Методы обработки на зубофрезерных станках.

Нарезание цилиндрических колес с прямыми зубьями. Заготовка при обработке находится в зацеплении с во­ображаемой производящей движущейся зубчатой рейкой (рисунок 11.9), которая воспроизводится в пространстве режущими кромками фрезы 1 при ее вращательном Ι и поступательном ΙΙ движениях. При нареза­нии цилиндрических колес с прямыми зубьями червячная фреза вращается с частотой:

.

Нарезаемая заготовка также получает вращение, которое должно быть точно согласовано с вращением фрезы. При нарезании прямозубых колес за один оборот Z заходной фрезы заготовка должна сделать Z/z оборотов, где z - число зубьев нарезаемого колеса. Для образования формы зубьев колеса по длине червяч­ной фрезе одновременно с вращением сообщается движение по­дачи параллельно оси заготовки.

 

Рисунок 11.9. Схема нарезания цилиндрических зубчатых колес

червячными фре­зами: а - схема процесса; 6 - установка фрезы

 

Нарезание цилиндрических зубчатых колес с винтовыми зубь­ями. В этом случае ось фрезы к торцу заготовки устанавливают под углом δ = β+λ, где β - угол наклона зубьев нарезаемого колеса. Знак «плюс» берут при разноименных направлениях вин­товых линий зубьев нарезаемого колеса и фрезы, знак «минус» - при одноименных направлениях.

Литература: осн. 7.[203-216]

Контрольные вопросы:

1. Зубообрабатывающие станки.

2. Зубодолбежные станки.

3. Вертикальный зубодолбежный полуавтомат 5122: узлы станка и его кинематика.

4. Методы обработки на зубофрезерных станках.

5. Зубофрезерный станок 53А50: основные узлы, кинематика, нарезание цилиндрических и червячных колес.

Лекция № 12. Зубообрабатывающие станки (2-я часть).

Станки для нарезания конических колес с прямыми зубьями. Конические зубчатые колеса широко распространены в машинострое­нии для передачи движения между пересекающимися и скрещивающимися осями. Форма зубьев конического колеса по длине может быть прямоли­нейной или криволинейной, наклоненной к образующей начального конуса под углом. Из криволинейных зубьев чаще всего применяют круговой, так как его проще нарезать; кроме того, круговой зуб с углом наклона на малом диаметре колеса β = 0 воспринимает меньшее осевое давление.

Схема зубострогания. Обработка зубьев конических колес на зубострогальных станках, работающих по методу обката, теоретически основана на представлении о производящем колесе - воображаемом плоском кониче­ском колесе, с которым обкатывается в процессе обработки заготовка. Ха­рактерным для плоского колеса является величина угла при вершине на­чального конуса 2 φ ₀ = 180° (рисунок 12.1, а), благодаря которой дополни­тельный конус превращается в цилиндр с осью zz и образующей ав. При развертке цилиндра на плоскость зубья колеса образуют прямобочную зубчатую рейку.

Процесс формообразования зубьев на заготовке можно представить се­бе так (рисунок 12.2). Предположим, что заготовка выполнена из идеального пластичного материала. Если ее перекатывать без скольжения по стально­му коническому плоскому (производящему) колесу, то зубья последнего на поверхности заготовки формируют впадины. После одного оборота заго­товки вокруг своей оси образуется зубчатый венец, зубья которого будут очерчены по октоидальному профилю, который мало отличается от приня­того эвольвентного профиля и вполне удовлетворяет практическим требо­ваниям. То же самое произойдет и в случае, если, не перекатывая заготов­ку, заставить вместе с ней вращаться производящее колесо (как показано на рисунке). Оставим на производящем колесе 1 только два зуба (рисунок 12.2).

Рисунок 12.1. Производящее колесо Рисунок 12.2. Схема формообразования

зубьев прямозубого колеса

В результате описанных перемещений два зуба производящего колеса образуют на заго­товке две впадины: зуб 5 - впадину 4, зуб 6 - впадину 3. Таким образом, будет получен первый зуб на заготовке.

Повернем заготовку в исходном положении вокруг своей оси против часовой стрелки на угол, соответствующий шагу зацепления, и повторим весь цикл предыдущих обкаточных движений. Тогда зуб 5 образует на за­готовке новую впадину (на рисунке не показана), а зуб 6 будет входить в контакт с уже имеющейся впадиной 4. В результате второго цикла дви­жений получим второй зуб на заготовке, и так далее, до тех пор, пока не будут образованы все зубья резцов перемещаются в этой плоскости (рисунок 12.1, б).

Нарезание конических колес с криволинейными зубьями. Конические прямозубые колеса имеют недостатки по сравнению с колесами с криволинейными зубьями. Передачи из колес с криволинейными зубьями имеют хорошую плавность хода, бесшумны, компактны, выдерживают гораздо большие нагрузки при одинаковых размерах. Криволинейные зубья конических колес нарезают пальцевой модульной фрезой; торцовой резцовой головкой методом врезания инструмента в заготовку, методом кругового протягивания; торцовой головкой с резцами, имеющими прямолинейные режущие кромки, методом обкатки при периоди­ческом делении; торцовой головкой с резцами, имеющими прямо­линейные режущие кромки, методом обкатки при непрерывном делении; конической червячной фрезой методом обкатки при не­прерывном делении.

Пальцевой фасонной фрезой (рисунок 12.3, а) нарезают зубья по архимедовой спирали и шевронные зубья любого профиля. Ос­новные движения: Ι - вращение фрезы (движение скорости реза­ния); ΙΙ - подвод фрезы в рабочее положение; ΙΙΙ - движение фрезы вдоль образующей конуса, согласованное с вращением VII заготовки, что необходимо для образования спирального или шев­ронного зуба (движение подачи); IV - отвод фрезы назад; V - отвод фрезы вдоль образующей в исходное положение; VI - де­ление (производится во время отвода в направлении V).

При нарезании конических колес методом врезания (рисунок 12.3, б) получают круговые зубья с прямолинейным или близким к прямолинейному профилем. Основные движения: Ι - вращение резцовой головки (движение скорости резания); ΙΙ - дви­жение врезания - поступательное движение инструмента (или заготовки); ΙΙΙ - быстрый отвод инструмента (или заготовки); IV - деление (поворот заготовки на следующий зуб). Этот метод при­меняют при черновом нарезании зубчатых колес с круговыми зубьями при угле начального конуса выше 45°, а также при нарезании колес при передаточном отношении больше трех для передачи небольшого модуля.

Метод кругового протягивания зубьев конических колес (рисунок 12.3, в) применяют для чистового нарезания колес с круго­выми зубьями в условиях массового производства. Основные дви­жения: Ι - вращение резцовой головки - главное движение; ΙΙ - деление, т.е. поворот заготовки на следующий зуб, проис­ходящий во время прохождения мимо заготовки участка головки, на котором нет резцов.

Торцовой резцовой головкой с резцами, имеющими прямоли­нейные режущие кромки (или очерченные по дугам окружности) (рисунок 12.3, г), нарезают круговые зубья конических колес с углом наклона зуба (углом спирали) 0-60° методом обкатки при перио­дическом делении. Этот способ применяют для чернового нареза­ния зубчатых колес с углом начального конуса до 45° и для чи­стового нарезания колес модулем 0,5-3 мм с длиной образующей начального конуса 8-800 мм. Основные движения: Ι - вращение резцовой головки вокруг своей оси - главное движение; ΙΙ - вращение люльки, согласованное с вращением ΙΙΙ заготовки; это сложное движение обкатки является в станке движением подачи. Деление происходит после обработки каждого зуба при повороте заготовки.

 

 

Рисунок 12.3. Основные способы нарезания криволинейных зубьев конических колес: 1 - пальцевая фреза; 2,4 - резцовая головка; 3 - резцы для предварительной обработки; 5 - внутренний калибрующий резец; 6 - наружный калибрующий резец; 7 - обкатная люлька; 8 - воображаемое производящее колесо; 9 - шпиндель; 10 - шпин­дель инструмента

 

Торцовой резцовой головкой с резцами, имеющими прямоли­нейные режущие кромки (рисунок 12.3, д), можно нарезать кониче­ские колеса, зубья которых очерчены в продольном направлении по циклическим кривым. В этом случае движение, необходимое для образования зуба по длине, является одновременно движе­нием деления и происходит непрерывно. Этот способ применяют для нарезания конических зубчатых колес с длиной образующей начального конуса до 450 мм и модулем (нормальным) до 18 мм.

Вращение Ι резцовой головки и вращение ΙΙΙ заготовки согла­сованы между собой так, что последовательно расположенные группы резцов непрерывно обрабатывают впадины зубьев вращаю­щейся заготовки по циклической кривой (например, удлиненной эпициклоиде). Для образования профиля зубьев требуется также обкаточное движение, состоящее из вращения ΙΙ люльки станка и согласованного с ним вращения IV заготовки, которое склады­вается с делительным вращением ΙΙΙ.

Конической червячной фрезой (при непрерывном делении) нарезают криволинейные зубья, очерченные в продольном направ­лении по эвольвентам (рисунок 12.3, е). Основное движения: Ι - вращение фрезы вокруг своей оси, согласованное с вращением ΙΙΙ заготовки для образования формы зуба по длине; ΙΙ - вращение люльки, согласованное с вращательным движением IV заготовки, которое складывается с движением ΙΙΙ. Вращения люльки и заго­товки создают в станке движение подачи.

Зубоотделочные операции. Для получения точной формы и размеров зубьев, а также уменьшения шероховатости их рабочих поверхностей зубчатые колеса после нарезания на соответствующих зуборезных станках подвергают чистовой обработке на зубоотделочных стан­ках методом обкатки, притирки, шевингования, шлифования и зубохонингования.

Обкатка - процесс образования гладкой поверхности профиля зубьев незакаленных зубчатых колес. Обработка ведется за счет давления, возникающего при вращении обрабатываемого колеса и закаленного шлифованного колеса (обкаточного эталонного ко­леса).

Притирка - доводочный процесс придания зубьям колес чи­стой и гладкой поверхности путем искусственного изнашивания зубьев обрабатываемого колеса посредством притира и абразив­ного порошка. Притир представляет собой тщательно изготовлен­ное чугунное зубчатое колесо. Притирку применяют для предва­рительно термически обработанных зубчатых колес. Процессом притирки можно увеличивать поверхность контакта по длине и высоте зубьев и уменьшать параметры шероховатости поверхности зубьев.

Притирка осуществляется по двум схемам: оси притира и зуб­чатого колеса параллельны между собой; оси притиров и зубча­того колеса скрещиваются, образуя винтовую зубчатую передачу. В первом, случае притирку производят одним притиром, которому сообщается наряду с вращательным движением возвратно-посту­пательное движение. Во втором случае притирку производят двумя или тремя притирами; возвратно-поступательное движение при этом получает притираемое колесо. При обработке тремя при­тирами оси двух из них скрещиваются с осью притираемого ко­леса, а ось третьего параллельна ей (рисунок 12.4).

Притирку можно вести враспор и методом торможения. Если притирка производится враспор, то зубья инструмента (притира) устанавливают в контакт с обеими сторонами зуба обрабатывае­мого колеса и в процессе притирки осуществляется постепенное сближение осей притира и колеса. При работе методом торможения контакт имеет место лишь по одному боковому профилю зуба обра­батываемого колеса. Необходимое давление контакта создается притормаживанием обрабатываемого колеса. После обработки зубьев с одной стороны производят реверсирование вращения при­тира и обрабатывают зубья с другой стороны.

Шевингование применяют для уменьшения волнистости на поверхности зубьев цилиндрических зубчатых колес с помощью специального инструмента - шевера, соскабливающего с поверх­ности профиля зуба стружку толщиной 0,005-0,1 мм. Во время шевингования основное движение получает шевер, от которого приводится во вращение обрабатываемое колесо, свободно вра­щающееся с оправкой в центрах бабок рабочего стола; кроме этого₍шевингуемое колесо имеет возвратно-поступательное движение. После каждого двойного хода стола зубчатому колесу сообщается вертикальная подача. У некоторых моделей станков продольное движение сообщается инструменту.

Шлифование необходимо для повышения точности изготовления зубчатых колес и устранения отклонений, вызываемых термической обработкой. Шлифование может осуществляться двумя методами - копированием и обкаткой.

При шлифовании зубьев по методу копирования шлифоваль­ный круг имеет профиль, соответствующий профилю впадины зуб­чатого колеса. Шлифовальный круг профилируют с одной или с двух сторон (рисунок 12.5).

 

Рисунок 12.4. Схема притирки Рисунок 12.5. Профилированный

шлифовальный круг:

а - односторонний; б - двусто­ронний

 

Шлифование зубьев цилиндрических колес методом обкатки основано на копировании зацепления колеса с зубчатой рейкой, роль одного зуба которой выполняет профилированный шлифо­вальный дисковый круг или пара тарельчатых кругов. На рисунке 12.6 показаны схемы шлифования зубчатых колес методом обкатки дисковым кругом и двумя тарельчатыми кругами. По схеме, показанной на рисунке 12.6, а, главное движение получает дисковый круг. Он вращается вокруг оси и получает возвратно-поступательное движение (движение продольной подачи) по стрелке S.

Шлифуемое колесо вращается вокруг своей оси со скоростью v ₁ и прямолинейно перемещается со скоростью v ₂. Эти два движе­ния связаны между собой и образуют сложное движение обкатки. В это время обрабатывается одна сторона зуба. После реверсирования движения обрабатывается противоположная сторона соседнего зуба. Затем шлифовальный круг выводится из впадины, и производится деление поворот колеса на один зуб. В зависимости от типа станка могут быть обработаны одна (рисунок 12.6, а) или две боковые стороны впадины одновременно (рисунок 12.6, б). Шлифование двумя та­рельчатыми кругами показано на рисунке 12.6, в.

Рисунок 12.6. Схемы шлифования зубчатых колес методом обкатки

 

Зубохонингование применяют для обработки зубчатых колес после зубошевингования и термической обработки. Обработку производят зубчатым хоном, представляющим собой зубчатое ко­лесо, изготовленное из пластмассы с абразивной смесью, зерни­стость (40, 60, 80) которой выбирают в зависимости от марки стали, твердости и требуемых параметровшероховатости поверхности зубьев Относительные движения при зубохонинговании те же, что и при шевинговании. Станки для хонингования зубчатых колес аналогичны шевинговальным станкам. Зубохонингование проис­ходит при окружной скорости хона, примерно в 2 раза превышаю­щей окружную скорость шевера.

Литература: осн. 7.[217-243]

Контрольные вопросы:

1. Станки для нарезания конических колес с прямым зубом.

2. Зубострогальный полуавтомат мод. 5Т23В для обработки прямозубых конических колес: кинематика и настройка станка.

3. Нарезание конических колес с криволинейными зубьями.

4. Зуборезный полуавтомат 527В для нарезания конических колес с круговым зубом: основные узлы, кинематика.

5. Нарезание шлицевых валов на станке: универсальный полуавтомат 5350А - основные узлы, кинематика и цепи настройки.

6. Зубоотделочные операции.

7. Зубошевинговальный полуавтомат 5702В: основные узлы станка, кинематика, пример настройки.

8. Зубошлифовальный полуавтомат 5В833: основные узлы станка, кинематика.

9. Шлифование зубьев конических колес: зубошлифовальный полуавтомат 5А870В - основные узлы станка, кинематика.

 

Лекция № 13. Станки с программным управлением.

Классификация и индексация станков с ЧПУ. Металлорежущие станки с ЧПУ можно классифицировать по различным признакам.В зависимости от вида основных операций обработки станки с ЧПУ подразделяют на технологические группы: токарные; фрезерные; сверлиль­ные; координатно-расточные; сверлильно-фрезерные (фрезерно-расточные); сверлильно-фрезерно-расточные: шлифовальные; многоцелевые (многоопераци­онные); для электрообработки; разные.

По принципу управления движением, который определяется системой ЧПУ (СЧПУ), различают три группы станков: с позиционными СЧПУ; с контурными СЧПУ; с комбинирован­ными СЧПУ.

По количеству используемо­го инструмента: одноинструментальные, многоинструментные. Многоинструментными принято считать станки с чис­лом инструментов до 12. Станки, обеспе­чивающие особо высокую концентрацию операций, имеющие более 12 инструмен­тов и снабженные специальным магази­ном для размещения инструментов, отно­сят к многоцелевым. Особенность много­целевых станков - наличие стола или делительного приспособления с пе­риодическим или непрерывным (по про­грамме) движением. Современным достижением является комплекс оборудования, носящий на­звание модуль ГПС.

В ГПС под модулем понимают обра­батывающую ячейку, состоящую из станка с ЧПУ, промышленного робота для загрузки и выгрузки деталей, устройств накопления и ориентации заготовок и деталей.

Индексация станков с программным управлением (принятая ныне в России). В соответствии с класси­фикацией систем программного управ­ления (СПУ) принята следующая схема обозначения станков. К основному обо­значению станка добавляют один из ин­дексов: Ц - станки с цикловым управле­нием; Ф1 - станки с цифровой индекса­цией положения рабочих органов, а также станки с цифровой индексацией и ручным вводом данных; Ф2 - станки с позиционными СПУ; ФЗ - станки с кон­турными СПУ; Ф4 - станки со смешан­ными СПУ. Кроме того, введены индексы, отражающие конструктивные особенно­сти станков, связанные с автоматической сменой инструмента: Р - смена инстру­мента поворотом револьверной головки; М - смена инструмента из магазина. Индексы Р и М записывают перед индексами Ф2, ФЗ, Ф4. Например, РФ2 - станок с позиционной СПУ и ре­вольверной инструментальной головкой; МФЗ - станок с контурной СПУ и ин­струментальным магазином и т.д. Индекс МФ4 многоцелевого станка модели 262ПМФ4 означает, что станок оснащен смешанной СПУ и магазином инстру­ментов.

Некоторые модели станков с ЧПУ имеют и другую индексацию - буквен­ные индексы заводов-изготовителей с указанием порядкового номера. Напри­мер, ГФ1813-С1 - станок Горьковского завода фрезерных станков.

В станках с ЧПУ сохраняется индек­сация по точности, принятая для универ­сальных станков: нормальная точность - класс Н, повышенная точность - класс П, высокая точность - класс В, особая точность - класс А, особо высокая точность (мастер-станки) - класс С. Ин­декс класса точности (за исключением Н) в обозначении станка приводится после всех цифровых индексов, например: 6Б76ПМФ4 - многоцелевой станок по­вышенной точности.

Типаж металлорежущих станков с ЧПУ характеризуется их технологиче­ским назначением (для обработки опре­деленных групп деталей: валов, фланцев, плит, кулачков, корпусных и других дета­лей), характером производства (мелко­серийное, серийное), требуемой точ­ностью обработки (повышенной, высокой и особо высокой), а также возрастаю­щими требованиями промышленности к станкам с ЧПУ по повышению произво­дительности, надежности, удобства обслуживания и эксплуатации. Отличитель­ной особенностью типажа является вклю­чение в него большого числа многоцеле­вых станков с ЧПУ, позволяющих комплексно обрабатывать различные детали за один установ.

Типаж металлорежущих станков с ЧПУ в силу интеграции операций, выпол­няемых на одном рабочем месте, претер­певает большие изменения, и из тради­ционных типажных групп, названных выше, выделены две основные группы: для обработки тел вращения и для об­работки корпусных деталей.

Токарные станки с ЧПУ по ос­новным параметрам обработки, т.е. по отношению длины обработки L к диамет­ру D, можно разбить на патронные (для обработки деталей с L/D = 0,25-1,0) и центровые (патронно-центровые), обес­печивающие обработку деталей с L/D = 1,0-10 и выше.

В типаж токарных станков с ЧПУ включены как базовые модели, так и их модификации (с револьверной головкой, с инструментальным магазином, много­суппортные, двухшпиндельные и др.). Наиболее важной характеристикой то­карных станков является схема размеще­ния на станке инструментальных блоков. Эти схемы могут быть самыми различны­ми, но в станках с ЧПУ должна быть обеспечена автоматическая смена ин­струментов. В традиционной схеме ин­струмент крепят в резцедержателе суп­порта. Большую емкость обеспечивает схема с револьверной головкой на суппор­те; эта головка может быть размещена за осью центров станка или выше нее при соосном или перпендикулярном размеще­нии инструмента в головке. Для прутко­вых и патронных токарных станков при­меняют схемы, при которых инструмент располагается на оси шпинделя, при этом ось револьверной головки может быть перпендикулярной к основанию станка или к фронтальной его плоскости. Доста­точно распространенными являются кон­струкции токарных станков с двумя револьверными головками, с револьверной головкой и суппортом, с двумя суппорта­ми. В крупносерийном производстве при­меняют двух- и трехшпиндельные токар­ные станки с револьверными головками.

В ряде конструкций токарных стан­ков с ЧПУ встречаются и нетрадицион­ные схемы размещения револьверных головок.

Фрезерные станки с ЧПУ выпускают с консольным столом размера­ми 250X1000, 320X1250, 400X1600 мм. Фрезерные станки с бесконсольным сто­лом имеют повышенные жесткость и точ­ность обработки. Ширина столов таких станков составляет ряд, мм: 250, 400, 500, 630, 1000. Из бесконсольных верти­кально-фрезерных станков наиболее рас­пространены станки с размерами стола 250X630 и 500X1070 мм, имеющие ре­вольверную головку для автоматической смены инструмента. Выпус­каются станки, оборудованные лазерным инструментом. В частности, уже широко используются лазерные прошивочные станки с ЧПУ с шаговым приводом.

Многоцелевые станки (МЦ) - станки с числовым про­граммным управлением и автоматической сменой инструмента для выполнения нескольких различных видов обработки реза­нием. Кроме МЦ существуют и другие станки с ЧПУ с автома­тической сменой режущих инструментов, которые не называют многоцелевыми. В чем же различие между ними?

Многоцелевые станки отличаются особо высокой концентра­цией обработки. На них производят черновую, получистовую и чистовую обработку сложных корпусных заготовок, содержащих десятки обрабатываемых поверхностей, выполняют самые разно­образные технологические переходы: фрезерование плоскостей, уступов, канавок, окон, колодцев; сверление, зенкерование, развертывание, растачивание гладких и ступенчатых отверстий; растачивание отверстий инструмента с тонким регулированием на размер; обработку наружных и внутренних поверхностей и др.

Для осуществления этих операций на станке необходимо иметь большой запас металлорежущих инструментов. У станков с ЧПУ и автоматической сменой инструмента запас инструментов соз­дается обычно в револьверных головках. Среди них фрезерные и сверлильные станки, предназначенные для изготовления глав­ным образом таких корпусных и плоских деталей, для обработки которых достаточно иметь пять-десять различных инструментов. Многоцелевые станки имеют инструментальные магазины с за­пасом в 15-30, а при необходимости в 50-100 и более инстру­ментов.

Еще одна важная особенность большинства многоцелевых станков - наличие стола или делительного приспособления с пе­риодическим или непрерывным (по программе) делением. Это обязательное условие для обработки заготовки с нескольких сторон без переустановки. Станки новых конструкций оснащают дополнительными столами и устройствами для автоматической смены заготовок. Заготовки предварительно закрепляют на при­способлении-спутнике, и вместе с ним они попадают с дополни­тельного стола на основной. Установку заготовки в спутник и снятие обработанной детали производят во время работы станка. Таким образом, вспомогательное время, затрачиваемое на за­грузку станка, сводится к минимуму.

Многоцелевые станки имеют чаще всего контурную систему управления, позволяющую обрабатывать разнообразные криво­линейные поверхности, фрезеровать отверстия и т.д. Они отли­чаются широким диапазоном бесступенчатого регулирования ча­стоты вращения шпинделя (заготовки) и подач, высокими (до 8-12 м/мин) скоростями быстрых (вспомогательных) ходов, особо высокой жесткостью и надежностью.

Многоцелевые станки для обработки корпусных деталей можно разделить на две группы, характеризуемые расположением оси шпинделя относительно рабочей поверхности стола: с перпенди­кулярным (вертикальным) расположением шпинделя к поверх­ности стола; с параллельным (горизонтальным) расположением шпинделя относительно зеркала стола (рисунок 13.1). Вертикальный шпиндель станков первой группы обеспечивает доступ инстру­ментов к одной стороне заготовки. Такие станки выгодно при­менять для обработки деталей, у которых объем обработки с одной стороны превышает объемы обработки с других сторон. Можно успешно обрабатывать на них за одну операцию несколько сто­рон, используя переналаживаемые многопозиционные приспособ­ления. Станки с горизонтальным расположением шпинделя чаще всего снабжают поворотным столом, который создает условия для обработки детали с разных сторон.

Рисунок 13.1. Компоновки многоцелевых станков

 

В конструкции современных МЦ наблюдается тенденция к пере­ходу от дискретности задания перемещений в 0,01 мм к дискрет­ности в 0,001 мм и от чувствительности (наименьшего отрабаты­ваемого перемещения) в 0,005 мм к чувствительности 0,001-0,002 мм. Дискретность и чувствительность станка в 0,001 мм удовлетворяют по точности отсчета размеров любым потребно­стям современного машиностроения.

Принцип построения станка с программным управлением и автоматической сменой инструментов можно рассмотреть на при­мере станка, изображенного на рисунке 13.2. По внешнему виду (рисунок 13.2, б) он напоминает расточный станок с колонной 5 и выдвижным шпинделем. Но в отличие от обычного станка на шпиндельной бабке установлен крупный магазин 6 с набором инструментов. Каждый инструмент вставлен в гнездо магазина так, что его ось параллельна оси магазина (барабана). Инстру­мент меняется специальной механической рукой. Цикл действий механической руки представлен на рисунке 13.2, в. В исходном положении рычаг 10 руки расположен вертикально и не мешает работе инструмента, закрепленного в шпинделе 9, и периодиче­скому повороту магазина 11. При смене инструмента корпус 8 механической руки поворачивается на 90° вокруг вертикальной оси влево; одновременно поворачивается также на 90° гнездо магазина с очередным инструментом. Рычаг руки поворачивается в горизонтальное положение, схваты рук 12 и 13 зажимают ин­струменты, находящиеся в шпинделе и в гнезде барабана. После раскрепления инструмента в шпинделе рычаг руки смещается вдоль своей оси, вытаскивает оба инструмента (из шпинделя и из гнезда магазина), поворачивается на 180° и, двигаясь вдоль своей оси, меняет инструменты местами: устанавливает новый инструмент в шпиндель, а отработавший - в освободившееся гнездо магазина. Схваты отпускают инструменты, рычаг руки поворачивается в вертикальное положение, а вся рука на 90° вправо, т.е. в исходное положение. Одновременно поворачивается вправо и гнездо со сменным инструментом.

Рисунок 13.2. Многоцелевой станок

 

В магазине можно разместить до 30 различных инструментов, создавая их запас для группы деталей. При этом не обязательно, чтобы инструменты размещались в гнездах магазина в таком по­рядке, в каком они будут использованы. Выбор нужного инстру­мента производится так же, как и смена, автоматически по про­грамме. Каждый инструмент предварительно вставляется в спе­циальную оправку с десятью кольцами (рисунок 13.2, г). Кольца 14 имеют разный диаметр и образуют своеобразный код инстру­мента. При повороте магазина оправка проходит мимо десятипозиционного переключателя (датчика), замыкая своими кольцами его контакты. В тот момент, когда комбинация колец (код инстру­мента) совпадает с кодом, записанным на перфоленте, вращение магазина прекращается и нужный инструмент готов к подаче в шпиндель. Поиск нужного инструмента происходит при выпол­нении очередного перехода и поэтому не влияет на общее время обработки.

Обрабатываемая заготовка 4 (рисунок 13.2, б) закрепляется на плите 2 приспособления, которая может перемещаться по направ­ляющим среднего 3 и боковых 1 и 7 столов. При обработке за­готовка находится на среднем столе, который может периодически поворачиваться на заданный угол в соответствии с программой. В зависимости от принятой технологии в каждом положении (по­зиции) стола выполняется или полная обработка всех поверх­ностей (плоскостей, отверстий и т.д.), или вначале фрезеруются поверхности, а затем обрабатываются отверстия.

Так как вся обработка детали ведется автоматически по про­грамме, то за это время оператор устанавливает в приспособление левого стола 1 станка другую заготовку. По окончании обработки плита с приспособлением и обработанной заготовкой передви­гается на правый свободный стол 7, а ее место занимает другая плита с уже закрепленной заготовкой. На станке можно обра­батывать сложные детали (рисунок 13.2, а).

Литература: осн. 7.[244-280]

Контрольные вопросы:

1. Конструктивные особенности станков с ЧПУ.

2. Конструктивные элементы станков с ЧПУ.

3. Фрезерно-долбежный станок 67К25ПФ2-0 с программным управлением: конструкции узлов, кинематика.

4. Многоцелевые станки.

5. Многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточной станок с ЧПУ: конструкции узлов, кинематика.

6. Многоцелевой станок ИР500МФ4: основные узлы, кинематика.

 

Лекция № 14. Общие вопросы программирования для станков с ЧПУ.

Подготовка информации для управляющих программ.

Представление траектории обработ­ки. Детали, обрабатываемые на станках с ЧПУ, можно рассматривать как геомет­рические объекты. При обработке детали инструмент и заготовка перемещаются относительно друг друга по определенной траектории. Программа обработки дета­ли задает (описывает) движение опре­деленной точки инструмента - его центра (Р). Для концевой фрезы со сфериче­ским торцом это центр полусферы, для концевой цилиндрической, сверла, зенке­ра, развертки - центр основания, для резцов - центр дуги окружности при вершине и т.д. (рисунок 14.1). Если принять, что радиус инструмента во время обра­ботки детали по контуру остается посто­янным, то траектория центра инструмен­та при контурной обработке является эквидистантой контуру детали (рисунок 14.1, а, б). Однако это встречается не всегда. Траектория движения центра инструмента может существенно отли­чаться от линий контура детали (рисунок 14.1, ж - л), так как в противном случае эквидистантное перемещение инструмен­та или перемещение инструмента точно по контуру привело бы к погрешности обработки. Поэтому в ряде случаев под эквидистантой понимают такую траек­торию движения центра инструмента, при которой обеспечивается обработка заданного контyрa.

Движение по эквидистанте относит­ся только к траектории рабочих ходов. Перемещения центра инструмента при обработке детали могут быть также под­готовительными и вспомогательными. Характер этих движений во многом за­висит от задаваемого в начале програм­мирования положения исходной (нуле­вой) точки, от расположения приспо­собления и т.д.

Из сказанного ясно, что для обра­ботки детали по программе прежде все­го необходимо определить рабочие, подготовительные и вспомогательные траектория движения центра принятого для работы инструмента.

 

Рисунок 14.1. Схемы траекторий центра инструмента:

1 - контор детали, 2 - траектория движения центра инструмента

 

Относительно контура обрабатывае­мой детали траектория движения центра инструмента при обработке может распо­лагаться по-разному: совпадать с конту­ром, быть эквидистантой контуру, изме­нять положение относительно контура по определенному закону. Для полной обработки детали (для выполнения заданной операции) траектория движения центра инструмента должна быть непрерывной. Разработать (определить) ее сразу как единое целое практически очень трудно, поскольку в общем случае программи­руемая траектория является достаточно сложной, определяющей перемещения центра инструмента в пространстве. По­этому в практике программирования траекторию инструмента представляют состоящей из отдельных, последователь­но переходящих друг в друга участков, причем эти участки могут быть или участ­ками контура детали, или участками эквидистанты.

В общем случае участки траектории движения центра инструмента и траек­торию в целом удобно представить гра­фически, исходя из зафиксированного определенным образом положения кон­тура обрабатываемой детали (рисунок 14.2). Отдельные участки контура детали и эквидистанты называются геометриче­скими элементами. К ним относятся отрезки прямых, дуги окружностей, кри­вые второго и высших порядков. Точки пересечения элементов или перехода одного элемента в другой находят как геометрические опорные (узловые) точ­ки. Эти точки в большинстве случаев являются определяющими при задании положения элементов контура (экви­дистанты) в пространстве. Это положе­ние, так же как и величина и направле­ние движения инструмента, задается в системе координат с определенной задан­ной нулевой точкой. Такая точка может быть у станка - нулевая точка станка (нуль станка) или у детали - нулевая точка детали (нуль детали). Она явля­ется началом системы координат дан­ной детали.

Рисунок 14.2. Элементы траектории инструмента

при программированной обработке

Нуль детали W (см. рисунок 14.2) может быть задан относительно нуля станка М соответствующими координатами xMW, yMW. Свою систему координат имеет инструмент, приспособление. Естествен­но, что при программировании следует учитывать взаимосвязь всех систем коор­динат.

В системе координат станка коорди­натами хМО и уМО может быть задана исходная точка О, которая используется для начала работы по программе. Обыч­но с этой точкой перед началом работы совмещают центр инструмента.

В станках с ЧПУ наиболее употреби­тельны прямоугольные (декартовы), ци­линдрические и сферические системы координат (рисунок 14.3).

Рисунок 14.3. Системы координат:

а - прямоугольная; б - цилиндрическая; в - сферическая

В прямоугольной системе координа­тами некоторой точки А называются взя­тые с определенным знаком расстояния х, у и z от этой точки до трех взаимно перпендикулярных координатных плос­костей. Точка пересечения координатных плоскостей называется началом координат, а координаты х, у, z - соответствен­но абсциссой, ор