1 с перемещающейся по ней в вертикальном направлении шпиндельной бабкой 2 устанавливается либо неподвижно, либо перемещается по станине 3. При неподвижной стойке (рис. 3, а) поворотный стол 5 со столом-спутником 6 перемещаются по двум взаимно перпендикулярным осям координат с помощью промежуточных салазок 4, снабженных крестообразно расположенными верхними и нижними направляющими.

Рисунок 3 – Горизонтальные ГПМ для обработки корпусных деталей: а - с неподвижной стойкой и крестовым поворотным столом, б - с поворотным столом и стойкой, подвижными по одной оси, в - с неподвижным поворотным столом и крестовой стойкой, г - с подвижным по одной оси поворотно - наклонным столом

При подвижной в одном направлении стойке 1 стол 5 также перемещается по одной линейной оси координат (рис. 3, б).

Если же стойка 1 с помощью промежуточных салазок 7 перемещается по двум взаимно перпендикулярным осям, то поворотный стол 5 выполняется неподвижным (рис. 3, в).

Компоновки с неподвижным или перемещающимся только по одной оси координат столом 8 используется в станках и модулях, где стол 8 является поворотно-наклонным и на нем могут обрабатываться детали с пяти сторон и под различными углами (рис. 3, г).

Горизонтальный ГПМ для обработки деталей произвольной формы корпусных или тел вращения показан на рисунке 4. На неподвижной стойке 1 в вертикальном направлении перемещается бабка 2 с выдвижным шпинделем 3, а подвижный в перпендикулярном оси шпинделя направлении стол 5 перемещается по горизонтальной оси. Такой модуль служит для сверлильно-фрезерно-расточной обработки вращающимся инструментом и для токарной обработки деталей, закрепленных на столе-спутнике 4 не вращающимся инструментом (установленным в тот же шпиндель 3 и зафиксированным относительно корпуса шпиндельной бабки).

Вертикальные ГПМ.

Вертикальный ГПМ с неподвижной стойкой 2 (рисунок 5), вертикально перемещающейся шпиндельной бабкой 1 и крестовым столом 3 на салазках 4. Стол станка со столом-спутником 5 имеет, как правило, удлиненную форму, размеры которой соответствуют отношению длины к ширине плоских деталей. Кроме того, вертикальная компоновка удобна для обработки небольших удлиненных деталей произвольной формы (в том числе типа тел вращения), закрепляемых в накладных поворотных вокруг горизонтальной оси столах.

Рисунок 4 – ГПМ с поворотным вокруг горизонтальной оси столом для обработки деталей произвольной формы	Рисунок 5 – Вертикальный ГПМ с неподвижной стойкой и крестовым столом для обработки плоских деталей

Двухстоечные вертикальные ГПМ представлены на рисунке 6.

Портал 1 может быть неподвижным (рис. 6, а) или подвижным вдоль неподвижной плиты-стенда 7 (рис.6, б). При неподвижном портале (см. рис. 6, а) стол 3 перемещается по одной оси координат (вдоль длинной стороны), на нем может устанавливаться стол-спутник 4.

Шпиндельная бабка 5 расположена на поперечине 2 и перемещается по ней в горизонтальном направлении, перпендикулярном направлению перемещения портала или стола. Поперечина 2 может быть неподвижной (при этом она является частью портала) или иметь установочное перемещение вдоль оси шпинделя.

При неподвижной поперечине (рис.6, б) по оси координат Z перемещается шпиндельная бабка, расположенная на салазках 6, перемещающихся по поперечине 2.

Рисунок 6 – Вертикальные двухстоечные ГПМ для обработки корпусных и плоских деталей: а – с подвижными столом и поперечиной, б – с подвижным столом

На рисунках 3 - 6 обозначены принятые в нормативных документах направления осей координат, по которым перемещаются рабочие органы станков. Значительная часть модулей имеет одностоечную компоновку с неподвижным бесконсольным, крестовым или продольно-подвижным (по координате X) столом. При этом, как правило, используется стойка портального типа, по которой вертикально перемещается шпиндельная бабка с жестким неподвижным шпинделем.

Разделение перемещений стола и стойки по одной линейной координате в станках способствует повышению точности позиционирования, так как отсутствуют консольные участки, и нет взаимного влияния подвижных по осям Х и Z (Y) узлов. Появляется также возможность увеличения длины стола и его перемещения по координате Х, что необходимо при обработке длинномерных деталей. Уменьшение числа координат, по которым перемещается стол, приводит так же к улучшению условий сбора и отвода стружки, стыковки с устройствами автоматической смены обрабатываемых заготовок, т.е. облегчается встраиваемость модулей в ГПС.

В связи с этим в последнее время шире стали применяться ГПМ с крестовой стойкой, даже при небольших размерах рабочей поверхности столов. Компоновки с неподвижным или перемещающимся по одной линейной координате столом, которые ранее применялись в основном только в двухстоечных портальных станках, в настоящее время используются и в большинстве горизонтальных модулей. В модулях малых типоразмеров достаточно широко используется поворотный вокруг горизонтальной оси стол (т.е. стол с вертикальной рабочей поверхностью) шириной до 400…500 мм. В таких модулях удачно решается проблема отвода стружки и СОЖ, что является весьма важным для работы в режиме "безлюдной" технологии.

Двухстоечные ГПМ со столом шириной 1000 мм и более применяют для обработки крупных деталей. Следует отметить, что станки с подвижным порталом при одинаковых размерах стола существенно легче, чем станки с подвижным столом.

Помимо станка в ГПМ входят дополнительные устройства и приспособления для реализации следующих основных функций:

• автоматизации переналадки, осуществляемой в результате наличия устройств автоматической смены инструментов и заготовок с накопителями значительной емкости, повышенного объема памяти для управляющих программ (УП) и автоматического вызова необходимой УП по коду обрабатываемой детали;
• самодиагностирования с помощью устройства ЧПУ, которое сообщает диагностическую информацию как от датчиков, расположенных на станке, так и всех компонентов самого управляющего устройства, и реагирует на нее заранее запланированными (алгоритмизированными) действиями, а также индикатирует возникшие аномалии;
• автоматизации контроля технологического процесса: стойкости, износа или повреждения инструментов, точности обработки, величины нагрузок приводов рабочих органов, последовательности работы силового электрооборудования и времени протекания процессов;
• поддержания непрерывного функционирования модуля путем автоматической подачи заготовок в необходимых количествах, инструментов-дублеров и их автоматического ввода в работу, автоматического поднастраивания инструментов по результатам контроля обрабатываемых поверхностей, поддержания заданных параметров работы систем и механизмов станка, адаптации режима обработки применительно к условиям процесса резания.

Необходимыми компонентами для создания ГПМ являются надежные многоцелевые станки, современная вычислительная техника, измерительные преобразователи (датчики) для контроля различных параметров и размеров и соответствующее программное обеспечение.

АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ (МЦС)

Модульную концепцию не следует понимать как обязательное «собирание» унифицированных элементов, обладающих более высокими качественными показателями. Они могут уступать по функциональным, эстетическим и массогабаритным показателям аналогичным специально сконструированным немодульным конструкциям. Однако метод компоновки станков из ряда унифицированных и нормализованных де­талей и узлов, имеющих определенное назначение и обладающих геометрической и функциональной взаимозаменяемостью и воз­можностью работы от автономных электродвигателей имеют ряд существенных преимуществ по сравнению со специальными станками неагрегатного типа.

Основные узлы агре­гатных станков (рис.7): станина 1 — основная несущая часть станка; поворотный делительный стол 2, на котором устанавлива­ют приспособления и обрабатываемые заготовки; силовые голов­ки 3. Для установки на станке силовых головок служат стойки 4 и проставочные плиты 5, выполненные в виде коробчатой формы, которые в неподвижном варианте жестко крепятся на станке, а в подвижном — перемещаются по направляющим станка. При мно­гошпиндельной обработке отверстий или при фрезеровании плос­костей к силовым головкам крепятся сверлильные или фрезерные насадки 6. Управление станком осуществляется от пульта 7.

Силовая головка — унифицированный узел, предназначенный для сообщения инструменту главного движения и движения пода­чи. Существуют следующие варианты силовых головок: с выдвиж­ной пинолью (рис. 7,а), с перемещаемым корпусом (рис. 7,б), выдвижной пинолью и перемещаемым корпусом (рис. 7, в).

Поворотный делительный стол и поворотные барабаны служат для обработки деталей в разных плоскостях и имеют соответствен­но вертикальную или горизонтальную ось поворота. Из перечисленных узлов агрегатных станков нормализованны­ми являются силовые головки, поворотные делительные столы и барабаны, станины, стойки.

Рисунок 7 – Основные узлы агрегатных станков

Основная тенденция совре­менного мирового производства МЦС — использование при их создании модульного принципа. Модуль — это узел, который ав­тономен конструктивно и функ­ционально и может быть использован в устройствах различного назначения. Модульный принцип предусматривает применение в одной и той же системе нескольких повторяющихся узловых модулей или их частей, выполняющих са­мостоятельную функцию, например инструментальных модулей, модулей перемещения заготовок и др.

Помимо узловых модулей и их частей могут рассматриваться также станочные модули, представляющие МЦС, имеющие авто­матизированный накопитель приспособлений-спутников с обраба­тываемыми заготовками, которые обеспечивают непрерывную ав­томатическую работу станка в течение

нескольких часов.

Существенное преимущество станочного модуля — использова­ние унифицированных и взаимозаменяемых столов-спутников в сочетании с универсально-сборочной оснасткой, что позволяет об­рабатывать заготовки, отличающиеся как по форме, так и по раз­мерам, и производить их установку и закрепление вне рабочей зоны станка и в процессе обработки. При этом отпадает необхо­димость в создании специальных зажимных приспособлений.

Таким образом, в настоящее время в МЦС применяют как ста­ночные, так и узловые модули. Основные преимущества агрегатно­-модульного принципа построения МЦС заключаются в следую­щем.

1. Агрегатно-модульный принцип повышает технологическую приспосабливаемость станка, т. е. дает возможность, исходя из требований технологического процесса обработки заготовки, соз­дать в короткие сроки из ограниченного комплекта унифицирован­ных узлов необходимое оборудование.

2. Повышается гибкость системы проектирования оборудова­ния, так как для создания различных компоновок многократно ис­пользуется различное сочетание одних и тех же узлов.

3. Облегчается централизованное изготовление узлов, комплек­тующих механизмов и деталей, что позволяет значительно увели­чить количество выпускаемого оборудования.

4. Повышается надежность работы оборудования, так как оно создается из проверенных ранее в работе нормализованных узлов.

5. Улучшаются условия эксплуатации оборудования, его диаг­ностики и ремонта.

Специфические требования, предъявляемые к модулю, опреде­ляются и тем, что он в течение нескольких часов должен работать в автоматическом цикле без оператора. Одно из таких требова­ний — оснащение его автоматическими управляющими и контроль­ными устройствами, обеспечивающими выполнение возлагаемых на оператора функций.

Любая агрегатно-модульная система может быть представлена как набор агрегатных узлов (силовых агрегатов, инструменталь­ных модулей, модулей носителей заготовок и др.) и как номенкла­тура станков — модификаций, которая может быть скомпонована из этих узлов. Оптимальное построение агрегатно-модульной системы заключается в максимальном сокращении разнообразия узлов при одновременном увеличении модификации станков.

Выбор мо­дификаций производится на основе анализа параметров обраба­тываемой заготовки, ее конструктивных и технологических особен­ностей, а также требований по качеству обработки. На рис. 8 показан пример построения на единой базе (станине 10 и колонне 8) МЦС с горизонтальным и вертикальным расположением шпин­деля. Шпиндельная бабка 7 с горизонтальным либо вертикальным 6 расположением шпинделя устанавливается на направляющих колонны 8, которая, в свою очередь, может перемещаться в попе­речном направлении станины станка 10. Вертикальные и горизон­тальные станки снабжены (в зависимости от размеров обрабаты­ваемых деталей и их массы) одним из двух однокоординатных столов 2, 3. Кроме того, для горизонтального исполнения может быть применен поворотно-передвижный стол 1. Данная система предус­матривает модуль автоматической смены инструмента 9 для горизонтального станка и 11 —для вертикального; модуль автомати­ческой смены палет 13, механизм уборки стружки 4, устройство ЧПУ 12 и электрошкаф 5.

Рисунок 8- МЦС с горизонтальным и вертикальным расположением шпин­деля построенный на единой базе

Таким образом, рассмотренная система позволяет иметь три модификации горизонтального станка и две модификации вертикального станка. Построение агрегатно-модульных систем может производиться на основе анализа технологических возможностей систем агрега­тирования и их конструктивных признаков, сведенных в опреде­ленную классификацию. Приведем классификацию, учитывающую компоновочное, размерное и модификационное аг­регатирование: компоновочное агрегатирование — создание раз­личных компоновок станков из унифицированных агрегатных узлов; размерное и параметрическое агрегатирование — создание станков с измененными размерами или другими параметрами при использовании агрегатных узлов; модификационное агрегатирова­ние — создание различных модификаций в пределах одного разме­ра станка.

Приведенную классификацию нельзя считать исчерпывающей и завершенной, так как агрегатно-модульный принцип построения МЦС находится на начальной стадии своего развития. Дальней­шее накопление опыта в этом важном направлении станкострое­ния позволит уточнить данную классификацию, разработать тео­рию агрегатирования и модулирования с привлечением к решению этой задачи ЭВМ.