Загрузил Маруф Саибов

3 лекция

Реклама
ТЕМА 1.
СТАНКОВ
КЛАССИФИКАЦИЯ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
Признаки классификации:
по технологическому назначению;
по степени универсальности;
по весу;
по точности;
по основному размеру.
Классификация по технологическому назначению.
По технологическому назначению станки разбиты на девять групп.
Главным признаком объединения станков в группы является идентичность
выполняемых технологических операций, например, токарных сверлильных фрезерных и т.д. Выделяют следующие группы станков:
1 – токарные; 2 – сверлильные; 3 – шлифовальные; 4 – комбинированные; 5 – зубо и резьбообрабатывающие; 6 – фрезерные; 7- строгальные,
долбёжные и протяжные; 8 – станки заготовительных производств; 9 –
разные.
Каждая группа станков делится на девять типов по следующим основным признакам:
- по количеству исполнительных органов одинакового назначения
(многошпиндельные и т.д.)
- по типу инструмента (зубодолбёжные и т.д.)
- по компоновке (вертикальношпиндельные, горизонтальношпиндельные, одностоечные и т.д.)
- по типу обрабатываемых поверхностей (круглошлифовальные,
плоскошлифовальные и т.д.).
данный признак классификации используется технологом при назначении станка в зависимости от вида операции и некоторых других факторов.
Классификация по степени универсальности.
Все станки по степени универсальности делятся на четыре группы:
- универсальные станки могут выполнять более трех операций, в том
числе и с применением приспособлений на большой номенклатуре
деталей большого диапазона размеров;
- станки широкого назначения могут выполнять до трех операций на
деталях широкой номенклатуры;
- специализированные станки предназначены для выполнения одной
операции на однотипных деталях широкого диапазона размеров;
- специальные станки предназначены для обработки конкретной детали или однотипных деталей небольшого диапазона размеров.
Данный признак классификации используется технологом при назначении станка в зависимости от типа производства. Станки специальные и
специализированные обычно используются в автоматических линиях.
Классификация по весу.
По весу все станки делятся на:
- легкие – весом до 1 тонны;
- средние – весом до10 тонн;
- крупные – весом до 30 тонн;
- тяжёлые – весом до 100 тонн;
- уникальные – весом свыше 100 тонн.
Данный признак классификации используется в основном проектировщиками механосборочных цехов для установки в тех или иных пролетах грузоподъёмных механизмов соответствующей грузоподъёмности для
установки и снятия заготовок на станок и со станка. От веса станка зависит
так же способ его установки в цеху. Станки легкие и средние устанавливаются на общем полу цеха, а станки крупные и выше требуют специальных фундаментов для их установки.
Классификация по точности.
По точности все станки делятся на станки:
- нормальной точности, обозначаются буквой Н (обычно не обозначаются);
- повышенной точности – П;
- высокой точности – В;
- особо высокой точности – А;
- особо точные – С (мастер - станки).
Данный признак классификации используется технологом при назначении станка в зависимости от требуемой точности обработки. Станки
классов точности В, А и С должны эксплуатироваться в специальных помещениях (термоконстантные участки или цеха) , в которых поддерживается стабильный температурный режим. Причем чем ни выше точность
станка, тем жестче температурный режим помещения.
Классификация по основному размеру.
Станок каждого типа имеет свой основной размер, который характеризует размер или размеры обрабатываемых деталей, инструмента или
размеры станка. Для токарных автоматов и токарноревольверных станков
таким размером является максимальный диаметр прутка, который может
быть вставлен в отверстие шпинделя станка. Для карусельных, круглошлифовальных и зубофрезерных станков таким размером является наибольщий диаметр обрабатываемой детали. Для фрезерных станков размеры стола и т.д. Для станков наиболее распространенных типов разработаны размерные ряды. Каждый ряд включает в себя несколько станков подобных по конструкции, компоновке, принципу действия и т.д. и отличаются друг от друга диапазоном размеров обрабатываемых деталей. Например размерный ряд токарновинторезных станков образуют станки моделей
1И611, 16Б16, 16К20, 1М63, 164, 165, 168,.и т.д., которые отличаются максимальными диаметрами обрабатываемых деталей (250, 320, 400, 630, 800,
1000 мм и т.д.).
Конструкция станков из одного размерного ряда состоит в основном
из унифицированных узлов и деталей , одинаковых или подобных. Это облегчает проектирование, изготовление и эксплуатацию станков.
Обозначение станов.
Для большинства станков включенных в размерные ряды установлено
следующее правило построения обозначения модели станка. Первая цифра
обозначает принадлежность станка к технологической группе. Вторая
цифра обозначает принадлежность станка к определенному типу. Третья
или третья и четвертая цифры обозначают типоразмер станка (его основной размер). У некоторых типов станков основной размер обозначается
формальной цифрой (горизонтально, вертикальнофрезерные и некоторые
другие). Буква стоящая между первой и второй цифрой или второй и
третьей обозначает модернизацию. Модернизация станка сопровождается
изменением основных технических характеристик. Буква, за исключением
букв Н, П, В ,А ,С, М, Ф, стоящая после обозначения основного размера
обозначает модификацию станка. Модификация станка сопровождается
изменением конструкции отдельных узлов станка без изменения основных
характеристик Буквы Н, П, В, А,С обозначают класс точности, буква М
обозначает наличие у станка магазина инструментов и, или заготовок. Буква Ф обозначает наличие системы числового программного управления
станком. Цифра стоящая сразу за буквой Ф обозначает тип системы числового программного управления. 1 – система цифровой индикации, 2 – позиционная система управления, 3 – контурная система управления, 4- комбинированная система управления.
ТЕМА 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКОВ.
Станок как сложная техническая система имеет большое количество
характеристик, которые можно разбить на четыре группы:
- геометрические характеристики;
- точностные характеристики;
- скоростные характеристики;
- силовые характеристики.
1. Геометрические характеристики.
К геометрическим характеристикам относятся:
- основной размер;
- размеры рабочего пространства (максимальные величины перемещений рабочих органов станка)
- основные присоединительные размеры
- габаритные размеры станка.
Рабочим пространством станка называется пространство в котором
размещается обрабатываемая деталь. В любую точку рабочего пространства может быть помещен инструмент при его перемещении и, или перемещении рабочего пространства. Таким образом можно сказать, что размеры
рабочего пространства определяются величиной наибольших перемещений
исполнительных органов. Присоединительными размерами станка являются размеры поверхностей по которым осуществляется присоединение приспособлений или обрабатываемой детали к рабочим органам станка.
2. Точностные характеристики.
К точностным характеристикам относятся:
- точность перемещения или позиционирования рабочих органов
станка;
- точность вращения шпинделя (радиальное и осевое биение переднего конца);
- точность взаимного расположения рабочих органов станка (неперпендикулярность направляющих салазок и суппорта и т.д.);
- точность взаимного расположения отдельных конструктивных
элементов деталей (непараллельность направляющих станины или
стойки и т.д.).
3. Скоростные характеристики.
Для осуществления оптимальных режимов резания станки оснащают
механизмами для регулирования скорости резания и подачи. Существуют
два основных способа регулирования скорости: ступенчатое регулирование и бесступенчатое регулирование.
Ступенчатое регулирование нашло наибольшее распространение в
металлорежущих станках и осуществляется при помощи множительных
структур, которые создают геометрические ряды частот вращения (скоростей), которые являются экономически предпочтительными.
Обоснование целесообразности применения геометрического ряда для
частот вращений шпинделей станков предложено акад. А. В. Гадолиным.
Сущность доказательства преимуществ геометрического ряда сводится к
следующему. Если рассмотреть два любых соседних значения числа оборотов nk и nk+1, то на лучевой диаграмме (рис. 2.1)они представляются в
виде двух наклонных прямых, проходящих через начало координат.
nk
n
nk+1
nz
v
Vk+1
Dv max
n2
Vk
n1
0
D0
D
Рис. 2.1 Лучевая диаграмма
Для некоторого принятого диаметра обработки dо можно осуществить
два значения скорости резания Vk иVk+1, но никаких промежуточных значений на станке не будет. В том случае, если необходимая по режимам обработки скорость резания окажется в середине интервала, то абсолютная
потеря в скорости определится как:
V - Vk
DV = k +1
2
Если же рассмотреть самый неблагоприятный случай, когда недопустимо даже малейшее превышение требуемой скорости, то наибольшая
возможная потеря скорости DVmax = Vr +1 - Vk . При этом относительная потеря скорости может быть связана со значениями частот вращений:
DVmax Vk +1 - Vk
V
n
=
= 1- k = 1- k
Vk +1
Vk +1
Vk +1
n k +1
Наиболее целесообразным будет ряд с постоянной потерей скорости,
а соответственно и с постоянной потерей технологической производительности. Для этого необходимо, чтобы
n
n
1 - k = const или k +1 = const = j
n k +1
nk
Условие постоянства отношения двух любых чисел в ряду приводит к
геометрическому ряду со знаменателем ряда j.
Основными скоростными характеристиками при ступенчатом регулировании являются:
- диапазон регулирования частот вращения шпинделя для вращательного главного движения - Dn.
Диапазон регулирования определяется по формуле:
n
Dn = max
n min
где:
V
n max = max - максимальная частота вращения шпинделя
d min
V
n min = min - минимальная частота вращения шпинделя
d max
Vmax ,Vmin - соответственно максимальная и минимальная скорости резания.
d max , d min - соответственно максимальный и минимальный диаметры
обработки или диаметры инструмента.
Подставляя значения для максимальной и минимальной частот вращения в формулу для диапазона регулирования получим:
V ×d
Dn = max max = DV × Dd
Vmin × d min
где:
DV - диапазон скоростей резания
Dd - диапазон обрабатываемых диаметров или диапазон диаметров
применяемых инструментов.
Диапазон регулирования скорости перемещения стола, ползуна и т.д.
для поступательного главного движения и диапазон регулирования скоростей подач определяются аналогично.
- знаменатель ряда частот вращений - j.
Для обеспечения необходимого диапазона регулирования возможны
различные варианты выбора знаменателя ряда. В станкостроении все значения знаменателей ряда стандартизованы в пределах 1 < j £ 2. Нижний
предел для знаменателя ряда очевиден, так как при j = 1 регулирование
становится бесступенчатым, а верхний предел установлен исходя из того,
что наибольшая относительная потеря скорости не должна превышать 50%
В станкостроении приняты значения j приведенные в таблице.
j
1,06
1,12
1,26
1,41
1,58
1,78
2
DVmax
%
V
5
10
20
30
40
45
50
Среди всех стандартных значений знаменателя ряда наибольшее распространение в станках получили j = 1,26; 1,41 и 1,58. Меньшие значения
значительно усложняют привод, который не может при этом конкурировать.с бесступенчатым регулированием. Большие значения знаменателя
приводят к весьма грубому регулированию, и их используют иногда лишь
в специализированных станках. Во второй строке таблице приведены значения возможной наибольшей относительной потери скорости а значит и
производительности.
Любой член геометрического ряда может быть определен по формуле:
n Z = n1 × j Z -1
Z - число ступеней регулирования.
Если обозначить nz = nmax, а n1 = nmin, то число ступеней регулирования
можно определить по формуле:
n
lg max
n min
Z = 1+
lg j
Для известных значений V и d по лучевым диаграммам определяют
требуемую частоту вращения шпинделя.
Бесступенчатое регулирование позволяет точно настроить станок на
заданный режим резания. Этот тип регулирования осуществляется либо
при помощи вариаторов различных систем, либо при помощи регулируемого электропривода. В этом случае к скоростным характеристикам относятся:
- диапазон частот вращения шпинделя (диапазон скоростей перемещения стола, ползуна и т.д.)
- диапазон подач
Данные характеристики определяются как и в случае ступенчатого регулирования.
Бесступенчатое регулирование не нашло широкого применения в
станках (за исключением станков с числовым программным управлением),так как имеет существенные недостатки: низкий к.п.д вариаторов и высокая стоимость регулируемого электропривода.
4. Силовые характеристики.
К силовым характеристикам станка относятся:
- мощность привода главного движения;
- мощность привода подач;
- мощность холостого хода;
- крутящие моменты
Мощность привода главного движения определяется силами и скоростями резания
PZ × V p
NP =
кВт
102 × 60
PZ – главная составляющая силы резания, кГс
Сила резания может быть определена по зависимостям теории резания
или по приближенной формуле
PZ = k × b(a + 0.4 × c )
k – коэффициент учитывающий механические характеристики материала
k = 120¸180 кГс/мм2 – для стали
k = 90¸110 кГс/мм2 – для чугуна
a, b – соответственно глубина и ширина срезаемого слоя, мм
с – ширина площади износа по задней поверхности режущего клина
инструмента.
VP – скорость резания, м/мин
Мощность привода подач определяется тяговой силой и скоростью
подачи
Q × VS
NS =
кВт
102 × 60 × 10 3
Q – тяговое усилие в приводе подач, кГс
Для различных станков тяговое усилие определяется по формулам:
Q = k × PX + f (PZ + G ) - для токарных станков
Q = k × PX + f (PZ + PY + G ) - для фрезерных станков
2 M кр
Q = PX + f
- для сверлильных станков
d
PX – составляющая силы резания параллельная вектору скорости подачи.
PZ и PY – составляющие силы резания перпендикулярные вектору скорости подачи.
f = 0,2 – коэффициент трения в направляющих скольжения со смазкой.
G – вес перемещаемых узлов.
k = 1,15 – коэффициент учитывающий опрокидывающий момент на
направляющих.
VS – скорость подачи, мм/мин
Мощность холостого хода можно определить по формуле
æ
ö
d
N X = d cp çç å n + k1 × шп × nшп ÷÷ × k 2 × 10 -6 кВт
d cp
è
ø
dcp – средний диаметр всех валов, мм
dшп – средний диаметр шпинделя, мм
ån – сумма частот вращения всех валов, об/мин
nшр – средняя частота вращения шпинделя станка, об/мин
k1 = 1,5 – коэффициент учитывающий предварительный натяг в опорах шпинделя
k2 = 3¸6 – коэффициент, зависящий от типа системы смазки.
Полная потребляемая мощность станком может быть определена по
формуле
N = NP + NS + N X + ND
ND – дополнительные затраты мощности (привод охлаждения, привод
инструментальной головки и т.д.)
Крутящий момент в приводе главного движения и в приводе минутной подачи определяется по формуле
N
M kp = 9.7 × 10 5 кГс × мм
np
N – передаваемая мощность, кВт
np – расчетная частота вращения шпинделя или входного элемента тягового устройства, об/мин. В качестве расчетной берется частота на 30%
превышающая минимальную частоту вращения.
Крутящий момент на входном валу тягового устройства в приводе
оборотной подачи
Q×H
кГс × мм
M kp =
2ph
H – ход тягового устройства
H = k × t - для винтовых и червячно-реечных передач
H = p × m × z - для зубчато-реечных передач
k – число заходов винта или червяка
t – шаг винта или червяка
m – модуль рейки или шестерни
z – число зубъев шестерни
ТЕМА 3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
СТАНКОВ.
ПОКАЗАТЕЛИ
Для сравнительной оценки технического уровня станков и комплектов
станочного оборудования, а также для выбора станков в соответствии с
решением конкретной производственной задачи используют набор показателей, характеризующих качество, как отдельных станков, так и набора
станочного оборудования.
Существуют следующие основные технико-экономические показатели:
- эффективность;
- производительность
- надежность;
- гибкость.
1 Эффективность
Эффективность — комплексный (интегральный) показатель, который
наиболее полно отражает главное назначение станочного оборудования —
повышать производительность труда и соответственно снижать затраты
труда при обработке деталей. Эффективность станков оценивается по
формуле
N
A=
åc
N -годовой выпуск деталей;
åc - сумма годовых затрат на их изготовление.
При проектировании или подборе станочного оборудования всегда
следует стремиться к максимальной эффективности, а показатель «А» при
этом следует рассматривать как целевую функцию
Сравнение эффективности двух вариантов станочного оборудования
при заданной программе выпуска ведут по разности приведенных затрат
P = (å c )1 - (å c )2
где индекс «2» относится к более совершенному варианту станочного
оборудования при сравнении с базовым (индекс «1»).
2. Производительность
Существуют несколько показателей производительности по которым
сравнивают различные типы станков.
Штучная производительность – это способность станка обеспечивать
обработку определенного числа деталей в единицу времени.
Штучная производительность (шт./год) выражается числом деталей,
изготовленных в единицу времени, при непрерывной безотказной работе
Q = TO T
где ТО — годовой фонд времени; Т — полное время всего цикла изготовления детали.
При изготовлении на универсальном станке разных деталей его штучную производительность определяют по условной, так называемой представительной детали, форму и размеры которой берут усредненными по
всему рассматриваемому множеству деталей. Все параметры представительной детали (масса, размеры, допуски и т. д.) определяют как средневзвешенные величины (рис. 3.1)
d
X = å X × CX
d
где х — величина данного параметра внутри каждого интервала;
dCX — частость по интервалам изменения величины х
d — общая частость (весомость) деталей рассматриваемой группы.
Рис. 3.1 Определение параметров представительной детали
Производительность формообразования. Ее применяют для сравнения
разного по характеру оборудования. Она определяется по формуле:
V ×t
QФ = P P
L ×T
VP и L – скорость резания и полный путь инструмента по образующей
линии
tP – время резания
T – время цикла обработки
Производительность резания определяют объемом материала, снятого
с заготовки в единицу времени. Этот показатель применяют для оценки
возможности станков для предварительной размерной обработки или для
сравнения различных технологических способов размерной обработки
Вид обработки
Точение
шлифование
Лазерная обработка
Производительность см3/мин
1500
800
0,01
Мощность кВт
0,06
0,6
4000
3. Надежность
Надежность станка — свойство станка обеспечивать бесперебойный
выпуск годной продукции в заданном количестве в течении определенного
срока службы и в условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
Нарушение работоспособности станка называют отказом. При отказе
продукция либо не выдается, либо является бракованной.
Безотказность станка — свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. Безотказность может быть
оценена следующими показателями.
Вероятность отказа по результатам испытаний определяется по формуле
N
Q (t ) = OT
NO
NО – общее количество элементов, из которых отказали
N OT = N O - N И - число отказавших элементов
NИ – число исправных элементов
Вероятность безотказной работы
N
N
P (t ) = 1 - Q (t ) = 1 - OT = И
NO
NO
Интенсивность отказов — условная плотность вероятности возникновения отказа в единицу времени
1 dN OT
l (t ) =
N И dt
Комплексным показателем надежности станков является коэффициент
технического использования
1
h=
æ1 + n l × t ö
ç å i CPi ÷
è
1
ø
где
n — число независимых элементов, подверженных отказам;
li — интенсивность отказов i-го элемента;
tCPi — среднее время на устранение отказа (на восстановление).
Тогда фактическая производительность определяется
QФ = Q ×h
Долговечность станка — свойство станка сохранять работоспособность в течение некоторого времени с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до наступления предельного состояния.
Ремонтопригодность — свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и
восстановлению работоспособности.
4. Гибкость.
Гибкость – способность к быстрому переналаживанию. Она характеризуется универсальностью и переналаживаемостью.
Универсальность определяется числом разных деталей, подлежащих
обработке на данном станке, или отношением количества деталей выпущенных на станке за год к номенклатуре детале.
Переналаживаемость определяется затратами времени и средств на
переналадку станка при переходе на обработку новой партии деталей.
ТЕМА 4. ТОЧНОСТЬ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ.
Точность станка непосредственно связана с точностью обработки и
характеризует, в какой мере те или иные погрешности станка влияют на
точность обрабатываемых деталей. Все виды погрешностей станка можно
условно разделить на несколько основных групп.
1. Геометрические погрешности.
Геометрические погрешности характеризуют ошибки взаимного расположения узлов станка (рис. 4.1) и зависят от:
- точности обработки деталей; точность получения заготовок корпусных деталей; точность механической обработки.
- сборки станка (точность взаимного расположения узлов и корпусных деталей).
- износа трущихся поверхностей.
Рис. 4.1 Примеры геометрической погрешности
Погрешность на рисунке а) определяется погрешностью обработки
продольных и поперечных направляющих салазок токарно-винторезного
станка (не перпендикулярность направляющих), либо погрешностью сборки (не перпендикулярность оси шпинделя и поперечных направляющих
салазок. Погрешность на рисунке в) определяется погрешностью сборки
(не соосность передней и задней бабок). Погрешность на рисунке д) определяется погрешностью вращения шпинделя в опоре. Погрешности б и г
определяются износом соответственно поперечных направляющих суппорта и продольных направляющих станины.
Требования к точности изготовления станка формулирует конструктор, исходя из допуска на точность обрабатываемой на станке детали с
учетом реальных возможностей производства. Геометрические погрешности станка следует оценивать по их влиянию на точность взаимного расположения инструмента и обрабатываемой детали в процессе формообразования ее поверхности.
Способы компенсации геометрических погрешностей:
- повышение точности обработки деталей;
- ужесточение допусков на взаимное расположение поверхностей;
- соблюдение технологии получения заготовок литых и сварных базовых деталей;
- предусматривать в конструкции станка приспособления для точной
регулировки взаимного расположения узлов станка;
- применять износостойкие покрытия и защитные устройства для
направляющих с целью уменьшения износа.
Рис. 4.2 Способы установки шпиндельной бабки
2. Кинематические погрешности.
Кинематические погрешности влияют на скорость движения исполнительных (рабочих) органов станка (шпинделя, стола), несущих инструмент
или обрабатываемую деталь, и важны в тех случаях, когда скорость движения инструмента относительно детали влияет на формообразование, что
имеет место в станках для обработки сложных поверхностей (зубообрабатывающих, резьбонарезных и т.п. рис. 4.3).
Рис. 4.3 Погрешности шага резьбы и боковой поверхности зуба
t0 – теоретический шаг; t1 – реальный шаг; Dt – погрешность шага
Причинами кинематических погрешностей являются:
- ошибки в передаточных числах зубчатых, червячных и винтовых
передач кинематической цепи (теоретическая погрешность);
- неточности изготовления элементов привода и переменной жесткости станка;
- износ рабочих поверхностей механических передач и как следствие
возникновение зазоров.
Так, например, вследствие неточности резьбонарезной цепи будут недопустимо большие отклонения шага нарезаемой резьбы, а неточности цепи обката при нарезании зубчатого колеса – отклонения от эвольвентного
профиля.
Способы уменьшения кинематических погрешно- стей. Способы
уменьшения кинема- тических погрешностей зависят от причин их вызывающих:
- уменьшение износа трущихся поверхностей деталей механических
передач за счет улучшения системы смазки, применения износостойких покрытий, применение термической обработки;
- повышение точности изготовления элементов кинематических цепей;
- уменьшение зазоров в передачах;
Абсолютное большинство механических передач зазорные, т.е. для
того чтобы они работали необходим зазор. Зазор одной передачи как правило невелик и не может оказывать существенного влияния на точность,
однако в состав одной цепи может входить до десятка и более передач и в
этом случае суммарная погрешность может оказаться недопустимо большой. Особенно эти погрешности опасны для реверсивных цепей. Для выборки зазоров существуют следующие способы (рис. 4.4).
Рис. 4.4 Способы выбора зазоров в зубчатых передачах
- повышение точности цепи в целом за счет применения корректирующих устройств.
Рассмотрим пример корректирующего устройства резьбонарезной цепи (рис. 4.5).
Корректирующее устройство представляет собой дифференциальную
гайку 2 и копир 8. Копир изготавливают на специальных профилешлифовальных станках по кинематограммам 9, получаемых на кинематометрах,
на которых, производят сравнение эталонного винта 4 и гайки 3 с рабочим
винтом 1 и гайкой 2.
Рис. 4.5 Корректирующее устройство резьбонарезной цепи
Погрешность шага рабочего винта Dh на определенной его длине компенсируется поворотом гайки на угол a. Зависимость погрешности шага от
приращения высоты копира можно представить в виде
æ Dh ö
t × arctg ç ÷
è R ø
Dt =
2p
Аналогичные устройства применяются и для компенсации погрешностей в цепях обката зуборезных станков, например, дифференциальная
червячная передача.
3. Упругие погрешности.
Упругие погрешности возникают из-за деформаций несущей системы
станка и нарушают правильность взаимного расположения инструмента и
обрабатываемой детали при действии силовых факторов.
Основными причинами упругих погрешностей являются:
- силы резания
- весовые нагрузки от узлов и заготовки.
Изменение величины упругих перемещений связано с переменным
характером силового воздействия. Так, составляющие силы резания изменяются в процессе обработки по величине, направлению и точке приложения. Масса подвижных узлов станка при их передвижении оказывает различное действие на несущую систему и меняет величину упругих перемещений.
Свойство станка сопротивляться возникновению упругих перемещений называют жесткостью, которая определяется по формуле
P
j=
f
где:
P – сила
f – перемещение упругой системы, вызванное данной силой
Так как станок состоит из множества деталей и стыков, которые воспринимают силовой поток, то суммарная жесткость станка в зоне резания
(технологическая жесткость) определяется по формуле
1
j= n
1
åj
1
i
ji – жесткость отдельного последовательно работающего элемента упругой системы.
Величина обратная жесткости называется податливостью.
Упругие погрешности в реальном станке проявляются в виде собственных деформаций базовых деталей и деформаций в стыках. Следовательно, уменьшить упругие погрешности можно путем:
- увеличения жесткости базовых деталей (увеличение моментов
инерции и площади поперечного сечения базовой детали);
- увеличения жесткости стыков (увеличение моментов инерции и
площади стыка);
- разгрузка направляющих базовых деталей, обеспечивающих точность обработки от сил резания и весовых нагрузок других деталей.
Примеры приемов конструктивной разгрузки приведены ниже (рис.
4.6).
Рис. 4.6 Конструктивная разгрузка
В случае а) и б) крутящий момент воспринимается встроенной балкой
1, а не направляющими поперечины. В случае в) вес суппорта передается
на балку 1, а не на поперечину 3.
Жесткость (соответственно и податливость) упругих систем с большим числом соединений близка к постоянному значению, что дает основание для нормирования предельно допустимых значений для всего станка, а
для станков включенных в размерные ряды существуют специальные
ГОСТы регламентирующие их жесткость, а следовательно и упругие погрешности.
4. Динамические погрешности.
Динамические погрешности связаны с относительными колебаниями
инструмента и обрабатываемой детали, а в некоторых случаях и с переходными процессами при пуске, торможении, реверсировании и врезании
инструмента.
Свойство станка противодействовать возникновению колебаний
обычно называют виброустойчивостью.
Динамические погрешности характеризуются (рис. 4.7):
- амплитудой колебаний (АЧХ);
- фазой колебаний (ФЧХ)
- формой колебаний несущей системы станка
Рис. 4.7 Динамические характеристики
а) амплитудочастотная (АЧХ); б) амплитудофазочастотная (АФЧХ);
в) формы колебаний
Изучение амплитудно-частотных и амплитудно-фазовых частотных
характеристик дает возможность оценить величину относительных, колебаний инструмента и обрабатываемой детали, т.е. погрешность обработки
и влияние этих колебаний на устойчивость обработки, т.е. величину ширины резания без вибраций. Изучение форм колебаний позволяет определять
величину колебаний отдельных узлов и дает возможность целенаправленно влиять на конструкцию станка с целью уменьшения динамических погрешностей.
В станках встречаются три основных типа колебаний:
Вынужденные: основными причинами, которых является:
- вращение неуравновешенных масс;
- периодические погрешности в передачах;
- непостоянство сил резания (фрезерование);
- внешние возмущения, передающиеся станку через фундамент.
Параметрические: основными причинами, которых являются :
- переменность внутренних параметров деталей станка, например, переменная жесткость вала при вращении из-за наличия шпоночной канавки,
или переменная жесткость подшипника качения при перебегании шарика
через линию действия силы и т.д.
Автоколебания: основными причинами, которых являются:
- процессы трения в зоне резания;
- процессы трения в подвижных направляющих при малых скоростях перемещений.
Помимо отрицательного влияния на точность обработки колебания в
станках отражаются также на стойкости режущего инструмента и долговечности деталей станка.
Основными путями снижения динамических погрешностей является
устранение источников:
вынужденных колебаний:
- тщательная балансировка быстровращающихся деталей;
- установка станков на виброизолирующие опоры.
параметрических колебаний
- увеличение жесткости и снижение массы базовых деталей;
- выравнивание параметров по изменяемой координате деталей.
автоколебаний:
- применение смазывающеохлаждающих жидкостей;
- применение смазки в трущихся поверхностях.
Наиболее эффективным способом гашения колебание, а следовательно и снижения динамических погрешностей является встраивание в станок
демпфирующих устройств.
5. Температурные погрешности.
Температурные погрешности в станках, предназначенных для точной
обработки, существенно влияют на погрешности обработки. Основным источником температурных погрешностей является неравномерный нагрев
различных мест станка в процессе его работы. Изменение температуры от-
дельных точек подчиняется экспоненциальной зависимости, поэтому и закон изменения во времени линейных тепловых деформаций можно представить в виде
Dl t = Dl0 × (1 - e - bt )
где:
b — параметр, зависящий от коэффициента теплоотдачи, теплоемкости узла, от его массы и основных размеров.
Источниками нагрева являются:
- процесс резания;
- тепловые процессы в электродвигателях
- трение в подвижных узлах станка.
- Трение в механических передачах
Основным источником является процесс резания . На его долю приходится до 70% выделяемой при работе станка теплоты.
Нагрев узлов станка после начала его работы, особенно узлов, удаленных от источника нагрева, происходит монотонно в течение нескольких часов до некоторой установившейся температуры (рис. 4.8).
Рис. 4.8 Температурные деформации
Если имеет место чередование пуска и остановки, то температура и
соответствующие температурные деформации изменяются как некоторая
случайная функция Суммарное влияние температурных деформаций ряда
узлов при различной интенсивности их нагрева нередко приводит к знакопеременному характеру погрешности обработки.
Основными способами снижения температурных погрешностей является:
- интенсивный отвод тепла из зоны резания и от электродвигателей;
- расположение электродвигателей и емкостей для охлаждающей
жидкости вне несущей системы станка;
- применение теплоизоляции электродвигателей;
- интенсивное смазывание трущихся поверхностей (подшипники,
зубчатые передачи);
- применение автоматических систем управления температурными
деформациями.
ТЕМА 5. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ В МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКАХ.
Поверхность любой детали, обрабатываемой на металлорежущем
станке можно рассматривать как состоящую из отдельных, так и в совокупности простых поверхностей таких как: плоскость, линейчатая, цилиндрическая, коническая, сферическая, торовая, винтовая и т.д.
Все поверхности получаемые на металлорежущих станках можно рассматривать как совокупность образующих линий 1, перемещаемых по направляющей линии 2 (рис. 5.1). Эти линии называются производящими.
Плоские, линейчатые, цилиндрические поверхности являются обратимыми, так как для их получения производящие линии могут менять свои
функции
Рис. 5.1 Поверхности обрабатываемые на станках
Движения инструмента и заготовки непрерывно образующие производящие линии, а следовательно и поверхности, называются формообразующими. Эти движения могут быть вращательными или поступательными. Если эти движения не зависят друг от друга, то они называются простыми, а если зависят, то сложными.
Любая поверхность может быть получена любым из существующих
четырёх методов или совокупность каких либо двух из них.
1. Метод копирования (рис. 5.2).
При этом методе образующая линия
является копией режущей кромки инструмента. В виду того, что образующая линия, её форма и размеры, задается формой режущей кромки, при
этом методе требуется только одно
формообразующее движение, для получения направляющей линии. ВтоРис. 5.2 Метод копирования
рое движение присутствующее здесь является не формообразующим, а установочным.
2. Метод следа (рис. 5.3).
При этом методе образующая линия является следом вершины режущей кромки инструмента. Так как за один проход будет обрабатываться
поверхность, соответствую- щая
размеру вершины режущей кромки, то для обработки поверхности, размер которой больше размера вершины режущей кромки
требуется еще одно движение,
Рис. 5.3 Метод следа
перемещающее вершину режущей кромки по направляющей
линии. Таким образом, этот метод требует два формообразующих движения для образующей и для направляющей линий.
3. Метод касания (рис.5.4).
При этом методе образующая линия является огибающей мест касания траектории вращения вершины режущей кромки инструмента и заготовки при
относительном их перемещении с проскальзыванием. Этот метод требует два
формообразующих движения. Одно для
вращения инструмента, а второе для относительного перемещения с проскальзываРис. 5.4 Метод касания
нием инструмента и заготовки. Движения
могут быть оба вращательные или одно их
них поступательное. Этот метод характерен для инструмента со множеством режущих вершин.
4. Метод огибания (рис. 5.5).
При этом методе образующая линия получается как огибающая множества промежуточных положений вершины режущей кромки
инструмента при взаимном обкатывании инструмента и заготовки
без проскальзывания. Этот метод
требует два формообразующих
движения – движения взаимного
обкатывания. Эти движения моРис. 5.5 Метод огибания (обката)
гут быть оба вращательными или
одно вращательное, а другое поступательное.
ТЕМА 6. ДВИЖЕНИЯ В МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ.
Все движения в металлорежущих станках называются исполнительными
и по их целевому назначению делятся на:
- формообразующие;
- установочные;
- делительные;
- управляющие;
- вспомогательные.
1. Формообразующие движения.
Так как формообразующие движения участвуют в формообразовании,
они являются одновременно движениями резания. Различают следующие
движения резания.
Главное движение (движение резания) – это движение обеспечивающее
отделение припуска, то есть подвод материала к режущему клину. Если в
станке только одно формообразующее движение, то это движение резания.
Это движение может быть как вращательным так и поступательным.
Движение подачи – это движение, обеспечивающее непрерывный подвод под режущую кромку новых участков заготовки. Если в станке два формообразующих движения, то одно из них, как правило, с меньшей скоростью,
является движением подачи. Движений подач в станке может не быть совсем,
в этом случае это движение реализуется инструментом, а может быть несколько это бывает в том случае, если для формообразования используется
два метода формообразования.
Движение врезания – это движение при котором происходит врезание
инструмента на заданную ширину режущей кромки, или выход на заданный
режим резания.
Перечисленные выше движения являются режимными, то есть скорость
их рассчитывается в зависимости от основных параметров материала, инструмента и д.р.
Делительные формообразующие движения – это движения, которые осуществляют непрерывное деление поверхности заготовки в процессе резания.
Скорость этого движения является функцией скорости главного движения или скорости подачи, а аргументами этой функции являются параметры
инструмента или заготовки.
2. Установочные движения.
Установочными называют движения заготовки и инструмента, необходимые для перемещения их в такое относительное положение, при котором
становится возможным с помощью формообразующих движений получать
поверхности требуемого размера. Примером установочного движения является поперечное движение резца для установления его в положение, позволяющее получить круговой цилиндр требуемого диаметра D.
3. Делительные движения.
Делительными называют движения, необходимые для обеспечения равномерного расположения на заготовке одинаковых образуемых поверхно-
стей. Например, при нарезании двухзаходной резьбы фасонным резцом. После нарезания одной винтовой канавки требуется повернуть заготовку на
180° для нарезания второй винтовой канавки. Поворот заготовки на 180° и
будет делительным движением. Движением деления будет также движение
поворота дисковой фрезы на определённый угол при затыловании ее зубьев.
Делительные движения могут быть периодическими или непрерывными,
что зависит в основном от конструкции режущего инструмента. Непрерывные делительные движения по своей структуре совпадают с одним из формообразующих движений, которое выполняет одновременно процессы формообразования и деления.
4. Вспомогательные движения.
К вспомогательным движениям относятся движения, обеспечивающие
установку, зажим, освобождение, транспортирование, быстрое перемещение
заготовки и режущего инструмента в зону резания, смазывание, удаление
стружки, правку инструмента и т. п.
5. Управляющие движения.
К движениям управления относят те, которые совершают органы управления, регулирования и координирования всех других исполнительных движений станка. К таким органам относятся муфты, реверсирующие устройства, кулачки, ограничители хода и др.
Любое исполнительное движение в станке можно охарактеризовать пятью пространственными параметрами:
- траекторией;
- скоростью;
- направлением;
- путем;
- исходной точкой.
В зависимости от характера движения его настраивают по одному или
нескольким параметрам. Наиболее важным параметром является скорость.
Выражения для определения скоростей (м/мин) исполнительных движений в зависимости от исполнительных механизмов, выраженных через кинематические параметры станка и геометрические параметры инструмента или
заготовки, приведены ниже.
p ×d ×n
V=
- для вращательного движения заготовки или инструмента.
1000
p ×m× z×n
V=
- для поступательного движения заготовки или инстру1000
мента с зубчато-реечным тяговым устройством.
k ×t ×n
V=
- для поступательного движения заготовки или инструмента с
1000
винтовым или червячно-реечным тяговым устройством.
R - R1 360 × n
V= 2
×
- для поступательного движения заготовки или инстa
1000
румента с плоским кулачковым тяговым устройством (рис. 6.1 а).
hi p × d 1 × n
×
- для поступательного движения заготовки или инструli 1000
мента с цилиндрическим кулачковым тяговым устройством (рис.6.1 б).
L × n × 360
V=
- для поступательного движения заготовки или инструменa × 1000
та с кулисным тяговым устройством (рис. 6.1 в).
где:
d – диаметр обработки или инструмента (мм).
n – частота вращения заготовки или инструмента (об/мин).
m – модуль зацепления (мм).
z – число зубьев шестерни.
k – число заходов винта или червяка.
t – шаг винта или червяка. (мм)
R1 R2 – соответственно начальный и конечный радиусы рабочего участка
дискового кулачка. (мм)
hi – высота подъема рабочего участка цилиндрического кулачка. (мм)
li – длина окружности рабочего участка цилиндрического кулачка. (мм)
d1 – диаметр цилиндрического кулачка. (мм)
L – длина хода ползуна кулисного механизма. (мм)
a - угол рабочего хода кулисы или кулачка.
V=
Рис.6.1 Тяговые устройства
ТЕМА 7. КИНЕМАТИКА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ.
Каждое исполнительное движение в металлорежущем станке создается
кинематической группой. Кинематической группой называется совокупность:
- источника движения,
- исполнительного органа, т.е. органа исполняющего движение,
- кинематических связей,
- органов настройки, обеспечивающих заданные параметры движения.
В качестве источника движения чаще всего используется электродвигатель. Исполнительными органами в станке являются: шпиндель; стол; салазки;
суппорт; ползун и т.д. Кинематические связи представляют собой совокупность
различных механических передач: зубчатых; червячных; ремённых и т.д. В качестве органов настройки используются гитары сменных колес, коробки скоростей и подач.
В зависимости от числа исполнительных движений, реализуемых кинематической группой, группы делятся на простые с одним движением, и на сложные с двумя или более жестко взаимосвязанными движениями. Количество исполнительных движений, необходимых для реализации кинематической группой, зависит от вида обрабатываемой поверхности и выбранного метода формообразования. Примеры кинематических групп приведены ниже (рис. 7.1).
Рис. 7.1 Кинематические группы 1,2 – простые; 3,4 - сложные
Простые кинематические группы имеют только одну связь внешнюю от
источника движения до исполнительного органа. Сложные кинематические
группы имеют внутреннюю кинематическую связь между исполнительными
движениями, а, следовательно, между исполнительными органами, и связь наружную между источником движения и внутренней связью.
Совокупность кинематических групп, реализующих все исполнительные
движения, образуют кинематическую структуру станка. Кинематическая структура наглядно показывает все исполнительные движения в станке и связи между источниками движений и исполнительными органами, а так же связь между
отдельными исполнительными движениями.
Различают три типа кинематических структур.
Первый тип – элементарные кинематические структуры (рис.7.2). Это
структуры состоящие из простых групп. Они обозначаются буквой Э и двумя
цифрами первая цифра обозначает количество групп, а вторая количество исполнительных движений. Ниже приведены примеры элементарных структур.
Нижняя правая структура, несмотря на один источник движения, является
так же элементарной, так как в этой структуре связь между исполнительными
движениями не жёсткая. В этой связи находятся два органа настройки для различных движений.
Рис. 7.2 Элементарные кинематические структуры
Второй тип – сложные кинематические структуры (рис. 7.3). Это
структуры состоящие из сложных групп. Они обозначаются буквой С и двумя
цифрами первая цифра обозначает количество групп, а вторая количество исполнительных движений. Ниже приведены примеры сложных структур.
Рис. 7.3 Сложные кинематические структуры
Третий тип – комбинированные кинематические структуры (рис. 7.4).
Это структуры состоящие из простых и сложных групп. Они обозначаются буквой К и двумя цифрами
первая цифра обозначает
количество групп, а вторая
количество исполнительных движений. Ниже приведен пример комбинированной структуры.
Рис. 7.4 Комбинированная кинематическая структура
Кинематическая настройка станков. Под кинематической настройкой
станка понимают настройку его цепей, обеспечивающую требуемые скорости
движений исполнительных органов станка, а также, при необходимости, условия кинематического согласования перемещений или скоростей исполнительных органов между собой. Цель таких согласований — образование поверхности с заданными формой, размерами, точностью и шероховатостью. Кинематическая настройка является составной частью наладки станка.
В большинстве металлорежущих станков с механическими связями для настройки кинематических цепей применяют органы кинематической настройки в
виде гитар сменных зубчатых колес, а также ременных передач, вариаторов, регулируемых электродвигателей, коробок скоростей и подач, характеристикой
которых является общее передаточное отношение i органа.
Значение передаточного отношения органа настройки определяют по формуле настройки и затем реализуют в гитарах сменных зубчатых колес подбором
и установкой соответствующих колес в гитаре, а в коробках скоростей и подач
— зацеплением соответствующих зубчатых колес.
Для вывода формулы расчета передаточного отношения любого органа
кинематической настройки, необходимо по кинематической схеме станка наметить такую цепь передач, в которой расположен данный орган и написать уравнение настройки. Сначала пишут уравнение настройки в общем виде, где указывается начальный элемент цепи и конечный, а затем в развернутом виде где
указывают известные перемещения или скорости конечных звеньев этой цепи,
связанные функциональной или требуемой зависимостью
В станках используются следующие основные уравнения настройки.
Цепи главного вращательного движения.
n эл × c × i = nшп .
n эл ® nшп
Цепи главного поступательного движения.
n эл ® v ст
n эл × c × H × i = v ст
Цепи минутной подачи.
n эл ® s ст
n эл × c × H × i = s ст
Цепи оборотной подачи.
1об ® s ст
1об × c × H × i = s ст
Резьбонарезной цепи.
1об ® H ' ст
1об × c × H × i = H ' ст
Цепи деления, если инструмент и заготовка в процессе деления образуют
червячную пару.
k
k
1об ® об.ст 1об × c × i = об.ст
z
z
Цепи деления, если инструмент и заготовка в процессе деления образуют
зубчатую пару.
z
z
1об ® и об.ст 1об × c × i = и об.ст
zз
zз
Цепи настройки на величину пути.
1об ® Q ст
1об × c × i × 360 = Q ст
Если оборотная или минутная подачи реализуются вращательным движением, то в уравнения настройки вместо параметра H подставляется p × d . Где d
диаметр обработки.
Где:
n – частота вращения электродвигателя или пшинделя.
v – скорость перемещения.
c – константа кинематической цепи.
i – передаточное отношение органа настройки (величина которую надо определить)
H – ход кинематической пары преобразующей вращательное движение в
поступательное.
H’ – ход нарезаемой резьбы.
s - подача
k – число заходов
z – число зубъев
Q - угол поворота выходного вала кинематической цепи
1 об – один оборот входного вала кинематической цепи.
ТЕМА 8. ОСОБЫЕ МЕХАНИЗМЫ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ.
К особым механизмам кинематических цепей можно отнести:
- суммирующие (дифференциальные) механизмы;
- реверсирующие механизмы;
- механизмы обгона;
- механизмы периодического действия;
- механизмы управления кинематическими цепями.
1. Суммирующие механизмы.
Суммирующие механизмы встраиваются в специальные суммирующие
(дифференциальные) цепи для суммирования движений с целью расширения
диапазона настройки на заданный параметр обработки или для ускоренных перемещений путем сложения (вычитания) движений двух кинематических цепей. В качестве суммирующих механизмов используются в основном червячные передачи особой конструкции, планетарные редукторы и конические дифференциалы.
Червячные дифференциальные передачи (рис. 8.1). В этих передачах червяк имеет некоторое осевое перемещение в результате одновременного вращательного и поступательного движения червяка червячное колесо имеет суммарное вращательное движение, которое можно определить по формуле
z
l
å n = n × z1 ± p × m × z
2
2
где
m – модуль зацепления.
z – число зубьев колеса
Остальные обозначения приведены на рисунке. Данный суммирующий механизм применяется
Рис. 8.1 Червячная
в основном для коррекции кинематических подифференциальная передача грешностей обкатных цепей или цепей деления в
зубообрабатывающих станках. Приводом осевого
перемещения червяка служит копир.
Планетарные редукторы (рис. 8.2). Данные механизмы служат для ускоренного перемещения исполнительных органов станков и для расширения диапазона регулирования резьбонарезных или обкатных цепей. Ниже приведена
схема планетарного редуктора. Частота вращения выходного вала определяется
по формуле
n 3 = n1 ± n 2 = z × n1 ± (1 - z ) × n 2
z z
где: z = 1 × 3
z 2 z4
Рис. 8.2 Планетарный редуктор
Конический дифференциал (рис. 8.3). Данный механизм применяется в основном для суммирования движений в обкатных цепях зубообрабатывающих
станков и некоторых других. Кинематическая схема дифференциала представлена на рисунке. Основными конструктивными элементами являются:
- Т – образный вал, на котором располагается свободно одно или два колеса;
- корпус к которому жестко крепится с одной стороны коническое колесо, а с другой какой либо приводной элемент (шкив, шестерня, червячное колесо и т.д.);
- прямой вал на котором жестко крепится коническое колесо.
Рис. 8.3 Конический дифференциал и его скоростная диаграмма
Число зубъев всех конических колес как правило одинаковое. Передаточное отношение данного механизма может быть различным в зависимости от
схемы сообщения ему движений, то есть каким элементам: корпусу, Т – образному валу или прямому валу будут сообщатся или не сообщаться движения, а с
какого элемента движение будет сниматься. Рассмотрим векторную диаграмму
этого механизма когда ведущим будет Т – образный вал, ведомым – прямой
вал, а корпус будет неподвижен. Из диаграммы видно, что окружная скорость
колеса на прямом валу будет в два раза выше, чем на Т – образном, а значит
передаточное отношение будет равно двум. Для определения передаточных отношений для всех других случаев построим аналогичные векторные диаграммы, а результаты построений сведем в таблицы для случаев когда данный механизм работает как обычный, и как суммирующий.
Рис. 8.4 - Скоростные диаграммы конического дифференциала
при различных способах передачи движения в нём
В случае когда механизм работает как простой его передаточное отношение может меняться от 0,5 до 2, а когда он работает как суммирующий его передаточные отношения меняются от 0 до 3 в зависимости от того совпадают
или не совпадают направления вращений ведущих валов.
Вед
Т
Т
П
П
К
К
неп
К
П
Т
К
Т
П
Ведо
П
К
К
Т
П
Т
i
2
2
1
0,5
1
0,5
Вед
Ведо
i
ТиК
П
2 ± 1 = 3(1)
ТиП
К
2 ± 1 = 3(1)
ПиК
Т
0,5 ± 0,5 =1(0)
2. Реверсирующие механизмы. Реверсирующие механизмы служат для
изменения направления движения. Существуют следующие основные типы реверсирующих механизмов.
Механизм цилиндрических трензелей (рис. 8.5). Этот механизм состоит из
входного вала, выходного вала на которых устанавливаются зубчатые колеса,
промежуточной оси, на которой устанавливается паразитная шестерня. Ниже
приведены кинематические схемы основных типов цилиндрических трензелей.
iп =
z1 z 0 z1
×
=
z0 z3 z3
z
i0 = 2
z3
iп =
i0 =
z1
z2
z3
z4
iп =
z1 z 0 z1
×
=
z0 z2 z2
i0 =
z1
z2
Рис. 8.5 Механизм цилиндрических трензелей
Шестерня ZO служит для сохранения направления вращения выходного вала.Недостатком первого типа является непостоянство передаточных отношений
iО, iП прямого и обратного движения.
Конический трензель (рис. 8.6). Конический трензель состоит из двух валов и трех конических зубчатых колес. Одно колесо установлено на ведущем валу и жестко закреплено. Два
других колеса, входящие в зацепление с первым, установлены на выходном валу и вращаются на нем свободно в противоположных направлениях. Между этими
колесами находится муфта, соединенная с выходным
валом посредством скользящей шпонки. Эта муфта
может входить в зацепление с полумуфтами колес.
Вводя муфту в зацепление с полумуфтами правого или левого колеса, можно
получать на выходном валу правое или левое вращение.
Составное колесо (рис. 8.7). Данный механизм используется в станках достаточно редко (из-за сложности конструкции) в тех случаях, когда во время реверса останавливать движение не желательно. Ниже представлены кинематические схемы данного механизма для осуществления реверса вращательного и
поступательного движений.
Рис. 8.7 Составные реверсивные колёса
3. Механизмы обгона (рис. 8.8). Эти механизмы служат для передачи различным участкам кинематической цепи различные частоты вращения от индивидуальных приводов. Например, если какому либо участку кинематической
цепи в некоторый момент времени необходимо сообщить ускоренное движение, то это можно осуществить при помощи обгонной муфты, установленной в
начале этого участка. Причем движение на обгонную муфту передается от индивидуального привода. Ниже приведены конструкции двух обгонных муфт:
храповой и роликовой.
4. Механизмы периодического действия (рис. 8.9, 8.10). Данные механизмы предназначены в кинематических цепях для преобразования непрерывного
движения в периодически повторяющиеся движения. Например непрерывное
вращательное движение в прерывистое вращательное движение, непрерывное
вращательное
движение
в
возвратно-поступательное,
возвратнопоступательное в прерывистое вращательное и т.д. К таким механизмам относятся мальтийский, кривошипно-шатунный в сочетании с обгонным. Ниже
приведены кинематические схемы этих механизмов.
5. Механизмы управления кинематическими цепями. Данные механизмы служат для включения и выключения кинематических цепей или их участков. Для этого служат муфты:
- кулачковые торцовые и периферийные;
- шариковые;
- фрикционные механические и электромагнитные
Данные муфты используются так же для автоматического отключения при
превышении нагрузки в кинематической цепи.
- однооборотные (рис. 8.11).
Они служат для автоматического отключения кинематической цепи или ее
части при совершеннии одного оборота муфты.
Рассмотрим принцип работы этой муфты на примере работы токарного автомата.
Управление этой муфтой осуществляется от барабанов, установленных на
распределительном валу автомата. На барабанах закреплены специальные сухарики, включающие исполнительные механизмы, которые после выполнения
заданного цикла движения автоматически отключаются с помощью самовыключающихся однооборотных муфт. Ведущая часть 9 кулачковой муфты (рис.,
а) вращается вместе с валом VII. На нем же свободно сидит подвижная полумуфта 3, которая справа имеет два удлиненных торцовых кулачках 4, входящих
в вырезы ступицы зубчатого колеса 10. Пружина 11 стремится переместить полумуфту 3. влево, но палец 2, установленный на рычаге 8, находится в пазу
муфты, не давая ей включаться. Команда на включение муфты подается от распределительного вала IX (рис. б) кулачком 6 барабана 7. При вращении барабана кулачок поднимает правый конец рычага 8, и палец освобождает подвижную
полумуфту 3. Под действием пружины 11 (рис., а) она смещается влево и входит в зацепление с. ведущей полумуфтой 9. Одновременно призматический
фиксатор 1, сидящий на рычаге 5, выжимается из паза. В новом положении
(рис.,в) детали 9 и 3 начинают вращаться вместе с валом VII, а палец 2 и фиксатор 1 скользят по цилиндрическим поверхностям полумуфты 3. Когда фигурный паз 12 с рабочим скосом АВ подойдет к пальцу 2, последний под действием пружины западает в него, и при дальнейшем движений полумуфты палец,
перемещаясь по скосу АВ, выжимает эту полумуфту вправо и выводит ее из зацепления с полумуфтой 9. Одновременно фиксатор 1 западает в призматический паз полумуфты 3 и фиксирует ее.
Рис. 8.11 Однооборотная муфта
ТЕМА 9. КИНЕМАТИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА СТАНКОВ СО СЛОЖНЫМИ ФОРМООБРАЗУЮЩИМИ ДВИЖЕНИЯМИ.
В данной теме рассмотрим вопросы, связанные с кинематической настройкой
станков со сложными формообразующим движениями. При кинематическом анализе необходимо пользоваться следующей литературой: 1. А.М. Кучер. Немые кинематические схемы металлорежущих станков; 2. В.И. Калинкин. Кинематика металлорежущих станков.
Наиболее распространенными станками со сложными формообразующим движениями, требующими настройки кинематических цепей, являются:
- токарно-винторезные станки;
- токарно-затыловочные;
- зубодолбежные;
- зубофрезерные
- зуборезные для нарезания конических колес с круговым зубом;
- зубострогальные для нарезания конических колес с прямым зубом;
- резьбофрезерные и другие.
Разберем более подробно только перечисленные выше станки.
1.Токарно-винторезный станок модели 1К62Д.
При выполнении токарных операций этот станок не требует расчета кинематических параметров органов настройки в цепи подач, каковыми являются гитара
сменных колес и коробка подач.
При нарезании резьбы резцом требуется дополнительная настройка в зависимости от типа резьбы.
Метрическая резьба задается шагом T = t мм.
Дюймовая резьба задается числом ниток n на 1”(дюйм), а шаг резьбы определяется по формуле T = 25.4 n мм.
Модульная резьба задается модулем m, а шаг резьбы определяется по формуле
T = p × m × z мм.
Притчевая резьба задается диаметральным питчем Р, а ее шаг определяется по
формуле T = 25.4 × p P
На рисунке 9.1 представлена кинематическая структура резьбонарезной кинематической цепи. Где iУШ – звено увеличения шага, которое располагается, как правило, в коробке
скоростей; iГ – гитара сменных колес; iК – коробка
подач, t – шаг ходового винта станка.
Уравнение кинематической настройки в общем виде для резьбонарезной кинематической
цепи имеет вид
1об .шп × c × iУШ × i Г × i К × t Х = T
Рис. 9.1 Структурная смема
При нарезании резьб со стандартными шагатокарно-винторезеоно стана
ми передаточные отношения органов настройки
принимают следующие значения: При нарезании метрических и дюймовых резьб
передаточное отношение гитары сменных колес i Г = 42 50 , а при нарезании модульных и питчевых резьб i Г = 64 97 ; Величины iУШ и iК определяются конструкци1
ей станка и устанавливаются органами управления коробки скоростей (звено увеличения шага) и коробки подач.
При нарезании резьб с нестандартным шагом ТН передаточное отношение гита42 Т Н
64 Т Н
×
или i Г =
×
ры определяется i Г =
50 Т
97 Т
При нарезании точных резьб коробка подач исключается из кинематической
цепи, и уравнение настройки имеет вид
1об .шп × c × iУШ × i Г × t Х = T
При нарезании многозаходных резьб шаг необходимо умножить на число заходов.
2.Токарно-затыловочный станок модели К96.
Настройка токарно-затыловочного станка зависит от выполняемой операции.
Рассмотрим операцию, при которой используются все кинематические цепи, а, следовательно, осуществляется полная настройка. Такой операцией является затылование зубьев червячной фрезы с винтовыми канавками. При выполнении этой операции используются следующие кинематические цепи:
Цепь главного движения начинается от электродвигателя и заканчивается
шпинделем. Настройка этой цепи осуществляется коробкой скоростей и не требует
расчета.
Цепь продольной подачи (винторезное движение вдоль оси детали) начинается
от шпинделя и заканчивается ходовым винтом с шагом t –12,7 мм. Органом настройки является гитара сменных колес a – b и c – d. Уравнение настройки имеет
вид
1об .шп × c × i Г × 12 ,7 = T
Т – шаг витков фрезы
Цепь затыловочного делительного движения заимствуется также от шпинделя и
передается кулачку привода возвратно-поступательного движения поперечных салазок. Органом настройки является гитара сменных колес a1 – b1 и c1 – d1. Сменные
колеса гитары подбираются так, чтобы при повороте шпинделя на один оборот, кулачок совершил z оборотов (z – число зубьев затылуемой фрезы на одном обороте).
Уравнение настройки имеет вид
z
1об .шп × c × i Г × 0.5 =
N
0,5 – передаточное отношение дифференциала
N – число подъёмов на кулачке
Цепь дифференциала используется для дополнительного приращения (вычитания) скорости вращения кулачка при продольном перемещении салазок. Движение
заимствуется от ходового винта и передается на корпус дифференциала для суммирования с делительным движением. Органом настройки является гитара сменных
колес a2 – b2 и c2 – d2. Формула для расчета передаточного отношения гитары
T/
z
1об .х .в . × c × i Г ×
=
t
N
/
Т – шаг винтовой канавки фрезы
Т ¢ = p × d × tgb
d – диаметр фрезы
2
b - угол наклона винтовой стружечной канавки фрезы (рис. 9.2)
α – угол подъёма винтовой линии линии зубьев фрезы
Рис. 9.2 Параметры червячной фрезы
Кинематическая структура станка при выполнении этой операции (рис. 9.3)
Рис. 9.3 Структурная схема токарно-затыловочного станка
3.Зубодолбежный станок модели 514
Настройка станка заключается в определении параметров настройки и настройки следующих кинематических цепей:
Цепь главного движения начинается от электродвигателя и заканчивается
шпинделем в котором установлен долбяк. Уравнение настройки.
n ЭЛ × c × iV = n ДВ . Х . Д
Цепь круговой подачи. Движение заимствуется от возвратно-поступвательного
движения шпинделя и передается на вращательное движение шпинделя. Уравнение
настройки
1ДВ . Х × c × i S × p × m × z Д = s КР
m, zД – соответственно модуль и число зубьев долбяка.
Цепь радиальной подачи. Движение заимствуется от возвратнопоступвательного движения шпинделя и передается на вращательное движение кулачка. Уравнение настройки
1ДВ . Х × c × i S Р × Н = s Р
Н – ход кулачка
Цепь обката (деления). Движение заимствуется от вращения шпинделя и передается на вращение стола с заготовкой. Уравнение настройки
z
1ОБ .Ш × c × i Х = Д
zЗ
zД и zЗ – соответственно число зубьев долбяка и заготовки
Кинематическая структура станка имеет вид (рис.9 .4)
3
Рис. 9.4 Структурная схема зубодолбёжного станка
4.Зубофрезерный станок модели 5К324А.
Настройка этого станка зависит от вида выполняемой операции. Наиболее
сложными операциями являются нарезание косозубого цилиндрического зубчатого
колеса методом осевой подачи и нарезание червячного колеса методом тангенциальной подачи. Рассмотрим первую операцию. Для выполнения этой операции требуется главное движение, движение осевой подачи, движение обката и суммирующие движение.
Главное движение заимствуется от электродвигателя и передается на шпиндель. Уравнение настройки.
n ЭЛ × c × iV = n ШП
Движение обката заимствуется от шпинделя и предается столу с заготовкой.
Уравнение настройки.
k
1ОБ .Ш × c × i Х =
z
k и z – соответственно число заходов червячной фрезы и число зубьев нарезаемого зубчатого колеса.
Движение осевой подачи заимствуется от стола с заготовкой и передается суппорту. Уравнение настройки.
1ОБ .СТ × c × i S × H = sO
Н – ход винтовой передачи перемещающей суппорт
Схему получения наклонного (винтового) зуба можно представить следующим
образом. Допустим что зубчатое колесо состоит из набора пластин бесконечно малой толщины трение между которыми одинаково. Теперь условно нарежем один
прямой зуб. Жестко закрепим верхнюю пластину, а нижней сообщим некоторый поворот. При этом прямой зуб станет наклонным (см. рис. 9.5). Для образования наклонного (винтового) зуба необходимо
столу с заготовкой сообщать дополнительное вращение при осевом перемещении суппорта. Суммирующие движение
заимствуется от вертикального перемеРис. 9.5 - Схема образования наклонного зуба
щения суппорта и передается столу через
суммирующее устройство – конический дифференциал. Кинематически зависимость
вращение стола и перемещение суппорта можно определить следующим образом: за
один оборот заготовки (стола) фреза должна переместиться на величину шага винтовой линии зуба Т. Уравнение настройки.
4
1ОБ .СТ × c × iY × t ХВ = Т
p ×m× z
Sinb
m – модуль зуба в нормальном сечении
z – число зубьев нарезаемого колеса
b - угол наклона винтовой линии зуба
При нарезании червячного колеса методом тангенциальной подачи главное движение и движение обката
остаются такими же, а движение подачи и суммирующие
движения изменяются (рис. 9.6). Движение тангенциальной подачи заимствуется от стола с заготовкой и передается протяжному суппорту. Уравнение настройки.
1ОБ .СТ . × c × iТ × H = sТ
Н – ход винтовой передачи перемещающей тангенРис. 9.6 - Схема резания с циальный суппорт.
Для того чтобы нарезать зубья методом тангенцитанценциальной подачей
альной подачи необходимо при тангенциальном перемещении червячной фрезы ST сообщать дополнительное движение заготовки (см.
сему резания). Одно вращательное движение заготовки обуславливается делительным (обкатным) движением, а второе осевым перемещением червячной фрезы. В
данном случае червячную фрезу и заготовку можно рассматривать как дифференциальную червячную передачу. Кинематически зависимость вращение стола и перемещение протяжного суппорта можно определить следующим образом: за один
оборот заготовки (стола) фреза должна переместиться в тангенциальном направлении на величину длины делительной окружности колеса L. Уравнение настройки
1ОБ .СТ . × c × iY × t ХВ = L
где: L = p × m × z
m – модуль зуба
z – число зубьев нарезаемого колеса
Кинематическая структура станка при нарезании цилиндрического колеса с
винтовым зубом (рис. 9.7).
где: T =
Рис. 9.7 - Структурная схема станка при
нарезании колеса с винтовым зубом
5
5.Зубострогальный станок модели 526А.
Процесс нарезания зубьев на этом станке можно представить следующим образом. Представим себе два конических колеса находящихся в зацеплении. Развернем
образующий конус большего колеса так, как показано на рисунке а). Теперь удалим
все зубья этого колеса за исключением двух любых соседних и, оставив по половинке от каждого оставшегося, заменим их двумя резцами, как показано на рисунке б).
Теперь если сообщить резцам возвратно-поступательное движение, то они будут
формировать впадину на заготовке 1. Если резцы закрепить в суппортах и установить на люльке 2, и сообщить ей вращательное движение, то при взаимном обкатывании люльки и заготовки резцы сформируют один зуб. Если теперь заготовку от-
Рис. 9.8 Схема резания
вести от люльки и повернуть на величину углового шага зуба, то можно сформировать следующий зуб. Таким образом, можно обработать всю заготовку.
При использовании обкатного способа нарезания конических прямозубых колес требуются следующие движения в станке:
- главное движение это возвратно-поступательное движение резцов;
- движение круговой подачи это вращение люльки с резцами;
- движение обкатки это вращение заготовки согласованное с вращением
люльки;
- движение деления это ускоренное вращение заготовки для поворота на величину углового шага.
Главное движение возвратно-поступательное движение резцов заимствуется от
электродвигателя. Органом настройки является гитара А, В. Уравнение настройки
n ЭЛ × c × iV = n ДВ . Х
При обкатывании люльки и заготовки в процессе резания люлька должна поворачиваться на определенный угол Q, соответствующий степени перекрытия. За один
полный оборот управляющего барабана, т.е. за время нарезания одного зуба люлька
должна повернуться на угол Q и возвратиться назад. Органом настройки является
гитара e, f. Уравнение настройки
2 ×Q
1ОБ .Б × c × i P × (1 - 2 × n ) =
360 O
n – часть оборота управляющего барабана затрачиваемого на реверс люльки
(определяется конструктивными параметрами конкретного станка)
Движение круговой подачи заимствуется от цепи главного движения и передается на вращение люльки (угловая скорость вращения люльки). Органом настройки
является гитара a1 , b1 , c1 , d1. Уравнение настройки.
p ×m× z
1ДВ . Х × c × i S ×
= s КР
Sina
m, z – соответственно модуль и число зубьев нарезаемого колеса.
6
a - угол делительного конуса нарезаемого колеса.
Кинематическая структура станка (рис. 9.9). Движения обкатки и деления заимствуются от вращения люльки и передаются на заготовку. В этом станке эти движения передаются одной кинематической цепью, которая содержит два органа настройки: гитару обката a, b, c, d и гитару деления a2 , b2 , c2 , d2 , а так
же конический дифференциал для суммирования
движения обката (реверсивное вращение люльки),
которое присутствует постоянно и движения деления, которое включается периодически при повороте заготовки на величину углового шага зуба.
Уравнение настройки цепи обката.
z
1ОБ .Л × c × i X =
Sina
Уравнение настройки цепи деления
1
1ОБ .Л × c × i X × i ДИФ × i Д =
Sina
Рис. 9.9 Структурная схема
iДИФ = 1 передаточное отношение дифферензубострогального станка
циала
6.Зуборезный станок модели 525.
Процесс нарезания зубьев на этом станке можно представить следующим образом. Представим себе два конических колеса 1 и 2 находящихся в зацеплении. Развернув образующий конус колеса 2, так как показано на рисунке получим плоское
колесо CS. Теперь удалим все зубья этого колеса за исключением одного и заменим
его зуборезной головкой Г, по периферийной поверхности которой расположены
резцы Р. Теперь если сообщить головке вращательное движение, то траектория
движения резцов будет представлять собой профиль одного зуба. Если ввести вращающуюся головку в контакт с колесом 1, то резцы сформируют одну впадину. Если вращающуюся головку установить на люльку и вращать вокруг центра плоского
колеса, то мы получим обкатанный эвольвентный профиль боковых поверхностей
впадины
(боковых
поверхностей двух соседних
зубьев). Если теперь
заготовку отвести от люльки и
повернуть
на
величину углового шага зуба,
то можно сформировать следующий зуб. Таким
образом
можно
обработать всю заготовку.
Рассмотрим наиболее
простой
случай
обработки – нарезание
зубчатого колеса с круговым
зубом полуобкатным
способом. В этом случае
будет
следующий
цикл обработки
- прорезание резцами одной впадины;
- небольшое качательное движение люльки с головкой с целью приближения
боковых поверхностей к эвольвентному профилю;
- отвод заготовки от люльки;
- поворот заготовки на величину углового шага.
Главное движение заимствуется от электродвигателя и передается на головку.
Уравнение настройки
7
n ЭЛ × c × iV = n Л
Движение подачи заимствуется от цепи главного движения и передается бабке
изделия, в которой закрепляется заготовка. Перемещение бабки изделия осуществляется от цилиндрического кулачкового механизма. Органом настройки является
гитара a1 , b1 , c1 , d1 .Уравнение настройки
1ОБ .Г × c × i S × H = s
Н – ход кулачкового механизма
Движение деления заимствуется от вала на котором установлен цилиндрический кулачок и передается заготовке. Органом настройки является гитара сменных
колес a2 , b2 , c2 , d2 . Уравнение настройки
1
1ОБ .Р .В . × c × i Д =
z
z – число зубьев нарезаемого колеса
Кинематическая структура станка при выполнении этой операции
8.Резьбофрезерный станок модели 561.
Для анализа кинематической настройки рассмотрим операцию, которую чаще
всего выполняют на этом станке, а именно фрезерование резьбы.
Главное движение заимствуется от электродвигателя и передается на фрезу. В
качестве органа настройки используется коробка скоростей. Уравнение настройки.
n ЭЛ × c × iV = nФР
Движение круговой подачи заимствуется от шпинделя и передается на вращательное движение заготовки. В качестве органа настройки используется гитара d1 ,
c1 , b1 , a1 . Уравнение настройки.
1ОБ .Ф × c × i S × p × d = s КР
d – диаметр фрезеруемой резьбы.
Винторезное движение (осевое перемещение суппорта) заимствуется от вращательного движения заготовки и передается через ходовой винт с шагом 12,7 мм на
суппорт. Органом настройки является коровка подач. Уравнение настройки.
1ОБ .З × c × iО × 12.7 = k × t
t – шаг фрезеруемой резьбы.
k – число заходов фрезеруемой резьбы.
При фрезеровании шлицев на этом станке вращательное движение от фрезы передается заготовке через гитару сменных колес a, b, c, d. Уравнение настройки.
k
1ОБ .Ф × c × i X =
z
8
k – число заходов фрезы.
z – число шлицев.
Кинематическая структура станка при фрезеровании резьбы.
9
ТЕМА 10.ТОКАРНЫЕ АВТОМАТЫ.
Автоматом называется станок, в котором автоматизированы все основные
и вспомогательные движения, необходимые для выполнения технологического
цикла обработки заготовок, а также загрузка и выгрузка.
Автоматы делят на :
- универсальные и специализированные;
- прутковые и патронные;
- одно и многошпиндельные;
- горизонтальные и вертикальные.
Автоматическое управление циклом обработки осуществляется с помощью
распределительного вала, на котором сидят кулачки различной конфигурации,
связанные через передаточные механизмы с исполнительными органами (суппортами). По форме кулачки бывают дисковые и цилиндрические.
По некоторым особенностям управления циклом автоматы можно подразделить на три группы.
К первой группе относятся автоматы, которые имеют один Р.В., вращающийся с постоянной частотой для данной настройки.
Ко второй группе относятся автоматы, которые имеют один Р.В., вращающийся с двумя частотами, nР для выполнения рабочих и nВ вспомогательных
движений.
К третьей группе относятся автоматы, имеющие, кроме распределительного вала, вращающегося с постоянной рабочей частотой, быстроходный вспомогательный вал, осуществляющий вспомогательные движения.
Ниже представлены кинематические структуры автоматов этих групп.
Ш – шпиндель, Р.В. – распределительный вал, В.В. – вспомогательный вал,
К – кулачки, i – органы настройки главного движения и подачи.
К первой группе относятся автоматы с производительностью более 10
шт./мин (фасонно-отрезные автоматы). Ко второй группе относятся автоматы с
производительностью менее 1 шт./мин (автоматы продольного точения). К
третьей группе относятся автоматы с производительностью менее 10 шт./мин
но более 1 шт./мин (токарно-револьверные автоматы).
Типы одношпиндельных токарных автоматов.
Наиболее распространенными типами автоматов являются: фасонноотрезные автоматы; автоматы продольного точения; токарно-револьверные автоматы.
Фасонно-отрезные автоматы предназначаются для изготовления из
прутка или бунта коротких деталей малого диаметра и простой формы.
Схема резания автомата:
1 – шпиндель
2 – поперечные суппорты с инструментами
3 – упор подачи заготовки
Заготовка устанавливается в шпиндель и ей сообщается вращательное
движение, поперечные суппорты с инструментами перемещаются в радиальном
направлении, упор подачи заготовок служит для ограничения подачи заготовки.
Перемещение суппортов и упора осуществляется от кулачков распределительного вала.
Автомат относится к автоматам первой группы.
Автоматы продольного точения предназначены для изготовления из
прутка тонких длинных деталей.
Схема работы автомата.
1 – шпиндель, 2 – дополнительный высокоскоростной шпиндель, 3 –
балансирные суппорты, 4 – балансир, 5 – люнетная стойка, 6 – распределительный вал, 7 – кулачок, 8 – люнетные суппорты.
Заготовка устанавливается в шпиндель и ей сообщается вращательное
движение (главное) и поступательное движение (подачи). Инструменты устанавливаются в суппорты балансира и люнета, которые совершают установочные перемещения от кулачков, установленных на распределительном валу.
Станки оснащаются дополнительными шпинделями, в которые устанавливаются концевые инструменты, осевые перемещения которых осуществляются так
же от кулачков распределительного вала.
Автомат относится к автоматам второй группы.
Токарно-револьверные автоматы предназначаются для изготовления
относительно коротких деталей сложной конфигурации. Для обработки таких
деталей требуется большое количество инструмента, для размещения которых
имеется шести позиционная револьверная головка и три боковых суппорта.
1 – шпиндель
2 – револьверный суппорт
3 - поперечный суппорт
Заготовка устанавливается в шпинделе и получает вращательное движение. Резцы устанавливаются в поперечные суппорты и в револьверную головку.
Подвод и отвод суппортов 3 и револьверной головки 2 осуществляется кулачками распределительного вала. Быстрый отвод револьверной головки и ее поворот осуществляется вспомогательным валом. Эти автоматы относятся к
третьей группе.
Основными узлами автоматов являются: несущая система; суппорты; механизм подачи заготовки; механизм зажима; цикловая система управления с
распределительным валом.
Несущая система воспринимает (замыкает на себя силовое поле) силы резания. Суппорты служат для перемещения режущего инструмента.
Механизм подачи служит для подачи заготовки до упора
1 – заготовка, 2 – стакан, 3
– зажимные шарики, 4 –
подающая цанга, 5 – тяга, 6
– кулачок перемещения
тяги.
Механизм зажима заготовки.
При перемещении стакана в право он своей конической поверхностью на-
1 – заготовка.
2 – зажимная цанга.
3 – стакан.
4 – кулачок перемещения стакана.
жимает на лепестки зажимной цанги – происходит зажим заготовки. При перемещении стакана в лево лепестки зажимной цанги разжимаются и происходит
разжим заготовки.
Производительность автоматов.
Основным показателем автомата является штучная производительность
1
Q = шт / сек
tk
tk – калькуляционное время обработки заготовки
t
t k = t шт + п. з.
n
t
но т.к. n >> то п. з. ® 0 и
n
60
шт / мин
t шт.
tшт – длительность цикла обработки
t шт. = t p + t x
tp – продолжительность рабочих ходов
tx – продолжительность холостых ходов (не совмещенных)
Q рас. =
Наладка автоматов.
Наладка автомата состоит из следующих этапов:
- составление плана обработки;
- составление расчетной карты;
- изготовление оснастки;
- настройка станка.
Составление плана обработки
При составлении плана обработки необходимо выполнение следующих
требований.
1. Совмещение рабочих операций
2. Совмещение рабочих и холостых ходов разных суппортов
3. При сверлении отверстий необходима их предварительная зацентровка
4. Для уменьшения длины рабочих ходов при сверлении ступенчатых отверстий сначала сверлят отверстия большего диаметра.
5. В конце рабочих ходов необходимо предусматривать выстой инструмента с целью предупреждения овальности и возникновения заусенца.
6. Нарезание резьбы не следует совмещать с другими операциями.
Для всех рабочих переходов плана обработки вычерчивают эскизы расположения заготовки, инструмента и оправок. Определяют длины рабочих ходов
и назначают режимы резания.
Определение продолжительности операции и координация рабочих
ходов.
Относительную координацию рабочих ходов производят по количеству
оборотов шпинделя, приходящихся на данный рабочий переход:
При постоянной частоте вращения шпинделя количество оборотов шпинделя на рабочий переход определяют
l
Ni = i
Si
при переменной частоте определяют
l
N i = i × Ci
Si
nош
- коэффициент приведения
niш
nош – основная частота вращения шпинделя
niш – частота вращения шпинделя на i - ом переходе
В качестве основной частоты вращения шпинделя принимается частота,
которая чаще всего используется при данной наладке.
Время, затрачиваемое на переход:
N
t= i
nош
Сi =
Общая координация цикла.
Общецикловая координация рабочих ходов и холостых ходов производится в сотых долях одного оборота распределительного вала, так как все ходы
выполняются именно за один оборот.
Для этого определяют количество сотых долей требующихся для выполнения рабочих и холостых ходов за один оборот Р.В.
Количество сотых долей для выполнения холостых ходов åb зависит от
конструкции автомата и выбирается по паспорту станка.
Количество сотых долей, приходящееся на рабочие переходы, распределяют пропорционально числу оборотов Ni шпинделя, приходящемуся на данный рабочий переход
Ki =
100 - å b
× Ni
N
å i
Определение длительности цикла обработки.
Полное количество оборотов шпинделя необходимое для изготовления одной детали
100 × å N i
Nd =
å Ki
Время изготовления одной детали
60 × N d
T=
nош
По данной величине из паспорта станка определяются сменные колеса для
настройки частоты вращения распределительного вала.
ТЕМА 11. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ.
Первая А.Л. была создана в 1939 году на ВТЗ.
Автоматической станочной линией называется система станков и вспомогательных устройств, автоматически осуществляющих назначенную последовательность технологических операций без вмешательства рабочего.
Преимущества А.Л.:
- применения А.Л. увеличивает производительность;
- количество станков сокращается в 1,5-2 раза;
- количество рабочих в 5-8 раз.
- качество продукции улучшается и становится стабильным.
- сокращается длительность производственного цикла.
- себестоимость обработки сокращается в 3-4 раза.
Недостатки А.Л.:
- повышение требований к заготовке для обеспечения стабильности процесса
обработки.
- трудоемкость переналадки линии на другую деталь или на другой техпроцесс.
- повышенные первоначальные затраты.
В состав автоматической линии входят: станки, транспортная система и система управления.
Общая структурная схема А.Л.
Автоматическая линия
ТРАНСПОРТНАЯ
СИСТЕМА
СТАНКИ
Глав
ный
при
вод
При
вод
подачи
Мех
зажима
Основ.
Тра
нсп
Поворотн
уство
Загруз
Усво
Накопитель
СИСТЕМА
УПРАВЛЕНИЯ
Бл.
Син
хро
низ.
Бл.
контроля
Бло
кировки
Отвод
стру
жки
Состав основного станочного оборудования автоматических линий в основном
зависит от вида обрабатываемых деталей и может включать в себя агрегатные, специальные и специализированные станки.
Транспортная система состоит из основной транспортной трассы и следующих
дополнительных устройств:
1
- накопителей заделов для бесперебойной работы линии при простое отдельных агрегатов.
- устройства для поворота обрабатываемых заготовок.
- загрузочных устройств для подачи заготовки с основной транспортной трассы к зажимному устройству станка.
- устройств для автоматического отвода стружки.
Система управления включает в себя блок синхронизации, блок контроля и
систему блокировок.
Требования к обрабатываемым деталям.
1. Достаточность программы выпуска
2. Хорошая технологичность, для применения простых технологических процессов.
3. Поле рассеяния значений твердости материала заготовок должно быть более
узким, чем обычно. Это необходимо для получения стабильной стойкости
инструментов и возможности планомерной подналадки инструментов.
4. Размеры заготовок должны иметь хорошую стабильность.
Типы автоматических линий.
Автоматические. линии классифицируются по ряду признаков. В зависимости
от величины штучного выпуска деталей применяются однопоточные линии (последовательного действия) и многопоточные (параллельно-последовательного действия).
По роду станков различают А.Л., образованные из: специальных станков; агрегатных станков; универсальных станков.
По способу передачи обрабатываемых деталей со станка на станок различают
линии:
1) со сквозным транспортированием с проходом деталей сквозь места зажима:
применяются при обработке корпусных деталей на агрегатных станках.
2) С верхним транспортированием
3) С боковым продольно-поперечным транспортированием
4) С роторным транспортированием, применяемым в роторных линиях.
По расположению оборудования
Различают замкнутые и незамкнутые А.Л. Загрузка заготовок и выгрузка деталей в замкнутых линиях осуществляемая в одном месте.
Большинство А.Л имеет незамкнутое расположение оборудования (---, Г, П,
Ш).
По виду обрабатываемых деталей различают следующие автоматические линии:
- для корпусных деталей
- для валов
- для зубчатых колес.
Производительность и структура А.Л.
Расчетная штучная производительность однопоточной А.Л.
1
Q=
t
где штучное время:
t = TЦ + t вс
2
Тц – продолжительность цикла лимитирующего станка или операции
твс – продолжительность несовмещенных вспомогательных операций
Вследствие внецикловых потерь фактическая производительность меньше расчетной:
QФ = Q - q П = Q ×h = 1
t
qП - потеря выпуска всей линии в единицу времени
h - коэффициент использования линии.
t - длительность среднего интервала выпуска детали с последней позиции линии
Q
t
h= Ф =
Q
t
Относительная доля потери штучного времени
Q - QФ
b=
= 1 -h
Q
Потери штучной производительности автоматической линии и коэффициент ее
использования зависят:
а) от частоты неполадок в элементах оборудования А.Л., вызывающих простой
отдельных ее агрегатов;
б) от длительности устранения этих неполадок.
Средняя полная длительность потерь, приходящаяся на единицу времени работы для каждого агрегата линии равна:
N
П = å ПI
1
N – общее количество сблокированных агрегатов линии.
Фактическая производительность сблокированной линии
Q
QФ =
N
1+ å ПI
1
Коэффициент использования линии с учетом потерь
1
h=
N
1+ å ПI
1
Отсюда видно, что для повышения коэффициента использования необходимо
стремиться к уменьшению конструктивных элементов как в самих агрегатах, так и в
пределах всей всей линии.
С учетом потерь времени из-за инструментов коэффициент использования
сблокированной линии равен:
1
h=
N
U
U
1 + å П I + å П I + å П Iсс
1
1
1
U - количество групп инструментов
ПIсл случайные потери по инструменту
ПI потери на смену группы инструментов
3
Деление сблокированной линии на потоки.
Наличие лимитирующих операций, т.е. операций длительность выполнения которых существенно больше средней длительности выполнения остальных операций,
делают необходимым делить линии на несколько потоков. Места переходов от однопоточной линии к многопоточной и наоборот делят линию на участки.
Большая длительность лимитирующей операции, а также большая программа
изготовления деталей могут потребовать применения на лимитирующих операциях
параллельной обработки нескольких деталей. При этом возможны два варианта:
1.Установка станков для лимитирующих операций в одной общей цепочке.
При небольших габаритах детали на одном станке обрабатывается параллельно
несколько заготовок
Большие заготовки обрабатываются параллельно по одной на каждом станке
При Z параллельно обрабатываемых заготовках шаг транспортера принимается в Z
раза больше расстояния между смежными заготовками.
При параллельной обработке в одном потоке увеличивается количество сблокированных станков, что снижает коэффициент использования сблокированных ли-
ний.
2.Установка станков для лимитирующих операций в параллельных частях линии.
Станки, параллельно обрабатывающие несколько деталей, устанавливаются на
параллельных частях автоматической линии, снабженных транспортными устройствами, которые позволяют этим частям линии работать независимо друг от друга. Такие части линии называются потоками.
Каждый поток снабжен тремя транспортерами.
А – подводящим; В – подающим; С – выдающим.
4
Коэффициент технического использования такой линии:
1
h=
1+
åП
p
p- количество параллельных потоков.
Деление автоматической линии на секции.
При сложном технологическом процессе изготовления детали на А.Л. линия
делится на секции накопителями заделами. В пределах секции станки оказываются
взаимно сблокированными транспортной системой. Количество станков в одной
секции характеризует жесткость А.Л.
В связи с этим различают линии с жесткой связью (сблокированные линии для
корпусных деталей) и свободной связью между станками.
Жесткая связь осуществляется общим шаговым транспортером.
Свободная связь выражается в том, что деталь выдаваемая одним станком, подается в бункер или магазин другого.
Накопители заделов применяются двух типов: проходные и тупиковые.
Проходные накопители характеризуются тем, что в них детали транспортируются не только при простое одной из смежных секций, но и при их нормальной работе. В качестве проходного накопителя используется транспортер для передачи заготовок из секции в секцию.
Тупиковый накопитель работает только при простое одной из смежных с ним
секций.
При прямолинейной компоновке линии накопители заделов могут располагаться параллельно транспортной трассе линии.
Деление линии на секции и выбор места расположения накопителей целесообразно производить так, чтобы длительность простоев смежных секций по неполадкам и времени, необходимому на их устранение, была одинакова.
А.Л. ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ.
Состав линий:
1. Агрегатные станки
2. Транспортная система
3. Поворотные устройства
4. Механизмы фиксации и зажима.
5
Основным технологическим оборудованием А.Л. являются агрегатные станки
различной компоновки, предназначенные для выполнения фрезерных, сверлильных,
расточных и резьбонарезных работ. Компоновка станков зависит от транспортной
системы линии и конструкции обрабатываемой детали.
Ядром транспортной системы являются шаговые транспортеры. Корпусные детали транспортируются: проталкиванием, на транспортерах, если детали крупногабаритные, имеют хорошие установочные поверхности, и на спутниках, если детали
мелкие и базовые поверхности имеют сложную конфигурацию.
Шаговые транспортеры, перемещают одновременно все детали участка на очередную позицию. Шаг транспортера равен расстоянию между позициями.
Шаговые транспортеры бывают следующих типов: штанговые с собачками;
штанговые с флажками; грейферные.
Транспортируемые детали устанавливаются на неподвижные направляющие 1.
В транспортерах с собачками (см. рис а) транспортирование осуществляется с помощью собачек 3, которые свободными концами упираются в детали и при перемещении штанги 2 перемещают детали по направляющим. Штанга совершает возвратно-поступательное движение. При движении штанги назад подпружиненные собачки утапливаются и проскакивают под деталями. В транспортерах с флажками (см.
рис б) детали транспортируются флажками 4, прикрепленными к штанге 2. Штанга
совершает возвратно-поступательное и возвратно-качательное движение. При движении штанги вперед флажки находятся в вертикальном положении и толкают деталь, придвижении штанги назад флажки поворачиваются на 90 или 180О, деталь
при этом остается на месте. В грейферных транспортерах (см. рис. в) транспортирование детали осуществляется собачками, жестко прикрепленными к штанге. При
поднятой штанге и при движении её вперед происходит перемещение детали по направляющим вперед. Перед возвратом штанги назад она опускается, так, что собачки не касаются деталей.
Поворотные устройства применяются в А.Л для изменения ориентации деталей
на определенных участках линии. В зависимости от технологического процесса
применяют следующие поворотные устройства: барабаны – для поворота детали вокруг горизонтальной оси; столы – для поворота детали вокруг вертикальной оси;
кантователи - для поворота детали вокруг наклонной оси.
Рассмотрим кинематическую схему поворотного стола с гидроприводом.
Центральный вал приводится в движение через
червячную передачу от гидромотора.
Угол поворота таких столов регулируется как
правило жесткими упорами.
6
Столы можно устанавливать в А.Л. так, что ось вращения его совпадает с осью
симметрии детали. В этом случае подающий конвейер должен отойти в исходное
положение, а удаляющий конвейер был в исходном положении.
При несовпадении оси вращения стола и оси симметрии детали не требуется
отводить подающий конвейер.
Для полного снятия ограничения по положению смежных конвейеров применяются подъемно-поворотные столы. В этих столах деталь перед поворотом поднимается с транспортных планок, а после поворота вновь устанавливается на них.
Поворот деталей вокруг горизонтальной оси осуществляют поворотными барабанами, выполненными в двух вариантах: реверсивном и одностороннего вращения.
Барабан одностороннего вращения применяется в тех случаях когда это позволяет форма детали.
Автоматические линии для обработки валов.
Состав линии.
1) Специальные и универсальные станки
2) Транспортная система
3) Питатели
В состав этих линий входят: фрезерно-центровальные станки для обработки
торцевых поверхностей заготовки и получения базовых поверхностей; гидрокопировальные центровые полуавтоматы для наружной обточки заготовок; круглошлифовальные полуавтоматы и бесцентрово-шлифовальные станки – для шлифования наружных поверхностей.
В зависимости от компоновки станков применяются три основные системы
транспортирования обрабатываемых валов: верхняя, фронтальная и сквозная.
Верхняя система с вертикальной загрузкой детали применяется при горизонтальной компоновке станков токарной группы. Верхняя загрузка удобна для универсальных станков, однако эти станки неудобны для встраивания их в А.Л.
Фронтальная система с горизонтальной загрузкой детали применяется при вертикальных токарных полуавтоматах.
Сквозная горизонтальная система транспортирования валов через место зажима
может применяться только при наклонной или вертикальной компоновке.
7
ТЕМА 12. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ.
Назначение и компоновка.
Агрегатными называются станки, состоящие из нормализованных узлов
(агрегатов).
Эти станки используются для многоинструментальной обработки заготовок в условиях крупносерийного и массового производства.
На Агрегатных станках производится сверление, растачивание, нарезание
резьбы и фрезерование плоскостей в корпусных деталях.
Преимущества применения агрегатных станков заключается в следующем:
1) значительное сокращение времени на проектирование и изготовление
станка
2) высокая производительность, обусловленная многоинструментальной
обработкой и минимальным количеством вспомогательных движений.
3) удешевление обработки заготовок благодаря высокой производительности и простоте обслуживания станка
4) возможность использования части агрегатов при изменении объекта
производства.
При установившейся номенклатуре деталей возможно создание агрегатных
станков с переналадкой на обработку заготовок деталей нескольких типоразмеров. Агрегатные станки могут работать как самостоятельная единица станочного парка или входить в состав А.Л.
В большинстве случаев на агрегатных станках производится обработка несколькими инструментами неподвижной заготовки. Это позволяет осуществлять рабочие перемещения агрегатов, несущих инструмент в одном направлении и обрабатывать заготовки, одновременно с нескольких сторон.
Компоновка агрегатных станков зависит от размеров и конфигурации изготовленной детали, а также от возможности совмещения необходимых для обработки операций.
пвпвпвпв
Существуют
три основных типа компоновки:
- горизонтальная;
- вертикальная;
- комбинированная
и целый ряд дополнительных, таких как:
- горизонтальная односторонняя;
- горизонтальная двухсторонняя;
- горизонтальная трехсторонняя
- комбинированная вертикальная и горизонтальная двухсторонняя
и так далее
Агрегатные станки классифицируют на следующие основные группы:
1) станки с неподвижно установленной обрабатываемой деталью с одновременной или последовательной работой силовых головок
2) станки с поступательным перемещением деталей и с последовательнопараллельной работой силовых головок
3) станки с вертикальной осью вращения позиционного стола и с последовательно-параллельной работой силовых головок
4) станки с горизонтальной осью вращения позиционного стола и с последовательно-параллельной работой силовых головок.
Основные узлы агрегатных станков (см. рис.).
Агрегатные станки в большинстве случаев имеют следующие основные узлы: корпусные детали
(станина, колонная, подставка); силовые головки; силовые столы; поворотные столы; шпиндельные коробки.
1 - станина
2 - подставка
3 - стойка
4 - силовой стол
5 - силовая головка
6 - инструментальные головки.
7 – поворотный стол
Силовые головки.
Силовые головки предназначены для сообщения режущим инструментам
главного движения и движения подачи.
Различают самодействующие и несамодействующие силовые головки.
Самодействующими силовыми головками называются агрегаты, сообщающие инструменту вращательное (главное) и поступательное (подача) движения.
Несамодействующие головки сообщают инструменту только вращательное
движение, а привод поступательного перемещения головке сообщается силовым столом.
Подача инструмента в силовых головках может осуществляться:
1. Перемещением корпуса головки, несущего шпиндельную коробку
2. Перемещением пиноли с инструментом при неподвижном корпусе.
Вращение рабочих шпинделей осуществляется от двигателя расположенного на корпусе головки.
Для реализации движения подачи применяются кулачковые механизмы с
плоским или цилиндрическим кулачком, винтовые передачи, а так же гидро и
реже пневмоцилиндры.
Рассмотрим схемы некоторых головок.
Механическая плоскокулачковая
От электродвигателя через сменные зубчатые колеса «а» и «б», при помощи которых осуществляется настройка на заданную скорость резания, движение передается на шпиндель головки. Через червячную передачу движение с
первого вала передается на сменные шестерни «в» и «г», при помощи которых
осуществляется настройка на заданную скорость подачи. Далее через промежуточную шестерню на шестерню – кулачок «К». В паз кулачка входит толкатель
жестко соединенный с пинолью головки. При вращении кулачка пиноль
получает возвратно-поступательное движение вдоль своей оси.
Эти головки предназначены для работ с небольшими осевыми усилиями.
Преимущества: компактность, простота обслуживания. Недостатки небольшой
ход инструментов, изменение длины хода инструмента осуществляется только
сменой кулачка.
Механическая с винтовым приводом.
Главное движение передается от электродвигателя через сенные шестерни
«а» и «б» на шпиндель. Движение подачи со шпинделя через сменные шестерни «в» и «г» передается на винтовое тяговое устройство. Эти головки применяются для сверлильных, резьбонарезных, расточных и фрезерных работ. Преимущества: высокая надежность, достижима любая длина хода инструмента,
воспринимает большие осевые усилия. Недостатки: более сложная система
управления, невысокая точность позиционирования.
Самодействующая гидравлическая.
ми
Эти головки получили наибольшее распространение. Они обладают наименьшими размераи обеспечивают высокую точность обработки,
бесступенчатое регулирование.
Недостатки: невозможность нарезания резьбы без копирных устройств,
наличие сложной гидравлической схемы.
Несамодействующая силовая головка.
Несамодействующие силовые головки предназначены толь для реализации
главного движения они имеют простейшую конструкцию. Для реализации движения подачи здесь требуются силовые столы.
Силовые столы.
Силовые столы предназначены для продольного перемещения несамодействующих силовых головок. Применяют силовые столы с винтовым или гидравлическим приводом.
Основной рабочий цикл силового стола: ускоренный подвод, рабочая подача, выдержка на жестком упоре (для гидравлических столов), быстрый отвод.
Шпиндельные коробки.
Шпиндельные коробки предназначены для сообщения вращательного
движения режущим инструментам. Они представляют собой узлы, в которых
размещены шпиндели, промежуточные валы и редукторные колеса, передающие вращение к шпинделям от приводного вала силовой головки.
Конструкции
шпиндельных
коробок
зависят от количества и
взаимного расположения
отверстий
или
поверхностей
обрабатываемых деталей.
При
разработке
кинематических схем шпиндельных коробок не рекомендуется использовать
шпиндели в качестве валов, приводящих во вращение группу других шпинделей.
ТЕМА 13. РОТОРНЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ.
Роторные автоматические линии в механообработке предназначены для
изготовления относительно не сложных деталей типа «вал». Кроме механообработки роторные автоматические линии широко применяются при обработке
металлов давлением, при сборке малогабаритных узлов и для выполнения контрольных операций. Роторные автоматические линии состоят из роторных
станков, транспортных роторов, находящихся в непрерывном вращении, устройства для автоматической загрузки и выгрузки, системы управления.
На каждой позиции роторного станка работа производится по одному циклу параллельно, но со сдвигом фаз цикла.
Особенности роторных линий.
1. Производительность Р.А.Л. не зависит от длительности операций, так
как для увеличения производительности достаточно увеличить число
позиций роторных станков.
2. Возможность обеспечить одинаковую производительность всех роторных станков при различной длительности отдельных операций. Благодаря возможности получать одинаковую производительность отдельных рабочих роторных станков, на операциях с различной длительностью, удается объединять в одну линию такие операции, объединение
которых на базе обычных станков практически невозможно. Этого
можно достичь подбором числа рабочих позиций роторных станков на
различных операциях.
3. Совмещение во времени транспортирования заготовок и их обработки.
Непрерывность транспортирования и отсутствие бункеров-накопителей
внутри АРЛ позволяет сократить продолжительность обработки.
По функциональному назначению и использованию различают три основные категории механизмов ротора.
1) механизмы рабочих ходов
2) механизмы холостых ходов (подача, зажим, центрирование …)
3) системы и механизмы управления.
Классификация рабочих роторов.
Роторы можно классифицировать по следующим признакам:
1.
По технологическому назначению. По технологическому назначению роторы делятся на обрабатывающие, сборочные и контрольноуправляющие.
2.
По типу орудий обработки и способу воздействия на поток деталей.
По типу орудий обработки роторы делятся на роторы обработкой резанием,
давлением.
3.
По характеру привода рабочего движения. По этому признаку они
делятся на роторы с кулачковым приводом и гидравлическим приводом.
4.
По числу деталей обрабатываемых одним инструментальным блоком. Роторы обрабатывающие одну деталь и несколько деталей, чаще всего две.
5.
По взаимному расположению осей блоков и ротора. С параллельным расположением и с перпендикулярным расположением.
6.
По числу потоков. Однопоточные и двухпоточные роторы.
Поточность Р.М. определяется числом независимых потоков деталей. Детали каждого потока подвергаются обработке по самостоятельной цикловой
диаграмме.
Объекты обработки в АРЛ перемещаются с некоторой транспортной скоростью Vтр.. Технологическая скорость Vтех. обработки представляет собой скорость взаимного технологического перемещения объектов обработки и инструмента. Скорость транспортного движения является функцией заданной теоретической производительности. Дополнительными условиями на функциональную взаимосвязь между Vтр. и Vтех., являются быстродействие механизмов привода.
Кинематическая схема рабочего ротора.
1 – Коробка скоростей
2 – Коробка подач
3 – Кулачковый механизм
4 – обрабатываемая заготовка
5 – Инструментальный блок
6 – транспортный ротор
7 – Зубчатые колеса привода шпинделей
8 – Ротор
Главное движение VР от электродвигателя передается на коробку скоростей, зубчатые колеса 7 на шпиндель станка. Движение транспортирования VТР
через коробку подач и зубчатую передачу с внутренним зацеплением 9 передается на ротор 8. Технологическая скорость VТЕХ перемещения инструментальных блоков 5 реализуется от цилиндрического кулачка 3 неподвижно закреп-
ленного на станине станка и в паз которого входит ролик толкателя соединенного с инструментальным блоком.
ТЕМА 14. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКИХ
ПРОИЗВОДСТВ.
Гибкими производственными системами (ГПС) называют совокупность металлообрабатывающего и вспомогательного оборудования (транспортного, накопительного, погрузочно-разгрузочного и т.д.), работающего в автоматическом режиме и с единой системой управления в условиях многономенклатурного производства. Основными составляющими компонентами ГПС являются станочное оборудование; транспортная система; промышленные роботы
и манипуляторы; накопительно-складская система; контрольно-измерительная
система; система управления. Как правило, оборудование имеет системы числового программного управления (ЧПУ) с использованием ЭВМ различного
уровня.
Классификация и структурные схемы ГПС.
Гибкие производственные системы можно классифицировать по следующим признакам: организационному, комплексности изготовления деталей, виду
обработки, разновидности обрабатываемых изделий, уровню автоматизации.
По организационному признаку ГПС подразделяют на гибкую автоматизированную линию (ГАЛ), гибкий автоматизированный участок (ГАУ) и гибкий
автоматизированный цех (ГАЦ)
1. Отличие ГАЛ от традиционных автоматических линий заключается в
том, что на ГАЛ можно обрабатывать детали широкой номенклатуры.
Особенностью компоновки ГАЛ являет расположение технологического оборудования в принятой последовательности технологических операций. В ГАЛ транспортные системы перемещают обрабатываемые изделия только по заранее определенным маршрутам.
2. Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) в отличие от ГАЛ позволяет изменять последовательность технологических операций Благодаря
этому достигается максимальная загрузка оборудования В состав ГАУ и
ГАЛ могут входить роботизированные технологические комплексы
(РТК), включающие технологическое оборудование, промышленный
робот и дополнительные средства оснащения.
3. В состав гибкого автоматического цеха могут входить ГАЛ, ГАЦ, а так
же отдельное технологическое и вспомогательное оборудование.
Основной составной частью ГПС является гибкий производственный
модуль ГПМ. ГПМ это единица технологического оборудования, автономно
функционирующая, автоматически осуществляющая весь цикл работы и
имеющая возможность быть встроенной в ГПС.
1. Станочное оборудование.
Основой ГПМ, а следовательно, и ГПС является технологическое оборудование с ЧПУ. Оно решает главную задачу любого механообрабатывающего
производства. Технологические возможности каждого станка в отдельности и
их сочетание определяют верхнюю границу гибкости системы.
К станкам встраиваемым в ГПС, кроме общих требований по обеспечению
нужного качества деталей предъявляется и ряд специфических.
Требования к степени концентрации операций.
Высокая концентрация операций в условиях ГПС позволяет сократить
длительность производственного цикла, повысить долю машинного времени.
Следствием является повышение рентабельности обработки, сокращение количества станков и т.д.
Существуют два способа концентрации операций: в пространстве и во
времени.
Концентрация в пространстве достигается путем снабжения станков инструментальными магазинами с автооператорами и обработки детали с нескольких сторон. Лучшим образом этому требованию отвечают многооперационные станки и обрабатывающие центры. Магазины токарных станков должны
иметь не менее восьми инструментов, обрабатывающих . центров –30.
Увеличение емкости магазина станка имеет предел, обусловленный возрастанием массы и габаритов. Проблему обеспечения требуемого количества
инструмента можно решить автоматической заменой его в магазине, используя
транспортную кассету с инструментом, автоматической заменой всего магазина, установкой рядом со станком большого стационарного магазина, автоматически питающего малый магазин.
Концентрация операций во времени достигается обработкой детали одновременно несколькими инструментами. Это достигается на оборудовании со
сменными многошпиндельными головками. Это т.н. агрегатные обрабатывающие центры, которые сочетают в себе производительность агрегатного станка и
гибкость обрабатывающего центра.
Требования к универсальности и переналаживаемости.
Высокая универсальность и переналаживаемость , характеризующие гибкость оборудования, являются важной предпосылкой его успешного использования в ГПС. Этим требованиям отвечают универсальные станки с ЧПУ. Путями повышения универсальности является оснащение станков универсальными,
автоматически управляемыми приспособлениями.
Требования к компоновке.
Компоновка станка должна обеспечивать удобство встройки станка в общую транспортно-накопительную систему, свободный доступ к рабочей зоне
для средств загрузки и беспрепятственный сход стружки.
С точки зрения доступности рабочей зоны токарный станок должен иметь
станину с наклонными или вертикальными направляющими. Требования удобства стыковки обрабатывающего центра с устройством системы спутников и
транспортной системой накладывают ограничения на подвижность его стола.
Желательно иметь лишь одну поступательную степень свободы стола, предпочтительно в направлении перпендикулярном оси шпинделя в горизонтальной
плоскости.
Требования к уровню автоматизации вспомогательных операций.
ГПС предназначен для работы в автоматическом или автоматизированном
режиме. Поэтому к входящим в них станкам предъявляются высокие требова-
ния их степени автоматизации. Станок, встроенный в ГПС должен иметь: автоматическое зажимное приспособление; автоматическое ограждение рабочей зоны с блокировкой по открытому положению; датчики контроля
установки детали или инструмента; устройство автоматического удаления стружки.
Требования к гарантированному дроблению и удаления стружки.
В условиях ГПС и «безлюдной технологии» это требование имеет очень
важное значение. В настоящее время имеется много способов и устройств
дробления и отвода стружки. Специальная геометрия инструмента, накладки,
сообщение суппорту вибраций, подача СОЖ под большим давлением. Удаление стружки осуществляется встроенным транспортером.
Требования к надежности.
Оборудование ГПС обладает в некоторой степени автономностью и взаимозаменяемостью, однако, включено в общий технологический процесс. Поэтому требования к его надежности должны быть выше, чем к станку с ЧПУ,
используемому отдельно.
Большинство отказов в оборудовании с ЧПУ приходится на систему
управления. Данный недостаток может быть ликвидирован с применением систем класса CNC на базе микропроцессоров, которые значительно упрощают и
повышают надежность систем и позволяют вести адаптивное управление и автоматическую диагностику состояния оборудования.
Требования к системе управления.
Важнейшим требованием к системе управления является гибкость. Опыт
эксплуатации первых ГПС показал, что жесткие системы класса NC не соответствуют условиям ГПС. Плохая совместимость с центральной ЭВМ, необходимость разработки устройств буферной памяти не позволяет организовать групповое управление. Поэтому оборудование ГПС должно управляться от систем
класса CNC микроЭВМ, лишенные этих недостатков. Устройства управления
должны обеспечивать ввод управляющих программ не посредственно с пульта
управления, редактирование и связь с ЭВМ высшего ранга. Этим требованиям
отвечают системы подкласса DNC, относящиеся к классу CNC
2. Промышленные роботы.
Трудности с автоматизацией загрузки металлорежущих станков могут
быть решены путем применения промышленных роботов. П.Р. незаменимы
прежде всего в производствах при обработке деталей типа тел вращения и небольших призматических деталей преимущественно в условиях мелко и среднесерийного производства, а также в сборочном производстве.
Для загрузки призматических деталей применяются в основном поворотные и столы, каретки, толкатели. Эти механизмы и их сочетания
применяются в устройствах автоматической смены спутников. Недостатком П.Р. для загрузки тяжелых призматических деталей является низкий показатель соотношения Gдет. и Gп.р.. Для загрузки токарных станков в крупносерийном производстве более выгодно применение портальных и встроенных манипуляторов в сочетании со столами и транспортерами.
П.Р. применяемый для загрузки станка должен иметь:
- щирокодиапазонный или автоматически сменяемый схват;
- развитую кинематику и большое число точек позиционирования для
огибания препятствий и работы с многоместной оснасткой;
- автоматическое программирование и переналадку;
- связь и хорошую совместимость с ЭВМ высшего уровня;
- возможность адаптации к нестандартным ситуациям и диагностику неисправлений.
Этим требованиям отвечает робот с четырьмя и более степенями свободы,
со следящим или шаговым электроприводом, системой управления на базе
микро ЭВМ. Показатели надежности у промышленных роботов в производственных условиях должны быть не ниже, чем у основного технологического
оборудования.
3. Транспортная система.
Транспортная система является связующим элементом в автоматических
производствах. Она обеспечивает направление и распределение материальных
потоков: – заготовок, полуфабрикатов и готовых деталей, приспособлений и
оснастки, режущего, измерительного инструмента.
По назначению транспорт делится на межоперационный и транспорт внутри производственной ячейки.
Межоперационный транспорт служит для перемещения грузов по всей
технологической цепочке. Для этих целей используются:
Кран-штабелер;
Горизонтально-замкнутый транспортер;
Самоходная транспортная тележка;
Подвесной транспорт.
Выбор конкретного типа транспорта главным образом зависит от объема и
номенклатуры выпускаемой продукции, подобия технологических маршрутов,
интенсивности грузопотоков. Для широкономенклатурного производства наиболее перспективны самоходные транспортные тележки с управлением по металлической ленте и т.д. Особенностями этих средств являются гибкость, легкость прокладки и выбора трассы.
Под транспортом внутри производственной ячейки подразумеваются
средства, осуществляющие передачу грузов от межоперационного транспорта к
станку, средству загрузки или накопителя.
К ним относятся:
Промышленные роботы.
Двухпозиционный поворотный стол
Каретка
Рольганг
4. Накопительно-складская система.
По способу организации накопительно-складские системы делятся на централизованные, децентрализованные и комбинированные. Конструктивно накопители могут быть выполнены:
- со стационарными позициями, при этом груз из них извлекается непосредственно средством загрузки станка;
- с неподвижными позициями и собственным транспортным средством
для перераспределения грузов внутри накопителя и подачи их в позиции загрузки-выгрузки (каретка, п. р. портальный манипулятор);
- с подвижными позициями (поворотный стол, замкнутый транспортер).
Средства ориентации и позиционирования.
СО и П это комплекс устройств и приемов, обеспечивающих задание и сохранение требуемого положения и ориентации деталей в пространстве. К ним
относятся устройства принудительной ориентации деталей, транспортная оснастка или специальные базирующие элементы непосредственно на несущих поверхностях Т.Н.С.
Для сохранения ориентированного положения деталей чаще всего применяется транспортируемая оснастка – спутники, палеты.
Спутник представляет собой плиту с Т-образными пазами или сеткой калиброванных резьбовых отверстий. Преимущества системы спутников заключается в том, что удается разделить в пространстве процесс закрепления детали
и ее обработки.
5. Контрольно-измерительные средства (КИС).
По целям контроля и регулирования КИС делят на три класса.
1. Средства для обеспечения требуемых показателей качества деталей и
предотвращения или исправления брака, что достигается оснащением
станка датчиками активного контроля
2. Средства для повышения производительности, что достигается оснащением станка датчиками активного контроля и наличием в системе
управления оптимизационного блока.
3. Средства для повышения надежности-долговечности, что достигается
путем текущего контроля состояний станка или инструмента и сравнением их с требуемыми.
Основным классом является первый класс.К контрольно-измерительным
средствам относятся: скобы; щупы; контрольно-измерительные машины.
Скобы и щупы встраиваются непосредственно в станок и позволяют оперативно производить контроль обрабатываемых поверхностей или деталей.
Контрольно-измерительные машины имеют довольно высокие функциональные показатели, но сравнительно низкую производительность, разделены в
пространстве и времени с процессом обработки.
ТЕМА15. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
Промышленный робот является сложной технической системой в состав
которого входит манипулятор с системой приводов, схват и устройство управления, обеспечивающее автоматическую работу манипулятора.
В машиностроении промышленные роботы применяются как основное
технологическое оборудование в сварочном производстве и как вспомогательное для выполнения загрузочных работ. Они могут работать как самостоятельная единица или в составе станочного модуля.
Требования, предъявляемые к ПР.
К П.Р, работающим в составе автоматических производств, предъявляются
следующие основные требования:
1. работа в автоматическом режиме при основных и вспомогательных
операциях
2. автоматическая перенастройка по управляющим командам
3. стыкуемость П. Р. по всем параметрам с оборудованием, в составе которого он будет работать
4. возможность осуществлять управляющие воздействия на основное
технологическое оборудование
5. надежность П.Р. работающих в автоматических технологических системах (наработка на отказ > 400 часов).
Классификация П.Р.
В настоящее время существует большое количество промышленных роботов. Они имеют различное конструктивное исполнение, различные системы
управления, различные технические характеристики, которые определяют их
технические возможности и области применения. Поэтому все промышленные
роботы классифицированы. Существуют следующие основные признаки классификации:
- Грузоподъемность п.р. определяется наибольшей массой изделия, которой он может манипулировать в пределах зоны обслуживания (5¸500
кг).
- Подвижность корпуса: п.р. делятся на подвижные и неподвижные, а
подвижные делят на напольные и подвесные.
- Количество манипуляторов: одноманипуляторные и двухманипуляторные п.р.
- Система координат: прямоугольная система (плоская - а и пространственная - б) и криволинейная (полярная - в, цилиндрическая – г и сферическая - д). Наиболее проста прямоугольная система координат. Конструкция п.р. с этой системой является наиболее простой.
- Число степеней подвижности – п.р. определяется общим числом поступательных и вращательных движений, без учета движений схвата
(зажим – разжим). Число степеней подвижности до 3 - малая, 4-5 –
средняя, более 6 – высокая.
- Тип приводов: пневмоприводы (цилиндры, турбинки); гидроприводы;
электропривод. Роботы с электроприводом обладают большой технологической гибкостью, просты в обслуживании и надежны в работе.
- Точность позиционирования – этот парметр определяет точность выхода рабочего органа манипулятора в заданной точке и точность воспроизведения заданной траектории. У транспортных роботов точность позиционирования 1 мм. У роботов с высокой точностью погрешности
менее 0,1 мм.
- Степень универсальности. Специализированные п.р и универсальные.
Специализированные п.р. предназначены для выполнения однотипных
операций, в пределах которых обладают необходимой гибкостью. Универсальные п.р. способны осуществлять самые разнообразные операции
при широкой номенклатуре изделий.
- Тип управления. Программное и адаптивное. Программное управление:
цикловое, позиционное. контурное.
Кинематические структуры манипуляторов промышленных роботов.
Заданному числу степеней подвижности могут соответствовать различные
варианты кинематической структуры манипулятора, зависящие от вида и последовательности расположения кинематических пар – вращательных и поступательных.
Для каждого сочетания пар возможно несколько структурных схем
XYZпоступательное
перемещение
влоль соответствующих
осей.
ABC–
вращение
вокруг
осей соответственПП
ПВ
При изменении соотношения длин звеньев руки манипулятора меняется
конфигурация рабочего пространства. Из-за конструктивных ограничений в
звеньях манипулятора в рабочем пространстве имеются мертвые зоны, т.е. недоступные для кисти руки.
Ориентирующие движения манипулятора зависят от кинематической
структуры кисти руки
Разработка или выбор структурной кинематической схемы позволяет разработать конструктивно-компоновочную схему промышленного робота. Выбор
конструктивно-компоновочной схемы П.Р. зависит от его назначения, технической характеристики и в особенности конструкции обслуживаемого оборудования.
Кинематический анализ механизмов манипуляторов П.Р.
Кинематический анализ включает в себя две задачи: прямую и обратную.
Прямая задача – определение положения схвата по координатам всех промежуточных звеньев.
Обратная задача – определение координат всех звеньев манипулятора по
известным координатам схвата.
Существует два основных метода анализа пространственных механизмов
при решении прямой задачи – геометрический и тензорно-матричный.
Особенностью тензорно-матричного способа является задание уравнений
замкнутости в матричной форме. В этих уравнениях заключены все геометрические характеристики относительного расположения звеньев механизма.
Применение матриц четвертого порядка в тензорно-матричном способе,
дают возможность отобразить одной матрицей вращение и поступательное перемещение одной системы координат относительно другой системы координат.
Предполагается, что движения звеньев манипулятора по степеням свободы
могут быть одного из двух типов – поступательное и вращательное, каждое из
них совершается в локальной системе координат, связанной с соответствующим звеном механизма.
Система координат «i» преобразуется в систему «i+1» с помощью двух
вращений, двух переносов выполняемых в такой последовательности:
1) вращение вокруг оси zi на угол qi+1 до тех пор, пока ось xi не станет параллельной оси xi+1
2) перенос вдоль оси zi на величину Si+1 после которого начало координат
оказывается в точке пересечения с осью zi общего перпендикуляра, проведенного к осям zi и zi+1
3) перенос вдоль оси xi+1 на величину аi+1 обеспечивающего совмещение
начал систем координат
4) вращение вокруг оси xi+1 на угол ai+1 для совмещения осей z.
Переменной величиной вращательной пары является угол q, а переменной
величиной поступательной пары является перемещение S.
Если представить некоторую звено в системе координат i+1 вектором Ri+1,
то соотношения между координатными системами звеньев i и i+1 может быть
выражено
Ri = Ai +1 × Ri +1
где:
Sina i +1 × SinQ i +1
a i +1 × CosQ i +1 ö
æ CosQ i +1 - Cosa i +1 × SinQ i +1
ç
÷
ç SinQ i +1 Cosa i +1 × CosQ i +1 - Sina i +1 × CosQ i +1 a i +1 × SinQ i +1 ÷
A=ç
÷
0
Sina i +1
Cosa i +1
S i +1
çç
÷÷
0
0
1
è 0
ø
Если нулевому звену (основанию) поставить в соответствие систему координат связанную с полом, то можно перейти от любого звена к системе координат звена «0» следующим образом:
R0 = A1 × A2 × L × Ai × Ri или R0 = T × Ri
где:
T = A1 × A2 × L × Ai i – матрица преобразования i-го звена, которая описывает
его положение в системе координат пола.
Скачать