Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема

Место и роль станков с ЧПУ в машиностроении

1. Роль станков с ЧПУ в машиностроении

Ведущую роль в современном машиностроении играют станки с числовым программным управлением. Станки с ЧПУ сейчас используются практически во всех направлениях машиностроения, выполняя разнообразные технологические операции - от токарных до шлифовальных и т.п. Станок с ЧПУ реализует заложенную в него программу работы, совершая требуемые операции и осуществляя переналадку автоматически. Опции, которые позволяют вводить и изменять нужные параметры работы станка, размеры, точность и переключаться на нужные режимы работы - все это открывает колоссальные возможности при обрабатывании металлических заготовок.

Практически все современные станки с ЧПУ сочетают в себе высокую точность, надежность, скорость работы и простоту в использовании. Компания «Станки Трейд» предлагает различные модели станков с ЧПУ, которые выполняют самые разнообразные типы работ: фрезерно-гравировальные, лазерные гравировально-режущие, плазменные режущие станки с ЧПУ и многие другие. В каждой категории представлено множество моделей, которые отличаются друг от друга техническими характеристиками. Однако каждая модель отличается высоким качеством сборки и надежностью.

Постепенно увеличивается распространение полиоперационных станков, использующих автоматическую замену рабочего инструмента, и по сути реализующие все технологические операции на одном производственном месте. Создаются целые производственные участки таких станков, централизованно управляющихся вычислительной техникой.

В таких станках обычно используются гидравлические приводы, реализовано оснащение устройствами управления замены рабочих инструментов и режимов работы. Изменение скорости станка обеспечивается электромагнитными трансформаторами - вместо устаревших зубчатых. При использовании станков с ЧПУ важно обратить внимание на правильный выбор и режим работы резца.

Благодаря станочным агрегатам с программным управлением кардинально изменились технологические принципы металлообработки. Соответственно произошли и изменения в работе технологов, конструкторов, наладчиков и операторов-станочников. Вследствие широкого применения в станках ЧПУ электронных элементов, их специфических особенностей и условий работы, в большой мере повысилось значение грамотного техобслуживания и наладки, усложнились требования к условиям работы и настройки данных станков.

2. Особенности станков с ЧПУ

В настоящее время особое место в машиностроении занимает внедрение в производство станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Программное управление получило значительный размах в ряде ведущих отраслей машиностроения [18]. На многих предприятиях работают станки с ЧПУ, выполняющие различные операции (токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные и др.). Расширяется также выпуск многооперационных станков с ЧПУ и с автоматической сменой инструмента, концентрирующих на одном рабочем месте ряд технологических операций. Успешно работают автоматические линии, участки и целые производства с ЧПУ, на которых применяется централизованное управление на базе электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

Внедрение станков с ЧПУ позволяет осуществлять определенную программу обработки в автоматическом или полуавтоматическом цикле (подобно работе на обычных станках-автоматах и полуавтоматах) и создает условия для сравнительно простого и достаточно точного выполнения переналадки и подналадки станка посредством ввода в него заранее рассчитанной и записанной на магнитную ленту или другом программоносителе программу работы (вместо смены кулачков и упоров на традиционных автоматах).

Путем регулирования корректоров можно вводить необходимые размерные поправки для обеспечения требуемой точности обрабатываемой детали. При этом механизацией и автоматизацией могут быть также охвачены подналадка и смена инструмента, изменение режимов резания и другие элементы обслуживания и управления станком. Таким образом, создание и широкое внедрение металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ, в котором универсальность сочетается с автоматизацией, открыли новые возможности для совершенствования процесса металообработки.

Современные станки с ЧПУ отличаются повышенной надежностью и жесткостью, быстродействием рабочих органов и точностью работы. В них успешно применяются гидравлические и электромеханические приводы. Эти станки комплектуются оснасткой для автоматической смены инструмента и устройствами для цифровой индикации действий исполнительных органов, а также электромагнитными муфтами (вместо зубчатых) для переключения скорости и шариковыми винтовыми парами.

При работе на станках с ЧПУ необходимо уделять особое внимание выбору и правильному использованию режущего инструмента. Внедрение этих станков потребовало создание новых принципов технологии механической обработки. При этом в значительной степени изменились задачи и функции конструкторов изделий и оснастки, технологов и мастеров, наладчиков и рабочих-операторов. Большая насыщенность электроникой и автоматикой и другие особенности станков с ЧПУ, их широкие возможности в повышении производительности труда и обеспечении стабильного качества продукции в значительной мере повысили значение безупречного соблюдения условий их обслуживания и эксплуатации, без чего не могут быть полностью использованы возможности станков с ЧПУ.

Обработка на станках с ЧПУ характеризуется: ростом производительности труда благодаря сокращению основного и вспомогательного времени (переналадки); возможностью применения многостаночного обслуживания одним оператором; повышенной точностью и стабильностью качества; снижением затрат на специальные приспособления; сокращением или полной ликвидацией разметочных и слесарно-подгоночных работ. Опыт использования станков с ЧПУ показал, что эффективность их применения возрастает при повышении требуемой точности, усложнении условий обработки (взаимное перемещение заготовки и инструмента по пяти-шести координатам), многоинструментной многооперационной обработке заготовок с одного установа и т.п. Попутно заметим, что повышение требуемой точности изготовления деталей является общемировой тенденцией.

Большое преимущество обработки на станках с ЧПУ заключается также в том, что исключается тяжелый ручной труд рабочих, сокращаются потребности в квалифицированных станочниках-универсалах, изменяется состав работников заготовительных, металлообрабатывающих, термических цехов.

В комплекс ЧПУ входят: управляющее устройство, которое преобразует по соответствующему закону цифровую информацию, содержащуюся в программе, в управляющие сигналы, и исполнительные устройства станка (оборудования), служащие в первую очередь для обеспечения заданных движений подач. Кроме движений подач, на станках многих типов необходимо управлять и другими функциями, например, изменением крутящего момента или рабочего усилия, сменой инструментов, изменением частоты вращения шпинделя, зажимом столов и кареток, подачей охлаждающей жидкости и т.д.

Структура систем ЧПУ за время своей эволюции претерпела существенные изменения: на смену жесткой командной, не имеющей обратных связей от объекта обработки, пришла легко перепрограммируемая структура, имеющая в основе промышленный компьютер (на момент составления учебника с тактовой частотой процессора 2-3 ГГц, жестким накопителем в 320-500 Гб, оперативной памятью 3-4 Гб, графической картой в 512 Мб и более, операционной системой Windows и специализированным процессором для интерфейса со станком).

К настоящему времени создано много эффективных оригинальных технических решений, касающихся функциональных элементов станков с ЧПУ. Рассмотрим существенные конструктивные признаки более детально.

3. Конструктивные признаки оборудования с ЧПУ

Для реализации идеи ЧПУ необходимо выполнение ряда жестких требований к конструкции, без которого использование систем малоэффективно. Прежде всего системы ЧПУ позволяют обеспечить высокую точность перемещения исполнительных органов (шаг менее 1 мкм). Например, для оборудования по механической обработке для переноса этой точности на размеры обрабатываемых заготовок деталей и получения при этом шероховатости Rа не более 0,2 мкм, а также поддержания их в течение всего периода эксплуатации необходимо, чтобы механические узлы удовлетворяли соответствующим требованиям, например точности перемещений рабочих органов в строгом соответствии с управляющей программой.

Поэтому оснащение оборудования системами ЧПУ повлекло пересмотр их конструкций следующим образом.

1. Базовые узлы выполняют более жесткими, при этом станина должна обеспечивать удобный доступ к обрабатываемой заготовке детали и свободный сход стружки (для станков по механической обработке). С этой целью в станках токарной группы применяют наклонные станины с плоскими или круглыми направляющими. Направляющие выполняют более износостойкими, с малым коэффициентом трения (качения, гидростатические или на воздушной подушке). Примеры конструкций представлены на рис. 21.3 и 21.4.

Рис. 21.3. Направляющие качения

Рис. 21.4. Линейные направляющие

Большие расстояния между стальными закаленными направляющими и увеличенные площади их опорных поверхностей обеспечивают малое распределенное давление, возникающее от усилий резания, отсутствие вибраций при нагруженных режимах резания. Создана надежная защита от загрязнений и используется автоматическая смазка направляющих, что обеспечивает долговечность работы станка с сохранением постоянной точности. Вместо традиционных материалов для станин (стали или чугуна) все чаще применяют керамические типа искусственного гранита, обладающие при меньшей массе к тому же и меньшей чувствительностью к вибрациям и изменениям температур.

На самых современных моделях предусмотрено принудительно с охлаждение станины и шпиндельных бабок (рис. 21.5) через сеть каналов с охлажденным маслом. Такое техническое решение обеспечивает стабильность точности при длительной обработке.

Рис. 21.5. Сеть охлаждающих каналов:

а - в станине; б - шпиндельной бабке

станок числовое управление машиностроение

2. По сравнению с традиционным обрабатывающим оборудованием у станков с ЧПУ изменился принцип построения кинематических схем и компоновок. Разветвленные кинематические связи уступили место элементарно простым связям с автономными приводами по каждой из координат перемещения. Наряду с асинхронными двигателями стали использовать шаговые и линейные, обеспечившие более высокую точность позиционирования исполнительных элементов. При этом узлы привода главного движения обеспечивают бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя и передачи крутящего момента, а узлы привода подач (в случае невозможности использования прямого привода двигатель - инструмент) выполняют с короткими кинематическими (беззазорные редукторы) и шариковыми винтовыми парами, обеспечивающими высокую жесткость, плавность хода, минимальные потери на трение. Пример прямого привода - это электрошпиндель, интеграция шпинделя и электродвигателя, т.е. случай, когда ротор электродвигателя является единым целым с телом шпинделя. Это техническое решение обеспечивает лучшую передачу мощности, высокую и стабильную точность обработки (благодаря отсутствию люфтов в передачах), отсутствие нагрева (свойственного ременной или зубчатой передачам) и повышенной шумности работы.

3. В станки встраивают дополнительные автоматические устройства:

* подачи и смены инструмента (рис. 21.6);

Рис. 21.6. Варианты исполнения инструментальных магазинов с устройствами подачи и смены инструмента

* для автоматической подачи, загрузки и закрепления заготовок на рабочей позиции с последующим автоматическим съемом готовой детали (рис. 21.7);

Рис. 21.7. Устройства подачи и загрузки заготовок

* уборки стружки (рис. 21.8);

Рис. 21.8. ЧПУ с автоматической уборкой стружки:

а - общий вид; б - бункер для сбора стружки

* выгрузки и транспортировки готовых деталей (рис. 21.9);

Рис. 21.9. Конвейер готовой продукции

* смазки; и др.

Для металлорежущих станков изменилась конструкция шпинделя, в который встраивают устройства автоматического зажима и разжима инструмента. В инструментальном шпинделе и в качестве приводного инструмента револьверной головки можно использовать инструмент с внутренней подачей СОЖ.

4. Изменилась компоновка станков. Так, шпиндели токарных станков расположены, как правило, в отдельном корпусе передней бабки, вследствие чего возможны се минимальные исполнительные размеры и высокая жесткость. Симметричная форма бабки обеспечивает термическую стабильность и минимальное изменение размеров при повышении температуры. Переднюю опору шпинделя выполняют на спаренных подшипниках с предварительным натягом, что обеспечивает повышенную точность. Независимая смазка подшипников шпинделя снижает потери на трение и увеличивает их долговечность.

5. В конструкциях станков предусмотрена установка автоматических измерительных систем с обратной связью. При этом измерительные элементы нс вносят возмущения в процесс обработки. По результатам измерения параметров инструмента и обработанных поверхностей заготовок деталей система определяет величину необходимой поднастройки станка и выдает сигнал для ее осуществления. Скорость опроса системой управления чувствительных элементов высока. Как правило, шаг опроса не превышает 0,001 с, такт управления положением в пространстве менее 0,3 мс. Современные модели оборудования выполняют таким образом, что реальный процесс обработки через систему измерения и сопоставления его в компьютере с заданным процессом выносится в удобном для оператора виде на дисплей. Это позволяет визуально наблюдать за процессом обработки.

6. Внешний вид оборудования с ЧПУ отличается от традиционного - его формы упростились, приблизившись по возможности к однообъемным. Как правило, по внешнему виду стало трудно визуально определить, для какого вида обработки предназначено данное оборудование. Примеры однообъемного исполнения представлены на рис. 21.10.

станок числовое управление машиностроение

Рис. 21.10. Внешний вид однообъемного оборудования с ЧПУ:

а - компактная панелегибочная машина; б - токарный станок; в - фрезерный станок

Указанные изменения обусловлены не столько эстетическими причинами, сколько функциональными и эргономическими. Во-первых, зоны обработки во многих процессах целесообразно было закрыть сдвижными створками, так как функционирование происходит в автоматическом режиме без участия оператора. Во-вторых, оказалась необходимой защита окружающей зоны у оборудования от вылета стружки, разбрызгивания и испарения СОЖ, поскольку существенно увеличились интенсивность режимов обработки и охлаждения. Положительное следствие использования закрытой зоны - снижение уровня шума, исходящего из области обработки, повышение безопасности персонала.

7. Более эффективно используются принципы агрегирования и унификации, что создает предпосылки для появления станков для комплексной обработки (многооперационных центров) и интегрированных систем комплексной автоматизации на основе станков с ЧПУ и централизованного управления от ЭВМ.

Размещено на Allbest.ru