Вольфрам. раздел 6(1). Заготовок деталей машин
 Скачать 0.55 Mb.
|
Глава VВ чем состоит сущность процесса автоматизации производства? Что обеспечивает цикличность работы автоматов и полуавтоматов? Каковы основные преимущества автоматического оборудования с программным управлением? Как вы представляете себе переналаживаемую автоматическую линию? 1. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА ТОЧЕНИЯ Технологический метод формообразования поверхностей заготовок точением характеризуется двумя движениями: вращательным движением заготовки (главное движение резания) и поступательным движением режущего инструмента - резца (движение подачи). Движение подачи осуществляется параллельно оси вращения заготовки (продольная подача), перпендикулярно к оси вращения заготовки (поперечная подача), под углом к оси вращения заготовки (наклонная подача). Разновидности точения: обтачивание -обработка наружных поверхностей; растачивание - обработка внутренних поверхностей; подрезание - обработка плоских торцовых поверхностей; резка - разделение заготовки на части или отрезка готовой детали от заготовки - пруткового проката. На вертикальных полуавтоматах, автоматах и токарно-карусельных станках заготовки имеют вертикальную ось вращения, на токарных станках других типов -горизонтальную. На токарных станках выполняют черновую, получистовую и чистовую обработку поверхностей заготовок. 2. ТИПЫ СТАНКОВ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ По технологическому назначению станки токарной группы делят на токарно-винторезные, токарно-револьверные, карусельные, многорезцовые одно- и многошпиндельные автоматы и др. По способу управления станки делят на станки с ручным управлением (универсальные), полуавтоматы и автоматы, с системами ЧПУ. Современные токарные станки с ЧПУ в основе конструкции имеют базовые модели универсальных станков с ручным управлением, схемы которых показаны на рис. 6.26. Назначение станков с ЧПУ осталось прежним, хотя их технологические возможности значительно расширились. Токарно-винторезные станки (рис. 6.26, а) применяют в условиях единичного (мелкосерийного) производства для обработки заготовок небольших партий. Обработка сложных деталей требует применения большого числа режущих инструментов. Для сокращения потерь времени на смену инструмента необходимо специальное устройство. Таким устройством является револьверная головка (револьверный 346 МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН ^^а^^шг je У а) «) Ж т           *пр у а J L. т±^я^в ■п ias- в) г) д) Рис. 6.26. Общие виды станков токарной группы (стрелками без обозначений указаны установочные движения узлов станков) суппорт) токарно-револьверного станка (рис. 6.26, б). Предварительная наладка станков позволяет обрабатывать поверхности заготовок по упорам, ограничивающим (отключающим) движения суппортов, что обеспечивает автоматическое получение размеров диаметров и длин обрабатываемых поверхностей. Кроме того, на револьверных станках можно вести параллельную (одновременную) обработку нескольких поверхностей заготовок разными инструментами. Все это повышает производительность станков, которые используют при изготовлении партий одинаковых заготовок в серийном производстве. Токарно-карусельные станки (рис. 6.26, в) предназначены для обработки крупных тяжелых заготовок, у которых отношение длины (высоты) заготовки к диаметру составляет 0,3 ... 0,5. Это заготовки рабочих колес водяных и газовых турбин, зубчатых колес, маховиков. Особенностью станков является наличие круглого стола-карусели с вертикальной осью вращения. Наличие карусели (диаметром 0,5 ... 21 м) облегчает установку, выверку и закрепление тяжелых заготовок на станке. Станки используют в среднем и тяжелом машиностроении. Многорезцовые токарные полуавтоматы (рис. 6.26, г) предназначены для обра- ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ 347 ботки наружных поверхностей заготовок типа ступенчатых валов, блоков зубчатых колес, шпинделей. На многорезцовых полуавтоматах одновременно обрабатываются несколько поверхностей заготовки. На одношпиндельных токарно-револь-верных автоматах (рис. 6.26, д) обрабатывают заготовки небольших размеров (диаметром 8 ... 31 мм), но сложных форм. Автоматы работают по замкнутому технологическому циклу параллельной обработки поверхностей. Движения (резания, установочные, вспомогательные) рабочих органов автомата осуществляют от кулачкового распределительного вала. Автоматизация движений обеспечивает высокую производительность. Автоматы используют для изготовления больших партий деталей. Многошпиндельные автоматы параллельной обработки заготовок (рис. 6.26, е) используют в массовом производстве. На автоматах одновременно обрабатываются столько заготовок, сколько шпинделей имеет автомат. Изготовляются детали одного типоразмера: форма деталей - средней сложности. На многошпиндельных автоматах последовательной обработки (рис. 6.26, ж) одновременно обрабатываются несколько заготовок (по числу шпинделей). В каждой из позиций заготовки находятся на разных стадиях обработки. Автоматы имеют высокую производительность, их используют в массовом производстве для изготовления сложных по конструкции деталей. В настоящее время большинство токарных станков оснащается системами ЧПУ. Токарные станки с ЧПУ классифицируют по нескольким признакам: по технологическому назначению и типам обрабатываемых заготовок - на центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные, прутковые; по расположению направляющих станины - на горизонтальные, вертикальные и наклонные; по способам закрепления используемых инструментов - на суппорте, в револьверной головке, в инструментальном магазине; по положению оси вращения шпинделя - на горизонтальные и вертикальные. Центровые станки служат для обработки заготовок типа валов с прямолинейными и криволинейными контурами. Обрабатываются только наружные поверхности заготовок. Патронные станки служат для обработки заготовок типа зубчатых колес, фланцев, шкивов. Обрабатываются как наружные, так и внутренние поверхности. Патронно-центровые станки предназначены для обработки наружных и внутренних поверхностей сложных по форме заготовок и обладают технологическими возможностями центровых и патронных станков. Карусельные станки применяют для обработки заготовок больших размеров по диаметру, например корпусов турбин, оснований станков и грузоподъемных машин и т.д. Станки используют в тяжелом и энергетическом машиностроении. На рис. 6.27 показаны две схемы общего вида токарных станков с ЧПУ: с наклонной (рис. 6.27, а) и вертикальной станинами (рис. 6.27, б). Токарный станок первого типа имеет наклонную станину 1 с направляющими б, по которым перемещается суппорт 7 параллельно оси обрабатываемой заготовки. По направляющим суппорта перемещаются салазки 9, обеспечивающие режущему инструменту движение поперечной подачи. На салазках смонтирована инструментальная револьверная головка 8, в пазах которой закрепляются резцы. Головка автоматически поворачивается относительно оси, что обеспечивает смену резцов. В передней бабке 3 смонтированы коробка скоростей для изменения частоты вращения шпинделя, коробка подач для изменения продольной и поперечной подач и главный электродвигатель 2. В задней бабке 10 установлен задний центр, который служит для поджатая правого конца обрабатываемой заготовки. Пиноль задней бабки имеет гидравлический привод, что обеспечивает постоянство силы поджима заготовки. В шкаф 5 вмонтирована электрическая распределительная 348 МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН ,; W ® ihr а) Рис. 6.27. Общие виды токарных станков с ЧПУ аппаратура, управление которой осуществляется с пульта 4. Станок поставляется заказчику со шкафом, в который вмонтированы блоки системы ЧПУ, управляющей циклом работы станка. Система ЧПУ обеспечивает изменение частоты вращения заготовки, изменение скорости подачи, периодический поворот инструментальной головки. Все команды исполнительным механизмам оператор вводит посредством кнопок на панели управления. При установке на станке двух револь верных головок (рис. 6.27, 6) в одной из них закрепляют инструменты для обра ботки наружных поверхностей, в другой - для внутренних. Револьверные головки имеют горизонтальную, вертикальную или наклонную ось вращения. В пазах револь верных головок устанавливают сменные взаимозаменяемые инструментальные блоки, которые налаживают на заданный размер обработки поверхности заготовки вне станка. В конструкциях токарных станков с ЧПУ используют револьверные головки четырех - двенадцатипозиционные. В каждой позиции головки можно устанавливать по два инструмента для параллельной обработки наружной и внутренней поверхностей заготовки. Инструментальные магазины (вместимостью по 8 ... 20 инструментов) в токарных станках с ЧПУ используют редко. Использование инструментальных магазинов с большим числом б) инструментов целесообразно при встраивании станков в гибкие производственные модули, роботизированные технологические комплексы, а также в случаях, когда режущие инструменты имеют небольшие периоды стойкости. В современных токарных станках используют системы ЧПУ: SNC, имеющие память для хранения всей управляющей программы; CNC - автономное управление станком с ЧПУ, имеющим мини-ЭВМ или микропроцессор; DNC - групповое управление станками от обшей управляющей ЭВМ. 3. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ТОКАРНЫХ СТАНКОВ Многообразие видов поверхностей заготовок, обрабатываемых на станках токарной группы, привело к созданию большого числа токарных резцов (рис. 6.28). Главным принципом классификации резцов является их технологическое назначение. Различают резцы: проходные прямые (рис. 6.28, а), отогнутые (рис. 6.28, б), упорные (рис. 6.28, в) и широкие (рис. 6.28, г) - для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей; подрезные (рис. 6.28, д) - для подрезания торцов заготовки; отрезные (рис. 6.28, е) -для отрезания обработанной заготовки и для протачивания кольцевых канавок; рас- ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ 349 точные проходные ( рис. 6.28, ж) и упорные (рис. 6.28, з) - для растачивания сквозных и глухих отверстий; фасонные стержневые (рис. 6.28, и), круглые (рис. 6.28, к) и призматические (рис. 6.28, л) -для обработки фасонных коротких поверхностей с длиной образующей линии до 30 ... 40 мм; резьбовые - для нарезания наружных (рис. 6.28, м) и внутренних (рис. 6.28, н) метрических резьб. По характеру обработки резцы делят на черновые, получистовые и чистовые, по направлению движения подачи - на правые и левые. Правые работают с подачей справа налево, левые - слева направо. По конструкции резцы делят на целые, с приваренной или припаянной пластиной режущего материала, со сменными пластинами. Широко применяют резцы с многогранными неперетачиваемыми пластинами (рис. 6.28, о). Когда одна из режущих кромок пластины выходит из строя вследствие затупления, открепляют механический прижим и устанавливают в рабочее положение следующую режущую кромку. На рис. 6.28, п показаны типы сменных многогранных режущих пластин. Установка и закрепление заготовки, обрабатываемой на токарном станке, зависят от типа станка, вида обрабатываемой СП Я Р а) б) tf=DQ В) г\ г) д) X) 3) и) л) Д F 7CD 4*ФФФ М)Н)0) п) Рис. 6.28. Токарные резцы 350 МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН поверхности, характеристики заготовки (отношение длины заготовки к диаметру), точности обработки и других факторов. На токарно-винторезных станках для закрепления заготовок широко используют трехкулачковые самоцентрирующие патроны (рис. 6.29, а). На корпусе 1 патрона расположены три радиальных паза, по которым перемещаются кулачки 2. Патроны применяют для закрепления заготовок при отношении их длины к диаметру lid< 4. В автоматизированных станках и станках с ЧПУ используют патроны с механическим, пневматическим, гидравлическим и электрическим приводами кулачков. В центровых станках с ЧПУ при отношении lid = 4 ... 10 заготовку устанавливают в центрах, а для передачи на нее крутящего момента от шпинделя станка применяют различные поводковые устройства и приспособления. Для установки заготовки в центрах необходимо сделать центро- вые отверстия с торцов вала. Центровые отверстия делают специальными центровочными сверлами. Центры можно разделить на упорные (рис. 6.29, б), срезанные (рис. 6.29, в), шариковые (рис. 6.29, г). Упорные центры делают с твердосплавными наконечниками, что повышает их долговечность. Срезанные центры применяют при подрезании торцов заготовки, когда подрезной резец должен дойти почти до оси вращения заготовки. Шариковые центры используют при обтачивании конических поверхностей заготовки, обратные центры (рис. 6.29, д) - при обработке заготовок небольших диаметров. Вращающиеся центры (рис. 6.29, е) применяют при резании с большими сечениями срезаемого слоя металла, когда возникают большие составляющие силы резания, или при обработке на больших скоростях резания. При установке заготовки в центрах для передачи на нее крутящего момента от Рис. 6.29. Приспособления для закрепления заготовок на токарных станках ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ 351 шпинделя станка используют поводковый патрон (рис. 6.29, ж) и хомутик (рис. 6.29, з). Поводковый патрон представляет собой корпус, навинчиваемый на шпиндель станка. На торце патрона запрессован цилиндрический палец, передающий момент на хомутик, который закрепляют на заготовке болтом. При отношении lid > 10 для уменьшения деформации заготовки от сил резания применяют люнеты. Подвижный открытый люнет (рис. 6.29, и) устанавливают на продольном суппорте станка, неподвижный закрытый люнет (рис. 6.29, к) закрепляют на станине. Силы резания воспринимают опоры люнетов, что повышает точность обработки. Для установки заготовок типа втулок, колец и стаканов применяют конические оправки (рис. 6.29, л), когда заготовка удерживается на оправке силой трения на сопряженных поверхностях; цанговые оправки (рис. 6.29, м) с разжимными упругими элементами - цангами; упругие оправки с гидропластмассой, гофрированными втулками (рис. 6.29, н). На токарно-револьверных станках, полуавтоматах и автоматах для закрепления заготовок-прутков используют цанговые патроны. Для установки резцов на токарных станках с ЧПУ с инструментальными (рис. 6.30, а) или револьверными головка ми используют специальные сменные взаимозаменяемые инструментальные блоки (рис. 6.30, 6). Инструментальные блоки налаживают на размеры обрабатываемых поверхностей заготовок вне станка на специальных приборах. Это значительно снижает простои станков с ЧПУ, повышает производительность и точность обработки. Резцовые блоки в револьверных головках базируют на призму цилиндрическим хвостовиком (рис. 6.30, б). Резец крепят в пазу корпуса 1 винтами через прижимную планку 3. Для установки резца по высоте на линии центров станка служит подкладка 2. Два регулировочных винта 5, расположенных под углом 45° к оси хвостовика б, позволяют выводить вершину резца на заданные координаты в процессе наладки блока. Подача смазочно-охлаждающей жидкости осуществляется через канал в корпусе 1 блока. В конце канала установлено сопло 4, позволяющее регулировать направление подачи СОЖ в зону резания. Некоторые модели токарных станков имеют инструментальные магазины, в которых хранится весь инструмент, необходимый для обработки заготовки. В таких случаях станок снабжается специаль- Рис. 6.30. Инструментальная головка токарного станка с ЧПУ мод. 16К20ФЗС32 (а) и инструментальный резцовый блок (б) 352 МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН ным автооператором, осуществляющим смену инструмента в резцедержателе станка. Автооператор работает по циклу в соответствии с заданной программой: извлечение инструмента из резцедержателя - установка инструмента в гнезде магазина - поворот магазина - извлечение очередного инструмента из магазина - установка инструмента в резцедержателе. Съем со станка обработанных деталей и установка на станке заготовок осуществляются манипулятором. Заготовки и обработанные детали складируются на тактовом столе, представляющем собой замкнутый шаговый конвейер. Робот забирает со стола заготовки для их установки на станке, а готовые детали, снятые со станка, устанавливает на тактовом столе. За цикл обработки заготовки транспортер тактового стола перемещается на один шаг. 4. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ Схемы основных видов обработки поверхностей, показанных на рис. 6.26, являются типовыми, так как их можно реализовать на универсальных токарных станках, полуавтоматах, автоматах и станках с ЧГГУ. Обработка поверхностей осуществляется либо с продольным, либо с поперечным движением подачи (рис. 6.31, а). Формообразование поверхностей при обработке с продольным движением подачи осуществляется по методу следов, при обработке с поперечным движением подачи - в основном по методу копирования. Перемещения инструментов в направлении стрелок движения подачи зависят от типа станка, и управление ими осуществляется вручную на универсальных станках, от кулачков и копиров на полуавтоматах и автоматах или по управляющим командам программы системы ЧПУ станка. Наружные цилиндрические поверхности обтачивают прямыми (рис. 6.31, б) или отогнутыми проходными резцами. Гладкие валы обтачивают при установке заго- товки в центрах. Ступенчатые валы обтачивают по схемам деления припуска на части или по схемам деления длины заготовки на части. Для обработки нежестких валов рекомендуют использовать проходные резцы, у которых главный угол в плане ср = 90°. При обработке заготовок валов такими резцами радиальная составляющая силы резания Руравна нулю, что снижает деформирование заготовок в процессе обработки и повышает их точность. Наружные (рис. 6.31, в) и внутренние резьбы нарезают резьбовыми резцами, форма режущих кромок которых определяет профиль нарезаемых резьб. При наладке универсальных токарно-винторезных станков для нарезания резьбы заданного шага необходимо предварительно определить те зубчатые колеса, которые устанавливают в кинематическую цепь. На станках с ЧПУ шаг нарезаемой резьбы устанавливает система управления. Нарезают как одно-заходные, так и многозаходные резьбы. Точение длинных пологих конусов (2а = 8 ... 10°) производят при смещении в поперечном направлении корпуса задней бабки относительно ее основания (рис. 6.31, г) или с использованием специального приспособления - конусной линейки. Точение на станках с ЧПУ конических поверхностей с любым углом конуса при вершине осуществляют подбором скоростей продольной и поперечной подач. Сквозные отверстия на токарно-винторезных станках растачивают проходными расточными резцами (рис. 6.31, д), глухие -упорными (рис. 6.31, е). С поперечным движением подачи на токарно-винторезных станках обтачивают кольцевые канавки (рис. 6.31, з) прорезными резцами, фасонные поверхности (рис. 6.31, и) - фасонными стержневыми резцами, короткие конические поверхности - фаски (рис. 6.31, к) - широкими резцами, у которых главный угол в плане равен половине угла при вершине конической поверхности. Для отрезки деталей от заготовки (рис. 6.31, л) используют отрез- ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ 353 ные резцы с наклонной режущей кромкой, что обеспечивает после отрезания чистый торец на готовой детали; для подрезания торцов (рис. 6.31, и) - специальные подрезные резцы. На токарно-винторезных станках обработку отверстий выполняют сверлами (рис. 6.31, м), зенкерами и развертками. В этом случае обработку ведут с движением продольной подачи режущего инструмента. Обтачивание наружных и растачивание внутренних конических поверхностей средней длины (рис. 6.31, ж, о) с любым углом конуса при вершине на токарно-винторезных станках производят с наклонным движением подачи резцов при повороте верхнего суппорта. На станках с ЧПУ эта обработка выполняется после ввода в программу соответствующих величин подач v, и vt . Точность обработки поверхностей заготовок на станках с программным управ- лением можно значительно повысить. Для этого следует автоматически, без вмешательства оператора, выбирать наиболее благоприятный режим работы в каждый момент времени, непрерывно учитывая изменяющиеся условия обработки. Рассмотрим принципиальную схему токарного станка с адаптивной системой программного управления (рис. 6.32), позволяющей обрабатывать заготовку при постоянном значении силы резания. Обрабатываемая заготовка 1 приводится во вращение электродвигателем 2. Движение продольной подачи инструментальной головки 15 осуществляется ходовым винтом 13. Измеряемым возмущением является изменение силы резания вследствие нарушения условий обработки. Колебания силы резания вызывают пропорциональные изменения мощности, потребляемой электродвигателем 2, что регистрирует датчик 3. 12-9503 «> "Р ж) и) Q)\\ к)т]Л)ПЗ\ Рис. 6.31. Типовые схемы обработки поверхностей заготовок на станках токарной группы 354 МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН Рис. 6.32. Схема обработки заготовки на токарном станке с адаптивной системой ЧПУ Возникший сигнал через усилитель 4 передается в блок-схему сравнения 5, где его уровень сравнивается с уровнем сигнала задающего устройства. Разность сигналов датчика 3 и устройства б после усилителя 7 поступает в блок-схему программного управления 8. После этого сигнал суммируется с сигналом программы и поступает в шаговый коммутатор 9, шаговый электродвигатель 10, гидроусилитель 11 и редуктор 12, вращающий ходовой винт 13 и сообщающий продольную подачу суппорту 14. В зависимости от знака разности сигналов датчика и задающего устройства происходит увеличение или уменьшение скорости продольной подачи, которая влияет на изменение силы резания. Обработка заготовки при постоянном значении силы резания позволяет значительно уменьшить колебания упругих деформаций в технологической системе, приводящие к погрешностям обработки, оптимально использовать мощность станка и повысить стойкость инструмента. 5. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ТОКАРНЫХ АВТОМАТАХ Токарные одно- и многошпиндельные автоматы условно относят к технологическому оборудованию с "жесткой" автоматизацией в отличие от оборудования с ЧПУ, имеющего "гибкую" автоматизацию. Рабочим циклом работы автоматов с жесткой автоматизацией управляют распределительные валы, на которых устанавливают дисковые кулачки или специальные кулачковые барабаны. При переходе с обработки одного типа детали на другой необходимо делать переналадку распределительных валов с заменой кулачков и барабанов, на что тратится значительное время и от чего снижается производительность работы автоматизированного и автоматического оборудования. Однако подобные автоматы достаточно широко используют в крупносерийном и массовом производствах. |